实验八 分析蛙心兴奋与收缩的关系
蛙类心室肌的期外（期前）收缩与代偿间歇
Ø 介绍
一、 背景信息
代偿间歇（compensatory pause）心脏的兴奋和收缩是依靠窦房结的节律进行的，如果在心室的有效不应期后，给予人工刺激或心室受到病理性的异位起搏点刺激，则心室肌可以接受这一额外的刺激而产生期前兴奋，引起期前收缩。期前收缩也有兴奋性变化，也有不应期，紧接着期前兴奋之后的一次窦房结产生的兴奋传到心室时，恰好落在期前兴奋的有效不应期内，因而不能引起心室的兴奋和收缩，必须等到下一次窦房结的兴奋传到心室时才能发生。所以在期前收缩之后有较大的心室舒张期，称为代偿间歇。
二、 相关资料
两栖动物的心脏结构为一心室二心房，心脏活动的节律主要决定于起搏点（静脉窦）的节律。利用传感器和计算机采集系统将心脏的活动以张力变化形式描记下来，得到心搏曲线。在描记心搏曲线同时，用心电图记录心脏生物电变化，可用于观察心脏的机械收缩与电变化之间的关系。
蛙心的结构：
心肌细胞的有效不应期一直延续到机械反应的舒张期开始之后，因此只有到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再产生兴奋和收缩，而从收缩开始到舒张早期之前，心肌细胞不会产生第二次兴奋和收缩。因此心肌不会像骨骼肌那样产生完全强直收缩，而是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，这样才能实现其泵血功能。
正常情况下，窦房结产生的每一次兴奋传递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兴奋。但如果心室在有效不应期之后下一次节律兴奋之前受到人工的或者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导心室肌时，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，必须等到再下一次窦房结的兴奋传到心室时才能够引起心室收缩。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。
三、 实验目的
1. 了解心脏电活动与机械活动的时相关系。
2. 观察心室收缩活动的不同时相对额外刺激的反应。
3. 了解心肌生理特性。
4. 掌握心肌期外收缩产生的条件，阐明代偿间歇出现的机理。
5. 学习斯氏离体蛙心灌流法
6. 观察Na+、Ca2+、肾上腺素(Adr)、乙酰胆碱(ACh)等对离体心脏活动的影响
Ø 实验材料和方法
一、实验材料与器械
青蛙
常用手术器械(包括粗剪刀、手术剪、手术镊、眼科剪、眼科镊、金属探针、玻璃分针)、固定针、蜡盘、培养皿、污物缸、棉线、纱布、滴管、任氏液)、RM6240多道信号采集处理系统及其配套软件、连接线、计算机、JZ100型张力换能器（100g）、双针型露丝电极、支架、一维位移微调器、双凹夹、滑轮、长短滴管、斯氏蛙心套管、套管夹、小烧杯；
0.65%氯化钠溶液、5%氯化钠溶液、2%氯化钙溶液、1%氯化钾溶液、1:10000肾上腺素溶液、1:10000乙酰胆碱溶液、300U/mL 肝素溶液；
二、实验步骤与方法
1、实验准备，打开计算机采集系统，接通张力换能器输入通道。
