Изучение автоматии сердца лягушки

(опыт Станниуса)

Автоматией сердца называется его способность к ритмическим сокращениям под влиянием импульсов, возникающих в нем самом. Сердце лягушки, даже удаленное из организма, способно сокращаться в течение длительного времени. Ритмическая деятельность сердца связана с наличием в нем атипической мышечной ткани, способной к генерации спонтанной ритмической активности и образующей проводящую систему сердца. Проводящая система сердца лягушки состоит из узлов и пучков волокон: синусного узла, атриовентрикулярного узла и волокон Пуркинье. Синусный узел расположен в венозном синусе у места впадения полых вен. Это главный центр автоматии, водитель ритма. Вторым центром автоматии является атриовентрикулярный узел, расположенный на границе между предсердиями и желудочком. Третий центр автоматии расположен в волокнах Пуркинье, распространяющихся на 2/3 верхней части желудочка. Верхушка желудочка не содержит элементов проводящей системы.

В сердце существует «иерархия» центров автоматии. Согласно закону градиента автоматии, степень автоматии отдела тем выше, чем ближе он расположен к синусному узлу. Синусный узел определяет частоту активности сердца. Он генерирует импульсы с наиболее высокой частотой и подчиняет все нижележащие образования проводящей системы сердца, навязывая им свой синусовый ритм. Усвоение ритма – это явление, при котором структуры с замедленным ритмом сокращений усваивают более частый ритм других наиболее активных участков сердца.

Клетки проводящей системы сердца обладают способностью к медленной спонтанной диастолической деполяризации, обеспечивающей спонтанную ритмическую активность. Медленная спонтанная диастолическая деполяризация обусловлена совокупностью ионных процессов, связанных с функциями плазматических мембран. Среди них ведущую роль играют медленное уменьшение калиевой и повышение натриевой и кальциевой проводимости мембраны во время диастолы, что приводит к постепенному снижению мембранного потенциала до критического уровня и возникновению потенциала действия. Мембраны клеток атипической мышечной ткани обладают повышенной проницаемостью по отношению к ионам натрия и низкой к ионам калия, что приводит к нестабильному состоянию мембран, неспособных удерживать ионное равновесие, характерное для состояния покоя клеток рабочего миокарда. Клетки рабочего миокарда обладают возбудимостью, но им не присуща автоматия. Потенциал действия в этих клетках возникает под влиянием возбуждения клеток атипической мышечной ткани, которое достигает рабочих кардиомиоцитов, вызывая деполяризацию их мембран.

Автоматические сокращения сердца возникают на 21-22-й день внутриутробного развития, то есть раньше, чем сосуды образуют замкнутую систему циркуляции крови. Вначале появляется автоматия атриовентрикулярного узла, а по мере формирования синоатриального узла возникает синусовый ритм, подавляющий автоматию предсердно-желудочкового узла и подчиняющий себе ритмическую деятельность сердца.

В эмбриональном периоде сердечная деятельность характеризуется низкой частотой (15-35 сокращений в мин). К 6-недельному возрасту частота сердечного ритма возрастает до 110 в мин, к середине антенатального периода - достигает 140 в мин, а к концу внутриутробного развития она колеблется в диапазоне от 130 – до 150 в мин. Ритм сердечных сокращений у плода характеризуется непостоянством. Кратковременные замедления сердечного ритма (до 70-100 в мин) наблюдаются во время движений плода.

Цель работы: исследовать особенности автоматии сердца лягушки.

Для работы необходимы: бинт, набор инструментов для препарирования, пробковая пластинка, булавки, нитки, серфина, раствор Рингера, секундомер, часовое стекло. Исследование про­водят на лягушке.

Ход работы

1. Изучите методику приготовления препарата сердца лягушки.

Разрушьте головной и спинной мозг лягушки и приколите ее к пробковой пластинке брюшной стороной вверх.

Затем, приподняв пинцетом кожу немного ниже конца грудины, сделайте поперечный надрез. Вставив тупой конец ножниц в этот надрез, продолжите его к периферическим концам правой и левой ключиц. Полученный треугольный кожный лоскут отверните на нижнюю челюсть.

Приподняв пинцетом конец грудины, осторожно, стараясь не задеть сердце, разрежьте мышцы по тем же линиям, что и при разрезе кожи. Дойдя до ключиц, перережьте их и удалите грудину вместе с мышцами. Расширьте рану, растянув лапки и приколов их как можно дальше на пробковой пластинке.

Пользуясь маленькими ножницами, снимите околосердечную сумку (перикард). Подведите нитку под уздечку (связку, расположенную между желудочком и полой веной), туго перевяжите ее как можно ближе к сердцу и перережьте ниже перевязки, чтобы нитка осталась соединенной с сердцем. Вместо нитки можно использовать серфину (маленький зажим из тонкой стальной проволоки) с привязанной к ней ниткой. Серфиной следует захватить верхушку сердца. Для того чтобы сердце не подсыхало, постоянно увлажняйте его раствором Рингера.

