邱欣雨 沙愛(ài)龍

【摘 ? 要】 ? 從生物進(jìn)化、比較解剖生理學(xué)的角度對(duì)牛蛙和小鼠兩種脊椎動(dòng)物腓腸肌和十二指腸平滑肌收縮性進(jìn)行了比較，同時(shí)對(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)在材料選擇方面進(jìn)行了探討。結(jié)果顯示：牛蛙腓腸肌收縮速率和十二指腸收縮幅度、收縮頻率相較于小鼠，差異均極顯著（P<0.01）。兩類動(dòng)物在收縮性上的差異不僅反映其進(jìn)化地位，也體現(xiàn)了其結(jié)構(gòu)和生理差異。對(duì)比分別使用兩種動(dòng)物進(jìn)行操作的生理學(xué)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，牛蛙操作更簡(jiǎn)單，節(jié)約成本但效果相似。

【關(guān)鍵詞】 ? 牛蛙;小鼠;生理學(xué)實(shí)驗(yàn);坐骨神經(jīng)-腓腸肌;十二指腸;收縮性

Comparison and Discussion on the Contractility of Gastrocnemius and Intestinal Smooth Muscle in Two Vertebrates

Qiu Xinyu， Sha Ailong*

（Chongqing Three Gorges University， Wanzhou 404120， China）

【Abstract】 The contractility of gastrocnemius and duodenal smooth muscle in bullfrogs and mice were compared from the perspectives of biological evolution and comparative anatomy and physiology， and the selection of materials for the contractility experiment of skeletal muscle and physiological characteristics observation experiment of small intestine smooth muscle were discussed. The results showed that the contraction rate of gastrocnemius muscle， the amplitude and frequency of duodenal contraction of bullfrog were significantly different from those of mice （P<0.01）. The results showed that the differences in contractility between the two types of animals not only reflected their evolutionary status， but also reflected their structural and physiological differences. By comparing the physiological experiments with two kinds of animals， it was found that the operation of bullfrog was simpler， cost-effective and similar.

【Key words】 bullfrog;mice;physiology experiment;sciatic nerve gastrocnemius muscle;duodenum;contractility

〔中圖分類號(hào)〕 ?Q4-33 ? ? ? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕 ?A ? ? ? ? ? ? 〔文章編號(hào)〕 1674 - 3229（2021）03- 0000 - 00

0 ? ? 引言

在生理學(xué)實(shí)驗(yàn)中，骨骼肌收縮實(shí)驗(yàn)和小腸平滑肌生理特性觀察實(shí)驗(yàn)都是極為經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)。縱觀國(guó)內(nèi)外，骨骼肌的收縮實(shí)驗(yàn)普遍使用兩棲類動(dòng)物，常用青蛙或蟾蜍作為實(shí)驗(yàn)材料[1-2]。但自青蛙、蟾蜍被列為三有保護(hù)動(dòng)物后，國(guó)內(nèi)高校大多使用牛蛙來(lái)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。本研究組曾嘗試使用哺乳動(dòng)物進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其操作較為復(fù)雜且不易記錄。小腸平滑肌生理特性觀察實(shí)驗(yàn)所使用的實(shí)驗(yàn)材料通常是哺乳動(dòng)物中的兔或鼠[1-4]，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，使用兩棲動(dòng)物進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)同樣可行且更易記錄到數(shù)據(jù)。關(guān)于兩棲動(dòng)物和哺乳動(dòng)物腓腸肌、十二指腸收縮速率、收縮頻率、收縮幅度等收縮指標(biāo)的研究尚未見(jiàn)報(bào)道，本文擬對(duì)此進(jìn)行研究并探討在骨骼肌收縮實(shí)驗(yàn)和小腸平滑肌生理特性觀察實(shí)驗(yàn)中使用這兩類動(dòng)物的可行性。

1 ? ? 材料與方法

1.1 ? 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 ? 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

牛蛙14只，體重200～230 g，雌雄各半，購(gòu)于重慶市萬(wàn)州區(qū)五橋永輝超市。昆明種小鼠14只，雌雄各半，體重18～22 g，購(gòu)于湖南斯萊克景達(dá)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司，生產(chǎn)許可證號(hào)SCXK（湘）2019-0004。

1.1.2 ? 藥品與儀器

任氏液，自制（NaCl 6.5 g，KCl 0.14 g，CaCl2 0.12 g，NaHCO3 0.2 g，NaH2PO4 0.01 g，葡萄糖2 g，加入蒸餾水1000 mL混勻）;氨基甲酸乙酯（上?；瘜W(xué)試劑公司）;臺(tái)氏液，自制（NaCl 8 g，KCl 0.2 g，CaCl2 0.2 g，NaHCO3 1 g，NaH2PO4 0.025 g，MgCl2 0.1 g，葡萄糖1 g，加入蒸餾水1000 mL混勻）;BL-420F生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)（成都泰盟軟件有限公司）;張力換能器（成都泰盟軟件有限公司）;電子天平（上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司）;HW-400SE恒溫平滑肌槽（成都泰盟科技有限公司）;刺激電極（成都泰盟軟件有限公司）。

