蛙类斯氏离体心脏灌流及对其节律性 收缩的影响因素

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1、中央民族大学生命与环境科学学院生理学实验报告蛙类斯氏离大体心脏灌流及对其节律性收缩验影响因素蛙类斯氏离体心脏灌流及对其节律性收缩的影响因素姓名：唐胜华学号：0941063年级：09级专业：生物科学小组成员韩旭思关晴月指导教师覃筱燕2011年 10月22 日、实验目的1. 学习蛙斯氏离体心脏灌流法。2. 了解心肌的生理特性。3观察Na+、K+、Ca2+离子及肾上腺素、乙酰胆碱等对离体心脏的影响。4. 观察心脏在收缩活动的不同时期对额外刺激的反应，了解心肌收缩的生理特性二、实验原理两栖类动物的心脏为两心房、一心室，心脏的起搏点是静脉窦。静脉窦的节 律最高，心房次之，心室最低。正常情况下，心脏的活动

2、节律服从静脉窦的节律， 其活动顺序为：静脉窦、心房、心室。这种有节律的活动可以能过张力传感器在 生理信号采集系统中记录下来，称为心搏曲线。心脏收缩的机械活动，与心脏兴奋的产生、传导和恢复过程中的生物电变化， 是两个不同的生理过程。心脏收缩的机械活动可以能过心搏曲线记录下来，而心 脏的生物电变化可以能过心电图表现了来。同时记录心脏的机械活动与电变化， 可以清梦地观察到两个生理过程之间对应关系。心肌的机能特性之一是具有较长的不应期，整个收缩期都处于有效不应期内 在心室收缩期给以刺激，心室都不发生反应，在心室舒张中后期给以单个阈上刺 激，则产生一次正常节律以外的收缩反应，即期前收缩。当静脉窦传来的节

3、律性兴奋图 1. 蛙的心脏插管 恰好落在期外收缩的收缩期时，心室不再发生反应，须静脉窦传来下一个兴奋才 会收缩。因此在期外收缩之后，就会出现一个较长时间的舒张间歇期，即代偿间 歇。心肌具有自动节律性收缩的特性，其调节受植物性神经的支配及某些体液因 素的调节和药物作用的影响。因此，在灌流液中，滴加肾上腺素、乙酰胆碱及其 相应的受体阻断剂心得安和 阿托品等药品，可间接观察神经体液因素对心 脏活动的影响。主动脉干 左心房 一右心房 动豚鬪就心室图 2. 心脏插管及换能装置三、实验材料及试剂 蟾蜍，常用手术器械，蛙板，蛙心夹，实验信号采集系统，张力传感器，支架， 双凹夹，滑轮，两个针形插入电极，双针形

4、露丝刺激电极，秒表，滴管，培养皿， 纱布，橡皮泥，任氏液，蛙心套管，套管夹，0.65%和 5%的 NaCl 溶液，2%的 CaCl2 溶液，！%的 KCl 溶液，1:5000 肾上腺素溶液，1:10000 的乙酰胆碱溶液。 四、实验流程具体明细参见：生理学实验第三版，解景田 刘燕强 崔庚寅，高等教育出版 社，第 75 页至 83 页。五、实验结果1、蛙心脏代偿间歇现象的观察。 在收缩期、舒张早期即有效不应期内，给予任何刺激，心肌都不产生兴奋、不发 生收缩；舒张中、晚期即有效不应期之后，额外的刺激引起期前兴奋，发生期前收缩。期前收缩之后一次较长的心舒期，窦房结正常刺激恰好在期前兴奋的有效 不应期

5、之内，产生代偿间歇。如下图所示，心脏的正常节律是47次/min，在发生代偿间歇之后，其节律变为 40次/min。另外，在给予心脏3.50V电压刺激的时刻，心脏就已经发生了代偿 间歇，在之后的 6.00V 电压刺激时，其又出现了一次代偿间歇，且更加明显。 p r 1 1 y*户4:.讥I坂窜：4州次=1I最啟：5.迤B ：；最小向 2.57e平恥；3僦r ; 務筆嵋/次壬_I最丸値注m 代畑般小悟；瓷佻平膽；3.欣图 3. 心脏代偿间歇的观察、NaCl 溶液对心脏兴奋节律的影响。 1）、0.65%的 NaCl 溶液灌流心脏。Io.esocip.qifg|ig|i.I严-_“I. 二卢1_ -_i

