实验十二 兔膈肌放电观察

实验十二兔膈肌放电观察Array【实验目的】

1.观察多种因素对动物呼吸运动的影响

2.了解反映呼吸运动动物模型

3.熟悉BL–410生物机能实验系统的操作

【实验原理】

平静呼吸运动是由包括膈肌和肋间外肌在内的呼吸肌收缩和舒张活动，引起胸廓的扩大和缩小的运动，为自动节律性活动。当延髓吸气中枢兴奋时传出冲动达到脊髓时，引起支配吸气的运动神经元兴奋，发出神经冲动经膈神经和肋间神经传到膈肌和肋间外肌，引起膈肌和肋间外肌收缩，胸廓扩大产生吸气。延髓吸气中枢活动暂停，膈神经和肋间神经放电停止，膈肌和肋间外肌舒张，胸廓缩小产生呼气。这种起源于延髓呼吸中枢的节律性呼吸运动，受到来自中枢和外周的各种感受器，特别是化学感受器和机械感受器传入信息的反射调节。当动脉血中PO2、PCO2或[H＋]发生变化时，通过延髓腹外侧浅表的中枢化学感受器和外周化学感受器来影响呼吸运动。当肺过度扩张或过度萎陷时，通过气道平滑肌中的牵张感受器发出冲动经迷走神经到达延髓，反射性抑制或兴奋吸气。家兔的肺牵张反射在其呼吸调节中起着重要作用。膈神经放电活动和膈肌收缩代表吸气运动的开始，而膈神经放电活动停止和膈肌舒张与呼气运动同步。此外，膈神经的放电活动状态的变化，反映了呼吸中枢神经系统机能活动的变化。

【实验对象】

家兔

【实验器材】

哺乳动物手术器械，兔解剖台，20%氨基甲酸乙酯，20ml注射器，约1m长内径0. 7cm橡皮管一根，CO2气囊，0.9%氯化钠生理盐水，监听器，引导电极支架，刺激电极及相连的刺激线，BL—410生物机能实验系统。

【实验步骤】

1.动物手术

（1）称重

（2）麻醉耳缘静脉氨基甲酸乙酯5ml/kg 麻醉药：20%

麻醉指征：肌张力下降、角膜反射消失、呼吸平稳、痛觉明显减退或消失（3）仰卧固定

（4）气管插管术：颈前正中纵切口倒“T”型切口

（5）分离双侧迷走神经并各穿一细线打松结备用

（6）暴露膈肌并安置记录电极：在上腹部正中找到剑突所在部位，在剑突下3-4cm的地方依次剪去皮肤，沿腹白线在剑突下剪2-3cm切口，打开腹腔，用止血钳夹持剑突尖部并向动物头端翻转剑突，在剑突内表面可见贴附的膈肌，将两根刺激电极平行插入膈肌恢复剑突至原位。

（7）安放引导电极：将引导电极支架置于适当的位置，用玻璃分针轻轻挑起膈神经放在电极上，稍稍提高电极，使之悬空与周围组织脱离接触，但切不可将神经拉得过紧，防止损伤。接地电极置于皮肤切口，随仪器并联接地。

2.实验观察

（1）BL-410操作：打开电脑，进入BL-410生物机能实验系统，1通道选择肌电，点击开始按钮，正常呼吸时的膈神经放电：观察动物正常呼吸时胸廓的运动、呼吸运动和膈神经放电曲线的关系，通过监听器监听与吸气运动相一致的膈神经放电声。

（2）于一侧气管插管上连接长橡皮管，待放电活动稳定后堵住插管的另一侧

开口一分钟，观察解剖无效腔明显增加时，放电的变化。

（3）通过气管插管向气管内缓慢注入CO2，观察吸入气中CO2浓度增加时放电的变化。

（4）肺牵张反射：肺扩大和肺萎缩，观察放电变化。

（5）先切断一侧迷走神经，再切断另外一侧迷走神经，观察膈神经和膈肌的放电的变化。

（6）重复上述（1）、（2）、（3）步，对比结果的不同。

【实验结果】

图1.正常呼吸图2.增大无效腔（由于操作失误，无法完整截取增大无效腔时膈肌放电的变化情况，实验结果请结合图1观察。—）

图3.注入二氧化碳图4.肺扩张

图5.肺萎陷图6.剪短迷走神经图7.注入二氧化碳（剪短迷走神经）图8，增大无效腔（剪短迷走神经）

图9.肺扩张（剪短迷走神经）图10.肺萎陷（剪短迷走神经）【实验结果讨论】

1. 正常呼吸曲线：在正常麻醉状态下，实验动物保持平稳的呼吸节律，其中上升支为吸气，下降支为呼气；曲线疏密反映呼吸频率，曲线高度反映呼吸幅度。

麻醉后仍产生节律性呼吸的原因：呼吸中枢延髓的吸气神经元自主放电，冲动经膈神经传到膈肌，使膈肌收缩向下运动，肺内压下降,当低于大气压时,开始吸气.随着吸气,肺泡扩张,位于气管到细支气管平滑肌内的牵张感受器兴奋,冲动经迷走神经传入到延髓,抑制吸气神经元, 吸气神经元停止放电，吸气转为呼气。

