家兔呼吸运动和胸内负压的影响因素观测

华南师范大学实验报告学生姓名 学号 专 业 生物科学 年级、班级 11科二 课程名称 动物生理学实验 实验项目 家兔呼吸运动和胸内负压的影响因素观测 实验类型 验证 设计 综合 实验时间 2014 年 5 月 20 日 实验指导老师 胡老师 严老师 实验评分 家兔呼吸运动和胸内负压的影响因素观测气温：2328日期：2014年5月20日星期二作者：合作者：1 实验目的1.1 学习家兔呼吸运动的测定方法；1.2观察并分析牵张反射以及影响呼吸运动的各种因素。2 实验原理呼吸运动是呼吸中枢节律性活动的反映。在不同生理状态下，呼吸运动所发生的适应性变化有赖于神经系统的反射性调节，其中较为重要的有呼吸中枢、肺牵张反射以及外周化学感受器的反射性调节。因此，体内外各种刺激，可以直接作用于中枢部位或外周的感受器反射性地影响呼吸运动。3 材料、仪器与试剂3.1 实验对象：家兔3.2 实验仪器：常规手术器械、手术刀、手术剪、镊子、眼科剪、金冠剪、玻璃分针、棉花、纱布、棉线、小弯钩、烧杯、污物缸、兔手术台、塑料绳、长塑料管（1.5m)、棉签、20ml注射器、5ml注射器、1ml注射器、照明灯、保护电极、滑轮、支架、PowerLab生理实验系统、气管插管、张力传器感3.3 实验试剂：麻醉剂（2%戊巴比妥钠 2ml/Kg ）、生理盐水、50mg/ml尼可刹米注射液、其他溶液如1%乳酸溶液等。4 方法与步骤4.1 动物的准备 4.1.1 麻醉：2%戊巴比妥钠；2ml/kg体重；耳缘静脉注射4.1.2 固定（仰式）、剪毛、剪颈部皮肤45cm，钝性分离颈部肌肉等组织,剪颈部皮毛和胸部剑突位置皮毛。4.1.3 气管插管：暴露气管、穿线、手术刀手术剪T形切口，事先准备好的棉签将气管中的血块弄出，插好气管插管 并结扎。4.1.4 颈部气管及神经分离手术：气管插管、分离双侧迷走神经4.1.5 剑突软骨分离手术：切开剑突位置皮肤约2cm,细心分离剑突软骨周边组织，暴露剑突软骨，剪断骨柄，保留骨柄下方膈肌与剑突相连。4.1.6 连接实验装置：PowerLab 通道2 -张力换能器，刺激电极连接，设置CH2桥式放大器(5mV,10Hz)和刺激器（100脉冲，1V,1mS,40Hz)4.2 实验观察项目4.2.1 记录家兔平静呼吸的运动曲线，观察家兔吸气和呼气时候对应的曲线方向4.2.2 增加无效腔：另一侧用止血钳夹闭4.2.3 增加气道阻力：同时夹闭气管插管两侧管4.2.4 一侧气管胶管用20ml大注射器吸入20ml空气，待呼吸运动平稳后，夹闭气管插管的一侧胶管，在家兔吸气之末，用三个呼吸节律时间徐徐向家兔肺内注入20ml空气，观察记录呼吸运动曲线的变化。实验后立即打开夹闭的侧管。同法，于呼气之末用20ml注射器抽取肺内气体20ml（维持3个呼吸节律时间），观察呼吸的运动曲线。（注意吸气之末和呼气之末，先夹闭一侧管，再注入空气或抽气，时间控制在三个呼吸节律的时间，然后松开夹闭。）4.2.5 血中H+增多实验（1%乳酸溶液0.5ml，选做) 4.2.6 .注射尼可刹米（50mg/ml,用量0.5ml)（注意：乳酸和尼可刹米的注入可使家兔反应强烈，注射的速度要慢）。4.2.7 阻断迷走神经传导：同时结扎两侧迷走神经，二人同时操作，第一结要紧、狠。4.2.8 .在阻断迷走神经传导的基础上，重复步骤4的肺牵张反射实验4.2.9 剪断双侧迷走神经，分别刺激中枢端和外周端，观察呼吸曲线变化4.2.10 气胸实验：剪开并剪断右侧肋骨。5实验结果与分析实验结果包括家兔平静呼吸的运动曲线、增加无效腔呼吸的运动曲线、增加气道阻力呼吸的运动曲线、肺的牵张反射实验（吸气之末注入空气和呼气之末抽取空气）呼吸的运动曲线、注射尼可刹米后的呼吸的运动曲线、阻断迷走神经传导后的呼吸的运动曲线、阻断迷走神经传导后的肺的牵张反射实验（吸气之末注入空气和呼气之末抽取空气）呼吸的运动曲线、剪断双侧迷走神经后再分别刺激中枢端和外周端呼吸的运动曲线、气胸实验（剪开并剪断右侧肋骨）的呼吸的运动曲线。 5.1 家兔正常呼吸记录1家兔正常呼吸运动曲线图如图1所示，为家兔在平静状态时的呼吸曲线，呼气和吸气节律性的交替进行。