兩種脊椎動物腓腸肌和腸平滑肌收縮性比較和探討

邱欣雨 沙愛龍

【摘 ? 要】 ? 從生物進化、比較解剖生理學(xué)的角度對牛蛙和小鼠兩種脊椎動物腓腸肌和十二指腸平滑肌收縮性進行了比較，同時對這兩個實驗在材料選擇方面進行了探討。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）。兩類動物在收縮性上的差異不僅反映其進化地位，也體現(xiàn)了其結(jié)構(gòu)和生理差異。對比分別使用兩種動物進行操作的生理學(xué)實驗發(fā)現(xiàn)，牛蛙操作更簡單，節(jié)約成本但效果相似。

【關(guān)鍵詞】 ? 牛蛙;小鼠;生理學(xué)實驗;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〕 ?Q4-33 ? ? ? ? ? ?〔文獻標(biāo)識碼〕 ?A ? ? ? ? ? ? 〔文章編號〕 1674 - 3229（2021）03- 0000 - 00

0 ? ? 引言

在生理學(xué)實驗中，骨骼肌收縮實驗和小腸平滑肌生理特性觀察實驗都是極為經(jīng)典的實驗?？v觀國內(nèi)外，骨骼肌的收縮實驗普遍使用兩棲類動物，常用青蛙或蟾蜍作為實驗材料[1-2]。但自青蛙、蟾蜍被列為三有保護動物后，國內(nèi)高校大多使用牛蛙來進行相關(guān)實驗。本研究組曾嘗試使用哺乳動物進行該實驗，在實驗過程中發(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驗所使用的實驗材料通常是哺乳動物中的兔或鼠[1-4]，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，使用兩棲動物進行此實驗同樣可行且更易記錄到數(shù)據(jù)。關(guān)于兩棲動物和哺乳動物腓腸肌、十二指腸收縮速率、收縮頻率、收縮幅度等收縮指標(biāo)的研究尚未見報道，本文擬對此進行研究并探討在骨骼肌收縮實驗和小腸平滑肌生理特性觀察實驗中使用這兩類動物的可行性。

1 ? ? 材料與方法

1.1 ? 實驗材料

1.1.1 ? 實驗動物

牛蛙14只，體重200～230 g，雌雄各半，購于重慶市萬州區(qū)五橋永輝超市。昆明種小鼠14只，雌雄各半，體重18～22 g，購于湖南斯萊克景達實驗動物有限公司，生產(chǎn)許可證號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

參照沙愛龍等[5]和艾洪濱[1]方法對牛蛙進行在體坐骨神經(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，啟動生物信號采集處理系統(tǒng)，記錄各項收縮指標(biāo)，在實驗過程注意經(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]方法對小鼠進行在體腓腸肌標(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，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，通過生物信號采集處理系統(tǒng)采集并記錄各項收縮指標(biāo)，在實驗過程中注意滴加臺氏液以保持標(biāo)本的濕潤。

1.2.2 ? ?離體十二指腸標(biāo)本的制備

參照艾洪濱[1]和沙愛龍[8]方法對小鼠、牛蛙進行離體十二指腸標(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采集處理系統(tǒng)連接并進行記錄;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，同上進行連接，無需通氧，張力換能器連接生物信號采集處理系統(tǒng)，進行實驗并記錄。

1.3 ? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

統(tǒng)計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/收縮時間，計算腓腸肌的收縮速率。所有實驗數(shù)據(jù)均以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差來表示，應(yīng)用spss25.0軟件進行分析，不同動物的比較進行t檢驗，P<0.05為統(tǒng)計學(xué)差異顯著，P<0.01為統(tǒng)計學(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。無論是收縮頻率還是收縮幅度，兩種動物之間都呈現(xiàn)出差異極顯著（P<0.01）。

3 ? ? 討論

骨骼肌是一個非均質(zhì)組織，它的收縮和代謝特性相差較大[9]。兩棲動物和哺乳動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，尤其是坐骨神經(jīng)，在室溫條件下可長期維持其生理活性[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、收縮幅度各項指標(biāo)均都極顯著大于牛蛙（P<0.01）。此結(jié)果驗證了小鼠十二指腸肌層結(jié)構(gòu)的進步。而骨骼肌從兩棲動物開始，由于四肢骨骼的發(fā)達，肢內(nèi)肌和肢外肌也隨之得到發(fā)展，到哺乳動物則甚為發(fā)達[14]，牛蛙和小鼠腓腸肌收縮速率的差異也正反映了該事實。因此可以看出，從兩棲動物進化到哺乳動物，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)展與哺乳動物需要保持恒定體溫有關(guān)。從變溫動物進化到恒溫動物，哺乳動物的體溫調(diào)節(jié)需要更高的代謝率。動物通過消化系統(tǒng)進行物質(zhì)代謝從而吸收化學(xué)能，小鼠十二指腸結(jié)構(gòu)的發(fā)展和其運動能力的加強便是為了適應(yīng)其高代謝率，能夠向機體提供充足的能量，以此保持體溫的恒定。另外動物還可通過骨骼肌活動來產(chǎn)熱，因此動物骨骼肌的發(fā)展對其體溫的保持也具有一定的幫助。所以，兩類動物腓腸肌和十二指腸各項指標(biāo)的差異與其進化地位、結(jié)構(gòu)差異、生理功能相適應(yīng)。

在國內(nèi)外，骨骼肌收縮實驗大多用兩棲動物作為實驗材料。相較于恒溫的哺乳動物，在離體條件下，兩棲類動物作為變溫動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物小，在實驗過程中并不需要額外通氧。在體條件下，利用牛蛙來制備在體坐骨神經(jīng)-腓腸肌標(biāo)本這個過程相較于小鼠在體腓腸肌標(biāo)本的制備要容易一點，同時為了保證其生理活性的實驗條件也比小鼠容易達成。平滑肌生理特性觀察實驗通常用哺乳動物作為實驗材料，一般是家兔或小鼠。與前文所說的骨骼肌收縮實驗相同的是，利用兩棲動物來進行平滑肌生理特性觀察實驗所取得的實驗效果并不比哺乳動物差，相較于哺乳動物的實驗過程，使用兩棲動物會更加的簡單。

總之，在進行這兩類實驗時，使用牛蛙與使用哺乳動物為實驗材料的效果相似。同時，將牛蛙作為實驗材料不僅節(jié)約成本，還能保護青蛙、蟾蜍此類三有保護動物。

4 ? ? 結(jié)論

通過對牛蛙和小鼠兩種脊椎動物腓腸肌和十二指腸平滑肌收縮性進行研究、分析發(fā)現(xiàn)，哺乳動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)，能反映出兩種動物的進化地位。在選擇“骨骼肌收縮實驗”和“小腸平滑肌生理特性觀察”兩個生理學(xué)實驗材料時，基于實驗條件、操作及其效果來看，使用牛蛙更加簡單、可行。

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[收稿日期] ? 2021-05-18

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

[作者簡介] ? 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)。