Lab #10 Control of Respiratory Movement

（模拟实验）

I. Introduction.

呼吸幅度和频率受到体内O₂ 分压CO₂ 分压以及H⁺ 浓度这些化学因素的反射性调节，以适应机体代谢的需要。神经传导也影响呼吸幅度和频率。

实验目的：分析化学因素及神经传导对呼吸运动的影响。

II. Experimental procedures.

1．鼠标器压下左右移动浏览实验场景

2.移动鼠标器，熟悉实验设施

3.点击拖动器械盘中塑胶气管至流量头，增加无效腔

4.点击气体考克，增加兔吸入气中氮气或二氧化碳的浓度

5.点击拖动器械盘中注射器至兔耳注射乳酸

6.点击拖动手术刀至兔颈部切断双侧迷走神经

7、实验完成后，按停止按钮进行数据测量

III. Result

1.将塑胶气管插入流量头处，增大无效腔。

图1  增大无效腔后家兔呼吸信号变化

增大无效腔后呼吸加深，频率加快。无效腔是指未进行气体交换的一部分肺泡容量，包括解剖无效腔和肺泡无效腔。且肺泡通气量 =（潮气量﹣无效腔气量）× 呼吸频率，所以当给家兔气管插管的侧管连接50cm长的胶管时，增大了解剖无效腔，使肺泡通气量减少，因此家兔通过调节增大潮气量即呼吸加深，增加呼吸频率是肺泡通气量保持不变，维持正常呼吸。

2.1. 打开考克，增大兔子呼吸进入的CO₂量

图2  增加二氧化碳吸入量后家兔呼吸信号变化

CO₂浓度增加使呼吸运动加强  CO₂是调节呼吸运动最重要的生理性因素，它不但对呼吸有很强的刺激作用，并且是维持延髓呼吸中枢正常兴奋活动所必须的。每当动脉血中P_CO2增高时呼吸加深加快，肺通气量增大，并可在一分钟左右达到高峰。由于吸入气中CO₂浓度增加，血液中P_CO2增加，CO₂透过血脑屏障使脑脊液中CO₂浓度增多， CO₂+H₂O→H₂CO₃→HCO₃^- +H ⁺ 。 CO₂通过它产生的 H⁺ 刺激延髓化学感受器，间接作用于呼吸中枢，通过呼吸机的作用使呼吸运动加强，此外，当P_CO2增高时，还刺激主动脉体和颈动脉体的外周化学感受器，反射性地使呼吸加深加快。

2.2．增大兔子呼吸进入的N₂的量

图3  增加氮气吸入量后家兔呼吸信号变化

吸入纯氮气时，因吸入气中缺O₂，肺泡气PO₂下降，导致动脉血中PO₂下降，而PCO₂却基本不变（因CO2扩散速度快）随着动脉血中PO₂的下降，通过刺激主动脉体和颈动脉体外周化学感受器延髓的呼吸中枢兴奋，隔肌和肋间外肌活动加强，反射性引起呼吸运动增加。此外，缺O₂对呼吸中枢的直接效应是抑制并随缺O₂程度的加深而逐渐加强。所以缺O₂程度不同，其表现也不一样。在轻度缺O₂，通过颈动脉体等的外周化学感受器的传人冲动对呼吸中枢起兴奋作用大于缺O₂对呼吸中枢的直接抑制作用而表现为呼吸增强。

3.向兔子耳朵中注射0.5ml乳酸

图4 注射乳酸后家兔呼吸信号变化

静脉注人乳酸后，呼吸运动加深加快。因为乳酸改变了血液PH，提高了血中H+浓度。H+是化学感受器的有效刺激物。H+可通过刺激外周化学感受器来调节呼吸运动，也可直接刺激中枢化学感受器，但因血中H+不容易透过血脑屏障直接作用于中枢化学感受器，因此，血中H+对中枢化学感受器的直接刺激作用不大，也较缓慢。

4.切断兔子双侧迷走神经

图5  切断双侧迷走神经后家兔呼吸信号变化

切断双侧迷走神经后，呈现很明显的慢而深的呼吸（主要是吸气相）。 当切断双侧迷走神经以后，中断了左右两侧的肺牵张反射的传入道路，肺扩张反射的生理作用就被完全消除，故呈现很明显的慢而深的呼吸运动。

