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1、 家兔呼吸运动的调节【摘要】目的：用气管插管描记呼吸流量间接反映家兔呼吸运动的方法，观察血液中化学因素（PCO2、PO2、H）改变以及对迷走神经处理对家兔呼吸运动（呼吸频率、节律、通气量）的作用及机制。同时掌握气管插管术和神经血管分离术。方法：通过给家兔增加吸入CO2量、增大无效腔、注射2mL乳酸、切断颈部迷走神经和电刺激迷走神经中枢端处理，用生物信号采集处理系统记录呼吸运动曲线。结果：增加吸入CO2量、增大无效腔、注射2mL乳酸后家兔呼吸运动曲线频率增快，幅度增大；切断迷走神经后呼吸运动曲线频率减慢，幅度增大；电刺激一侧迷走神经后呼吸运动曲线频率加快，幅度减小。结论：增大血液中PCO2、H和
2、减小PO2可使呼吸加深加快；切断迷走神经呼吸加深减慢；电刺激一侧迷走神经后呼吸变得又快又浅。【关键词】PCO2；PO2；H；迷走神经；电刺激；呼吸运动1实验材料和方法 1.1实验材料1.1.1实验动物 家兔（雌雄不限）。1.1.2实验材料和器械 微机化生物信号采集处理系统（RM6240系统），呼吸换能器，50cm橡皮管，气囊，注射器，电刺激装置，T型玻璃气管插管，手术器械，手术盘，玻璃分针，绳子，棉线，家兔手术台等；乳酸，CO2，氨基甲酸乙酯。1.2实验方法1.2.1实验装置准备和仪器参数设置 用胶管连接流量头与气管插管，流量头连接呼吸换能器。呼吸换能器输出线接微机生物信号处理系统的通道二。
3、RM6240系统:点击“实验”菜单，选择“呼吸运动调节”，仪器参数：通道时间常数为直流，滤波频率30Hz，灵敏度12.5cmH2O，扫描速度100ms/div。正电压刺激方式，刺激强度为1V，刺激波宽5ms，刺激频率20Hz。1.2.2手术准备1.2.2.1麻醉固定 兔称重后，按5mL/kg体重剂量给家兔耳缘静脉注射200g/L的氨基甲酸乙酯使之麻醉，将兔仰卧并固定于兔手术台上。1.2.2.2气管插管 剪去颈前被毛，切开颈部皮肤、肌肉后，使气管和与气管平行的左、右血管神经鞘暴露，用玻璃分针细心分离两侧迷走神经，在迷走神经下穿线备用。用玻璃分针分离气管，在甲状软骨下约1cm处，做倒T形剪口，用纱
4、布将气管里面和附近的血液等物质擦净，气管插管由剪口处向肺端插入，然后用一条粗棉线将插管口结扎固定，另一棉线在切口的头端结扎止血。 1.2.3实验观察1.2.3.1记录正常呼吸曲线 用生物信号采集处理系统记录一段正常呼吸运动曲线作为对照。辨认曲线上吸气、呼气的波形方向（呼气曲线向上、吸气曲线向下）。 1.2.3.2增加吸入气中CO2分压 将CO2气囊与一侧塑料管相连，将此塑料管的游离端靠近气管插管与大气想通的一个分支管腔口，然后打开CO2气囊使家兔吸入二氧化碳分压高的气体。观察家兔吸入CO2对呼吸运动的影响并记录呼吸运动曲线。然后停止通入CO2，使家兔呼吸恢复正常。1.2.3.3增大无效腔 待家
5、兔呼吸恢复正常后，把一根50cm长的橡皮管连接在气管插管的一侧分支，使动物通过长橡皮管呼吸。观察此时呼吸运动有何改变并记录呼吸运动曲线。然后移去长橡皮管，使家兔呼吸恢复正常。1.2.3.4提高血液中固定酸的浓度 待家兔呼吸恢复正常后，用注射器取2mL乳酸，在耳缘静脉处注射，观察此时呼吸运动的变化并记录呼吸运动曲线。注射完以后，待家兔呼吸恢复正常。1.2.3.4切断、电刺激迷走神经 记录一段正常呼吸运动曲线后，先结扎并切断一侧迷走神经，观察呼吸运动有何变化。再切断另一侧迷走神经，观察呼吸运动又有何变化，同时对比观察切断迷走神经前后的呼吸频率和深度变化。最后用刺激电极刺激一侧迷走神经的中枢端，观察
6、呼吸运动有何变化并记录呼吸运动曲线1。2实验结果 实验名称：家兔呼吸运动的调节 实验日期：2016-04-19实验人员：张伊娜、谢来娣、陈扬扬、龚丽芬、龚青青 图1 ：不同因素对家兔呼吸运动的调节 图2：血液中PCO2改变对家兔呼吸运动的调节 从图像中可看到，增加吸入气中CO2分压后，使得血液中PCO2上升，呼吸运动曲线频率增快，幅度增大。 图3 ：血液中PO2改变对家兔呼吸运动的调节 从图像中可看到，增大无效腔后，家兔呼吸运动曲线频率增快，幅度增大。 图4 ：血液中H+改变对家兔呼吸运动的调节 从图像中可看到，注射2mL乳酸后，使得家兔血液中H+增加后，家兔呼吸运动曲线频率增快，幅度增大。图
