家兔呼吸运动的调节
家兔呼吸运动的调节
【目的要求】
1.学习测定兔呼吸运动的方法。
2.学习记录膈肌放电的方法。
3.观察并分析肺牵张反射以及影响呼吸运动的各种因素。
【实验基本原理】
呼吸运动是呼吸肌的舒缩运动，是呼吸肌（胸壁上的肋间肌和隔肌）在神经系统控制下进行的有节律的收缩和舒张造成的。
膈肌的收缩活动受来自中枢的传出神经支配，传出冲动的节律与频率，影响膈肌的收缩节律、频率与强度.
人体及高等动物的呼吸运动所以能持续地节律性地进行，是由于体内调节机制的存在。体内、外的各种刺激，可以直接作用于中枢或不同的感受器，反射性地影响呼吸运动，以适应机体代谢的需要。
肺牵张反射是保证呼吸运动节律的机制之一。
血液中CO2分压的改变，通过对中枢性与外周性化学感受器的刺激及反射性调节，是保证血液中气体分压稳定的重要机制。
【实验动物与器材】
实验动物：家兔
实验工具：兔体手术台、常用手术器械、张力传感器、引导电极、计算机采集系统、气管插管、注射器、橡皮管
实验试剂：20%氨基甲酸乙酯、生理盐水
【实验方法与步骤】
1. 麻醉→背位固定→剪去颈部与剑突腹面的被毛→切开颈部皮肤，分离气管并插入气管插管→分离出双侧迷走神经，穿线备用。
气管务必分离干净，插管后务必扎紧，避免漏气
2. 剑突软骨分离术切开胸骨下端剑突部位的皮肤，并沿腹白线再切开长约2cm 的切口。细心分离剑突表面的组织，并暴露剑突软骨与骨柄。提起剑突，可见剑突随膈肌的收缩而自由运动。
3. 将系有剑突的金属钩钩于剑突中间部位，线的另一端系于张力传感器的应变梁上。
4. 开启计算机采集系统，接通张力传感器的输入通道，调节记录系统，使呼吸曲线清楚地显示在显示器
5. 记录膈肌放电.
【实验观察项目】
（1）记录正常的呼吸运动、膈肌放电曲线，注意分清呼气和吸气运动与曲线的方向。
（2）增加无效腔对呼吸运动的影响将长约0.5m、内径1cm的橡皮管连于气管插管的一个侧管上，用止血钳夹闭另一侧管，使无效腔增加，观察并记录呼吸运动的改变，一旦出现明显变化，则立即打开止血钳，去除橡皮管，待呼吸恢复正常。
（3）增加气道阻力对呼吸运动的影响：将气管插管的两个侧管同时夹闭数秒，观察呼吸变化。
(4)肺牵张反射在气管插管的一个侧管上，连通一个20ml注射器，并吸入20ml 空气。
待呼吸运动平稳后，在吸气末用相当正常呼吸时三个呼吸节律的时间，徐徐向肺内注入20ml空气，同时夹闭气管插管的另一侧管。注意观察呼吸节律的变化及呼吸运动的状态。实验后立即打开夹闭的侧管，待呼吸恢复正常。
同法，与呼气末用注射器抽取肺内气体，观察呼吸的状态有何变化。
（5）待呼吸运动恢复正常后，同时结扎颈部双侧迷走神经，观察并记录呼吸运动的变化。
（6）剪断双侧迷走神经，分别刺激迷走神经中枢端与外周端，观察并记录呼吸运动。
【实验结果以及分析】
实验评注：
呼吸中枢产生的节律性电活动,通过脊髓发出的膈神经和肋间神经传导到膈肌和肋间外肌,使之收缩和舒张产生规律的呼吸运动。膈肌位于胸腔与腹腔之间,构成胸腔的底。膈肌为主要的呼吸肌,收缩时,膈肌下降,胸腔容积增大,产生吸气;舒张时,膈肌上升恢复原位,胸腔容积减小,表现为呼气。膈神经或膈肌的放电情况能反映延髓呼吸中枢活动的强弱以及呼吸运动的强弱。所以膈肌放电的节律性应与呼吸的节律性是一致的,实验结果验证了这一点。
上图为张力传感器连于剑突出测得的张力变化曲线，反映的主要的是膈肌的变化，上升为收缩，下降为舒张。整体趋势和膈肌放电的变化同
无效腔包括解剖无效腔、生理无效腔。即不能进行气体交换的呼吸道。解剖无效腔包括从口、鼻至细支气管的整个呼吸道，既无呼吸上皮，又无肺循环血液供应，不能参与肺泡与血液之间的交换。每次吸气时，首先进入肺泡的是上次呼气之末存在呼吸道内的肺泡气，然后才是新吸入的空气；每次呼气时，首先呼出的是上次呼气之末充盈于呼吸道内的吸入气，然后才是肺泡气。因此，每次呼吸中最后吸入的充盈于呼吸道的这部分气体，恰是最先呼出的、未与肺泡气混合、未参与气体交换的气体，其量为解剖无效腔的容量。
