【临床背景】
心脏的自动节律性活动，需要合适的体液环境。内环境稳态（homeostasis）是维持心脏正常节律活动的必要条件，一旦细胞外液环境被干扰或者破坏，例如离子紊乱和酸碱平衡失调，超出稳态的范围，心脏的活动就会受到影响。
钠（Sodium）的生理功能主要是维持体液的渗透压稳定、可兴奋细胞的兴奋性和机体的新陈代谢等。细胞外钙（Calcium）对心肌特性的维持非常重要，钙有正性心力作用，增加心肌收缩力。低钙血症可致心室肌动作电位平台期延长，不应期亦延长，心肌收缩力下降。严重低钙血症可致心力衰竭。高钙血症会使心肌兴奋性、传导性均降低，表现为心动过缓，易致心律不齐，严重者可发生致命性心律失常或心脏骤停。
钾（Potassium）是细胞内主要的阳离子，其平衡电位是细胞的静息膜电位。钾稳态的维持，对于细胞的正常代谢和功能极为重要。临床上低钾和高钾都会对机体造成影响，尤其是高钾血症时，循环系统症状出现得最早。高钾血症时，可导致心肌兴奋性先升高后降低、传导性降低、自律性降低、收缩性减弱，甚至心搏骤停。
心脏的神经支配包括心交感神经和心迷走神经，其末梢释放神经递质通过与相应的受体结合，发挥各自的调节功能。
心交感神经兴奋，节后纤维末梢释放去甲肾上腺素，与心肌细胞膜上的β1受体结合，可导致心率加快，房室交界的传导加快，心肌的收缩能力加强，为正性变时、变力、变传导作用。临床上对心律失常、心绞痛和心肌梗死的患者，使用β受体阻断药，阻断肾上腺素能递质的作用，使患者心率减慢，心收缩力减弱，心肌耗氧量下降，还能延缓心房和心室的传导。
而支配心脏的迷走神经兴奋时，其末梢释放乙酰胆碱，使心肌收缩力减弱，心率减慢。迷走神经过度兴奋可引起心率减慢和传导阻滞；阿托品可阻断M胆碱能受体，拮抗迷走神经兴奋，使心率加快和传导加快。
强心苷（cardiac glycosides）是一类从被子植物中提取的药物，选择性作用于心脏，加强心肌收缩力，临床上主要用以治疗心功能不全。强心甙类药物中毒时出现室性心动过速或室颤。利多卡因（lidocaine）是Ib类钠通道阻滞药，对于强心甙中毒所致的除极化型心律失常有较强抑制作用。
【分析与思考】
1．内环境的稳态对维持机体生理功能极为重要，内环境的理化性质有哪些？
2．心肌的生理特性有哪些？
3．细胞外液中Na+、Ca2+和K+离子的变化对心脏的节律性活动有什么影响？
4．Ca2+水平的高低对心脏的兴奋-收缩偶联有什么作用？
5．心交感神经和心迷走神经对心脏活动有哪些作用？
6．肾上腺素能类递质都有哪些？
7．普萘洛尔是哪一类型药物？有何药理作用特点？对心脏活动的影响有哪些？
8．先给予普萘洛尔后再给予去甲肾上腺素，对心脏的活动会有哪些影响？为什么？
9．胆碱能神经对心脏活动有哪些调节作用？作用于什么受体？
10．常用的M型胆碱能受体阻断剂有哪些？如果先给予阻断剂，再给予激动剂，对心脏的活动有哪些影响？
11．强心苷类药物对心脏有何影响？作用机制如何？
12．强心苷类药物中毒导致心律失常，临床上一般用利多卡因进行抢救，其作用机制如何？
13．内环境稳态的改变，如酸碱度和温度的改变，对心脏的节律性活动有什么影响？
14．如果要观察内环境理化因素改变对离体心脏活动的影响，选择哪种动物比较好？为什么？