IV. Discussion.

    本实验是用计算机进行的模拟实验，故实验结果较为典型，如果用真实动物进行实验结果可能存在较大的不确定性。

V. References.

生理学实验（第二版），解井田赵静， 高等教育出版社，2002

人体及动物生理学（第二版）王玢左明雪，高等教育出版社，2001

第二篇：循环呼吸泌尿实验报告

循环、呼吸、泌尿综合实验

    通过观察动物在整体情况下，各种理化刺激引起循环、呼吸、泌尿等功能的适应性改变，加深对机体在整体状态下的整合机制的认识。

一、材料与方法

1.    材料：

   健康成年家兔、20%氨基甲酸乙酯、0.5%肝素生理盐水、1：10000去甲肾上腺素、呋塞米（速尿）、神经垂体素、20%葡萄糖溶液、生理盐水、3%乳酸、CO2气体、手术器械一套、兔手术台、动脉夹、注射器（1mL、5 mL、50 mL）计算机生物信号采集处理系统（刺激器、计滴器）、刺激电极、压力换能器、气管插管、橡皮管，球囊、动脉插管，膀胱套管、刻度试管、金属钩、铁支架、丝线 。

2.    方法：

2.1实验的准备
（1）麻醉固定:动物称重后，自耳缘静脉缓慢注入20%氨基酸乙酯溶液 

（5mL.kg-1）,麻醉后仰卧固定于兔手术台。
（2）颈部手术:① 行常规气管插管术；② 行右侧颈总动脉插管术，并连接压力换

能器，记录血压。
（3）上腹部手术:上腹部剪毛，切开胸骨剑突部位的皮肤，沿腹白线切开长约2cm

的切口，小心分离暴露剑突软骨及骨柄，用金冠剪剪断剑骨柄，将缚有长线的金属钩钩于剑突中间部位，线的另一端连张力换能器，记录呼吸（见呼吸实验）。

（4）下腹部手术:下腹部剪毛，沿耻骨上缘正中线切开皮肤约4cm，剪开腹壁（不要伤及腹腔内器官），在腹腔底部找出两侧输尿管，作膀胱插管，暴露膀胱行膀胱漏斗结扎术。

　2.2连接实验装置
　　   分别将压力换能器、张力换能器和记滴器与计算机生物信号采集处理系统相连，

选定各信号输入的通道，调整好波宽、增益、刺激强度、时间常数等实验参数，调整动脉血压波形、呼吸波形和尿滴，以便获得更良好的观察效果。

2.3实验项目
　　  （1）记录一段正常的动脉血压曲线、呼吸曲线和尿量。
　　  （2）吸入CO2气体:将装有CO2气囊（可用呼出气体）的管口对准气管插管，观察

血压、呼吸及尿量的变化。

（3）增大无效腔:在气管插管的一侧管接上一长50cm的胶管观察血压、呼吸及尿量的变化。

（4）改变血液的酸碱度
　　       由耳缘静脉较快的注入3%乳酸2mL，观察H+增多时对血压、呼吸及尿量的影

响。
　　
　　（5）夹闭颈总动脉:待血压稳定后，用动脉夹夹住左侧颈总动脉，观察血压、呼吸及尿

量的变化。出现明显变化后去除夹闭。
　　（6）电刺激迷走神经和减压神经:将保护电极与刺激输出线（通道）连接，待血压恢复

后，分别将右侧迷走神经、减压神经轻轻搭在保护电极上，选择刺激强度6V，刺激频率40～50次.S-1,刺激15～20s，观察血压、呼吸及尿量的变化。

（7）切断迷走神经：剪断左侧迷走神经，记录并观察呼吸运动的变化。然后剪断右侧迷走神经，记录并观察呼吸运动的变化。

（8）以2V、25Hz，持续10s，波宽2ms的串刺激刺激右侧迷走神经中枢端，记录并观察呼吸运动的变化。

（9）静脉注射呋塞米（速尿）:待血压恢复后，以5ml/kg体重剂量由耳缘静脉注射呋塞米，观察血压、呼吸及尿量的变化。

（10）静脉注射去甲肾上腺素（NE）:待尿量恢复后，由耳缘静脉注射0.1g/l去甲肾上腺素0.3ml，观察血压、呼吸及尿量的变化。

（11）静脉注射葡萄糖:待尿量恢复后，由耳缘静脉注射20%葡萄糖5mL，观察血压、呼吸及尿量的变化。

（12）静脉注射垂体后叶素:待尿量恢复后，由耳缘静脉缓慢注射垂体后叶素2U，观察血压、呼吸及尿量的变化。

三、结果

 

