生理實驗中使用牛蛙和蟾蜍的神經(jīng)和肌肉標(biāo)本的比較

周辰

摘要：傳統(tǒng)的生理學(xué)實驗經(jīng)常使用蟾蜍制備離體組織和器官標(biāo)本，但野生動物不能保證個體的均一性。隨著動物倫理學(xué)的發(fā)展和法律法規(guī)的健全，應(yīng)使用更符合規(guī)定要求的動物進行實驗教學(xué)。牛蛙是一種可食用的兩棲類動物，在各地都有廣泛的養(yǎng)殖。本文對比了牛蛙的神經(jīng)和肌肉組織在標(biāo)本制備和實驗結(jié)果等方面與蟾蜍的異同。經(jīng)過教師的預(yù)實驗以及學(xué)生課堂上的實際操作，表明可以使用牛蛙代替蟾蜍進行神經(jīng)干動作電位和骨骼肌收縮的實驗。這種實驗材料的改進是生理學(xué)實驗的進步，有利于教學(xué)的規(guī)范開展。

關(guān)鍵詞：牛蛙；坐骨神經(jīng)干；腓腸肌；生理學(xué)實驗；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.42 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）01-0268-04

生理學(xué)實驗使用的材料均為活體組織，因此對標(biāo)本的要求比較高。蟾蜍是生理實驗中常用的實驗動物，傳統(tǒng)上的獲得途徑主要是野外捕捉[1]。這種方式問題很多，首先是隨機捕捉不能保證一致性，對標(biāo)本活性以及實驗結(jié)果會造成影響。其次，隨著社會的發(fā)展，可以捕獲蟾蜍的地點更加遠離城市，并且大量捕捉也會影響自然環(huán)境。最根本的問題是《中華人民共和國野生動物保護法》中規(guī)定了蟾蜍屬于“三有動物”，即有益的或者有重要經(jīng)濟、科學(xué)研究價值的陸生野生動物[2]。捕捉“三有動物”屬于違法行為，在2014年，國內(nèi)首次對捕捉野生蟾蜍者進行了刑事處罰。因此應(yīng)停止教學(xué)中使用野生蟾蜍。由于蟾蜍具有較高的藥用價值，所以它已經(jīng)可以進行人工飼養(yǎng)[3]，但價格遠高于野生蟾蜍，并且供應(yīng)途徑有限。因此找到代替蟾蜍的實驗材料是目前需要考慮的問題。

牛蛙與蟾蜍同屬兩棲綱無尾目，分類上比較接近。有大量文獻研究了不同因素對牛蛙的神經(jīng)[4-6]、肌肉[7，8]和心臟功能[9-11]的影響。牛蛙的人工養(yǎng)殖問題早已得到解決[12]，供應(yīng)渠道穩(wěn)定，價格便宜。本文使用牛蛙和蟾蜍的坐骨神經(jīng)干和坐骨神經(jīng)—腓腸肌標(biāo)本進行了實驗，并對比了標(biāo)本制備過程。

一、標(biāo)本制備過程的比較

在形態(tài)上，牛蛙四肢發(fā)達，而蟾蜍軀干較大。重量接近的兩種動物相比（牛蛙82.64g，蟾蜍85.56g），明顯可以看到兩者體型的不同（圖1）。牛蛙由于體表濕滑，且四肢有力，因此更難握住進行處理。毀髓針扎入牛蛙的枕骨大孔后，很容易穿過身體，扎傷握住牛蛙的手掌。因此對于牛蛙的刺毀操作需要小心，避免受傷。

上述兩只體重接近的動物，分離出的下肢標(biāo)本重量分別為30.86g和16.27g，可以看出牛蛙的下肢肌肉發(fā)達，長度明顯超過蟾蜍（圖2）。牛蛙的神經(jīng)干位置與蟾蜍相同，剝制標(biāo)本沒有困難。但下肢中有大量與神經(jīng)干伴行的血管，不容易分開，很多血管最終附著在神經(jīng)干上一同被分離下來，還需要進行仔細清理。一個有趣的現(xiàn)象是，雖然牛蛙肌肉發(fā)達有力，但是骨骼比蟾蜍脆弱，剪斷牛蛙股骨所需的力遠小于蟾蜍。

二、實驗結(jié)果的比較

分別使用牛蛙和蟾蜍的神經(jīng)及肌肉標(biāo)本記錄了雙相動作電位、骨骼肌單收縮與收縮總和。首先比較動作電位，來自牛蛙和蟾蜍的坐骨神經(jīng)干標(biāo)本能夠產(chǎn)生幾乎完全相同的雙相動作電位（圖3）。隨著刺激強度的增加，復(fù)合動作電位從無到有。在0.2ms的方波刺激下，蟾蜍動作電位的閾值為0.10V，而牛蛙為0.13V。動作電位幅度與刺激強度的關(guān)系呈S型曲線。

