期前收缩与代偿间歇及蛙心灌流
期前收缩与代偿间歇及蛙心灌流
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期前收缩与代偿间歇及蛙心灌流
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一、实验目的
1.通过观察在心脏活动的不同时期给予刺激,心脏所作的反应，来验证心机兴奋性阶段性变化
的特征。
2.制作蛙类离体心脏模型,观察离体蛙心的活动情况。
3.观察各种理化因素对离体蛙类心脏活动的影响。
二、实验材料
1.实验动物：蟾蜍
2.器材：蛙类手术器械,玻璃分针,刺激电极，张力换能器,蛙心夹,铁支架，双凹夹，滴灌,蛙板,
蛙钉,毁髓针,蛙心插管，试管夹,棉线，烧杯，滑轮，生物信号采集处理系统。
3.药品：任氏液,0.65%ＮaCl溶液,2%CaCl２溶液，１%KCl溶液,1:10００0肾上腺素溶液,1:100０
００乙酰胆碱溶液。
三、实验方法和步骤
一、期前收缩与代偿间歇
1.毁髓
取蟾蜍一只,破坏脑和脊髓。
2.暴露心脏
将其仰卧固定于蛙板上,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。
3.连接试验装置
1)将与张力换能器相连的蛙心夹在心室舒张期夹住心尖。
2)将刺激电极固定，使其两极与心室相接处,以不影响心室正常收缩和舒张为宜。
4.观察项目
1)描记正常蛙心的搏动曲线,分清曲线的收缩相和舒张相。
2)用中等强度的单个阈上刺激分别在心室收缩期和舒张早期刺激心室，观察能否引起期前收
缩。
3)用同等强度的刺激在心室舒张早期之后刺激心室，观察有无期前收缩出现。
4)刺激如能引起期前收缩,观察其后是否出现代偿间歇。
二、蛙心灌流
1.毁髓
取蟾蜍，损毁脑和脊髓。
2.暴露心脏
仰卧位固定蟾蜍，胸骨处剪开胸壁,暴露心脏，剪破心包。
3.离体蛙心的制备
1)辨认心脏结构与大血管分布，结扎右主动脉。
2)左右主动脉下方穿线后将心尖向头侧翻起，结扎静脉。
3)左主动脉远心端结扎，近心端打活结,做“V”形切口，奖盛有少量任氏液的蛙心插管经切口插
入心室，可见插管内液面上下波动,左右主动脉处打结并固定于插管侧钩。
4)清除心室内余血。
5)结扎线远端剪断血管，蟾蜍心脏离体。
4.连接实验装置
1)用试管夹将蛙心插管固定资啊铁支架上,在舒张期使用连有棉线的蛙心夹夹住心尖。
2)棉线经定滑轮连接至张力换能器，连接电脑。
5.观察项目
1)描记正常蛙心搏动曲线：观察心率和心脏收缩幅度。
2)不同离子对蛙心活动的影响。
a.使用等量0．６5％NaCl溶液更换任氏液,观察蛙心搏动曲线的变化。待效果明显后，使用
任氏液反复冲洗，使心脏搏动恢复正常,开始下一项实验。
b.等量新鲜任氏液中滴加1～２滴2%ＣaCｌ2溶液,混匀，观察蛙心搏动曲线的变化。
c.等量新鲜任氏液中滴加1~2滴1%KCl溶液,混匀,观察蛙心搏动曲线的变化。
3)神经递质对蛙心活动的影响。
a.等量新鲜任氏液中滴加１~2滴1：10００0肾上腺素溶液，混匀,观察蛙心搏动曲线的变化。
b.等量新鲜任氏液中滴加1~2滴1:100０00乙酰胆碱溶液，混匀，观察蛙心搏动曲线的变化。
四、实验结果
1、正常蛙心的搏动曲线
２、心室舒张期刺激心室
3、蛙心灌流-任氏液
４、蛙心灌流－0.６5%NaCl溶液
５、蛙心灌流－2％CaＣl2溶液
6、蛙心灌流-1%KCl溶液
7、蛙心灌流-1:10000肾上腺素溶液
8、蛙心灌流-１:10000０乙酰胆碱溶液
五、实验讨论
1.期前收缩与代偿间歇发生机制
1）心室肌细胞在一次兴奋过程中兴奋性的周期性变化（表１）
引起0期去极化的离子通道性状：引起心肌细胞０期去极化的I Na+通道有关闭、激活和失活三种功能状态。当通道均处于静息态时,细胞具有正常的兴