2.增加无效腔→增加气道长度后家兔呼吸张力增加，呼吸频率增加。

增加无效腔从而减少了肺泡的通气量，使肺泡气体更新率下降造成动脉血PO2降低，PCO2升高，刺激中枢和外周化学感受器引起呼吸运动会加深加快：另外，气道加长使呼吸气道阻力增大，减少了肺泡通气量，反射性呼吸加深加快；增加家兔气道长度可使家兔通气量增加，呼吸频率加快。

3.增大二氧化碳浓度→呼吸运动加深加快

CO2是调节呼吸运动最重要的生理性因素，它不但对呼吸有很强的刺激作用，并且是维持延髓呼吸中枢正常兴奋活动所必须的。每当动脉血中PCO2增高时呼吸加深加快，肺通气量增大，并可在一分钟左右达到高峰。由于吸入气中CO2

浓度增加，血液中PCO2增加，CO2透过血脑屏障使脑脊液中CO2浓度增多，

（CO2十H2O→H2CO

3 → HCO

3

-＋H+ ）CO2通过它产生的H+刺激延髓化学感受器，

间接作用于呼吸中枢，通过呼吸机的作用使呼吸运动加强，此外，当PCO2增高时，还刺激主动脉体和颈动脉体的外周化学感受器，反射性地使呼吸加深加快。

4.肺牵张反射肺扩张→抑制吸气活动的反射肺萎陷→引起吸气活动的加强

肺牵张反射的感受器主要分布在支气管和细支气管的平滑肌层中，称为肺牵张感受器。吸气时，当肺扩张到一定程度时，肺牵张感受器兴奋，发放冲动增加，经走行在迷走神经中的传入纤维到达延髓，使吸气切断机制兴奋，抑制吸气，从而抑制吸气肌的收缩而发生呼气。呼气时，肺缩小，对牵张感受器的刺激减弱，传入冲动减少，解除了抑制吸气中枢的活动，吸气中枢再次兴奋，通过吸气肌的收缩又产生吸气。这个反射起着负反馈作用，使吸气不致于过长，它和脑桥的调整中枢共同调节呼吸的频率和深度。切断迷走神经后上述反应消失，说明这是由迷走神经参与的反射性反应。

5.切断双侧迷走神经→呈现很明显的深而慢的呼吸

迷走神经的作用：迷走神经中含有肺牵张反射传入纤维，当吸气运动使肺扩张时，该神经纤维兴奋，冲动传入中枢后引起吸气切断机制，吸气神经元活动抑制，吸气停止转为呼气运动，从而加速吸气→呼气运动的交替。

当切断迷走神经后，中断了肺扩张反射的传入通路，反射作用减弱，从而出现了呼吸程度加深，呼吸速度减慢的现象。（另外，迷走神经是外周化学感受性反射的传入神经，切断两侧迷走神经，呼吸中枢将不能感受外周的化学性刺激，失去外周的化学感受器反射调节作用）

【实验结论】

增大无效腔、增加

2

CO浓度、呼吸加深加快；切断迷走神经呼吸加深变慢；【思考题】

1．实验中动物吸入高浓度的二氧化碳后，可能引起呼吸产生怎样的改变，它产生的机制是什么？可能兴奋的化学感受器是哪一个？

动物吸入高浓度的二氧化碳后呼吸运动加深加快，产生机制：呼吸频率加快是由于吸入空气中的PCO2增加，使得血液中PCO2增加，CO2通过血脑屏障进入脑脊液中溶于水，在碳酸酐酶的作用下分解成HCO3- + H+，H+刺激延髓化学感受器，间接作用于呼吸中枢，通过呼吸肌的作用使呼吸加强。PCO2增加，还刺激主动脉体和颈动脉体的外周化学感受器，反射性地使呼吸加深加快。

2.切断迷走神经以后牵张反射消失的原因是什么？

迷走神经的作用：迷走神经中含有肺牵张反射传入纤维，当吸气运动使肺扩张时，该神经纤维兴奋，冲动传入中枢后引起吸气切断机制，吸气神经元活动抑制，吸气停止转为呼气运动，从而加速吸气→呼气运动的交替。当切断迷走神经后，中断了肺扩张反射的传入通路，反射作用减弱，从而出现了呼吸程度加深，呼吸速度减慢的现象。