蛙心搏的观察与描记，蛙类离体心脏灌流
蛙心搏的观察与描记，蛙类离体心脏灌流
及期外收缩与代偿间歇
实验目的：
1、学习暴露蛙类心脏的方法，熟悉心脏的结构；
2、学习在体蛙类心脏活动的记录方法，了解心脏的电活动与机械收缩活动的时相关系；
3、学习离体蛙心灌流法；
4、了解心肌的生理特性；
5、观察Na+、K+、Ca2+离子对离体心脏活动的影响。
6、观察心脏各部位节律性活动的时相及频率；
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。当静脉窦传来的节律性兴奋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。
实验材料：
蛙、蛙心套管、套管夹、支架、蛙心夹、双凹夹、蛙板、滑轮、常用手术器械、秒表、滴管、棉线、任氏液、肝素、5%Nacl溶液、2�cl2溶液、1%Kcl溶液、计算机采集系统、张力传感器、两个针形插入电极
实验步骤：
1、蛙心搏的观察与描记：
1）暴露动物心脏：取一只蛙，双毁髓后背位置于拉盘内，剪开胸腔，创口呈倒三角形；一手持眼科镊，提起心包膜，另一手用眼科剪剪开心包膜，暴露心脏。
2）观察心脏结构：先从腹面观察心室、心房、动脉圆锥、左右主动脉、房室沟；再从背面观察静脉窦、窦房沟、前后腔静脉。
3）进行结扎手术、观察心搏过程：仔细观察静脉窦、心房及心室收缩的顺序和频率，并作记录；在主动脉干下方穿一条线，将心脏翻向头端，沿窦房沟作结扎，称斯氏第一结扎，观察心脏各部分搏动节律的变化，用秒表计数每分钟的搏动次数；在房室交界处穿线，结扎房室沟，称斯氏第二结扎，待心室恢复搏动后，计数每分钟心脏各部分搏动次数。
2、蛙类离体心脏灌流：
1）离体蛙心的制备：
双毁髓，将蛙胸腔剪开呈倒三角形，剪开心包膜，暴露心脏。将右主动脉结扎，在左主动脉剪一斜口，用滴有任氏液和肝素的蛙心套管沿左主动脉插入心室腔内，此时可见血液冲入套管，并使液面随心脏搏动而上下移动，表明操作成功。用滴管吸取套管中的血液，更换新鲜的任氏液。稳定住套管后，结扎左主动脉。轻轻提起套管和心脏，结扎上下腔静脉，剪断有牵连的组织和血管，使心脏离体。用任氏液反复冲洗心室内余血，使套管内灌流液不再有残留血液，保持套管内液面高度一致，即可进行实验。
2）实验观察：
a)连接好实验装置，打开软件，记录正常心搏曲线。
b)向套管内滴加5%Nacl溶液，做好加药标记，观察心搏曲线的频率及振幅变化。当曲线出现明显变化时，立即更换任氏液，待心搏恢复正常。
c)向套管内滴加1—2滴1%Kcl溶液，记录心搏曲线变化，当心搏曲线变化时，更换任氏液，待心搏恢复正常。
d)向套管内滴加1—2滴2�cl2溶液，记录心搏曲线变化，当心搏曲线变化时，更换任氏液，待心搏恢复正常。
3、期外收缩与代偿间歇
1）暴露动物心脏：
取一只蛙，双毁髓后背位置于拉盘内，剪开胸腔，创口呈倒三角形；一手持眼科镊，提起心包膜，另一手用眼科剪剪开心包膜，暴露心脏。
2）记录正常心搏曲线：
打开生理信号采集系统，接通张力传感器输入通道。蛙心夹的系统与张力传感器的应变梁孔连接，使心脏的收缩活动在屏上显示。将刺激电极安放在心室外壁，使之既不影响心搏又能同心室紧密接触。记录正常心搏曲线为对照。
3）观察心室肌的期外收缩与代偿间歇的产生：
选择能引起心室发生期外收缩的刺激强度，分别于心室收缩期和舒张期的早中晚给予单个刺激，观察心搏曲线的变化。
实验结果：
1、蛙心搏的观察与描记：
1）心脏的结构：
a、蛙心是由1心室2心房构成的，从心脏的腹面可以看到一个心室，其上方有两个心房（但分界不明显），房室之间有房室沟，心室右上方有一&
动脉圆锥，是动脉根部的膨大，动脉干向上分成左右两分支，即左主动脉和右主动脉。
b、将心脏倒吊之后，从心脏的背面可以看到一心房、两心室、房室沟，此外，还可以看到静脉窦（颜色暗红），心房与静脉窦之间有一条白色半月形界线，称窦房沟，沿窦房沟做一结扎，称为斯式第一结扎；在房室交界处结扎房室沟，称为斯式第二结扎。
2）心搏的过程级变化情况:
表1、斯氏结扎记录表
观察实验现象可知：正常生理条件下发现静脉窦、心房、心室三者节律性一致，跳动次数相等；斯氏第一结扎后，静脉窦按原来的节律收缩，而心房、心室收缩次数明显减少；斯氏第二结扎后，静脉窦仍然保持原来的节律跳动，而心房收缩慢于静脉窦，心室的收缩节律明显慢于前两者，可以说明心室收到收缩信号要晚于心房，心室此时在以自己的节律进行收缩，明显慢于心房。根据此实验可以总结出心脏节律性的传导规律：静脉窦&&&&&&