使用腓腸肌標(biāo)本測定肌肉收縮。使用0.5ms的方波刺激，牛蛙的腓腸肌也能夠產(chǎn)生與蟾蜍標(biāo)本類似的單收縮（圖4）。收縮幅度隨著刺激強度的增加而增大，直到達到一個平臺（圖5）。使用玻爾茲曼方程擬合，其半最大激活電壓為0.13V，斜率因子為0.0045（圖5）。使用頂上強度刺激牛蛙腓腸肌引起最大幅度的收縮，在此條件下，增加刺激頻率，隨著頻率的增大，腓腸肌發(fā)生收縮總和，從低頻的不完全融合到高頻刺激下的完全強直收縮（圖6）。這一點也與蟾蜍的結(jié)果相同，表明可以使用牛蛙代替蟾蜍進行神經(jīng)干和骨骼肌標(biāo)本的實驗。

三、牛蛙的優(yōu)點

牛蛙最主要的優(yōu)點是可以得到合法穩(wěn)定的供應(yīng)，成本也較低。除此以外，還有一些相對蟾蜍的優(yōu)勢。首先是心理問題，問卷調(diào)查顯示10.3%的學(xué)生認為需要使用蟾蜍是生理實驗中最讓人不喜歡的部分。這一方面是對“癩蛤蟆”的不良印象，另一方面是對于毒腺的畏懼。牛蛙是一種可食用的動物，并且沒有毒腺等讓人擔(dān)憂的器官，因此應(yīng)該比蟾蜍更受歡迎。

在標(biāo)本制備方面，牛蛙的骨骼比較脆弱，在切開恥骨聯(lián)合以及剪斷脊柱和股骨時都比蟾蜍輕松很多。這一點對于力量較小的女同學(xué)是很有利的。在神經(jīng)標(biāo)本方面，牛蛙的下肢較長，因此坐骨神經(jīng)干也比蟾蜍更長。分離蟾蜍的坐骨神經(jīng)干，通常需要通過腘窩，分離小腿的腓神經(jīng)或脛神經(jīng)分支。而牛蛙只需膝蓋以上的部分就可以得到足夠的長度。因此在神經(jīng)干以及肌肉標(biāo)本的實驗中，牛蛙有很大的優(yōu)勢。

四、牛蛙的缺點

牛蛙的四肢有力，運動能力強，并且有較大的味道，因此要進行更嚴(yán)密的保管，不宜長時間存放。剝離標(biāo)本時需要進行更多的操作，并且收縮力大，可能超過張力換能器的量程，也可能造成肌槽移動，從而破壞記錄曲線。在部分蟾蜍標(biāo)本中就出現(xiàn)過這種情況，牛蛙肌肉標(biāo)本出現(xiàn)的可能性會更大。

五、使用牛蛙的教學(xué)實踐

在2016年秋季學(xué)期的生理學(xué)實驗肌肉收縮部分中，有兩位同學(xué)分別制備了牛蛙和蟾蜍的坐骨神經(jīng)—腓腸肌標(biāo)本，并進行了記錄。兩種肌肉標(biāo)本都能順利完成實驗，在結(jié)果方面除了收縮力、閾強度等具體數(shù)值的差別外，在實驗現(xiàn)象及規(guī)律等方面沒有不同。這次實踐表明使用牛蛙代替蟾蜍進行神經(jīng)和肌肉標(biāo)本的實驗是可行的。

六、結(jié)語

隨著時代的發(fā)展、法律法規(guī)的健全，對野生動物的保護和實驗動物的管理也更加嚴(yán)格。使用養(yǎng)殖動物代替野生動物，對于實驗課程本身的標(biāo)準(zhǔn)化有很好的效果，同時也是環(huán)保和法律意識的進步，是一次動物倫理學(xué)的直接教育。這種改變能夠豐富課程教學(xué)，具有很好的推廣價值。endprint

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Abstract：The traditional physiological experiments often use toad to obtain tissue and organ specimens，but wild animals cannot guarantee homogeneity of the individual，easily lead to experimental results are not unified. With the development of animal ethics and the lows，animals should be used more in line with the requirements of the experimental teaching. Bullfrog is an edible amphibian，in a wide range of farming. In this paper，we compared the similarities and differences between bullfrog's nerve and muscle tissue in the preparation of the specimen and the experimental results. After the pre-experiment of the teachers and the practical operation of the students，it was indicated that bullfrogs could be used to replace the toads for nerve action potentials and skeletal muscle contraction experiments. The improvement of this experimental material is the progress of physiological experiments，which is conducive to the development of teaching norms

Key words：bullfrog；sciatic nerve；gastrocnemius；physiology experiment；teaching reformendprint