胸廓在呼吸肌的参与下节律性扩大和缩小，呼吸运动是呼吸肌节律性收缩与舒张所形成的胸廓容量变化的周期性运动，即通过吸气与呼气动作的交替而实现，上升支表示吸气动作，下降支表示呼气动作。5.2 增加无效腔2增加无效腔时家兔呼吸的变化曲线增加无效腔放开由图2 可见，增加气道长度后家兔呼吸张力增加，呼吸频率增加。增加气道长度等于增加无效腔，增加无效腔使肺泡气体更新率下降，引起血中PCO2、PO2下降，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。因此，增加家兔气道长度可使家兔通气量增加，呼吸频率加快。放开无效腔之后，家兔的呼吸逐渐恢复平缓状态。5.3 气道阻力对呼吸运动和胸膜腔内压的影响3增加气道阻力后家兔呼吸运动的变化曲线图增加气道阻力放开如图3所示，同时关闭两侧插管，增加气道阻力，这个过程是持续在ms范围内。从图中我们可以看到增加气道阻力之后，家兔被迫进行用力呼吸，膈肌和肋间外肌收缩加强，呼吸加深，但频率变慢。当气道阻力解除后，慢慢恢复正常呼吸。用夹闭双侧侧管的方式增大气道阻力实际上是在正常的呼吸中忽然阻断整个呼吸系统和外界的联系。直接影响是整个呼吸系统中的氧气分压降低，二氧化碳分压升高，原因是，氧气无法及时供给反而在不断消耗，而二氧化碳的产生在不断的占据整个气压环境。二氧化碳的浓度升高会引起内环境的氢离子浓度增大，刺激呼吸中枢，使得呼吸加强加深，在膈肌放电中反映的就是呼吸频率的减弱，而从张力感受图中反映呼吸肌收缩加强，表现在动物体上就是呼吸加深。由于收缩时间的延长，表面上看是呼吸速率减弱。所有的变化是在一个相对封闭的环境中，二氧化碳的溶解度较大，环境的压力会逐渐减弱，时间长了就会影响肺部的功能，所以要在很短的时间内完成实验，要将时间控制在数秒内。5.4 肺牵张反射对呼吸运动和胸膜腔内压的影响此项目包括肺扩张反射和肺缩小反射。4 在吸气末注射空气后家兔的运动曲线图注入空气放开图4所示为在吸气末注射空气后家兔的运动曲线图，注射空气后，肺内气体增多，扩增家兔的肺，从而引起吸气抑制，家兔停止在呼气状态，呼气时间加长。这属于由肺扩张引起的肺充气反射。肺牵张感受器位于支气管和细支气管壁的平滑肌中，对牵张刺激敏感。当支气管和细支气管扩张时，感受器兴奋，冲动经迷走神经上行传入延髓，抑制吸气中枢，引起呼气。这一反射的作用在于组织吸气过深过长，促使吸气转入呼气，从而加速了吸气和呼气活动的交替。向肺部吹气相当于使肺部发生扩张，这种扩张刺激了气管平滑肌的牵张感受器，冲动由迷走神经传入延髓，抑制吸气神经元，切断吸气，引起被动呼气。所以如果这次实验注入气体过久，气量过大，可能会使得呼吸停止在呼气的位置。实验结果也显示了由于增大肺部的体积引起的膈肌收缩力的减弱和呼吸频率的减小。5在呼气末抽取肺内气体后家兔的呼吸运动变化曲线抽取空气放开图5 所示，在呼气末抽取空气，导致肺缩小，从而引起呼气抑制，动物停止在吸气状态，吸气时间加长。这属于由肺放气引起的肺放气反射。这一反射作用在于阻止呼气过深，防止肺过渡萎缩。肺部吸气造成了肺部的萎缩，信号通过迷走神经传入呼吸中枢的程度减弱，对于吸气神经元的抑制程度减小，就会引起吸气神经元发生兴奋，增加呼吸的强度。实验图中显示了从开始抽气到这种变化恢复的过程。出现了明显的呼吸强度的增大。5.5注射尼可刹米对呼吸运动和胸膜腔内压的影响6注射尼可刹米后家兔呼吸运动的变化曲线注射尼可刹米理论上来说，注射尼可刹米后，家兔的呼吸会加深加快，尼可刹米可直接刺激呼吸中枢，使呼吸加深加快。但从图7并看不到兔子呼吸运动的明显变化，实验现场，可以看到家兔的呼吸频率是加快的，可能由于仪器设备的问题，没有将其变化如实的反映出来，还有一个原因可能是试剂本身存在问题，导致注射后效果不佳。尼可刹米用于中枢性呼吸及循环衰竭、麻醉药、其他中枢抑制药的中毒急救。主要是要兴奋神经中枢，是呼吸加深加快。5.6 阻断迷走神经传导对呼吸运动和胸膜腔内压的影响7剪断迷走神经时家兔的呼吸运动曲线变化图阻断迷走神经如图7所示，切断双侧颈迷走神经后，动物的呼吸运动呈慢而深的变化。