6、LjtM_ir_r_j_ :一 斗户J -一 - Af-一-:1曲剂次0.90S弋芟直O.Br图 4. 0.65% 的 NaCl 溶液灌流心脏搏动心率图在使用 0.65%的 NaCl 溶液灌流刺激心脏时，由于它相当于蛙的等渗溶液(及任 氏液)，降低了心肌细胞外的 Ca 离子浓度，内流的 Ca 离子浓度也随之降低，心 肌细胞的兴奋收缩偶联下降，从而使得心肌细胞的收缩减弱，心率减慢。(2)、5%的NaCl溶液刺激灌流心脏。正常.频 ：抚分/次一最犬值；l-09g:.二：最小值：-0. 10?平扁值；0.36g率：1旳分/次亍最大值：l.Olg2：上最小值：-C.OTg平均值;0.32g图 5.5%

7、 的 NaCl 溶液灌流心脏的搏动心率图再改用浓度为 5%的 NaCl 溶液灌流心脏时，此时的 NaCl 溶液已不再相当于任氏 液，而是与Ca离子竞争性的与肌钙蛋白结合，使浓度低的Ca离子无法与肌钙蛋 白结合，这就不能引起心肌细胞发生收缩，表现为心率变小，心跳变慢，心肌收 缩幅度变小。3、K 对心脏兴奋节律的影响。从下图可以看出，在灌流 KCl 溶液后，心肌细胞的搏动节律明显加快，但是收缩 的幅度却呈减小的趋势。理论上，细胞外K+浓度升高时会出现兴奋性的双向变 化，轻度升高时，膜电位轻度减小，细胞内外K+的浓度梯度减小，K+外流的 力量减弱，静息电位(RP)的绝对值减小，和阈电位(TP )差值

8、减小，细胞的兴奋性 增高；重度高钾时， RP 的绝对值减小时，钠通道的开放效率降低，钠通道逐渐 失活，兴奋性降低或者丧失膜电位显示著减小。1%的KCl溶液相对而言，算是低浓度的含钾溶液，但它却使得心肌细胞外的钾离 子浓度变大了，也即使得心肌细胞的膜静息电位的绝对值变小了，只要很小的外 界刺激，心肌就可以兴奋。即題至：熾甘总J 療皐：F 一艮擁：1 W：$ _掃大值：0.D2C；物聂小頂：旳现：臨剧萌：0 Iflf甲躺：0 .牝平i櫃Q他图 6.1% 的 KCl 溶液灌流心脏节律图4、2%的 CaCl 溶液灌流心脏其节律的变化。由图可知，在Ca2+浓度变大时，心脏的收缩明显变大，收缩频率也随之增

9、 大。细胞外的Ca2+离子对细胞膜上Na+内流有竞争性抑制作用，成为膜屏障作用。 而心肌兴奋-收缩偶联的媒介与骨骼肌一样也是Ca2+，但是钙的来源不同，由于 心肌细胞的终末池很不发达，所贮存的Ca2+极少，因而胞内的Ca2+主要来源于 细胞外液，即心肌细胞的兴奋-收缩偶联在很大程度上依赖于胞外内流的 Ca2+， 故细胞外液中的Ca2+浓度对心肌收缩力的影响较大。在一定范围内，细胞外液 中的Ca2+浓度升高时，抑制Na+内流的同时,Ca2+内流量增多，心肌收缩力就强； 反之，心肌收缩力就弱。#1_狀血 1.01(:最小庖：-0.12(Wf：山純打馥車：圖咸；：取喑；心平臃：0.4&图 7.2%

10、的 CaCl2 溶液灌流心脏节律图5、去甲肾上腺素对心脏兴奋节律的影响。如下图所示，心脏在未灌流前的心率为129次/min，用去甲肾上腺素灌流之后, 其心率发生了较大的变化，变成了 241次/min。表明去甲肾上腺素能引起心静脉 窦发电频率变大，去甲肾上腺素对心肌a受体具有强大激动作用，对心肌0 1受 体作用较弱，对0 2受体几无作用。起作用的结果表现为小剂量时较弱激动心脏 的0 1 受体，使心肌收缩性加强，心率加快，传导加速，心排出量增加。在整体 情况下，心率可由于血压升高而反射性减慢；剂量过大时，心脏自动节律性增加， 也会出现心律失常，但较肾上腺素少见。1E常計 频車：丄宙却丸 l一 fe

