家兔呼吸运动的调节及影响因素

呼吸运动的调节

一、实验目的

观察体内外有关因素的改变对呼吸运动的影响。

二、实验材料

1、实验动物：家兔1只。

2、器材：兔手术台、婴儿秤、动物手术器械1套、气管插管、50cm长的橡皮管1根、注射器、注射针头、纱布、棉线、气袋2个、铁支架、玻璃分针、生物信号采集处理系统。

3、药品：20%乌拉坦溶液、3%乳酸溶液、氮气、CO2气体。

三、实验方法和步骤

1、麻醉和固定：家兔称重后（2.4kg），20%乌拉坦按5ml/kg 剂量（12ml）经耳缘静脉注射，仰卧位固定于兔手术台上，去颈部被毛。

2、颈部手术：从甲状软骨向下做5~7cm长的颈正中切口，分离两侧迷走神经和气管。

3、气管插管时，注意清理气管中的血块。待气管插管成功后，接上与生物信号采集处理系统相连的三通的其中一条橡皮管。

4、记录正常呼吸的曲线中吸气、呼气的波形方向，观察记录曲线的节律、频率与幅度，作为后续曲线的正常对照。

5、增大无效腔：将一根50cm长胶管连接在气管插管的一侧开口，夹闭另一侧开口。观察家免的呼吸运动，记录呼吸曲线的变化。

待呼吸发生明显改变后撤除胶管，使呼吸恢复正常进行下一项实验。

6、增加吸入气中CO2/N2含量：夹闭气管插管的一侧开口，将装有CO2/N2的气袋管口对准气管插管的另一侧开口(中间留有

2~3cm间隙)，缓慢增加吸入气中CO2/N2含量，观察家兔的呼吸运动，记录呼吸曲线的变化。撤除CO2/N2气袋后观察呼吸恢复正常的过程。

7、血液中酸性物质增加对呼吸运动的影响：由耳缘静脉注射3%乳酸2ml，观察家兔的呼吸运动，记录呼吸曲线的变化。待呼吸恢复正常后进行下一项实验。

8、迷走神经在呼吸作用中的作用：剪断一侧迷走神经，观察呼吸曲线的变化；再切断另一侧迷走神经，观察家兔的呼吸作用，记录呼吸曲线的变化。

四、实验结果

图1正常呼吸

图2增大无效腔

（家兔呼吸张力增加，呼吸频率增加，呼吸加深）

图3吸入二氧化碳

（反射性地使家兔呼吸运动加深加快）

图4吸入氮气

（家兔呼吸运动增强）

图5注射乳酸

（家兔呼吸运动加深加快）

图6剪断一侧迷走神经（不明显的慢而深的呼吸运动）

图7剪断两侧迷走神经

（明显的慢而深的呼吸运动）

五、实验讨论

呼吸运动调节机制有哪些？

答：机体正常呼吸运动的维持，是由于体内存在完善的呼吸调节机制，使得呼吸有节律的进行，以适应机体代谢的需要。机体内外的各种刺激，包括神经因素或理化因素通过直接作用于呼吸中枢或各种感受器产生的反射性调节可影响呼吸运动，使呼吸运动的节律、频率和深度发生改变。

①增大呼吸无效腔对呼吸运动的影响：增加气道长度后家兔呼吸张力增加，呼吸频率增加。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) X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。

增加气道长度等于增加无效腔，增加无效腔使肺泡气体更新率下降，引起血中PCO2、PO2下降，刺激中枢和外周化学感受器引起呼吸运动会加深加快。

另外，气道加长使呼吸气道阻力增大，减少了肺泡通气量，反射性呼吸加深加快。

增加家兔气道长度可使家兔通气量增加，呼吸频率加快。

②CO2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PCO2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PCO2增加，CO2透过血脑屏障使脑脊液中CO2浓度增多，CO2十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PCO2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。

③吸入纯氮气使呼吸运动增加：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入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。

④静脉注射乳酸(血液中H+增高)：静脉注入乳酸后，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。

（迷走神经是肺牵张反射的传入纤维。肺牵张反射中的肺扩张反射(亦称吸气抑制反射)的生理作用，在于阻抑吸气过长过深，促使吸气

及时转入呼气，从而加速了吸气和呼气活动的交替，调节呼吸的频率和深度。）

⑤切断一侧迷走神经后，呈现慢而深的呼吸，但不是很明显：当切断一侧迷走神经以后，中断了该侧肺牵张反射的传入道路，肺扩张反射的生理作用就被消除，故呈现慢而深的呼吸运动。由于对侧的迷走神经尚未剪断，对侧仍然存在肺牵张反射，故整体情况下，慢而深的呼吸不是很明显。

⑥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。

总结：机体通过呼吸调节血液中的O2、CO2、H+水平，动脉血中O2、CO2、H+的变化又通过化学感受器调节呼吸，维持机体内环境的相对稳定。

六、实验反思：

答：1.麻醉时，本组兔子体重为2.4kg，理应注射12ml的乌拉坦按。但是麻醉效果不明显，家兔仍然活跃，夹捏反应显著。随即立马补充麻醉3ml，此后，夹捏反应消失。但在颈部切开时，家兔剧烈挣扎。再补充麻醉1ml，才使家兔麻醉。

下次实验时，注意书本的数据并非完全正确，应具体问题具体分析，结合实际才是真实的有效的数据。

2.气管插管时，由于还未清理气管内淤血，导致插管动作艰难；

通入CO2/N2时，本想将气袋皮管与气管插管测管直接相连，但由于口径不相对，便没有直接相连。并且注意事项中，确实是不可直接相连的，会影响呼吸运动干扰实验结果。

下次实验时，应熟记注意事项，避免不必要的麻烦。

3.切断迷走神经时，由于没有待家兔呼吸稳定，便急于切断一侧，故而波形曲线变化不显著，七八分钟后，才有变化。而切断另一侧时，双侧切断后，波形曲线与切断一侧时的变化不大，但观察家兔可明显感受到它呼吸很深很慢，将手轻放于胸腔之上，可以感受到慢而深的起伏。

下次实验时，应控制变量，待动物恢复正常的生理特征后，在进行下一个的实验变量，减少实验的误差，保证数据的有效性。