实验中通过插管的方式增大无效腔，也就是减小了进入肺泡的潮气量，即每次的有效气体更新变小。效果促使O2分压下降，CO2 分压上升；使其反射性的调节使呼吸加深加快。所以膈肌放电的变化幅度加大，频率有微量增大。反映到膈肌的收缩曲线，由于收缩频率的增大，为了维持正常的肺部通气量，所以收缩强度减弱。
用夹闭双侧侧管的方式增大气道阻力实际上是在正常的呼吸中忽然阻断整个呼吸系统和外界的联系。直接影响是整个呼吸系统中的氧气分压降低，二氧化碳分压升高，原因是，氧气无法及时供给反而在不断消耗，而二氧化碳的产生在不断的占据整个气压环境。二氧化碳的浓度升高会引起内环境的氢离子浓度增大，刺激呼吸中枢，使得呼吸加强加深，在膈肌放电中反映的就是呼吸频率的减弱，而从张力感受图中反映呼吸肌收缩加强，表现在动物体上就是呼吸加深。由于收缩时间的延长，表面上看是呼吸速率减弱。所有的变化是在一个相对封闭的环境中，二氧化碳的溶解度较大，环境的压力会逐渐减弱，时间长了就会影响肺部的功能，所以要在很短的时间内完成实验，要将时间控制在数秒内。
该实验是向肺部吹起造成的肺部牵张反射。
向肺部吹气相当于使肺部发生扩张，这种扩张刺激了气管平滑肌的牵张感受器，冲动由迷走神经传入延髓，抑制吸气神经元，切断吸气，引起被动呼气。所以如果这次实验注入气体过久，气量过大，可能会使得呼吸停止在呼气的位置。
实验结果也显示了由于增大肺部的体积引起的膈肌收缩力的减弱和呼吸频率的减小。
该实验是从肺部吸气造成的肺部牵张反射。
从肺部吸气造成了肺部的萎缩，信号通过迷走神经传入呼吸中枢的程度减弱，对于吸气神经元的抑制程度减小，就会引起吸气神经元发生兴奋，增加呼吸的强度。实验图中显示了从开始抽气到这种变化恢复的过程。出现了明显的呼吸强度的增大。
总结：肺牵张反射又叫黑-伯二氏反射，他的作用机理可能呼吸的一种自我调节机制。一般人正常呼吸时肺牵张反射的作用不大，而在家兔中这种反射的作用效果很明显。
这是由于迷走神经为肺牵张反射的传入神经, 参与呼气和吸气之间相互转化并维持呼吸的深度和频率。剪断两侧迷走神经后, 中断了肺牵张反射的传入通路, 使肺牵张反射的生理作用减弱, 出现吸气过深, 呼吸频率变慢。途中由于出现张力曲线的基线下移使得显示出的收缩曲线幅度没有多少变化，从后面的图中可以比较清楚的看到收缩的强度变大。而刺激迷走神经, 促进呼气与吸气相互转化, 呼吸频率就加快。
刺激剪断的迷走神经近心端（远中枢端），发现收缩曲线以及呼吸频率没有什么变化。
原因是刺激迷走神经实际是人为制造肺部的扩张信号，使之通过迷走神经传入呼吸中枢。由于迷走神经已经剪断，信号传不到中枢，也就成了无效信号，所以图中显示刺激前后没有变化。
注：由于剪断了双侧迷走神经，机体失去了对呼吸的正常调节机制，所以呼吸速率和强度都无法回到正常水平。
刺激迷走神经的远心端（外周神经端）出现了呼吸强度的明显下降，频率加快。
原因是这是的刺激和中枢之间没有阻碍，所以是有效刺激。剪断迷走神经的直接后果是失去了中枢的抑制，呼吸加深变慢。一旦给予刺激，冲动传入延髓抑制了吸气神经元的活动，使得吸气程度部分被抑制，一定程度上引起了被动的呼气，综合起来使得呼吸的速率提高，呼吸的强度减弱。
由于迷走神经的传入神经也是复合神经干，所以在一定范围内这种变化的程度和刺激强度有关。
【实验注意事项】
1.气管插管内壁必须清理干净后才能进行插管。
2.气流不宜过急，以免直接影响呼吸运动，干扰实验结果。
3.当增大无效腔出现明显变化后，应立即打开橡皮管的夹子，以恢复正常通气。
4.经耳缘静脉注射乳酸要避免外漏引起动物燥动。
5.每一项前后均应有正常呼吸运动曲线作为比较。