15．设计实验验证上述问题，离体实验和在体实验各有哪些优缺点？
16．离体蛙心灌流实验具体操作有哪些需要注意的事项？
【实验动物】
蟾蜍
【实验器材和药品】
BL-420N生物信号采集处理系统，张力换能器，万能支架，双凹夹，试管夹，蛙心插管，蛙心夹，蛙类手术器械，滴管，大烧杯，棉线；任氏液，0.65%NaCl溶液，3%CaCl2液，1%KCl溶液，3%乳酸溶液，2.5%NaHCO3溶液，1：10 000去甲肾上腺素（noradrenalin,NA）溶液，0.1%普萘洛尔（propranolol）溶液，1：100 000乙酰胆碱（acetylcholine,ACh）溶液，5:10 000阿托品（atropine）溶液，0.01%毒毛花苷K（strophanthin K）溶液，0.05%利多卡因等。
【实验设计】
根据提出问题和给定的实验对象和实验用品，制备离体蛙心及离体蛙心灌流模型，并设计实验观察不同离子、酸碱度、神经递质和药物等因素对心脏活动的影响。
【参考实验方案】
【实验器材和药品】
BL-420N生物信号采集与分析处理系统，张力换能器，万能支架，双凹夹，试管夹，蛙心插管，蛙心夹，蛙类手术器械，滴管，大烧杯，棉线；
任氏液，0.65%NaCl溶液，3%CaCl2液，1%KCl溶液，3%乳酸溶液，2.5%NaHCO3溶液，1：10 000去甲肾上腺素（noradrenalin,NA）溶液，0.1%普萘洛尔（propranolol）溶液，1：100 000乙酰胆碱（acetylcholine,ACh）溶液，5:10 000阿托品（atropine）溶液，0.01%毒毛花苷K（strophanthin K）溶液，0.05%利多卡因等。
【实验步骤和观察项目】
1．制备离体蛙心
（1）破坏蛙的脑和脊髓，仰卧于蛙板上，从剑突下剪开皮肤，剪掉胸廓，充分暴露心脏。
（2）用小镊子提起心包膜, 用眼科剪剪开心包膜, 仔细辨认心房、心室、动脉圆锥、主动脉、静脉窦及前后腔静脉。
（3）在左右主动脉下方穿一棉线备用，用小镊子将左主动脉提起，用眼科剪在左主动脉表面剪一斜口，将盛有任氏液的插管插入主动脉，插至动脉圆锥时，稍向后退经主动脉瓣插入心室内。若插管成功，液面会随心脏的收缩而上下波动。用动脉下方的备用线结扎插管，并将结扎线固定于插管侧钩上。
（4）提起插管，剪断结扎线远端动脉及周围血管，将心脏离体。用吸管将插管内血液用任氏液换洗直至完全澄清。
2．连接仪器 用试管夹将蛙心插管固定于万能架台上，蛙心夹在心室舒张期夹在蛙心尖部，将蛙心夹上的线连至张力换能器的弹簧片上（切勿让心脏受到过度牵拉），将张力换能器连到BL-420N生物信号采集处理系统1通道。
3．观察项目
（1）描记心脏的正常收缩曲线
进入生物信号采集与分析系统，选择“实验模块”中“循环”中的“蛙心灌流”实验项目。
量程：20mV，时间常数：DC，低通滤波：20Hz。
（2）观察不同离子对心脏收缩的影响
①吸出插管内全部灌流液，加入0.65%NaCl溶液，观察心脏收缩曲线的变化。效应明显后，吸出灌流液，用新鲜任氏液冲洗至收缩曲线恢复正常。
②加1～2滴2%CaCl2溶液于灌流液中，观察收缩曲线的改变。效应明显后，用新鲜任氏液冲洗至曲线恢复正常。