11、ll： l.s:：n NB： -o .iBg甲均債:a.迂 濒車：如知农 I一最丈崖0-SLgI =-0-O6e平均犀0.39K图 8. 去甲肾上腺素灌流心脏心率图6、肾上腺素灌流心脏心率的变化。据图可知，心脏在正常情况下的心率为129次/min,当在用肾上腺素灌流刺激时,心率发生了很大的变化，变成了 390次/min,而再用去甲肾上腺素灌流心脏时其 心率只变成241次/min。可见肾上腺素对心脏的影响比去甲肾上腺素更为明显, 而心脏收缩的幅度却随着心率的变大而减小了。肾上眼耒無 聿：238/ I最大価：e sie ；：最亦値：c.obc平均備1 0.39f频 率；390分以* 一最大酒：0-

12、Mi 載小值! -0.03(平幻值；. 33图 9. 肾上腺素灌流心脏心率图7、乙酰胆碱灌流心脏心率的变化。由图发现，在灌流乙酰胆碱之后，心脏的心率反而变大了，这有悖于真实实验结 果，加乙酰胆碱心脏收缩能力应该减弱，心率变小。乙酰胆碱与心肌细胞膜上的 M受体结合使心肌细胞膜K通道的通透性增强，促使K外流，最大复极电位水平 升高，自律性降低。同时，当乙酰胆碱与心肌细胞膜上的M型的胆碱能受体结合， 可使腺苷酸环化酶抑制，细胞内的cAMP浓度降低，肌浆网释放Ca2 +减少，心 肌的收缩力量减弱。也可以能使传导速度减慢，心率降低。并且乙酰胆碱可直接 抑制Ca通道使Ca内流减弱，心肌收缩能力降低。.亠乜

13、囲睡图 10. 乙酰胆碱灌流心脏心率的变化六、结果讨论与讨论1. 额外刺激对蛙心脏搏动的影响。 通过本次实验可以验证心肌细胞的有效不应期较长，故不能发生完全强直收缩， 从而保证了心脏泵血功能的正常进行。在每次心动周期中，心肌每发生一次兴奋 收缩后，其兴奋性将发生一系列周期性变化。心肌兴奋后其兴奋性变化的特 点是有效不应期特别长：相当于整个收缩期加到舒张期的早期，在此期间给予任 何强大刺激均不能引起心肌兴奋收缩。随后为相对不应期，在此期给予心肌强的 刺激可引起心肌兴奋收缩，最后为超常期。而心肌细胞的有效不应期特别长，期 前收缩和代偿间歇：相对不应期和超常期均处于心肌舒张期内，因此，在舒张期 如果

14、在窦房结(两栖类为静脉窦)按正常节律性兴奋下达以前，给予心室肌一次 适当的阈上刺激可引起一个提前出现的扩布性兴奋和收缩，称为期前收缩或额外 收缩，也称早搏。期前收缩也有自已的有效不应期，而随后窦房结传来的正常的 节律性兴奋，常常落在这个期前收缩的有效不应期中，因而不能引起心室的兴奋 和收缩，这样心室较长时间地停留在舒张状态，直至下一次窦房结正常的节律性 兴奋到达时，才恢复原来的正常的节律性兴奋和收缩。因此，期前收缩后就会出 现一个较长时间的舒张间歇期，此为蟾蜍的代偿间歇。2. 钠离子对心脏节律的影响。0.65NaCl 对蛙和蟾蜍来说是等渗的溶液，完全可以置换任氏液，在用此溶液灌流后，心肌细胞外

15、的Ca2士浓度、K+浓度大大降低，使心肌的收缩能力减弱，心率 减慢。5%的 NaCl 对蛙来说已不再是等渗溶液，起作用的机理也不尽相同，它是 通过降低Ca2+内流，并且在心肌细胞内竞争性的与肌钙蛋白结合，导致肌钙蛋白 损耗，心肌的兴奋性变弱。3. K+对心脏节律的影响。总体看来心肌对细胞外K +浓度变化比较敏感；但是不同部位心肌的敏感性有所 不同，心房肌最敏感，房室束浦肯野纤维系统次之，窦房结敏感性较低。细胞 外液钾浓度增高时，对兴奋性的影响与其浓度增高的程度有关。当K +浓度轻度 或者中度升高时，细胞内外K+的浓度梯度减小，K +外流的力量减弱，静息电位 (RP)的绝对值减小，和阈电位(TP

