观察不同因素对家兔膈神经电活动和膈肌张力变化的影响

【实验目的】

1. 掌握哺乳动物呼吸运动时膈肌张力变化和膈神经放电的同步记录方法。

2. 观察某些因素对膈肌张力变化和膈神经放电的影响，并分析其影响机制。

【实验原理】

平静呼吸运动（respiratory movement）是由包括膈肌（diaphragm）和肋间外肌（External intercostal muscles）在内的呼吸肌（respiratory muscle）收缩和舒张活动，引起胸廓的扩大和缩小的运动，为自动节律性活动。

当延髓吸气中枢兴奋时传出冲动达到脊髓时，引起支配吸气的运动神经元兴奋，发出神经冲动经膈神经（phrenic nerve）和肋间神经（intercostal nerves）传到膈肌和肋间外肌，引起膈肌和肋间外肌收缩，胸廓扩大产生吸气。

延髓吸气中枢活动暂停，膈神经（phrenic nerve）和肋间神经（intercostal nerves）放电停止，膈肌和肋间外肌舒张，胸廓缩小产生呼气。这种起源于延髓呼吸中枢的节律性呼吸运动，受到来自中枢和外周的各种感受器，特别是化学感受器和机械感受器传入信息的反射调节。

当动脉血中PO2、PCO2或[H＋]发生变化时，或／和通过延髓腹外侧浅表的中枢化学感受器（central chemoreceptor）和外周化学感受器（peripheral chemoreceptor）来影响呼吸运动。

当肺过度扩张或过度萎陷时，通过气道平滑肌中的牵张感受器发出冲动经迷走神经（vagus）到达延髓，反射性抑制或兴奋吸气。家兔的肺牵张反射（pulmonary stretch reflex）在其呼吸调节中起着重要作用。

膈神经放电活动和膈肌收缩代表吸气运动的开始，而膈神经放电活动停止和膈肌舒张与呼气运动同步。此外，膈神经的放电活动状态的变化，反映了呼吸中枢神经系统机能活动的变化。

本实验以膈神经放电或／和膈肌的收缩为指标，可观察各种处理因素对动物呼吸运动的影响，并分析其影响机制。

【实验对象】

家兔。

【实验试剂与器材】

20%氨基甲酸乙酯溶液，3%乳酸，生理盐水；哺乳动物手术器械一套，兔解剖台，“Y”形气管插管一只，注射器（20ml两只、5ml一支），50cm长的橡皮管一条，盛有氮气和CO2的球胆各一只，引导电极，纱布，手术缝线。

【实验方法与步骤】

1. 麻醉与固定　动物称重， 20%氨基甲酸乙酯溶液1g/kg体重由耳缘静脉缓慢注射麻醉，仰卧固定于兔解剖台上。

2. 气管插管　剪去颈部的兔毛，沿颈部正中切开皮肤及筋膜（长约5～7cm），用止血钳钝性分离皮下软组织，暴露气管。在喉下将气管和食道分开，然后在甲状软骨下3～4气管环状间作一“⊥”形剪口，插入Y形气管插管（注意插管的斜面向上），用手术缝线结扎固定。

3. 分离两侧迷走神经 用玻璃分针在两侧颈总动脉鞘内分离出迷走神经，在其下方穿线作一标记备用，然后用温热生理盐水的纱布覆盖、保护手术野。

4. 分离颈部膈神经 充分暴露颈部手术野，在脊柱旁可见数丛粗大的臂丛神经由脊柱发出向后外走行，在喉头下方约1cm的部位，可见向下向内侧走行的膈神经。用玻璃分针在尽可能靠近锁骨部位，小心、仔细分离出一小段神经，穿线备用。