奋性；而当例子通道处于失活态时,细胞的兴奋性完全丧失；在复活过程中,随
着处于静息态的通道数量的增加,细胞的兴奋性也逐渐恢复。
分期膜内电位兴奋性特点机制有效不应期
绝对不应期0～3期膜内
电位为-55mV 完全丧生任何刺激不会
引起肌膜产生
任何程度的去
极化
Nａ+通道处于
激活或失活状
态
局部反应期3期膜内电位
－55~-6０ｍ
Ｖ极低强大刺激可引
起肌膜发生局
部反应，但不
能引起动作电
位
少量Na+通道
复活，其开放
不足以引起动
作电位
相对不应期３期膜内电位
－６0mV～－
80ｍV 低于正常某些阈上刺激
可引起动作电
位的产生
复活至关闭的
Na+通道数量
未达到静息电
位时的水平
超长期３期膜内电位
－80~-90mV 高于正常某些阈下刺激
也可引起动作
电位的产生
Ｎa+通道基本
上恢复到关闭
状态,膜电
位
与阈电位的差
距小
表1. 心室肌细胞在一次兴奋过程中兴奋性的周期性变化【１】
图1. 心室肌细胞在一次兴奋过程中兴奋性的变化及其机械收缩的关系
（a:绝对不应期ｂ:局部兴奋a+ ｂ:有效不应期c:相对不应期d:超长期）
2）期前收缩与代偿间歇
期前收缩:如果在有效不应期之后到下一次窦房结兴奋传来之前受到窦房结以外的额外刺激，可提前产生一次兴奋和收缩，分别称为期前兴奋和期前收缩。在相
对不应期，由于Nａ+通道未完全恢复到关闭状态,此期所产生的动作电位（即
其前兴奋）０期除极的幅度和速度都比正常为小,兴奋的传导也比较慢。此外，
此期处于前一个动作电位的3期,尚有K+迅速外流的趋势,因此在此器内新产生
的动作电位,其时程较短（K+外流可使平台期缩短）,不应期也较短。
图２．(a）落入有效不应期内不能发生扩布性兴奋，只能产生局部性兴奋；(b)落入相对不应期开始发生扩布性兴奋；(c）为超长期的兴奋，其去极化的幅度和速度比正常的为低；(ｄ)
为膜电位恢复后产生正常的兴奋
代偿间歇：在一次期前收缩之后可能出现一段较长的心室舒张期称为代偿间隙。这主要是由于期前兴奋也有自己的有效不应期，紧接在期前兴奋之后传来的一次
窦性冲动往往落在期前兴奋的有效不应期内，出现一次心室兴奋和收缩的脱
失。如果窦性心律相对较慢,一次窦性冲动在其前兴奋的有效不应期后才传到
心室，则可不出现代偿间隙。
图3．期前收缩和代偿间隙
期前收缩的动作电位平台期时程缩短，Ｃａ-L通道开放时间变短，进入胞质与JSR膜中Ca2＋结合位点结合的Ca２＋减少，因此兴奋-收缩偶联机制减弱，期前收缩
的肌张力相对减弱。由于叠加在前一次舒张期上，总肌张力与正常收缩相比
变化不大。
2.中等强度的单个阈上刺激对心脏收缩、舒张各期的不同作用
1)阈上刺激在心室收缩期
如图1所示，心室收缩期位于绝对不应期内，此时的刺激不引发期前收缩。
2)阈上刺激在心室舒张早期
如图1所示，心室舒张早期位于有效不应期内，此时的刺激不引发期前收缩。
3)阈上刺激在心室舒张早期之后
如图1所示，心室舒张早期之后进入相对不应期和超长期，此时的阈上刺激能引发其前收缩。
3.不同离子对蛙心活动的影响分析
1)滴加０.65%NaCｌ溶液
滴加０.６５%NaＣl溶液后,心收缩力降低，心率编缓。由于灌注液中无Ca２＋,心室肌细胞动作电位2期Ca２+内流减少,与JＳR膜中Ca２＋结合位点结
合的Ca2+减少，结合Ca2＋的肌钙蛋白数量下降，心肌的收缩力下降。此外，
膜内外Ca2+浓度差很低，Ｃａ2+内流降低，慢反应细胞自动去极化速度和幅度
降低，因此心率减弱。
2)滴加2%ＣaCl2溶液
滴加2%CａCl2溶液后,心肌收缩能力增强，但舒张不完全,心率加快,收缩基线上移。细胞外Cａ2+在细胞膜上对Na＋内流有竞争性抑制作用，称为膜屏
障作用。胞外Ca2+浓度增高时,Na＋内流受抑制，快反应细胞０期去极化速度
和幅度减小,兴奋性和传导性降低。膜内外Ca２+浓度差增大,Ca2+内流加速,慢
