一种新型蛙心灌流实验装置

林贞贤，卢继承

(泰山学院 生物科学与技术系，山东泰安 271021)

蛙心灌流实验中因蛙心具有制备容易、不需恒温、充氧及蛙心存活时间长的优点，普遍应用于生物学和医学教学及科学研究，也是研究观察各种生物活性物质及药物的重要的手段之一［1－2］.实验成败的关键在于离体心脏标本存活时间和功能状态.良好的心肌活性对实验结果的正确性尤为重要，为弥补传统蛙心灌流实验中插管难度大，蛙心存活时间短的不足，我们对蛙心灌流实验从器材到技术方法进行了改进，并取得良好的效果.

1 传统实验方法

目前，生理学中常采用经典的斯氏法和八木氏法.斯氏法只插单管，操作相对简单，但需将套管从主动脉经过动脉瓣插入心室，心室收缩时灌流液进入插管，心室舒张时灌流液又回流到心室，并非心脏单方向泵血模型，势必影响心脏的生理特性，使实验数据的可信度降低，且插管时易造成心脏瓣膜及心肌损伤，不能观察心脏泵血功能的自身调节，心律失常发生率高，实验失败率高［3］.八木氏法需要对腔静脉和主动脉分别进行插管，与心脏血液单方向流动一致，符合心脏工作模式，不通过主动脉瓣，对主动脉瓣及心室肌的损伤机会减小，但是操作时间长，更换某种因素时不易将前一种因素彻底清除，装置复杂、需定制、费用高，仅用于观察前负荷、后负荷对心输出量的影响［3］.两种实验方法所用插管和灌流装置均为玻璃制品，不仅容易损坏，而且不易操作，记录装置都要用蛙心夹和张力换能器，对蛙心有一定的损伤，会影响蛙心收缩力和心输出量，使实验结果不准确.

由于上述方法存在不足，目前关于蛙心灌流实验装置的改进有:一种简单、新型的主要用于蛙心灌流实验的计滴装置［4］和一种自制的新型计滴器［5］.这两种改进实际上都是一种计滴装置，心脏收缩时任氏液由动脉插管经阻力管进入计滴槽，心脏舒张时，槽内液体经静脉插管回流入心脏，形成离体蛙心的体外循环.进入计滴槽的液滴经过两个记录电极瞬间，由点滴换能器转换为方波输入计算机显示、记录和计测.通过滴数的变化来判定某种因素对蛙心功能的影响，也都获得了较好的效果，但当蟾蜍(或青蛙)心搏频率很快、搏出量较大时，此时计滴器电路可出现滴液滞留持续连电而短路的现象.

2 新型蛙心灌流实验装置

我们经反复实验研制成功一种新型蛙心灌流实验装置，该装置已获国家实用新型专利授权(专利号:ZL 200920029387.8)，该装置具有插管容易，蛙心存活时间长，蛙心工作模式直观性强的优点.现就有关该装置的制作、技术方案及使用做以简介.

2.1 新型蛙心灌流实验装置的制作

将一次性静脉输液针一端剪去注射针，在输液管插入带有斜面的硬塑料管(儿童口服液的吸管)，制成右动脉插管、左动脉插管和静脉插管，在右动脉插管的一端加上流量可调的调节开关.将一次性静脉输液的刻度滴斗用记号笔标记刻度，在滴斗顶部打上Φ2mm左右的通气孔和插上输液针头(加药用)，制成计滴器.蛙板、2个高低调节架、4根插管、计滴器及血压换能器组成了蛙心灌流实验装置，见下图1.

2.2 新型蛙心灌流实验装置的技术方案

本蛙心灌流实验装置所采取的技术方案为:用注射器通过换能器充液管给生理压力传感的压力仓充满任氏液，让气泡通过左主动脉插管排净，用动脉夹夹闭充液管.左肝静脉(或后腔静脉)插入静脉插管，其接头与刻度滴斗的下口相连，刻度滴斗的上端有加液针头和通气孔;右主动脉插入右主动脉插管，固定在高低调节架上，其接头与刻度滴斗上口的调节开关相连，形成体外循环系统，固定在支架Ⅰ上;左主动脉插入左主动脉插管，其接头与生理压力传感器连接，固定在支架Ⅱ上，其高度与蛙心相同，通过血压换能器导线连接生物信号采集系统及计算机，通过计算机实时观测及记录改变激素和电解质对蛙心功能的影响，还可通过刻度滴斗观察记录滴数，记录心输出量.

1.高低调节架 2.右主动脉插管 3.调节开关 4.通气孔5.加液针头 6.刻度滴斗 7.静脉插管 8.支架Ⅰ9.蛙板 10.左主动脉插管 11.血压换能器 12.血压换能器导线13.换能器充液管 14.动脉夹 15.支架Ⅱ图1

2.3 制备蟾蜍在体心脏灌流标本

选择体重大、精神佳的蟾蜍，双毁髓，背位固定于蛙板上，开胸暴露心脏.辨认心室、心房、左肝静脉(后腔静脉)、右主动脉、左主动脉［6］.分离左、右主动脉和左肝静脉(后腔静脉)，用线结扎除了这3根血管以外的全部血管(主要是左、右肺静脉)和神经.自左肝静脉(后腔静脉)插入充满0.4%肝素－任氏液的静脉插管，其接头与刻度滴斗的下口相连.由右主动脉插入右动脉插管，其接头与调节开关相连，形成一个在体的蛙心循环.由左主动脉插入左主动脉插管，其接头与压力换能器相连，用于监测改变激素和离子对心功能的影响，记录主动脉压、观察刻度滴斗内的滴数记录心输出量.