2、暴露动物心脏。取蛙一只，双毁髓后背位置于蜡盘内（先前实验已经完成）。一手持手术镊提起胸骨后方的皮肤，另一手持剪刀剪开一个小口，然后将剪刀由开口处伸人皮下，向左、右两侧下颌角方向剪开皮肤。将皮肤掀向头端，再用手术镊提起胸骨后方的腹肌，在腹肌上剪一口，将金冠剪紧贴体壁向前伸入(勿伤及心脏和血管)，并沿皮肤切口方向剪开体壁，剪断左右乌喙骨和锁骨，使创口呈一倒三角形。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。
3、用蛙心夹夹住心尖部，将蛙心夹上的系线绕过滑轮与张力传感器相连。调节滑轮位置使心脏不离开体腔且能记录心搏曲线。调节扫描速度与心搏曲线的幅度适中。
4、将引导心电的两个电极夹，分别夹住刺人上下肢皮下的针形电极。接通动物心电输入通道，观察心电信号。如果信号不大，可调节显示器的增益，直到出现明显的心电信号。调节两个通道的扫描速度一致。用比较显示方式，观察心电图的P波与心房收缩波、QRS波群与心室收缩波在时间上的相关性。
5、选择能引起心室发生期外收缩的刺激强度(于心室舒张期调试)，分别于心室收缩期和舒张期的早、中、晚给予单个刺激(注意：刺激前后要有三四个正常心搏曲线作对照，不可连续输出两个刺激)。观察心搏曲线有无变化。加大刺激强度，观察心室肌对额外刺激的反应。
Ø 实验结果
一、 实验测绘图像
见本实验附录
二、 实验参数记录
1. 蛙心兴奋与收缩的关系
表1 信号采集系统记录参数表
2. 蛙心心室肌的期外收缩与代偿间歇
表2 信号采集系统记录参数表
三、 实验结果描述
1. 蛙心兴奋与收缩的关系
a) 心搏曲线中，可以清晰看出心房波和心室波，心脏活性较高，但静脉窦心肌细胞的收缩波形不明显。
b) 心电图中，可以清晰辨别出P波，QRS波群和T波。
c) 对比后可得出，心电曲线与心搏曲线有一定的对应关系。心电波均略早于对应的心搏波。
2. 蛙心心室肌的期外收缩与代偿间歇
共显示四种刺激，分别是无效刺激、刺激落在舒张前期、刺激落在舒张中期、刺激落在舒张晚期。
在舒张期的刺激后，出现代偿间歇。
Ø 结果分析
一、 蛙心兴奋与收缩的关系
A. 肌肉收缩存在三个峰，第一个峰不明显，为静脉窦峰，第二个峰较小，为心房峰，第三个峰最大，最明显，为心室峰。两栖类的心脏没有特殊的传导系统，起搏点是静脉窦，兴奋由一个细胞传到另一个细胞，迅速传遍两个心房，再通过电信号的传递进而引起心室的搏动
B. P波代表了心房的去极化过程，其宽度反映了去极化在整个心房传播所需的时间。QRS综合波出现在去极化在心室肌内传导的时候，包括三个紧密相连的电位波动。由于心室组织的体积大于心房，QRS综合波幅度较P波大，又由于去极化通过浦肯野纤维和心室肌的传播速度很快，所以QRS综合波的时间较短。
C. P波早于心房收缩波、QRS波群早于心室收缩波说明心脏的搏动是由电信号引起的。在窦房结发出兴奋，经心房肌传播到心房，形成P波，进而引起心房的搏动。与此同时，窦房结的兴奋也可通过心房肌传到房事交界，然后由房室束传到蒲肯野纤维而到达心肌，进而引起心室的搏动。
二、 蛙心心室肌的期外收缩与代偿间歇
A. 实验说明心肌细胞的有效不应期特别长，相当于整个收缩期和舒张早期，在此期间，对任何刺激不产生再次兴奋，因此心脏不会发生完全强直收缩，从而保持收缩和舒张交替进行的节律性活动。
B. 刺激落在有效不应期内，不产生新的兴奋，为无效刺激；
C. 刺激给予于前一次兴奋的有效不应期后、下一次窦房节传出电信号前，由于刺激强度较大，一些阈刺激较高的正常情况下不兴奋的肌纤维也产生了兴奋收缩，所以总体收缩强度也较大，而下一次节律电信号则落入这一次期前兴奋的绝对不应期，不再产生兴奋，出现代偿间歇；
D. 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。
