蛙类斯氏离体心脏灌流及对其节律性收缩的影响因素

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体心脏灌流及对其节律性收缩的影响因素 - 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日一、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

2、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

3、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。 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

4、入电极，双针形露丝刺激电极，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之内，产生代偿间歇。如下

5、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。 图3.心脏代偿间歇的观察2、NaCl溶液对心脏兴奋节律的影响。（1）、0.65%的NaCl溶液灌流心脏。 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

6、%的NaCl溶液刺激灌流心脏。 图5.5%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

7、值减小,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。 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

8、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。 图7.2%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受体

9、具有强大激动作用，对心肌1受体作用较弱，对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。 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

10、而减小了。 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。 图10.乙酰胆碱灌流心脏心率的变化六、结果讨论与讨论1.

11、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

12、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，心肌细胞外的Ca2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

13、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)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55mv左右）时，钠通道的开放效率降低，钠通道逐渐失活，兴

14、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的兴奋收缩偶联作用，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

15、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。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

16、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