迷走神经中含有肺牵张反射的传人纤维。肺牵张反射中的肺扩张反射（亦称吸气抑制反射）的生理作用。在于阻止吸气过长过深，促使吸气及时转入呼气，从而加速了吸气和呼气动作的交替，调节呼吸的频率和深度。当切断两侧颈迷走神经后，中断了肺牵张反射的传人通路，肺牵张反射的生理作用被消除，因此呈现出慢而深的呼吸运动，使吸气延长。5.7分别刺激迷走神经中枢端和外周端8刺激兔子迷走神经外周端的呼吸曲线如图8所示，刺激剪断的迷走神经外周端，发现收缩曲线以及呼吸频率没有什么变化。原因是刺激迷走神经实际是人为制造肺部的扩张信号，使之通过迷走神经传入呼吸中枢。由于迷走神经已经剪断，信号传不到中枢，也就成了无效信号，所以图中显示刺激前后没有变化。9 刺激兔子迷走神经中枢端的呼吸曲线剪断双侧迷走神经，刺激中枢端时，先出现呼吸运动变慢，但很快就停止在呼气状态。因为迷走神经是牵张反射的传入神经，冲动经迷走神经传到延髓，抑制吸气中枢，使呼吸停止在呼气状态。原因是这是的刺激和中枢之间没有阻碍，所以是有效刺激。剪断迷走神经的直接后果是失去了中枢的抑制，呼吸加深变慢。一旦给予刺激，冲动传入延髓抑制了吸气神经元的活动，使得吸气程度部分被抑制，一定程度上引起了被动的呼气，综合起来使得呼吸的速率提高，呼吸的强度减弱。5.8切断迷走神经之后，肺牵张反射对呼吸运动和胸膜腔内压的影响10切断兔子迷走神经之后注入空气的呼吸运动图11 切断兔子迷走神经之后抽取空气的呼吸运动图如图10和图11所示，在切断两侧迷走神经之后，肺牵张反射对呼吸运动和胸膜腔内压的影响并不大，几乎处于平静呼吸的状态。原因：肺牵张反射的过程主要是肺扩张（或缩小），肺牵张感受器兴奋，刺激迷走神经，传递信号到延髓，兴奋吸气切断机制神经元，吸气转化为呼气（呼气转化为吸气）。迷走神经被剪断后，中断了左右两侧的肺牵张反射的传入道路，兴奋刺激无法传递到中枢，因此肺扩张或者肺缩小的反应无法被感受到，肺扩张反射的生理作用就被完全消除。5.9 气胸对呼吸运动和胸膜腔内压的影响12 戳破胸膜后家兔呼吸运动的变化曲线剪断肋骨如图12所示，戳破胸膜，使兔子气胸，兔子呼吸运动加深。胸膜破损上扣与大气相通，形成开放性气胸。由于空气的进入，造成胸膜内的负压消失，肺依靠自身的回缩力量而立刻萎缩严重者可影响肺通气的进行。7结论7.1肺牵张反射的传入道路是迷走神经，切断迷走神经后，肺扩张反射的生理作用就被完全消除。7.2机体通过呼吸调节血液中的O2、CO2和（H+）水平，动脉血中O2、CO2和（H+）的变化又通过化学感受器调节呼吸，维持机体内环境的相对稳定。7.3增加家兔气道长度会O2、CO2的分压下降，家兔的肺泡通气量下降，呼吸频率加快。7.4增加气道阻力之后，家兔被迫进行用力呼吸，膈肌和肋间外肌收缩加强，呼吸加深，但频率变慢。7.5吸气末注射空气后，会引起家兔的吸气抑制，家兔停止在呼气状态，呼气时间加长。这属于由肺扩张引起的肺充气反射。7.6呼气末抽取空气，引起家兔的呼气抑制，动物停止在吸气状态，吸气时间加长。这属于由肺放气引起的肺放气反射。7.7注射尼可刹米后，家兔的呼吸会加深加快，尼可刹米可直接刺激呼吸中枢，使呼吸加深加快。7.8当切断两侧颈迷走神经后，中断了肺牵张反射的传人通路，肺牵张反射的生理作用被消除，呈现出慢而深的呼吸运动，使吸气延长。7.9刺激剪断的迷走神经外周端，信号传不到中枢，也就成了无效信号，所以图中显示刺激前后没有变化。刺激中枢端时冲动经迷走神经传到延髓，抑制吸气中枢，使呼吸停止在呼气状态。7.10戳破胸膜，空气的进入，造成胸膜内的负压消失，肺依靠自身的回缩力量而立刻萎缩严重者可影响肺通气的进行。8注意事项 8.1 气管插管时，注意及时用棉签清理气管，保持气管畅通。注意分离剑突手术剪开的皮肤切口长度约2cm。8.2 注意麻醉注射的位置和技巧，掌握麻醉剂的用量。8.3 剑突必须和膈肌相连，剪断骨柄的时候要小心，不要连膈肌也一并剪断。8.4 每一项实验前，应先描记正常呼吸曲线作为对照。每项观察时间不宜过长，出现效应后应立即去掉刺激因素，待呼吸运动恢复正常后再进行下一项。8.5 经耳缘静