E. 使得心房波和心室波合二为一，刺激给予时刻与窦房节信号传出时刻几乎一致，因而起到了增强信号的作用，导致心脏发生较正常情况略强的收缩，而下一次节律电信号产生于这一次兴奋的不应期终结之后，因而正常兴奋不受影响。
F. 加大刺激后蛙心脏没有明显反应
Ø 注意事项
1. 一定不能使蛙针刺入胸腔、腹腔；毁髓要彻底；尽量减少失血，以保持蛙心活力。
2. 蛙心夹与机械换能器的连线一定要垂直，且与心轴一致，并应有一定的紧张度。
3. 注意滴加任氏液，以保持心脏表面的润湿和适宜的环境。
4. 在用蛙心夹夹住心尖部时，应准确快速，避免多次夹持导致心脏受损。
5. 为了减少肌电干扰，大头针必须尽量插到四肢上肌肉最少的地方。
6. 在体心脏不像离体的骨骼肌，与传感器之间的连线不要拉太紧。拉力过大，破坏心脏节律，造成心脏骤停，无法完成实验。但线过松，拉力过小，实验难以记录到好的数据。因而线的松紧要合适。
7. 采集蛙心电信号时，如果采用标准导联获得的信号过于微弱，可以直接将引导电极接到心脏上，由于心脏本身处于跳动状态，刺激电极的两金属丝与蛙心要接触良好，保证电极一直与心脏接触良好。
8. 做蛙心期前收缩与代偿间歇时，注意调节扫描速度与心搏曲线的幅度适中。调节两个通道的扫描速度一致，使之具有可比性。
Ø 思考题
1、 分析实验结果，P波早于心房收缩波，QRS波群早于心室收缩波说明什么？
答：P波岱庙两心房的去极化过程，他代表了兴奋再整个心房的传播过程，心肌细胞的兴奋通过兴奋-收缩藕联机制触发心肌细胞收缩。可见心房收缩实在去极化传播过程之后发生的，故P波早于心房收缩波；去极化再心室肌内传导时，体表电位变化为QRS综合波，同理QRS波群早于心室收缩波。这均说明心脏的机械说所活动给与点活动相比纯在时间上的滞后。
2、 根据学过的理论，说明心脏发生收缩反应之前的生理过程。
答：心肌细胞的动作电位是触发心肌收缩的原因
窦房结细胞具有自动发生节律性兴奋的特征，即具有自律性。窦房结发出的兴奋通过心房肌传播到整个右心房和左心房，并迅速传导房室交界处。经房室束和左、右束支传导普肯也纤维网，引起心室肌兴奋。心肌细胞兴奋时，通过兴奋-收缩藕联机制，触发心肌细胞收缩。
3、如何证实心肌有较长的不应期？心肌的较长不应期有何生理意义？
答：心肌每发出一次兴奋过程，随之其兴奋性发生一系列变化，即绝对不应期、相对不应期、超常期。再心肌兴奋的不同时期给与刺激，所产生的反应不同，从心肌收缩开始到舒张早期之间，无论给与多强的刺激，心肌都不会发生再一次的兴奋而收缩。这说明心肌的有效不应期较长，几乎相当于心肌的整个说所起和舒张期的前1/3.心肌组织的这个特点，使得心肌不会像骨骼肌一样产生完全强直收缩，保证心肌适中做收缩和舒张交替的节律性活动，从而使心脏有血液回信充盈时期，实现心脏的泵血功能。
4、 代偿间歇时怎样产生的？前期收缩后一定出现代偿间歇吗？为什么？
答：（1）心室再有效不应期之后受到的来自人工的或病理的异常刺激，可以出现一次提前的收缩，称期前收缩。期前兴奋也有自己的有效不应期，加入再该兴奋之后的一次正常起搏点传导心室肌时，正好落在期前兴奋的有效不应期之内，则不能引起心室兴奋和收缩，这样，再一次期前收缩后出现这样一段较长时间的舒张期，称为代偿间歇。
（2）期前收缩后不一定出现代偿间歇。因为如果在期前兴奋之后的正常兴奋传到心室时落在了期前兴奋的有效不应期之外，则依然会引起心室兴奋和收缩，不出现代偿间歇
Ø 参考资料
1.《生理学实验指南》.项辉,龙天澄,周文良主编.北京：科学出版社.2008.
