22-12生理科学实验1c红

1、实验 22 离子和药物对离体心脏活动的影响浙江大学医学院临床医学 0901 班 3090103839摘要目的 观察钾、钙离子浓度、肾上腺素、乙酰胆碱对离体心脏活动的影响并探讨作用机制。 方法 用 Straub 氏法灌流离体心脏，分别用任氏液、无钙任氏液、高钙任氏液、高钾任氏液、乙酰胆碱（Ach)、阿托品（Atr)、Ach、肾上腺素（Adr)、（Pro）、Adr 处理心脏，用 RM6420 微机信号处理系统心搏曲线。 结果 除高钙、Ach、Pro处理组外，心率（HR）处理前后均无显著差异。25l 任氏液处理，最大舒张末期张力（EDT）、最大收缩末期张力（EST）处理前后均无显著性差异；无钙任氏液

2、处理，EST 显著减小，EDT显著增大；高钙任氏液处理，EST 显著增大，EDT 显著减小；高钾溶液处理后，EST 显著减小，EDT 显著增大；Ach 处理，EST 显著降低，EDT 显著增大；Ach 处理后再用 Atr 处理，EST显著增大，EDT 无显著变化；Adr 处理，EST 显著增大，EDT 显著减小；Pro 处理，EST 显著减小，EDT 显著增大；Pro 处理后再用 Adr 处理，EST、EDT 均无显著变化。结论 细胞外低钙、高钾减弱心肌张力，高钙增大心肌张力，Ach 减弱心肌张力且该作用可被 Atr 拮抗，Adr增大心肌张力且该作用可被 Pro 拮抗。Straub 氏法离体心

3、脏 无钙 高钙 高钾 乙酰胆碱 肾上腺素 最大舒张末期张力 最大收缩末期张力Straub 氏法灌流离体心脏，该方法较简单可行，且可以排除其他如副交感、交感神经对心脏收缩的影响。此时唯一的变量为心脏灌流液，利用此模型研究各种离子和药物对离体心脏的影响。材料和方法实验对象（中华实验仪器指名亚种，来自浙江大学动物房）RM6240多道生理信号处理系统(1.3 实验药品和试剂仪器厂），JZJ01张力换能器(仪器厂）肾上腺素、乙酰胆碱、液。1.4 实验方法、阿托品、任氏液、无钙任氏液、高钙任氏液、高钾任氏1.4.1 仪器连接和参数：张力换能器接 RM6240多道生理信号处理系统第1通道,RM6240多道生

4、理信号度：7.5g。处理系统采样频率：800Hz，时间常数：直流，滤波：30Hz，灵敏1.4.2 离体心脏标本：毁脑脊髓，仰卧于蛙板，打开胸腔，心脏，结扎下腔静脉，靠头端结扎左主动脉，在左、右主动脉下穿线，在左主动脉根部剪一斜口，将插管动脉圆锥， 在心室收缩时将插管心室，结扎固定，游离心脏。1.4.3器。1.4.4心脏与换能器连接：将插管固定在夹具上，夹连线通过滑轮连至张力换能夹在心室舒张期心尖，调节微调使心脏舒张期至1g。正常心搏曲线：向插管中加入 1ml 任氏液，心搏曲线稳定后正常的心搏曲线 45s。加 25l 任氏液心搏曲线稳定后45s。1.4.5 无钙任氏液处理：1ml 无钙任氏液替换

5、插管内的任氏液，心搏曲线稳定后45s。1.4.6 高钙任氏液处理：用任氏液洗脱数次，曲线基本恢复后，加入 1ml 任氏液，待曲线稳定 45s 后，向灌流液中加 0.045MCaCl2 溶液 25l，心搏曲线稳定后45s 。1.4.7 高钾任氏液处理：用任氏液洗脱数次，曲线基本恢复后，加入 1ml 任氏液，待曲线稳定 45s 后，在任氏液中加 0.2M KCl 溶液 20l，心搏曲线稳定后45s 。1.4.8 乙酰胆碱和阿托品处理：用任氏液洗脱数次，加入 1ml 任氏液，待曲线稳定后45s ，在任氏液中加 610-6 M 的 ACh 溶液 15l，心搏曲线稳定后45s 。再加 2104 M 的