3 结果

用此装置观察了前、后负荷以及激素、电解质对心输出量的影响.结果如下:

3.1 前负荷对心功能的影响

图2

前负荷，即心脏收缩之前承受的负荷，用刻度滴斗内液面与蛙心的距离(cmH2O)表示.固定后负荷10cmH2O不变，分别依次控制前负荷为4、5、6、7cmH2O，随前负荷增加，心输出量相应增加，如图2所示.

3.2 后负荷对心功能的影响

图3

后负荷为心脏射血所遇到的阻力.固定前负荷为4cmH2O不变，通过改变装置中的高低调节架的高度，分别控制后负荷为10、12、14、17cmH2O，心输出量随之增加，当增至17cmH2O时输出量却减小，即此时后负荷超过最适后负荷［6］，如图3所示.

3.3 肾上腺素和乙酰胆碱对心功能的影响

图4

固定前、后负荷，由加液针头处加入2～4滴肾上腺素溶液(1:5000).当观察到心缩力加强，心率加快时，心输出量增大，拔开调节开关上端的接口，放掉含肾上腺素的灌流液，并用任氏液反复冲洗几次，使灌流液液面保持原来的高度，待心搏恢复正常后，加入2～3滴乙酰胆碱溶液(1:10000)后，心跳则减慢，心收缩幅度减小，心输出量下降.表明肾上腺素可增强心泵功能，乙酰胆碱则降低，如图4所示.

3.4 Na+、K+、Ca2+对心功能的影响

图5

固定前、后负荷，由加液针头处加入1～2滴0.65%NaCl溶液，心率减慢，心肌收缩活动减弱，待曲线明显变化时，立即拔开调节开关上端的接口，并用新鲜的任氏液冲洗2～3次，待心搏恢复正常.再向刻度滴斗加入1～2滴2%CaCl2溶液，出现反应(心收缩力加强，心率加快)后，立即冲洗，换液，待恢复正常后加入1～2滴1%KCl溶液，可看到心跳明显减弱，心肌收缩减慢［6］.Na+使心输出量减少，Ca2+则增加，K+则减少，如图5所示.

4 讨论

该新型灌流装置与经典的八木氏法原理基本相似，作者采用离体蛙心灌流法，用我们的装置制成一个在体蛙心循环系统.在体心脏处于一个完整的有机体，更有利蛙心活力的保持，缺点是任一因素的干涉都会引起其他因素的改变，不能观察单一因素对心功能的影响.本实验利用在体在位的蟾蜍心脏，通过结扎神经消除了神经反射对心率变动的影响，其准确性与传统的记录方法或其他改良装置的测量结果相一致［6－8］.

该实用新型优点一是所有插管均为塑料软管带硬塑料插头，解决了八木氏插管难度大，成功率低的问题.二是蛙心记录装置为压力换能器，解决了蛙心夹对蛙心的损伤，避免了为调节方位和角度反复使用蛙心夹导致蛙心尖破裂的现象.三是蛙心存活时间更长，笔者在实验过程发现蛙心存活可长达6小时以上，从而能够保证多个实验观察项目的顺利完成.四是在观察施加某种因素前后心脏功能的变化的同时，还可直接观察到蛙心主动脉血压变化情况，这是斯氏或八木氏离体心脏灌流实验无法比拟的.

该实验在充灌液体时应注意，与压力传感器相连的动脉插管端垂直向上，从压力传感器的充液管推入抗凝用肝素任氏液，使压力感受器和动脉插管的气泡要完全排除，因气泡具有较大的可收缩性，可缓冲动脉血压，影响动脉血压的准确性.气泡排净后，用动脉夹夹闭充液管，除调零外不再打开.在实验过程中，如血液不慎进入压力传感器中造成血凝而影响血压的正常记录，要夹闭动脉近心端，取下动脉插管，清洗压力换能器再重新插管记录血压［8］.因两栖类具有心搏频率慢、搏出量小、动脉血压较低等特点，所以每项实验冲洗后应保持一定的前负荷和后负荷，否则动脉压过低，信号小，增益过大，影响血压换能器记录结果的准确性，这是本实验装置的一个不足.另外，要维持刻度滴斗内一定液面，若液面低于刻度滴斗与静脉插管的连接处，空气易进入心脏形成气栓，影响液体循环.

本实验装置也可通过观察刻度滴斗内的液滴数来记录心输出量，还可以用针型电极刺入右前肢，左右后肢皮下，同步记录标准Ⅱ导联ECG，可同时监视蛙心心电图，所以本套实验装置改进及使用仍有提高的空间.自2009年来我们实验室均采用此新型蛙心灌流实验装置用于本科实验教学，用其开展实验具有结果准确，蛙心工作模式直观性强，节省实验成本的效果，还能提高学生兴趣，培养学生创新能力.

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