2、蛙类离体心脏灌流：
图1：只加任氏液
从图1可知：只加入任氏液，可以在计算机采集系统里看到两个波，前面那个较小的是由心房产生的波，而后面较大的波为心室产生。其波形跟生理信号采集系统采集的蛙心心搏曲线（图5）较相似，因此，相对于下面的实验来说，加入任氏液属于空白对照组，记录的是正常情况下蛙心的心搏跳动曲线；加入其它试剂则为实验组，记录在不同的试剂中，心搏曲线图。
图2：加入5%NaCl
从图2可知：在刚刚加入0.5%NaCl的时候，蛙心心脏跳动随着时间的延长而减弱，如图2上图，并且在曲线图中，其心房跳动变小，基本上看不见；随着时间的延长，0.5%NaCl对心脏的影响减小，心脏跳动逐渐恢复，如图2下图。
图3：加入1%KCl
从图3可看出，用1%KCl灌注蛙心时，蛙心脏跳动减弱。
图4：加入2�Cl2
从图4可知：用2�Cl2灌注蛙心时，蛙心脏收缩力增强，在曲线中，只能看到一个波形即心室跳动的波；若时间再延长，心脏跳动会由于过分抽搐而停止，使图成一条直线的现象，即“钙僵”。如果长时间“钙僵”，即使去掉CaCl溶液，改为任氏液。也不能再使心脏恢复跳动。
3、期外收缩与代偿间歇
图5： 正常情况
期外收缩与代偿间歇
图7：收缩期刺激
从图5、6、7可以看出：正常情况下（没有外界刺激），蛙心脏跳动会出现两个波，其中较大的波为心室跳动的波，可以分为上升的收缩期和下降的舒张期，其跳动的频率和波形的大小保持相对不变。在心室收缩期给予一个刺激，由于心肌的不应期较长，整个收缩期都处于不应期内，所以其不会发生反应如图7；当在心室的舒张期给予一个阈上刺激时，则会使其产生一次正常节律以外的收缩，并且这个收缩的强度大于原来心室收缩强度，此则为期外收缩如图6；若在期外收缩的收缩期再给予一个刺激，心室同样不会发生反应，而要等静脉窦下一次兴奋时才会收缩，在期外收缩之后有个较长时间的舒张间歇期，称为代偿间歇，如图6。
实验分析和讨论：
1、正常生理条件下发现静脉窦、心房、心室三者节律性一致；斯氏第一结扎后，静脉窦收缩的节律不变，而心房、心室收缩次数明显减少；斯氏第二结扎后，静脉窦仍然保持原来的节律，心房收缩慢于静脉窦，而心室的收缩节律明显慢于前两者。根据此实验可以总结出心脏节律性的传导规律：静脉窦&&&&&&
心室。由于心脏节律是由静脉窦传导心房再传递到心室，因此，结扎之后，使信号传导受阻，于是在结扎后面的心房或心室节律收到明显的抑制；而当第二结扎之后，基本上在短期内无法看到心室的跳动，这是因为前面两个结扎，使传导到心室的信号已很弱。
2、心肌组织具有兴奋性、自律性、传导性和收缩性四种生理特性。心肌的收缩性是指心肌能够在肌膜动作电位的触发下产生收缩反应的特性，它是以收缩蛋白质之间的生物化学和生物物理反应为基础的，是心肌的一种机械特性。兴奋性、自律性和传导性，则是以肌膜的生物电活动为基础的，故又称为电生理特性。心肌组织的这些生理特性共同决定着心脏的活动。
&&&&心肌细胞每产生一次兴奋，其膜电位将发生一系列有规律的变化，膜通道由备用状态经历激活、失活和复活等过程，兴奋性也随之发生相应的周期性改变。兴奋性的这种周期性变化，影响着心肌细胞对重复刺激的反应能力，对心肌的收缩反应和兴奋的产生及传导过程具有重要作用。心室肌细胞一次兴奋过程中，其兴奋性的变化可分以下几个时期：绿色为相对应的心电图，红色为相对应的心室肌动作电位的变化，蓝色为心室肌机械收缩的变化)： （1）绝对不应期(absolute&refractory&period)和有效不应期(effective&refractive&period)：从除极开始至复极达-55mV这一时间内，无论给与多大的刺激，心肌细胞均不产生反应，称为绝对不应期。从-55mV复极到-60mV这段时间内，给与强刺激可使膜发生部分除极或局部兴奋，但是不能爆发动作电位，称为有效不应期。& （2）相对不应期(relative&refractory&period)：从复极-60mV到约-80mV的时期。此期间内，用大于正常阈值的强刺激才能产生动作电位。& （3）超常期(supernormal&period)：从复极的-80mV到-90mV的时期，在此期间用低于正常阈值的刺激就能产生动作电位的爆发。
