본 실험은 살아 있는 생쥐를 해부하여 심장박동 조절의 원리를 알아보고 온도와 두 가지 신경자극전도물질(adrenaline, acetylcholine)이 심장박동에 미치는 영향을 알아보는 것이다. 이를 위해 먼저 adrenaline 용액과 acetylcholine 용액을 직접 생쥐의 심장에 뿌린 후 심장박동의 변화를 살펴보았다. 먼저 adrenaline 용액을 심장에 뿌렸을 때는 심장박동이 빨라지는 것을 알 수 있었으며 acetylcholine 용액을 뿌렸을 때는 뿌리지 않았을 때보다 심장박동이 느려짐을 알 수 있었다.
두 번째로 온도가 심장박동에 미치는 영향을 알아보기 위해 생쥐를 해부한 후 약 10초 후의 심장박동과 4℃의 PBS 용액을 뿌렸을 때의 심장박동을 비교하였다. 실험 결과, 4℃의 PBS 용액을 뿌렸을 때는 상온에서보다 심장박동수가 느려짐을 알 수 있었다. 위의 실험 결과를 종합하면 신경자극전도물질과 온도는 심장 박동수에 영향을 끼치며 구체적으로는 adrenaline은 심장박동수를 증가시키며 acetylcholine의 경우는 반대로 심장박동수를 감소시킨다는 것이다. 또한 온도가 낮을수록 심장박동수가 감소함을 알 수 있었다.
생쥐와 인간은 생김새는 매우 다르지만 모두 포유류이다. 포유류의 심장은 심실이 완전히 나누어져 있으며 각각 두 개의 심실과 심방으로 이루어져 있다. 심장의 왼쪽은 항상 산소가 풍부한 혈액(동맥혈)을 받아 펌프질을 하며 반대로 오른쪽은 산소가 적게 함유된 혈액(정맥혈)을 받는다. 4개의 방으로 된 심장은 포유류가 내온동물로 생활할 수 있게 된 결정적인 원인이 되었다.
내온동물은 같은 무게의 외온동물에 비해 약 10배의 에너지를 소모하는데 이를 위해서는 튼튼한 심장이 다량의 영양분과 산소, 이산화탄소 등을 빠르게 순환시켜야 하기 때문이다. 포유류의 순환계는 아래의 그림으로 나타낼 수 있다. 좌심실에서 강한 수축력으로 인해 나간 혈액은 온 몸의 모세혈관으로 각종 영양분과 산소 등의 물질들을 전달한다. 임무를 완수한 혈액은 반대로 각 기관과 조직에서 내놓는 이산화탄소와 같은 노폐물들을 우심방을 통해 우심실로 전달한다. 우심실의 수축으로 다시 이 물질들은 폐로 향하며 폐에서 기체교환이 일어나 다시 혈액은 충분한 산소를 함유하고 좌심실로 향하며 이러한 순환이 계속된다.
신경자극전도물질로서 우리가 사용하는 물질은 adrenaline과 acetylcholine이다. 먼저 아드레날린은 부신 수질에서 분비되며 스트레스나 위험에 반응하여 분비되는 호르몬이 다. 따라서 이 호르몬의 목적은 즉시 사용가능한 에너지량을 증가시키는 것인데 이를 위해 간과 근육에서의 글리코겐 분해를 증가시키고 포도당의 분비를 증가시킨다. 또한 지방세포에서의 지방산 분비를 돕는데 이 지방산은 포도당과 함께 신체의 에너지로 사용된다. 또한 심장의 박동속도와 폐의 세기관지를 팽창시켜 체내의 세포로 산소가 더 많이 공급될 수 있도록 한다. 또한 혈관을 수축시켜 혈압을 증가시키고 소화를 억제하는 등의 직용을 한다.
acetylcholine은 adrenaline과 반대 작용을 하는 호르몬으로 생각할 수 있다. acetylcholine은 무척추동물과 척추동물에게서 공통적으로 사용되는 신경전달물질이다. 심장을 제외한 척추동물의 신경세포에서는 근육에 인접한 시냅스에서 acetylcholine을 방출한다. 이 acetylcholine은 뉴런에서 뉴런으로 이어지는 신경전달을 일으키는 물질인데 심장에서는 조금 다른 방법으로 활동한다.
척추동물의 심장근육에서 acetylcholine은 억제성 신경전달물질로서 행동한다. 즉 심근에서 신경세포에 의해 분비된 acetylcholine은 G 단백직을 매개로 하여 다음의 신경전달경로를 활성화한다. 먼저 아데닐산 고리화효소를 저해하는 작용, 그리고 근 세포막의 포타슘 통로를 열리게 하는 작용인데 이러한 두 작용으로 인해 심장의 박동수와 근력이 감소한다.
실험 방법
1. 실험 과정
1) 먼저 생쥐의 뒷목을 잡고 다른 한 손으로 꼬리를 잡아당겨 경추 분리시킨다.
2) 쥐의 배가 하늘을 보게 뒤집은 후 4개의 고정용 침핀을 45도로 찔러 다리를 고정시킨다.
3) 다음으로 쥐의 배를 절개하는데 이번 실험의 목적은 심장을 관찰하는 것이므로 절개 부위를 최소화하여 심장박동을 오랫동안 관찰할 수 있도록 한다.
4) 먼저 절개 후 약 20여초를 기다린 후에 심장박동수를 센다. 심장 박동수는 동방결절 부분이 뛰는 횟수를 20초간 세는 것으로 한다.
5) 그 후에 adrenaline 용액을 심장에 직접 100㎕정도를 pipet을 이용하여 떨어뜨려준 후 동일한 방법으로 심장 박동수를 센다.
6) 다음으로 PBS용액을 심장 부위에 pipet을 이용해 떨어뜨려준 후 이번에는 adrenaline과 같은 방법으로 acetylcholine 용액을 100㎕만큼 떨어뜨린 후 심장 박동수를 센다.
7) 마지막으로 PBS용액을 떨어뜨린 후에 이번에는 4℃ PBS 용액을 떨어뜨려준 후에 심장 박동수를 세어 온도와 심장박동의 관계를 파악한다.
8) 죽은 생쥐의 박동수는 시간이 지남에 따라 점차 감소하므로 실험 순서에 따라 심장 박동이 영향을 받을 수 있다. 따라서 신경자극전도물질의 경우 순서를 바꿔서 한 번 더 시행하여 결과를 비교하였다.
[일반생물학실험] 순환계 및 심장박동 레포트
1. 실험 목적 1.1. 온도 변화와 신경자극전도물질 주입이라는 환경의 변화에 생쥐의 심장박 박동수가 어떻게 변하는지를 관찰하는 것이었다. 1.2. 실험 요약 본 실험은 살아 있는 생쥐를 해부하여
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