四、讨论与分析

  1. 增加浓度：

表现——家兔呼吸幅度增加，尿量增加，血压无明显变化。

原理——动脉血中CO2分压升高，CO2的浓度也增高，可使呼吸加深加快,肺通气量增加。其机制是：①通过延髓中枢化学感受区兴奋，使呼吸中枢兴奋——由于血液CO2能迅速通过血--脑脊液屏障，由于脑脊液的缓冲能力差，故PH值下降，从而使中枢化学感受区周围液体中的氢离子浓度升高。刺激中枢化学感受区，引起呼吸中枢兴奋，呼吸增强。②通过外周化学感受器兴奋，反射性地引起呼吸中枢兴奋——当血中CO2浓度升高时，可刺激颈动脉体和主动脉体，冲动经窦神经和主动脉神经，然后分别并入第九与第十对脑神经入延髓，反射性地增强呼吸运动。吸入气中CO₂浓度增加，将导致肺泡气PCO₂升高，动脉血CO₂浓度也随之升高，呼吸加深加快。

 2. 增大无效腔：

表现——呼吸深度加深，尿量增加，血压无明显变化。

原理——①实现方法：通过接上一根长50cm胶管的方法来增加气道长度；②增加气道长度就等于增加大家兔解剖无效腔，增加无效腔从而减少了肺泡的通气量，使肺泡气体更新率下降造成动脉血PO2降低，PCO2升高，反射性引起呼吸运动加强;③PO2降低 和PCO2升高都可引起呼吸运动加强。但以PCO2的作用为主，CO2对呼吸的刺激作用主要通过刺激中枢化学感受器，进而引起延髓呼吸中枢兴奋，导致呼吸加快。也可刺激颈动脉体和主动脉体外周化学感受器，通过窦神经和主动脉神经传入延髓呼吸中枢，使呼吸运动加强，PO2下降主要是通过刺激外周化学感受器，引起呼吸中枢兴奋；④气道加长使呼吸气道阻力增大，反射性呼吸加深加快。

3. 静脉注射乳酸溶液：

表现——呼吸加深，但程度较小，血压升高，尿量增加。

原理——注射乳酸，使家兔血液中的。H+浓度升高，刺激外周化学感受器和中枢化学感受器——中枢化学感受器对H+的敏感较外周的高，但H+不易通过血-脑屏障，因而此时H+的效应主要是刺激外周化学感受器，
使膈肌、肋间外肌收缩，肺通气量增加，呼吸加深加快。

4.夹闭右侧颈总动脉

表现——家兔的血压上升，尿量增加，呼吸无明显变化。

原理——①当正常情况时：心脏射血经主动脉弓、颈总动脉而到达颈动脉窦。当血压升高时，该处动脉管壁受到机械牵张而扩张，从而使血管壁外膜上作为压力感受器的感觉神经末 梢兴奋，引起降压反射，使血压下降。②当夹闭颈总动脉时：心室射出的血液不能流经该侧颈动脉窦，使窦内压力降低，压力感受器受到刺激减弱，经窦神经上传中枢的冲动减少，降压反射活动减弱，因而心率加快、心缩力加强、回心血量增加(因容量血管收缩)、心输出量增加；阻力血管收缩，外周阻力增加。导致动脉血压升高。

5.刺激主动脉神经

表现——家兔血压明显见降低，尿量减少，呼吸无明显变化。

原理——①主动脉神经是单纯的传入神经，具有稳定动脉血压的作用。当动脉血压升高或降低时，压力感受器的传入冲动也随之增多或减少，使减压反射相应地增加或减弱，以 保持动脉血压相对稳定。②当电刺激主动脉神经时：主动脉神经传入冲动增多，使心迷走中枢兴奋、心交感中枢抑制、缩血管中枢抑制，使迷走神经传出冲动增加，交感神经传出冲动减少，而至心率减慢、心缩力减弱、小静脉舒张回心血量减少，心输出量减少；小动脉舒张，外周阻力降低，最终导致血压下降。

6.刺激迷走神经

表现——家兔的血压下降。

原理——①迷走神经含有感觉、运动和副交感神经纤维。这些纤维末梢释放的递质是乙酰胆碱(ACh)，ACh与心肌细胞膜上的M胆碱受体结合，可导致心率减慢，心房肌收缩力减弱，心房肌不应期缩短，房室传导速度减慢，甚至出现房室传导阻滞，即负性变时、变力和变传导效应。一般说，右侧迷走神经以支配窦房结为主，而左侧迷走神经则主要支配房室传导系统。②在实验中，刺激外右侧迷走神经，其末梢释放的Ach：一方面使窦房结细胞在复极过程中K+外流增加，结果使最大复极电位绝对值增大；另一方面，使自动去极速度减慢。这两种因素均使窦房结自律性降低，心率因而减慢，血压降低。刺激强度加大时，甚至可出现窦性停搏，使血压迅速下降的情况。