3、细胞在发生一次兴奋过程中，兴奋性发生周期性变化是所有神经和肌组织共同的特性；但心肌细胞的有效不应期特别长，一直延续到机械反应的舒张期开始之后。因此，只有到舒张早期之后，兴奋性变化进入相对不应期，才有可能在受到强刺激作用时产生兴奋和收缩。从收缩开始到舒张早期之间，心肌细胞不会产生第二个兴奋和收缩。& &&&&这个特点使得心肌不会像骨骼肌那样产生完全强直收缩而始终作收缩和舒张相交替的活动，从而使心脏有血液回心充盈的时期，这样才可能实现其泵血功能。
但是心室肌可以产生不完全强直收缩。为证明这一理论，对心室肌进行串刺激，不断加大刺激的频率，分析得到的波动曲线，发现心房的搏动没有明显变化，但心室的搏动逐渐减弱，直到出现不完全强直收缩的现象。实验结果见下图：
4、正常情况下，窦房结产生的每一次兴奋传播到心房肌或心室肌的时间，都是在它们前一次兴奋的不应期终结之后，因此，整个心脏能够按照窦房结的节律而兴奋。但如果心室在有效不应期之后受到人工的或窦房结之外的病理性异常刺激，则可产生一次期前兴奋，引起期前收缩或额外收缩。期前兴奋也有它自己的有效不应期，这样，当紧接在期前兴奋之后的一次窦房结兴奋传到心室肌时，常常正好落在期前兴奋的有效不应期内，因而不能引起心室兴奋和收缩，形成一次“脱失”，必须等到再下一次窦房结的兴奋传到心室时才能引起心室收缩。这样，在一次期前收缩之后往往出现一段较长的心室舒张期，称为代偿性间歇。随之，才恢复窦性节律。
4、5%NaCl溶液对心脏活动的影响：
5％Nacl溶液灌注蛙心出现心跳随时间的延长而减弱，这是因为心肌的收缩活动是由Ca2+触发的，由于心肌细胞的肌浆网不发达，故心肌收缩的强弱与细胞外Ca2+浓度呈正比。用&5％NaCl溶液灌注心，由于灌注液中缺乏Ca2+，以致心肌细胞动作电位二期内流Ca2+减少，胞浆Ca2+浓度减少，心肌的收缩活动也随之减弱。如果长时间用5％NaCL溶液灌流蛙心，心脏最终会停止收缩，但心肌仍能产生动作电位（即产生兴奋），是心肌细胞内缺少Ca2+后的表现。
5、2�Cl2溶液对心脏活动的影响：
细胞外Ca2+在心肌细胞膜上对Na＋的内流有竞争性抑制作用，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，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+内流增加，心肌收缩力增强增快；
6、1%KCl溶液对心脏活动的影响：
用1%KCl溶液灌注蛙心时，心跳减弱。用1%KCl溶液灌注蛙心时，心跳明显减弱，甚至出现心脏停止于舒张状态的现象。因为细胞外K+浓度增高时K+与Ca2+有竞争性拮抗作用，K+可抑制细胞膜对Ca2+的转运，使进入细胞内Ca2+减少，心肌的兴奋一收缩耦联过程减弱心肌收缩力降低。当细胞外K+浓度显著增高时，膜内外的K+浓度梯度减小，静息电位的绝对值过度减少，Na+通道失活，心肌的兴奋性完全丧失，心肌不能兴奋和收缩，停止于舒张状态。
7、正常情况下（没有外界刺激），蛙心脏跳动会出现两个波，其中较大的波为心室跳动的波，可以分为上升的收缩期和下降的舒张期，其跳动的频率和波形的大小保持相对不变。在心室收缩期给予一个刺激，由于心肌的不应期较长，整个收缩期都处于不应期内，所以其不会发生反应；当在心室的舒张期给予一个阈上刺激时，则会使其产生一次正常节律以外的收缩，并且这个收缩的强度大于原来心室收缩强度，此则为期外收缩；若在期外收缩的收缩期再给予一个刺激，心室同样不会发生反应，而要等静脉窦下一次兴奋时才会收缩，在期外收缩之后有个较长时间的舒张间歇期，称为代偿间歇。
七、参考文献
[1] 潘桂兰, 陈晓东, 庞东卫,
生理学实验“期前收缩与代偿间歇”的特殊曲线波形[J]. 包头医学院学报,
2003,(02).
[2] 桑盛娟, 王淑燕, 吴滨鏞. 哺乳类动物离体心脏心电图描记方法[J]. 首都医科大学学报, 1983,(04)
[3] 李海涛, 王俊亚, 张东梅.
离体心脏灌流实验方法的类比研究[J].
卫生职业教育,
[4] 吴滨镛, 王淑燕, 桑盛娟.
家兔离体心脏灌流及其心电图[J].
首都医科大学学报,
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