5. 胸部暴露剑突（xiphoid），分离膈肌角，穿线结扎膈肌角，用粗剪刀剪断胸骨柄。

6. 仪器的连接及参数的设定

（1）将引导电极的输入端与BL-410生物机能实验系统通道1的输入接口连接。启动计算机，点击生物机能实验系统的图标，进入实验系统软件界面。

（2）将张力换能器与BL-410生物机能实验系统通道2的输入接口连接(事先由老师定标)。

（3）启动计算机，进入实验系统软件界面。通道1选择“膈神经放电”实验，通道2选择“张力”实验。

7. 膈神经放电和膈肌角张力变化的记录

（1）将膈神经小心搭在双极引导电极上（注意电极不要接触到颈部组织），同时将接地电极夹在肌肉上。依据记录的神经放电波形的大小、形状，适当调节实验参数如扫描速度、增益大小。以便获得最佳的实验效果。打开监听器开关，将音量调整到合适大小，即可听到膈神经放电的声音。

（2）将膈肌角的扎线一端与张力换能器的应变梁相连，固定换能器，调整换能器,使换能器应变梁轴线与膈肌角纵轴呈直角，适当拉紧换能器，即可记录到与动物呼吸运动一致的膈肌张力变化曲线，曲线的变化频率代表动物的呼吸频率，曲线的变化幅度代表动物的呼吸深度。

【观察项目】

1. 描记一段正常的膈神经电活动和膈肌张力变化曲线作为对照，观察膈肌张力变化与膈神经放电的时间关系。

2. 增加无效腔，观察对膈肌张力变化和膈神经放电的影响　操作者用手指将气管插管的一侧管堵住，另一侧连接50cm长的橡皮管，观察记录指标的变化。

3. 增加吸入气中CO2浓度，观察对膈肌张力变化和膈神经放电的影响 将装有CO2的球胆管口靠近气管插管的一侧管开口，逐渐打开CO2球胆管上的螺旋，让动物吸入含CO2的气体，观察记录指标的变化。

4. 窒息(asphyxia)时对膈肌张力变化和膈神经放电的影响 操作者用手指将气管插管的两侧管堵住10～20s，观察记录指标的变化。

5. 缺O2时对膈肌张力变化和膈神经放电的影响 将气管插管的一侧管与装有氮气的球胆相连，用止血钳夹闭气管插管另一侧管，只让动物呼吸球胆内的氮气, 观察记录指标的变化。

6. 增大无效腔对膈肌张力变化和膈神经放电的影响 用止血钳将气管插管一侧的橡胶套管夹闭，描记一段膈神经放电曲线。然后在气管插管的另一侧管上连接一长50cm的橡皮管，使无效腔增大，观察记录指标的变化。呼吸发生明显变化后，去掉长橡皮管和止血钳，使呼吸恢复正常。

7. 血液酸碱度的改变对膈肌张力变化和膈神经放电的影响　由耳缘静脉注入3%乳酸(lactic acid)溶液2ml，观察记录指标的变化。

8. 肺牵张反射对膈肌张力变化和膈神经放电的影响

（1）肺扩张反射　将20ml注射器连于气管插管一侧的橡皮管上，抽气20ml备用，在动物吸气之末（膈神经放电之末）用手指堵住气管插管另一侧的同时向肺内注入20ml空气，并维持肺扩张状态10余秒钟，观察记录指标的变化。

（2）肺缩小反射 在呼气之末（膈神经放电开始之前）用手指堵住气管插管另一侧的同时抽出肺内空气，并维持肺缩小状态几秒钟，观察记录指标的变化。

9. 迷走神经在呼吸运动中的作用 描记一段正常膈神经放电后（记录每分钟膈神经放电的次数），先切断一侧迷走神经，观察呼吸的频率、深度的变化及每分钟膈神经放电次数的改变。再切断另一侧迷走神经，观察呼吸运动的频率、深度的变化及每分钟膈神经放电次数的改变。

10. 重复肺牵张反射对呼吸运动的影响（第8项）处理，观察记录指标的变化。

【注意事项】

1. 麻醉剂注射速度要慢，密切注意动物的呼吸情况及对刺激的反应。

2. 分离剑突下膈肌角时不能向上分离过多，避免造成气胸，剪断胸骨柄时切勿伤及膈肌角。

3. 每项实验前、后均要有一段稳定的曲线作为对照。每项处理均应有标记。

　思 考 题

小结各项实验所致的记录指标的变化，分析引起变化的机制。

（田　琴　彭双勤　胡还忠）