1.2 ? 方法

1.2.1 ? 在體坐骨神經(jīng)-腓腸肌標(biāo)本的制備

參照沙愛(ài)龍等[5]和艾洪濱[1]方法對(duì)牛蛙進(jìn)行在體坐骨神經(jīng)-腓腸肌標(biāo)本的制備：取牛蛙并雙毀髓，腹部固定在蛙板，正中切開后肢大腿皮膚，找出坐骨神經(jīng)，用玻璃針輕挑至電極上，并使其接觸良好，用手術(shù)鑷在腓腸肌跟腱下穿線并結(jié)扎，剪斷結(jié)扎線下方跟腱，將跟腱上的結(jié)扎線與張力換能器相連，啟動(dòng)生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)，記錄各項(xiàng)收縮指標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程注意經(jīng)常滴加任氏液，防止標(biāo)本干燥。

參照暴克堯等[6]和劉紫荊等[7]方法對(duì)小鼠進(jìn)行在體腓腸肌標(biāo)本的制備：25%氨基甲酸乙酯（5 mL·kg-1體質(zhì)量）腹腔注射麻醉小鼠，側(cè)臥于恒溫手術(shù)臺(tái)，用手術(shù)剪剪去一側(cè)后肢大腿外側(cè)被毛，剪開皮膚，找出腓腸肌，在腓腸肌下面肌腱處穿線結(jié)扎，剪斷結(jié)扎線下方肌腱，扎線另一端連接張力換能器，將電極輕置于腓腸肌上方，輸出電刺激引起腓腸肌收縮，通過(guò)生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)采集并記錄各項(xiàng)收縮指標(biāo)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意滴加臺(tái)氏液以保持標(biāo)本的濕潤(rùn)。

1.2.2 ? ?離體十二指腸標(biāo)本的制備

參照艾洪濱[1]和沙愛(ài)龍[8]方法對(duì)小鼠、牛蛙進(jìn)行離體十二指腸標(biāo)本的制備：將小鼠和牛蛙處死后（小鼠頸椎脫臼法致死、牛蛙雙毀髓處死），迅速沿腹正中線剖開腹部，取十二指腸，將其置于37.5℃臺(tái)氏液藥筒中，腸段上端與張力換能器相連，下端系于肌槽底部L型鉤，調(diào)節(jié)氣量通氧，將張力換能器與生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)連接并進(jìn)行記錄;牛蛙離體十二指腸同樣使用該儀器，將其置于室溫任氏液藥筒中，同上進(jìn)行連接，無(wú)需通氧，張力換能器連接生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并記錄。

1.3 ? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

統(tǒng)計(jì)十二指腸平滑肌收縮幅度、收縮頻率。利用公式：收縮速率（g/ms）=收縮幅度/收縮時(shí)間，計(jì)算腓腸肌的收縮速率。所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示，應(yīng)用spss25.0軟件進(jìn)行分析，不同動(dòng)物的比較進(jìn)行t檢驗(yàn)，P<0.05為統(tǒng)計(jì)學(xué)差異顯著，P<0.01為統(tǒng)計(jì)學(xué)差異極顯著。

2 ? ? 結(jié)果

2.1 ? 小鼠和牛蛙腓腸肌收縮速率的比較

由圖1可知，小鼠腓腸肌的收縮速率明顯快于牛蛙，兩種動(dòng)物之間的收縮速率差異極顯著（P<0.01）。

2.2 ? 小鼠和牛蛙十二指腸生理特性的比較

由表1和圖2可知，小鼠的收縮頻率和收縮幅度均大于牛蛙。無(wú)論是收縮頻率還是收縮幅度，兩種動(dòng)物之間都呈現(xiàn)出差異極顯著（P<0.01）。