7、5：切断一侧迷走神经后对家兔呼吸运动的调节 从图像中可看到，切断家兔一侧迷走神经后，家兔呼吸运动曲线无明显改变，略微频率有点减慢，幅度有点增大。图5：切断两侧迷走神经后对家兔呼吸运动的调节 从图像中可看到，切断家兔两侧迷走神经后，家兔呼吸运动曲线有些明显改变，频率减慢，幅度增大，但变化比图4更大。图6：电刺激一侧迷走神经后对家兔呼吸运动的调节 从图像中可看到，电刺激家兔一侧迷走神经中枢端后，家兔呼吸运动曲线变化明显，幅度变小，频率变快，几乎成一条直线。3实验讨论 3.1CO2对呼吸运动的调节 本实验增加吸入气中CO2分压后，血液中PCO2上升，呼吸运动明显加深加快。CO2是调节呼吸运动最重要的
8、生理性化学因素，一定水平的PCO2水平对维持呼吸和呼吸中枢的兴奋性是必需的。CO2刺激呼吸是通过两条途径实现的：1.通过刺激中枢化学感受器，当动脉血中PCO2上升，中枢化学感受器兴奋，引起肺通气增强；2.刺激外周化学感受器，当动脉血中PCO2上升，冲动经窦神经和迷走神经传入延髓呼吸有关核团，反射性地引起呼吸加深加快，因而增加通气量。中枢化学感受器在CO2引起的通气反应中起主要作用，但因中枢化学感受器的反应较慢，所以当血液中PCO2突然上升时，外周化学感受器在引起快速呼吸反应中具有重要作用。本实验中当给家兔吸入气中CO2浓度增加时，血液PCO2升高（称为高碳酸血症），呼吸运动将反射性加深加快，肺
9、通气量增加。肺通气量增加可使CO2排出增加，从而使血液PCO2恢复正常水平。但吸入CO2超过一定的限度，使血液中PCO2过高可对中枢神经系统包括呼吸中枢活动起抑制作用。3.2增大无效腔对呼吸运动的调节 本实验中通过接上一根长50cm胶管的方法来增加气道长度，增大了解剖无效腔从而减少了肺泡的通气量，使得家兔呼吸运动加深加快。一方面，无效腔的增大使得每次吸入的气体到达肺泡与血液进行气液交换的量减少，气体更新率降低，使得血液中PCO2升高，而PO2下降，反射性引起呼吸运动加强，但以PCO2升高对呼吸运动的调节为主。CO2对呼吸运动的调节作用前已述。当血液中PO2下降时，刺激外周化学感受器从而引起呼吸
10、中枢兴奋。另外气道加长使呼吸气道阻力增大，也会反射性引起呼吸加深加快。3.3H+对呼吸运动的调节 本实验中注射2mL乳酸后，动脉血H增加，呼吸加深加快，肺通气量增加。和CO2一样，H对呼吸的调节也是通过外周化学感受器和中枢化学感受器实现的。而中枢化学感受器对H的敏感性较外周的高，约为外周的25倍。但是，H通过血液屏障的速度较慢，限制了它对中枢化学感受器的作用，所以主要通过刺激外周化学感受器而起作用。3.4切断迷走神经对呼吸运动的调节 切断一侧迷走神经后，家兔呼吸运动加深减慢，切断两侧迷走神经后，该现象更加明显。迷走神经中的有髓神经纤维是肺牵张反射的传入纤维，当吸气运动使肺扩张时，该神经纤维兴奋
11、，冲动传入延髓，经延髓和脑桥呼吸中枢的作用，使吸气转换为呼气，从而加速吸气向呼气运动的转换，使呼吸频率增加；当肺缩小后引起呼气向吸气加强。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，从而家兔的吸气过程延长，吸气加深，呼吸变得深而慢。另外，迷走神经是外周化学感受性反射的传入神经，切断两侧迷走神经后，呼吸中枢将不能感受外周的化学性刺激，失去外周化学感受器反射调节作用。3.5电刺激一侧迷走神经对呼吸运动的调节 本实验中电刺激家兔一侧迷走神经中枢端后，家兔呼吸运动变化明显，变浅变快，几乎成一条直线。原因是用电刺激时，相当于恢复了迷走神经在肺牵张反射中的作用，故家兔呼吸运动变得又快又浅。但
12、如果电刺激过强过长可能会导致呼吸运动停止2。4实验结论 增大血液中PCO2使呼吸加深加快，原因是一定浓度的CO2能够引起中枢和外周化学感受器兴奋，呼吸运动将反射性加深加快，肺通气量增加；增大无效腔相当于增大了血液中PCO2和减小PO2，低氧对呼吸运动的刺激作用完全是通过外周化学感受器实现的。当PO2降低时，呼吸运动将加深加快，肺通气量增加。同时气道长度的增加也增大了气道阻力亦会使呼吸加深加快；增大血液中H可使呼吸加深加快，原因是H也能够引起中枢和外周化学感受器兴奋，但因为外周血液中的H难以通过血脑屏障，因此以后者为主，从而反射性引起呼吸加深加快；切断迷走神经，中断了肺扩张反射的传入通路，从而呼吸加深减慢；电刺激一侧迷走神经后，兴奋了肺牵张反射，因此呼吸变得又快又浅。5参考文献 1陆源, 孙霞, 饶芳. 机能学实验教程M. 第3版. 北京: 科学出版社, 2016:192-194.2朱大年. 生理学M. 第八版. 北京: 人民卫生出版社, 2009:179-185.