生物体本身处于外在的力学即重力环境之中,而生命体内部也保持着一种静态或动态的力学相互作用,如宏观上心脏泵的牵拉或按压是各组织细胞间的相互作用力,微观上维持心肌细胞特定形态和排列的细胞内张力以及细胞与间质的粘合力等.心脏不仅是一个简单地具有兴奋性、自律性、传导性、收缩性的运动器官,它还具有典型的内分泌和机械感受功能.在神经-体液系统的调控下,两栖动物的离体心脏虽然没有特殊的传导系统,心肌细胞在组织结构上不是合体细胞,但机能上则类似机能合胞体,动作电位由相邻心肌细胞之间低电阻闰盘传导到另一个细胞,使整个心房或心室的活动像一个大细胞一样.自律性搏动从静脉窦开始,兴奋迅速传遍两个心房使之像一个大细胞一样收缩,然后兴奋通过房室之间的联系传遍心室,促使心室也像一个大细胞一样收缩.
本文采用斯氏离体蟾蜍心脏灌流法研究两栖类心脏活动的规律及其特点,通过改变灌流液化学离子或药物的成分来进一步探讨其对心脏活动的作用机制.
材料和方法.试验动物中华大蟾蜍,由本系试验室提供,体重100~150 g,雌雄不拘.室温20~25℃.
器材与试剂.AP200L系列高级商用电脑,JZ-100型肌肉张力换能器(量程0~50 g).斯氏套管、常用手术器械、蛙心夹、套管夹、万能滑轮、蜡盘、滴管、培养皿等.采用上海化学试剂厂生产的分析纯试剂分别配制任氏液,40~200 g/LNaCl,10~50 g/L CaCl2,10~50 g/L KCl溶液,1∶100~1∶100 000肾上腺素溶液,1∶100~1∶1 000 000乙酰胆碱溶液,枸橼酸钠.
操作步骤.离体蟾蜍心脏的制备.采取斯氏蛙心插管法,取一只蟾蜍,双毁髓后背位置于蜡盘中,暴露心脏.
在左主动脉下方穿一线并距动脉圆锥2~3 mm处结扎.用眼科剪在动脉圆锥前沿向心方向剪一斜口,将盛有少量任氏液(内加入枸橼酸钠抗凝)的斯氏蛙心套管由此开口处插入动脉圆锥.可见套管中液面随心脏搏动而上下移动,用滴管吸去套管中血液,更换新鲜任氏液,把结线固定在套管的小玻璃钩上.注意保留静脉窦与心脏的联系,剪去结扎线周围所有血管后将心脏离体.用任氏液反复冲洗心室内余血,保持套管内液面高度恒定(1.5~2.0 cm)即可进行试验.
记录心搏曲线.将插好离体心脏的套管固定在支架上,用蛙心夹夹住心尖,将蛙心夹上的系线绕过一个滑轮与张力换能器相连,用记录仪描记心搏曲线.
开动电脑记录仪记录正常心搏曲线,向套管内依次加入40,80,120,160 g/L,200 g/L NaCl溶液,观察心搏曲线的频率与振幅变化,后吸去套管中灌流液,用新鲜任氏液清洗2~3次待心搏曲线恢复正常.接着分别滴入10~50 g/L CaCl2溶液,10~50 g/L KCl溶液,1∶10~1∶100 000肾上腺素溶液,1∶100~1∶1000 000乙酰胆碱溶液.分别观察与记录心搏曲线的变化,先后更换任氏液.对心搏曲线进行统计分析.
结果.40、80、120、160 g/L及200 g/L NaCl,10、20、30、40 g/L及50 g/L CaCl2,10、20、30、40 g/L及50 g/L KCl等化学离子与各种浓度的肾上腺素(1∶10、1∶100、1∶1000、1∶10 000、1∶100 000),乙酰胆碱(1∶100、1∶1 000、1∶10 000、1∶100 000、1∶1 000 000)对离体蟾蜍心脏活动的影响.NaCl、KCl及乙酰胆碱对心脏起抑制作用,CaCl2与肾上腺素对心脏起兴奋作用.
将其试验结果分别绘制成各种离子及化学药物与心率的关系图予以分析,t检验结果显示,P<0.05,试验组与对照组有显著差异.2.2 心搏曲线将电脑记录的蟾蜍心搏曲线记录打印出来予以测量分析.高钙与肾上腺素的心搏曲线幅度最大(9~12±1.5)mm,高氯化钠、高氯化钾及乙酰胆碱的心搏曲线幅度最小(4~6±1.4)mm.分别与正常心搏曲线(7~8±1.0)mm,做t检验,P<0.05,有显著意义.
讨论.高钠、高钙、高钾、肾上腺素及乙酰胆碱对心肌细胞的作用机制是由于心肌细胞膜外离子浓度改变对心肌细胞的生理电活动和生理特性必然会产生明显的影响.
肾上腺素可与α和β两类肾上腺素能受体结合.在心脏,肾上腺素与β肾上腺素能受体结合产生正性变时、变力和变传导作用,导致心率加快,传导速度加快,使心输出量增加,心肌收缩力增强.激活心肌细胞膜上的腺苷酸还化酶,使细胞内cAMP浓度增加,cAMP能激活心肌细胞膜上的钙通道,使心肌动作电位平台期Ca2+的内流增加,心肌收缩力增强.
心迷走神经兴奋时,节后神经纤维末梢释放乙酰胆碱,与心肌细胞膜上毒蕈碱型(M型)乙酰胆碱受体结合,导致心率减慢,心房肌收缩能力减弱,心房肌不应期缩短,房室传导速度减慢,即具有急性变时、变力及变传导作用.乙酰胆碱能普遍提高膜上K+通道的通透性,促使K+外流增加,从而使静息电位绝对值增大,心肌兴奋性下降,使心率减慢;复极加速,动作电位时程缩短,有效不应期缩短,由于乙酰胆碱能提高膜上K+通道的通透性,促使K+外流增加,复极加速,Ca2+内流量减少.加之乙酰胆碱有直接抑制Ca2+通道,减少内向Ca2+流作用,致使心肌收缩能力下降.