Приподнимите сердце за нитку, привязанную к уздечке (или серфине), и рассмотрите его отделы: венозный синус, предсердия и желудочек сердца (рис. 13, I). Обратите внимание на последовательность сокращений этих отделов. Отметьте, что цикл сокращения сердца лягушки состоит из систолы венозного синуса, систолы предсердий, систолы желудочка, общей паузы.

Рис. 13. Схема наложения лигатур Станниуса

Обозначения: 1 – венозный синус; 2 – предсердия; 3 – желудочек; I – первая лигатура; II – вторая лигатура; III – третья лигатура; части сердца, сокращающиеся после наложения лигатуры, затемнены.

 

2. Изучите локализацию лигатур Станниуса, используя рис. 13, и проведите опыт Станниуса.

Подсчитайте число сокращений сердца за 1 мин до наложения лигатур.

Наложите первую лигатуру Станниуса (рис. 13, I). Для этого подведите нитку под обе дуги аорты, приподняв сердце так, чтобы можно было хорошо видеть границу между предсердиями и венозным синусом. Выведите оба конца нитки на дорсальную поверхность сердца и сделайте петлю так, чтобы она находилась под венозным синусом. Туго затяните петлю, создав блок между венозным синусом и предсердиями.

Наблюдайте прекращение ритмической деятельности предсердий и желудочка. Отметьте, что венозный синус продолжает сокращаться с той же частотой, с которой сердце сокращалось до наложения первой лигатуры. Это объясняется тем, что в венозном синусе расположен водитель ритма – синусный узел, а наложение первой лигатуры нарушает передачу импульсов от венозного синуса к предсердиям и желудочку.

Нанесите механическое раздражение на предсердия или желудочек препаровальной иглой и наблюдайте одиночное сокращение сердца в ответ на раздражение.

Наложите вторую лигатуру Станниуса (рис. 13, II). Для этого подведите нитку под дорсальную поверхность сердца в области атриовентрикулярной границы и выведите ее концы на вентральную поверхность. Сделайте свободную петлю по атриовентрикулярной границе.

Затяните петлю не очень туго, так чтобы она, не создавая полного блока между предсердиями и желудочком, раздражала атриовентрикулярный узел. Отметьте, что при раздражении атриовентрикулярного узла второй лигатурой возникают ритмические сокращения сердца, но их частота значительно ниже исходной (определите эту частоту). Это происходит потому, что роль водителя ритма сердца берет на себя атриовентрикулярный узел, генерирующий импульсы с более низкой частотой, чем синусный узел. Наблюдайте прекращение сокращений сердца после ослабления второй лигатуры.

После наблюдения сокращений сердца, зависящих от автоматии атриовентрикулярного узла, затяните туго вторую лигатуру по атриовентрикулярной границе и тем самым создайте полную непроводимость между предсердиями и желудочком (следите за тем, чтобы атриовентрикулярная граница осталась в области желудочка). Через 20-30 мин после наложения второй лигатуры отметьте, что желудочек начинает сокращаться с частотой импульсов атриовентрикулярного узла, который берет на себя функции водителя ритма. Заметьте, что предсердия продолжают «молчать», так как к ним нарушена передача импульсов и от синусного, и от атриовентрикулярного узла.

Наложите третью лигатуру Станниуса (рис. 13, III) путем отделения нижней трети желудочка.

Отметьте, что после наложения третьей лигатуры нижняя треть желудочка автоматически не сокращается, так как не содержит элементов проводящей системы.

Отрежьте нижнюю треть желудочка и поместите ее в раствор Рингера на часовое стекло. Нанесите механическое раздражение препаровальной иглой. Наблюдайте возникновение одиночного сокращения в ответ на раздражение.

3. Зафиксируйте полученные результаты в таблице 3, последовательно описав сократительную активность (или ее отсутствие) каждого отдела сердца лягушки после наложения каждой лигатуры Станниуса. Опишите физиологические механизмы наблюдаемых явлений.

Таблица 3

Результаты опыта Станниуса

Этапы опыта	Наблюдения	Физиологические механизмы
Перед наложением лигатур Станниуса
Наложение первой лигатуры Станниуса
Нетугое наложение второй лигатуры Станниуса
Тугое наложение второй лигатуры Станниуса
Наложение третьей лигатуры Станниуса

Контрольные вопросы

Докажите наличие автоматии как свойства сердца.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Сделайте заключение об особенностях автоматической деятельности различных отделов проводящей системы сердца.

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Докажите возбудимость сердечной мышцы.

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

В чем заключается свойство автоматии сердца?

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Опишите механизм автоматии клеток проводящей системы сердца.

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Докажите на основании полученных в работе данных закон градиента автоматии.

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

Подпись преподавателя_______________________

Лабораторная работа 13