7.切断迷走神经：

表现——切断一侧迷走神经家兔呼吸加深，但呼吸频率变小；切断另一侧迷走神经，家兔呼吸幅度进一步加深，呼吸频率进一步减小。

原理——①迷走神经的作用：迷走神经中含有肺牵张反射传入纤维，当吸气运动使肺扩

张时，该神经纤维兴奋，冲动传入中枢后引起吸气切断机制，吸气神经元活动抑制，吸

气停止转为呼气运动，从而加速吸气→呼气运动的交替。②当切断迷走神经后，中断了

肺扩张反射的传入通路，反射作用减弱，从而出现了呼吸程度加深，呼吸速度减慢的现

象。（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，呼吸中枢

将不能感受外周的化学性刺激，失去外周的化学感受器反射调节作用）

8. 电刺激迷走神经中枢端：

表现——家兔的呼吸变得浅快，血压下降，尿量减少。

原理——①迷走神经中含有肺牵张反射传入纤维，肺的牵张反射包括：肺扩张后引起吸

气活动的抑制，呼气加强；肺缩小后引起呼气活动抑制，吸气加强的过程。这两种反射

传入神经纤维都经由迷走神经传入中枢，调节呼吸运动。②电刺激迷走神经中枢端，引

起这两种纤维成分都同时持续兴奋，故家兔的呼吸运动变得浅快，严重时甚至将导致呼

吸运动的暂停。

9. 静脉注射呋塞米：

表现——尿量增加，血压和呼吸无明显变化。

原理——静脉注射速尿后尿量增加，因为速尿一方面使肾血流量增加，肾小球的过滤作用增强从而使尿量增加；另一方面通过调节载体转运功能，使Nacl的重吸收量减少，使肾小管液渗透压下降，肾髓质组织间液渗透压下降，最终影响肾小管重吸收水的功能下降，尿量增多，尿速变快。

10. 静脉注射去甲肾上腺素：

表现——家兔的血压上升，尿量减少，呼吸无明显变化。

原理——①去甲肾上腺素主要与α受体结合，也可与心肌β1受体结合，但与血管平滑肌的β2受体结合的能力较弱。通过α受体的激动，可引起血管极度收缩，使血压升高，冠状动脉血流增加；通过β受体的激动，使心肌收缩加强，心排出量增加。总的来说其作用是使外周大多数血管收缩，外周阻力明显增大，动脉血压明显升高。②同时，去甲肾上腺素可作用于心肌β1受体而使心跳加快加强，但在整体内由于它使动脉血压明显升高，通过降压反射增强而引起心率减慢。

去甲肾上腺素可使肾小球入球小动脉收缩，使肾小球毛细血管中血流量降低，滤过率减少，尿量减少，尿速变慢。

11.静脉注射葡萄糖：

表现——尿量增加，血压和呼吸无明显变化。

原理——耳缘静脉注射葡萄糖溶液，加入后肾中滤过的葡萄糖超过了肾的肾糖阈，经肾小球滤出的大量葡萄糖不能被肾小管上皮细胞全部重吸收，致使小管液中出现较多的葡萄糖，使肾小管液中的渗透压增加，防碍水的重吸收，于是水随葡萄糖一起排出（在糖的定性试验中，我们从尿液中检测到葡萄糖），尿量增加，尿速再次变快。

12. 静脉注射垂体后叶素：

表现——尿量减少，血压和呼吸无明显变化。

原理——垂体后叶素增加了远曲小管和集合管上皮细胞对水的通透性，促进了肾小管和集合管对水的重吸收，尿量减少，尿速变慢。

五、结论

1. 增大无效腔、增加浓度、静脉注射乳酸溶液呼吸加深加快；切断迷走神经呼吸加深变慢；电刺激迷走神经中枢端呼吸变浅加快。

2. 夹闭右颈总动脉，注射去甲肾上腺素可使家兔血压升高；电刺激主动脉神经和迷走神经可使家兔的血压下降。

3.影响尿生成的因素可影响尿量。

六、参考文献

1.《机能学实验教程》 陆源，林国华，杨午鸣主编 第二版科学出版社2010.6 P160~162、P129~132

2.《生理学》 张志雄主编 上海科技出版社2006.8第五章 呼吸 P87~111、P65~82