两种脊椎动物腓肠肌和肠平滑肌收缩性比较和探讨

邱欣雨 沙爱龙

【摘   要】   从生物进化、比较解剖生理学的角度对牛蛙和小鼠两种脊椎动物腓肠肌和十二指肠平滑肌收缩性进行了比较，同时对这两个实验在材料选择方面进行了探讨。结果显示：牛蛙腓肠肌收缩速率和十二指肠收缩幅度、收缩频率相较于小鼠，差异均极显著（P<0.01）。两类动物在收缩性上的差异不仅反映其进化地位，也体现了其结构和生理差异。对比分别使用两种动物进行操作的生理学实验发现，牛蛙操作更简单，节约成本但效果相似。

【关键词】   牛蛙;小鼠;生理学实验;坐骨神经-腓肠肌;十二指肠;收缩性

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

〔中图分类号〕  Q4-33            〔文献标识码〕  A             〔文章编号〕 1674 - 3229（2021）03- 0000 - 00

0     引言

在生理学实验中，骨骼肌收縮实验和小肠平滑肌生理特性观察实验都是极为经典的实验。纵观国内外，骨骼肌的收缩实验普遍使用两栖类动物，常用青蛙或蟾蜍作为实验材料[1-2]。但自青蛙、蟾蜍被列为三有保护动物后，国内高校大多使用牛蛙来进行相关实验。本研究组曾尝试使用哺乳动物进行该实验，在实验过程中发现其操作较为复杂且不易记录。小肠平滑肌生理特性观察实验所使用的实验材料通常是哺乳动物中的兔或鼠[1-4]，经研究发现，使用两栖动物进行此实验同样可行且更易记录到数据。关于两栖动物和哺乳动物腓肠肌、十二指肠收缩速率、收缩频率、收缩幅度等收缩指标的研究尚未见报道，本文拟对此进行研究并探讨在骨骼肌收缩实验和小肠平滑肌生理特性观察实验中使用这两类动物的可行性。

1     材料与方法

1.1   实验材料

1.1.1   实验动物

牛蛙14只，体重200～230 g，雌雄各半，购于重庆市万州区五桥永辉超市。昆明种小鼠14只，雌雄各半，体重18～22 g，购于湖南斯莱克景达实验动物有限公司，生产许可证号SCXK（湘）2019-0004。

1.1.2   药品与仪器

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，加入蒸馏水1000 mL混匀）;氨基甲酸乙酯（上海化学试剂公司）;台氏液，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，加入蒸馏水1000 mL混匀）;BL-420F生物信号采集处理系统（成都泰盟软件有限公司）;张力换能器（成都泰盟软件有限公司）;电子天平（上海民桥精密科学仪器有限公司）;HW-400SE恒温平滑肌槽（成都泰盟科技有限公司）;刺激电极（成都泰盟软件有限公司）。

1.2   方法

1.2.1   在体坐骨神经-腓肠肌标本的制备

参照沙爱龙等[5]和艾洪滨[1]方法对牛蛙进行在体坐骨神经-腓肠肌标本的制备：取牛蛙并双毁髓，腹部固定在蛙板，正中切开后肢大腿皮肤，找出坐骨神经，用玻璃针轻挑至电极上，并使其接触良好，用手术镊在腓肠肌跟腱下穿线并结扎，剪断结扎线下方跟腱，将跟腱上的结扎线与张力换能器相连，启动生物信号采集处理系统，记录各项收缩指标，在实验过程注意经常滴加任氏液，防止标本干燥。

参照暴克尧等[6]和刘紫荆等[7]方法对小鼠进行在体腓肠肌标本的制备：25%氨基甲酸乙酯（5 mL·kg-1体质量）腹腔注射麻醉小鼠，侧卧于恒温手术台，用手术剪剪去一侧后肢大腿外侧被毛，剪开皮肤，找出腓肠肌，在腓肠肌下面肌腱处穿线结扎，剪断结扎线下方肌腱，扎线另一端连接张力换能器，将电极轻置于腓肠肌上方，输出电刺激引起腓肠肌收缩，通过生物信号采集处理系统采集并记录各项收缩指标，在实验过程中注意滴加台氏液以保持标本的湿润。

1.2.2    离体十二指肠标本的制备

参照艾洪滨[1]和沙爱龙[8]方法对小鼠、牛蛙进行离体十二指肠标本的制备：将小鼠和牛蛙处死后（小鼠颈椎脱臼法致死、牛蛙双毁髓处死），迅速沿腹正中线剖开腹部，取十二指肠，将其置于37.5℃台氏液药筒中，肠段上端与张力换能器相连，下端系于肌槽底部L型钩，调节气量通氧，将张力换能器与生物信号采集处理系统连接并进行记录;牛蛙离体十二指肠同样使用该仪器，将其置于室温任氏液药筒中，同上进行连接，无需通氧，张力换能器连接生物信号采集处理系统，进行实验并记录。