6、Atr15l，心搏曲线稳定后45s 。1.4.9 肾上腺素处理：用任氏液洗脱数次，曲线基本恢复后，加入 1ml 任氏液，待曲线稳定 45s 后，在任氏液中加 610-5 M 的 Adr 溶液 20l，心搏曲线稳定后45s 。1.4.10和肾上腺素处理：用任氏液洗脱数次，收缩曲线基本恢复后，加入 1ml任氏液，待曲线稳定 45s 后，在任氏液中加 510-4 M Pro 溶液 10l，心搏曲线稳定后45s ，再加入 610-5 M 的 Adr 溶液 10l，心搏曲线稳定后45s 。处理前后 EDT、EST、HR，利用 Excel1.5 数据测量和处理：测量各进行统计分析，结果用x s 表示，采用

7、 t 检验，p0.05）。见Fig.1-1、Fig.1-2.25l 任氏液处理25l 任氏液处理2.2 无钙任氏液处理：1ml 无钙任氏液替换插管内的任氏液后，EDT 由 0.910.20g 变为 1.310.40g，有显著性差异（P0.01)；EST 由 4.261.4g 变为 2.180.59g，有显著性差异（P0.05）。见 Fig.2-1、Fig.2-2.无钙任氏液处理*P0.01 Vs pre无钙任氏液处理2.3 高钙任氏液处理： 0.045M CaCl2 溶液 25 l 灌流后，EDT 由 0.860.19 g 变为0.690.22 g，有显著性差异（P0.01)；EST 由 4.

8、571.69 g 变为 7.902.61 g，有显著性差异（P0.01)；HR 由38.4010.19 bpm 变为36.6010.16 bpm，有显著性差异（P0.01)。见 Fig.3-1、Fig.3-2.高钙任氏液处理*P0.01 Vs pre高钙任氏液处理*P0.01 Vs pre2.4 高钾任氏液处理：0.2M KCl 溶液 20l 灌流后，EDT 由 0.580.28 g 变为 0.720.40g，有显著性差异（P0.05)；EST 由 3.991.75 g 变为 2.431.13 g，有显著性差异（P0.05)。见 Fig.4-1、Fig.4-2.高钾任氏液处理*P0.01 Vs

9、 pre; *P0.05 Vs pre高钾任氏液处理2.5 乙酰胆碱和阿托品处理：任氏液中加 610-6 M 的 ACh 溶液 15l 后，EDT 由 0.610.29g变为 0.700.37g；EST 由 3.771.84g 变为 2.581.34g；HR 由 35.508.77 bpm 变为 34.508.41 bpm，均有显著性差异（P0.05)。见 Fig.5-1、Fig5-2.Ach 处理*P0.01 Vs pre; *P0.05 Vs preAch 处理*P0.05)；EST 由 2.551.35g 变为 3.121.76g，有显著性差异（P0.05)；见Fig.6-1、Fig.6

10、-2.Ach 和Atr 处理*P0.05 Vs preAch 和 Atr 处理2.6 肾上腺素处理：加610-5 M 的Adr 溶液20l 后，EDT 由0.620.28g 变为0.360.23g； EST 由 3.931.62g 变为 10.83.75g；均有显著性差异（P0.05)。见 Fig.7-1、Fig.7-2.Adr 处理*P0.05)；EST 由 3.711.57g 变为 2.631.32g，有显著性差异（P0.01)；HR 由 37.609.64 bpm 变为 33.707.54 bpm，有显著性差异（P0.05)。见 Fig.8-1、Fig.8-2.Pro 处理Pro 处理*

11、P0.01 Vs pre; *P0.05)。见 Fig.9-1、Fig.9-2.Pro 和 Adr 处理Pro 和 Adr 处理3.25l 任氏液处理的意义：实验最初加入 25l 任氏液，EDT、EST、HR 处理前后均无显著性差异，故可进行后续实验，排除前负荷增加对离体心脏 EDT、EST、HR 的影响。排除无关变量的影响。HR 的变化：本研究小组得到的结果中，除高钙、Ach、Pro 处理组外，HR 处理前后均无显著差异。若离体心脏瓣无受损，那么在心室收缩期，瓣关闭，离体心脏灌流液不会进入心房，不会影响静脉窦。故无论灌注何种溶液，均不会影响静脉窦起搏节律，也不会影响 HR。本研究小组的高钙、

12、Ach、Pro 处理组 HR 处理前后有显著差异，猜想为瓣受损所致。3.3 无钙任氏液、高钙任氏液处理：无钙任氏液处理后，EST 显著减小，EDT 显著增大；高钙任氏液处理后，EST 显著增大，EDT 显著减小。在心肌动作电位(AP)过程中，L-型钙通道被激活，Ca2+形成内向钙流进入细胞，参与形成 AP期。另外可能有很少量的 Ca2+经钠钙交换(NCX)进入细胞。Ca2+进入细胞触发心肌肌质网(SR)其中的 ca2+(钙致钙，CICR)，激活心肌肌丝。内流的 ca2+和经 CICR肌质网的 ca2+协同提高细胞内的游离钙浓度(ca2+i)，使 ca2+与细胞内多个缓冲器结合，其中最重要的是细