③加1～2滴KCl溶液于灌流液中，观察曲线改变。效应明显后，用任氏液冲洗至曲线恢复正常。
（3）递质和药物对心脏收缩的影响
①加1～2滴1:10000去甲肾上腺素溶液于灌流液中，观察收缩曲线的改变。效应明显后，用新鲜任氏液冲洗至曲线恢复正常。
②加1～2滴0.1%普萘洛尔溶液。出现效应后立即滴入1～2滴去甲肾上腺素溶液，观察收缩曲线的变化并与①比较，然后换液。
③加1～2滴1:10000乙酰胆碱溶液于灌流液中，观察收缩曲线的改变。效应明显后，用新鲜任氏液冲洗至曲线恢复正常。
④ 加1～2滴5:10000阿托品溶液。出现效应后立即滴入1～2滴去乙酰胆碱溶液，观察收缩曲线的变化并与③比较，然后换液。
⑤ 将0.25%/L毒毛花苷K任氏液1～2滴置于灌流液中，观察收缩曲线的改变，待效应明显后，立即在任氏液中加0.05%利多卡因1～2滴，观察心跳变化。
（4）温度对心脏收缩的影响
将插管内的任氏液吸出，加入4℃的任氏液，观察收缩曲线的改变。效应明显后，用室温的任氏液冲洗至曲线恢复正常。
（5）酸碱度的影响
①加2.5%NaHCO3溶液1～2滴至灌流液中，观察收缩曲线变化。待效应明显后，用新鲜任氏液冲洗至曲线恢复正常。
②加3%乳酸溶液1～2滴至灌流液中，观察收缩曲线改变。待效应明显后，再加1～2滴2.5%NaHCO3溶液，观察曲线改变，换液冲洗至曲线恢复正常。
【注意事项】
1．制备离体蛙心标本时，勿伤及静脉窦。
2．上述各实验项目，一旦出现作用应立即用正常任氏液换洗，以免心肌受损，而且必须待心搏恢复正常后方能进行下一步实验。
3．实验中及时用任氏液冲洗心脏，待曲线恢复平稳后再进行下一步操作。
4．每次更换任氏液都必须保持灌流液液面高度恒定，以免因灌流量变化而影响结果。
5．严格控制药品加入量，先加一滴，效果不明显再加一滴。
6．吸滴瓶中的任氏液和吸蛙心套管内溶液的吸管应区分专用，不可混淆使用，以免影响实验结果。
#科学与人文#
神经递质乙酰胆碱的发现
美国人戴尔和美籍德国人勒维共同合作，在20世纪20年代发现了神经冲动的化学传递物质——乙酰胆碱(acetylcholine，,ACh)。
戴尔在组织毒素中发现裸麦角提取物中含有一种酷似毒蕈碱的物质，能在周围神经末梢引起副交感神经的各种效应，这种作用能被阿托品抵消。他把这种物质从裸麦角分离出来后证明其为乙酰胆碱。
如何将乙酰胆碱确定为神经冲动的化学递质，关键在于要在动物体内找到它的存在。这项任务由勒维出色的完成了。他的实验方法是蛙心灌流。将青蛙的心脏（连带迷走神经）取出，用一玻璃管插入心脏，管内灌上生理盐水代替血液，这样心脏仍然跳动。用电刺激迷走神经则心脏的收缩就会减弱。然后立即将这个蛙心流出来的液体引入另一个蛙心内腔中。这第二个蛙心的迷走神经虽然未受到刺激，但受到第一个蛙心的迷走神经物质的作用，也会产生收缩减弱的效果。这种物质称为“迷走素”。这里勒维所称的迷走神经物质就是戴尔在动物身上竭力要找的乙酰胆碱。动物身上存在着乙酰胆碱，这是客观存在的，发现了它并不等于完成了对真理的认识，这是必须经过再检验的。戴尔和他的合作者历经八年，在1936年终于查明神经-肌肉之间接点的传出递质作用是借助神经末梢释放的乙酰胆碱实现的。由此他们获得了1936年诺贝尔生理学和医学奖。