2.PPT《10.蛙心兴奋与收缩实验（2009）》
3.PPT《10.蛙心兴奋与收缩实验（2009）》
4.百度百科 http://baike.baidu.com/view/541928.htm#sub541928
第二篇：蟾蜍心室期前收缩和代偿间歇
蟾蜍心室期前收缩和代偿间歇
周晓泉 09临床1班，20091090128
【摘要】 目的：1.学习蟾蜍在体心脏舒缩活动和心电图记录方法和技术。2.通过在心脏活动的不同时期给予刺激，观察心肌兴奋性阶段性变化的特征。3.学习微机生物信号采集处理系统和换能器的使用。方法：使用生物信号采集处理系统，用中等阈上刺激分别在心室收缩期、舒张期和心室舒张早期刺激心室，记录分析数据结果。结果：心室收缩期和心室舒张早期不能引起心肌兴奋，不出现期前兴奋和代偿间歇。
心肌每兴奋一次，其兴奋性就发生周期变化。心肌兴奋的特点在于其有效不应期特别长，约相当于整个收缩期和舒张早期。因此，在心脏收缩期和舒张期内，任何刺激均不能引起心肌兴奋而收缩，但在舒张早期以后，给予一次较强的阈上刺激就可以在正常节律性兴奋到达之前，产生一次提前出现的兴奋和收缩，称之为期前兴奋和期前收缩。同理，期前兴奋亦有不应期，因此，下一次正常的窦性节律兴奋到达时正好落在期前兴奋的有效不应期内，便不能使心肌兴奋和收缩，这样在期前收缩之后出现一个较长的舒张期，这就是代偿间歇。
【关键词】 代偿间歇，期前收缩 ，收缩期，舒张期
【实验材料】蟾蜍，蛙类手术器械一套（粗剪刀一把、眼科剪一把、、镊子两把、玻璃分针一把、蛙钉4个、培养皿1个，蛙板一个、滴管一个、棉线若干，蛙心夹一个），张力换能器，刺激电极，铁架台，生物信号采集处理系统，微机，任氏液。
【实验方法】 1.系统连接和仪器参数设置。 张力换能器输出线接微机生物信号处理系统的第1通道，刺激电极的输出线与微机生物信号处理系统的刺激通道相连，按后进行相关参数设置。
2.捣毁蟾蜍脑脊髓：取蟾蜍一只，用自来水冲洗干净。左手握蛙，用食指下压头部前端，拇指按压背部，使头前俯。中指与无名指夹其前肢，无名指与小指夹其后肢，使整个躯干做最大屈曲。把探针自枕骨大孔处垂直刺入，到达椎管，即将探针改变方向刺入颅腔，向各侧不断搅动，彻底捣毁脑组织；再将探针原路退出，刺向尾侧，捻动探针使其逐渐刺入整个椎管内，完全彻底捣毁脊髓。脊髓破坏完全的标志是：下颌呼吸运动消失，反射消失，四肢松软。
3.将其仰卧在蛙板上并用蛙钉将其固定在蛙板上。从剑突下将胸部皮肤向上剪开（或剪掉），然后剪掉胸骨，打开心包，暴露心脏
4.再用蛙心夹在心室舒张期夹住心脏的心尖，并将蛙心夹另一端系在张力换能器上，从而使蛙心提起。应注意连与蛙心夹和张力换能器的棉线应拉直并与桌面垂直
5.将刺激电极固定在铁架台上，使其两极于心室接触
6.打开电脑，进入进入生物信号采集处理系统，生物电一栏选择张力
7.用中等强度的单个阈上刺激分别在心室收缩期、舒张早期和心室舒张早期之后刺激心室，连续记录心搏曲线。观察有无期前收缩出现，期前出现后是否出现代偿间歇，并注意最好间隔四个波形刺激一次
【实验结果】在心室收缩期和心室舒张早期未出现期前收缩，不出现代偿间歇。在心室舒张的中晚期则出现了期前收缩和代偿间歇
【实验分析】心肌兴奋一次，其兴奋性就发生一次周期性变化，心肌在收缩期和舒张早期因处于心室不应期，故在这两个阶段刺激不能引起心肌兴奋，不能产生期前兴奋，也就没有代偿间歇出现；而在舒张中晚期刚好心肌未在有效不应期内，故当给心脏一次阈上刺激时，心肌就产生了期前兴奋，出现了代偿间歇
【实验结论】心室在心室收缩期和舒张早期不发生期前收缩和代偿间歇；当其处于心室舒张中晚期时给予阈上刺激则发生期前收缩和代偿间歇
【参考文献】
1、 常全忠，主编。机能实验学。第1版。北京：人民卫生出版社，2008。
2、 朱大年，主编。生理学。第七版。北京：人民卫生出版社，2008。：