1.3   数据统计及分析

统计十二指肠平滑肌收缩幅度、收缩频率。利用公式：收缩速率（g/ms）=收缩幅度/收缩时间，计算腓肠肌的收缩速率。所有实验数据均以均数±标准差来表示，应用spss25.0软件进行分析，不同动物的比较进行t检验，P<0.05为统计学差异显著，P<0.01为统计学差异极显著。

2     结果

2.1   小鼠和牛蛙腓肠肌收缩速率的比较

由图1可知，小鼠腓肠肌的收缩速率明显快于牛蛙，两种动物之间的收缩速率差异极显著（P<0.01）。

2.2   小鼠和牛蛙十二指肠生理特性的比较

由表1和图2可知，小鼠的收缩频率和收缩幅度均大于牛蛙。无论是收缩频率还是收缩幅度，两种动物之间都呈现出差异极显著（P<0.01）。

3     讨论

骨骼肌是一个非均质组织，它的收缩和代谢特性相差较大[9]。两栖动物和哺乳动物两者的骨骼肌都是三层结构[10]，其结构和生理特性都相似，但两栖类生命力较强，尤其是坐骨神经，在室温条件下可长期维持其生理活性[11]。牛蛙、小鼠的十二指肠四层结构分明且相似，由内向外四层分别为粘膜层、粘膜下层、肌层和外膜。牛蛙肌层由一层环形平滑肌组成，而小鼠肌层分为内环外纵两层，内环层肌比外纵层肌厚[12， 13]，小鼠十二指肠两层肌层结构或许便决定了小鼠在其收缩过程中能够提供更大的肌张力。根据本研究结果表明，小鼠的腓肠肌收缩速率和离体十二指肠的收缩频率、收缩幅度各项指标均都极显著大于牛蛙（P<0.01）。此结果验证了小鼠十二指肠肌层结构的进步。而骨骼肌从两栖动物开始，由于四肢骨骼的发达，肢内肌和肢外肌也随之得到发展，到哺乳动物则甚为发达[14]，牛蛙和小鼠腓肠肌收缩速率的差异也正反映了该事实。因此可以看出，从两栖动物进化到哺乳动物，骨骼肌和小肠等器官也得到发展。并且有理由认为该发展与哺乳动物需要保持恒定体温有关。从变温动物进化到恒温动物，哺乳动物的体温调节需要更高的代谢率。动物通过消化系统进行物质代謝从而吸收化学能，小鼠十二指肠结构的发展和其运动能力的加强便是为了适应其高代谢率，能够向机体提供充足的能量，以此保持体温的恒定。另外动物还可通过骨骼肌活动来产热，因此动物骨骼肌的发展对其体温的保持也具有一定的帮助。所以，两类动物腓肠肌和十二指肠各项指标的差异与其进化地位、结构差异、生理功能相适应。

在国内外，骨骼肌收缩实验大多用两栖动物作为实验材料。相较于恒温的哺乳动物，在离体条件下，两栖类动物作为变温动物不需要维持恒温的环境，并且其皮肤具有辅助呼吸的作用，其器官组织在离体后的氧气需求量比哺乳动物小，在实验过程中并不需要额外通氧。在体条件下，利用牛蛙来制备在体坐骨神经-腓肠肌标本这个过程相较于小鼠在体腓肠肌标本的制备要容易一点，同时为了保证其生理活性的实验条件也比小鼠容易达成。平滑肌生理特性观察实验通常用哺乳动物作为实验材料，一般是家兔或小鼠。与前文所说的骨骼肌收缩实验相同的是，利用两栖动物来进行平滑肌生理特性观察实验所取得的实验效果并不比哺乳动物差，相较于哺乳动物的实验过程，使用两栖动物会更加的简单。

总之，在进行这两类实验时，使用牛蛙与使用哺乳动物为实验材料的效果相似。同时，将牛蛙作为实验材料不仅节约成本，还能保护青蛙、蟾蜍此类三有保护动物。

4     结论

通过对牛蛙和小鼠两种脊椎动物腓肠肌和十二指肠平滑肌收缩性进行研究、分析发现，哺乳动物的腓肠肌收缩速率和十二指肠收缩频率、收缩幅度均明显大于两栖动物，两者之间的差异与其生理结构、功能相关，能反映出两种动物的进化地位。在选择“骨骼肌收缩实验”和“小肠平滑肌生理特性观察”两个生理学实验材料时，基于实验条件、操作及其效果来看，使用牛蛙更加简单、可行。

参考文献：

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[14] 李国藩，邓巨燮.脊椎动物比较解剖学[M].广州：中山大学出版社，1985：114-186.

[收稿日期]   2021-05-18

[基金项目]   2020年度重庆市教育委员会科学技术研究项目“雪菊黄酮类单体奥卡宁抗血栓作用机制研究”（KJQN202001226）

[作者简介]   邱欣雨（1998- ），女，重庆三峡学院生物与食品工程学院硕士研究生，研究方向：比较生理学。

[通讯作者]   沙爱龙（1981- ），男，硕士，重庆三峡学院教师教育学院副教授，研究方向：比较生理学。