反应细胞０期去极化速度和幅度增强，因此自律性上升；而快反应细胞平台
期缩短,有效不应期缩短,复极化加速。此外，心肌的肌浆网不发达,储Cａ2+能
力差，易受细胞外离子浓度的影响，当肌浆中的Ca2＋升高到10-5mol/Ｌ的水
平时作为Ｃa2＋受体的肌钙蛋白结合了足够的Cａ2+。当Cａ２+浓度较高时,肌
浆中的Cａ２+浓度在未完全解离时便达到１0-5ｍol/L，因此,出现心肌收缩力
增强,舒张不完全，收缩基线上移。【2】
3)滴加１%KＣl溶液
滴加1％ＫCl溶液后,心动曲线愈来愈疏，心率逐渐减小,收缩力逐渐下降，最后停止在收缩基线处，心脏停博于舒张状态。细胞外液K+浓度增高抑
制了复极化２期时Ca２+的内流,使心肌细胞内Ca2＋浓度降低,因而心肌收缩性
减弱。胞外Ｋ+浓度较高时，细胞膜对Ｋ+的通透性增高,复极化4期K＋外流增
加而Na+内流相对缓慢，快反应自律细胞的自动去极化减慢，因而引起心肌
自律性降低。【3】
4.神经递质对蛙心活动的影响
1)滴加1:１0000肾上腺素溶液
滴加肾上腺素后，蛙心收缩增强，心脏舒张完全，描记的心搏曲线幅度明显增大。其作用机理是,肾上腺素可与心肌细胞膜上的β受体结合,提高心肌细胞和肌浆
网膜Ca2+通透性,导致肌浆中Ca２+浓度增高，使心肌收缩增强。此外,肾上腺
素能降低肌钙蛋白与Ca2+亲和力,促使肌钙蛋白对Cａ2＋的释放速率增加,提高
肌浆网膜摄取Ca２+的速度,刺激Na＋与Ca２+交换,使复极期向细胞外排出Cａ2+
的作用加速,将使心肌舒张速度增快。肾上腺素对离体心肌的β型作用的特
征是加速收缩性发展的速率（正性缩率作用）。【4】
2)滴加1:100００0乙酰胆碱溶液
滴加1:１00000乙酰胆碱溶液后，蛙心收缩减弱,心率减慢,最后出现蛙心停止舒张阶段。其机理为:乙酰胆碱与心肌细胞膜M受体结合,一方面提高
心肌细胞膜K+通道的通透性,促使K+外流，将引起：(1)窦房节细胞复极时Ｋ＋
外流增多,最大复极化电位绝对值增大；Ｉｋ进行性衰减过程减弱,自动除极
速度减慢。这两方面因素导致窦房自律性降低，心率减慢。（２）复极过程中
K+外流增加,动作电位2、3期缩短,Ｃa２＋进入心肌细胞内减少,使心肌收缩力
减弱;另一方面乙酰胆碱可直接抑制Ｃａ2+通道，减少Ｃa２+内流，进而使心肌
收缩减弱。
六、实验反思
在期前收缩和代偿间隙实验中,起初我们采用同等强度的电压对蛙心刺激,等候许久未见代偿间隙现象，随后调整电压增幅,增加频率后，等待大约11~１２秒后,见到部分心动波形中出现典型现象。
在蛙心灌流实验中,初次插管针的深度过浅,且结扎不够紧,以至于在灌流过程中，随着心脏收缩，有液体沿插管位置渗出。此时插管尖端不在心室腔内,而是在心房或者脉间结缔组织等地方。并且由于手术速度较慢,待几次调试后,蛙心再无法搏动,初次实验宣告失败。在更换样本后，确保插管针的深度，结扎位置适宜。
在灌注成功的样本实验中,由于初始任氏液添加过多,液面较高,心脏收缩力相对较弱,后更换0.6５%NaCｌ溶液后,控制液面高度，心收缩力相对恢复较强。心肌缩短幅度和速度受到前负荷和后负荷的影响。在本次实验过程中,当液面过高时，心收缩幅度降低。因为过高
的液面，将使心室前负荷超过肌丝距离的最适出长度,导致粗细肌丝过于疏远，而导致收缩的潜力降低，心肌收缩力下降。同时,过高的后负荷,也使心肌收缩的幅度和速度下降。
参考目录:
【1】朱大年, 王庭槐. 生理学.第8版[M]. 人民卫生出版社, 2０13．ＰP１０５~1０6 心室肌细胞兴奋性的周期性变化图标为自制整理.
【2】洪葵, 刘欣. 心脏钙离子通道疾病[C]// 全国心律失常的现代诊疗新进展专题会议暨广西心脏节律论坛．20１１.
【3】王建枝, 殷莲华. 病理生理学．第8版［M]．人民卫生出版社, ２０13．PP2８.
【4】杨宝峰. 药理学.第8版［M]. 人民卫生出版社，201３. PP81.