16、)差值减小,细胞的兴奋性增高；当K+的浓度大 幅度的升高，RP的绝对值减小（膜内一55mv左右）时，钠通道的开放效率降低， 钠通道逐渐失活，兴奋性降低或者丧失，严重时，可导致心肌停搏于舒张状态。 此时，仅由Ca2+的内流来构成动作电位，故上升支小而缓慢，使兴奋传导速度 减慢，传导性降低。当细胞外K+的浓度升高时，细胞膜对钾的通透性增高，心 室肌细胞复极过程加速，平台期缩短，不应期也缩短。高钾对心肌收缩功能有抑 制作用。因为细胞外的K+和Ca2 +在细胞膜上有竞争性抑制；因此当膜外K+ 的浓度升高时，平台期内流的Ca2 +减少，心肌细胞内的Ca2 +浓度难于升高， 减小了 Ca2+的兴奋一收缩偶

17、联作用，从而减弱了心肌收缩能力。4. Ca2+对心脏节律的影响。细胞外Ca2 +在心肌细胞膜上对Na +的内流有竞争性抑制作用，称为膜屏障作 用。因此，细胞外Ca2 +浓度发生变化时，与Ca2+内流和Na+内流相关的生物 电活动都将受到影响，而对静息电位则无明显作用。当细胞外Ca2+的浓度升高时，对Na +的屏障作用加大，由于这种抑制作用， 触发Na +快速内流产生0期去极化就比较困难，即出现阈电位上移，从而与静 息电位的差距加大，兴奋性降低；发生兴奋后，Na+内流的抑制则导致0期去 极化速度和幅度下降，传导性下降。Ca2+内流是慢反应细胞0期去极化和快反应细胞动作电位2期复极的主要离子 活动

18、。细胞外的高钙促使Ca2+内流加快，慢反应细胞0期去极化加快加强，结 果是其传导性增高。快反应细胞动作电位平台期将因Ca2+的内流加速而缩短、 复极加速、不应期和动作电位时程均缩短。细胞膜Ca2 +对通透性升高，心室肌细胞平台期Ca2+内流增加，心肌收缩力增 强增快；当细胞外的Ca2 +浓度多高时，心脏就会停搏于收缩状态，称为钙僵直。5. 肾上腺素对心脏节律的影响。肾上腺素是一种儿茶酚胺,能激活心肌蛋白细胞膜上的0受体,cAMP生成增加， 从而增加心肌细胞膜对Na+和Ca2+的通透性，降低膜对K+的通透性，从而促进 钙通道开放，加速钙内流；并促进肌浆网钙池释放储存的Ca2+；还能促进ATP 放

19、能，增加心肌的收缩能力。6. 乙酰胆碱对心脏节律的影响。乙酰胆碱与心肌细胞膜上的M受体结合使心肌细胞膜K通道的通透性增强，促使K 外流，最大复极电位水平升高，自律性降低。同时，当乙酰胆碱与心肌细胞膜上的M型的胆碱能受体结合，可使腺苷酸环化酶抑制，细胞内的cAMP浓度降低， 肌浆网释放Ca2+减少，心肌的收缩力量减弱。也可以能使传导速度减慢，心率降 低。并且乙酰胆碱可直接抑制Ca2+通道使Ca2+内流减弱，心肌收缩能力降低。七、注意事项1、在将电刺激施加于心脏之前，先刺激蛙腹部肌肉以检查电刺激是否有效。2、制备标本的过程中，注意保持标本的活性；蛙心夹夹在心尖部，夹持1mm厚 左右的心肌。3、刺激输出线、信号引导线的正确连接；4、心肌与张力换能器的连接要松紧要适度，太松信号传递不灵敏，太紧则容易 损坏换能器；5、心脏每刺激兴奋一次，要等正常搏动23 次以后再继续刺激使之兴奋，且要 用任氏液保持心脏湿润6、注意加入刺激试剂的顺序，将乙酰胆碱加在最后，保证心脏的活性。7、实验过程中，套管在加入药物之前，要保持套管中留有少量任氏液状态，不 能过多。8、当每种化学药物作用已明显时，应立即将蛙心插管内液体吸出而换上任氏液 数次，以免心肌受损。