13、肌丝的肌钙蛋白 C(TnC)。Ca2+与 TnC 的结合是心肌细胞收缩的开始。在心肌舒张期，Ca2+i 下降，Ca2+和肌钙蛋白失偶联。将 Ca2+转运出细胞有四种途径，涉及 SRCa2+-ATPase(SERCA)、细胞膜 NCX、细胞膜 Ca2+-ATPase 和线粒体 Ca2+的单向转运，其中前两者是最主要的1。细胞膜 NCX 对钙离子的容量大，但亲和力低，其转运 Ca2+的 Km 值为 1-10molI，主要负责起始阶段大量 ca2+的外排。SERCA 对 ca2+的容量小，但亲和力高，Km 值为 0.2-0.5 molI，是在真核细胞中唯一发现的高亲性 ca2+排出系统2。细胞外低钙

14、时，经 L-钙通道进入细胞的钙离子减少，经 CICR 也减少，胞浆内钙离子浓度显著小于正常情况，故心肌收缩张力下降。胞浆内钙离子浓度较低时，舒张期将胞浆内钙离子转运出去主要依赖 SERCA，可能因为在胞浆中钙离子浓度过低时，SERCA 的活性降低，故泵出钙离子减少，心肌舒张受限，EDT 增大。细胞外高钙情况刚好相反。3.4 高钾任氏液处理：高钾溶液处理后，EST 显著减小，EDT 显著增大。钾浓度的变化可直接造成静息电位和钾离子电导两方面的变化。心肌细胞的兴奋性主要决定于静息电位的大小和阈电位的水平。其中阈电位是最重要的，决定阈电位的主要因素是钠通道的机能状态。严重高钾时，随着静息电位的减小超

15、过一定程度进入失活的钠通道逐渐增多，阈电位会上移，使静息电位与阈电位差值增大，细胞兴奋性降低。血钾升高的另一个直接作用是增加钾离子电导，使细胞膜对钾离子通透性增加，特别是对内向整流钾通道，可明显减弱其内向整流作用，使外向钾离子电流增加，缩短复极化时间，减少了钙离子的内流3。细胞外高钾时，通过以上作用机制降低心肌细胞的兴奋性、加快复极化进程间接减少钙离子内流，从而使 EST 降低。3.5 乙酰胆碱和阿托品对心肌收响：Ach 处理后，EST 显著降低，EDT 显著增大；Atr处理后，EST 显著增大，EDT 无显著变化。心房肌细胞上有 Ach 激活钾离子通道，Ach 作用于该通道，使该通道激活，引

16、起膜电位的超极化4，致使心肌细胞兴奋性下降。心肌细胞去极化后，也促使钾离子外流增加，复极化加速，钙离子内流减少，致使心肌收缩力下降5，EST 降低。3.6和肾上腺素对心肌影响：Adr 处理后，EST 显著增大，EDT 显著减小；Pro 处理后，EST 显著减小，EDT 显著增大；Pro 处理后再用 Adr 处理，EST、EDT 均无显著变化。Adr 与心肌细胞的、肾上腺素能受体结合后，产生正性变时、变力和变传导作用，导致心率加快，传导速度加快，使心输出量增加，心肌收缩力增强。激活心肌细胞膜上的腺苷酸还化酶，使细胞内 c浓度增加，c能激活心肌细胞膜上的钙通道，使心肌动作电位期 Ca2+ 的内流增

17、加，心肌收缩力增强6。通过上述机制，Adr 处理肌 EST 增大、EDT 降低。Pro 作为肾上腺素能受体拮抗剂，可以竞争性占领肾上腺素能受体，使 Adr 失效。本实验中加入 Pro 后 EST 显著减小，EDT 显著增大的原因可能是 Adr 未洗脱完全，Pro 竞争性占领肾上腺素能受体。用 Pro 事先作用离体心脏后，再用 Adr 处理，Adr 失去作用受体，故 EST、EDT 均无显著变化。4. 结论细胞外低钙、高钾减弱心肌张力，高钙增大心肌张力，Ach 减弱心肌张力且该作用可被Atr 拮抗，Adr 增大心肌张力且该作用可被 Pro 拮抗。参考文献：12，豚鼠心室肌细胞兴奋收缩偶联钙转运调控机制的研究，苏州大学，2000.，家，质膜 Ca2+-ATPase 的结构与功能，中国生物化学与分子生物学报，2008.6.