3 ? ? 討論

骨骼肌是一個(gè)非均質(zhì)組織，它的收縮和代謝特性相差較大[9]。兩棲動(dòng)物和哺乳動(dòng)物兩者的骨骼肌都是三層結(jié)構(gòu)[10]，其結(jié)構(gòu)和生理特性都相似，但兩棲類生命力較強(qiáng)，尤其是坐骨神經(jīng)，在室溫條件下可長(zhǎng)期維持其生理活性[11]。牛蛙、小鼠的十二指腸四層結(jié)構(gòu)分明且相似，由內(nèi)向外四層分別為粘膜層、粘膜下層、肌層和外膜。牛蛙肌層由一層環(huán)形平滑肌組成，而小鼠肌層分為內(nèi)環(huán)外縱兩層，內(nèi)環(huán)層肌比外縱層肌厚[12， 13]，小鼠十二指腸兩層肌層結(jié)構(gòu)或許便決定了小鼠在其收縮過(guò)程中能夠提供更大的肌張力。根據(jù)本研究結(jié)果表明，小鼠的腓腸肌收縮速率和離體十二指腸的收縮頻率、收縮幅度各項(xiàng)指標(biāo)均都極顯著大于牛蛙（P<0.01）。此結(jié)果驗(yàn)證了小鼠十二指腸肌層結(jié)構(gòu)的進(jìn)步。而骨骼肌從兩棲動(dòng)物開始，由于四肢骨骼的發(fā)達(dá)，肢內(nèi)肌和肢外肌也隨之得到發(fā)展，到哺乳動(dòng)物則甚為發(fā)達(dá)[14]，牛蛙和小鼠腓腸肌收縮速率的差異也正反映了該事實(shí)。因此可以看出，從兩棲動(dòng)物進(jìn)化到哺乳動(dòng)物，骨骼肌和小腸等器官也得到發(fā)展。并且有理由認(rèn)為該發(fā)展與哺乳動(dòng)物需要保持恒定體溫有關(guān)。從變溫動(dòng)物進(jìn)化到恒溫動(dòng)物，哺乳動(dòng)物的體溫調(diào)節(jié)需要更高的代謝率。動(dòng)物通過(guò)消化系統(tǒng)進(jìn)行物質(zhì)代謝從而吸收化學(xué)能，小鼠十二指腸結(jié)構(gòu)的發(fā)展和其運(yùn)動(dòng)能力的加強(qiáng)便是為了適應(yīng)其高代謝率，能夠向機(jī)體提供充足的能量，以此保持體溫的恒定。另外動(dòng)物還可通過(guò)骨骼肌活動(dòng)來(lái)產(chǎn)熱，因此動(dòng)物骨骼肌的發(fā)展對(duì)其體溫的保持也具有一定的幫助。所以，兩類動(dòng)物腓腸肌和十二指腸各項(xiàng)指標(biāo)的差異與其進(jìn)化地位、結(jié)構(gòu)差異、生理功能相適應(yīng)。

在國(guó)內(nèi)外，骨骼肌收縮實(shí)驗(yàn)大多用兩棲動(dòng)物作為實(shí)驗(yàn)材料。相較于恒溫的哺乳動(dòng)物，在離體條件下，兩棲類動(dòng)物作為變溫動(dòng)物不需要維持恒溫的環(huán)境，并且其皮膚具有輔助呼吸的作用，其器官組織在離體后的氧氣需求量比哺乳動(dòng)物小，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中并不需要額外通氧。在體條件下，利用牛蛙來(lái)制備在體坐骨神經(jīng)-腓腸肌標(biāo)本這個(gè)過(guò)程相較于小鼠在體腓腸肌標(biāo)本的制備要容易一點(diǎn)，同時(shí)為了保證其生理活性的實(shí)驗(yàn)條件也比小鼠容易達(dá)成。平滑肌生理特性觀察實(shí)驗(yàn)通常用哺乳動(dòng)物作為實(shí)驗(yàn)材料，一般是家兔或小鼠。與前文所說(shuō)的骨骼肌收縮實(shí)驗(yàn)相同的是，利用兩棲動(dòng)物來(lái)進(jìn)行平滑肌生理特性觀察實(shí)驗(yàn)所取得的實(shí)驗(yàn)效果并不比哺乳動(dòng)物差，相較于哺乳動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，使用兩棲動(dòng)物會(huì)更加的簡(jiǎn)單。

總之，在進(jìn)行這兩類實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用牛蛙與使用哺乳動(dòng)物為實(shí)驗(yàn)材料的效果相似。同時(shí)，將牛蛙作為實(shí)驗(yàn)材料不僅節(jié)約成本，還能保護(hù)青蛙、蟾蜍此類三有保護(hù)動(dòng)物。

4 ? ? 結(jié)論

通過(guò)對(duì)牛蛙和小鼠兩種脊椎動(dòng)物腓腸肌和十二指腸平滑肌收縮性進(jìn)行研究、分析發(fā)現(xiàn)，哺乳動(dòng)物的腓腸肌收縮速率和十二指腸收縮頻率、收縮幅度均明顯大于兩棲動(dòng)物，兩者之間的差異與其生理結(jié)構(gòu)、功能相關(guān)，能反映出兩種動(dòng)物的進(jìn)化地位。在選擇“骨骼肌收縮實(shí)驗(yàn)”和“小腸平滑肌生理特性觀察”兩個(gè)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，基于實(shí)驗(yàn)條件、操作及其效果來(lái)看，使用牛蛙更加簡(jiǎn)單、可行。

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[收稿日期] ? 2021-05-18

[基金項(xiàng)目] ? 2020年度重慶市教育委員會(huì)科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目“雪菊黃酮類單體奧卡寧抗血栓作用機(jī)制研究”（KJQN202001226）

[作者簡(jiǎn)介] ? 邱欣雨（1998- ），女，重慶三峽學(xué)院生物與食品工程學(xué)院碩士研究生，研究方向：比較生理學(xué)。

[通訊作者] ? 沙愛(ài)龍（1981- ），男，碩士，重慶三峽學(xué)院教師教育學(xué)院副教授，研究方向：比較生理學(xué)。