生理实验中使用牛蛙和蟾蜍的神经和肌肉标本的比较

周辰

摘要：传统的生理学实验经常使用蟾蜍制备离体组织和器官标本，但野生动物不能保证个体的均一性。随着动物伦理学的发展和法律法规的健全，应使用更符合规定要求的动物进行实验教学。牛蛙是一种可食用的两栖类动物，在各地都有广泛的养殖。本文对比了牛蛙的神经和肌肉组织在标本制备和实验结果等方面与蟾蜍的异同。经过教师的预实验以及学生课堂上的实际操作，表明可以使用牛蛙代替蟾蜍进行神经干动作电位和骨骼肌收缩的实验。这种实验材料的改进是生理学实验的进步，有利于教学的规范开展。

关键词：牛蛙；坐骨神经干；腓肠肌；生理学实验；教学改革

中图分类号：G642.42 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）01-0268-04

生理学实验使用的材料均为活体组织，因此对标本的要求比较高。蟾蜍是生理实验中常用的实验动物，传统上的获得途径主要是野外捕捉[1]。这种方式问题很多，首先是随机捕捉不能保证一致性，对标本活性以及实验结果会造成影响。其次，随着社会的发展，可以捕获蟾蜍的地点更加远离城市，并且大量捕捉也会影响自然环境。最根本的问题是《中华人民共和国野生动物保护法》中规定了蟾蜍属于“三有动物”，即有益的或者有重要经济、科学研究价值的陆生野生动物[2]。捕捉“三有动物”属于违法行为，在2014年，国内首次对捕捉野生蟾蜍者进行了刑事处罚。因此应停止教学中使用野生蟾蜍。由于蟾蜍具有较高的药用价值，所以它已经可以进行人工饲养[3]，但价格远高于野生蟾蜍，并且供应途径有限。因此找到代替蟾蜍的实验材料是目前需要考虑的问题。

牛蛙与蟾蜍同属两栖纲无尾目，分类上比较接近。有大量文献研究了不同因素对牛蛙的神经[4-6]、肌肉[7，8]和心脏功能[9-11]的影响。牛蛙的人工养殖问题早已得到解决[12]，供应渠道稳定，价格便宜。本文使用牛蛙和蟾蜍的坐骨神经干和坐骨神经—腓肠肌标本进行了实验，并对比了标本制备过程。

一、标本制备过程的比较

在形态上，牛蛙四肢发达，而蟾蜍躯干较大。重量接近的两种动物相比（牛蛙82.64g，蟾蜍85.56g），明显可以看到两者体型的不同（图1）。牛蛙由于体表湿滑，且四肢有力，因此更难握住进行处理。毁髓针扎入牛蛙的枕骨大孔后，很容易穿过身體，扎伤握住牛蛙的手掌。因此对于牛蛙的刺毁操作需要小心，避免受伤。

上述两只体重接近的动物，分离出的下肢标本重量分别为30.86g和16.27g，可以看出牛蛙的下肢肌肉发达，长度明显超过蟾蜍（图2）。牛蛙的神经干位置与蟾蜍相同，剥制标本没有困难。但下肢中有大量与神经干伴行的血管，不容易分开，很多血管最终附着在神经干上一同被分离下来，还需要进行仔细清理。一个有趣的现象是，虽然牛蛙肌肉发达有力，但是骨骼比蟾蜍脆弱，剪断牛蛙股骨所需的力远小于蟾蜍。

二、实验结果的比较

分别使用牛蛙和蟾蜍的神经及肌肉标本记录了双相动作电位、骨骼肌单收缩与收缩总和。首先比较动作电位，来自牛蛙和蟾蜍的坐骨神经干标本能够产生几乎完全相同的双相动作电位（图3）。随着刺激强度的增加，复合动作电位从无到有。在0.2ms的方波刺激下，蟾蜍动作电位的阈值为0.10V，而牛蛙为0.13V。动作电位幅度与刺激强度的关系呈S型曲线。

使用腓肠肌标本测定肌肉收缩。使用0.5ms的方波刺激，牛蛙的腓肠肌也能够产生与蟾蜍标本类似的单收缩（图4）。收缩幅度随着刺激强度的增加而增大，直到达到一个平台（图5）。使用玻尔兹曼方程拟合，其半最大激活电压为0.13V，斜率因子为0.0045（图5）。使用顶上强度刺激牛蛙腓肠肌引起最大幅度的收缩，在此条件下，增加刺激频率，随着频率的增大，腓肠肌发生收缩总和，从低频的不完全融合到高频刺激下的完全强直收缩（图6）。这一点也与蟾蜍的结果相同，表明可以使用牛蛙代替蟾蜍进行神经干和骨骼肌标本的实验。

三、牛蛙的优点

牛蛙最主要的优点是可以得到合法稳定的供应，成本也较低。除此以外，还有一些相对蟾蜍的优势。首先是心理问题，问卷调查显示10.3%的学生认为需要使用蟾蜍是生理实验中最让人不喜欢的部分。这一方面是对“癞蛤蟆”的不良印象，另一方面是对于毒腺的畏惧。牛蛙是一种可食用的动物，并且没有毒腺等让人担忧的器官，因此应该比蟾蜍更受欢迎。

在标本制备方面，牛蛙的骨骼比较脆弱，在切开耻骨联合以及剪断脊柱和股骨时都比蟾蜍轻松很多。这一点对于力量较小的女同学是很有利的。在神经标本方面，牛蛙的下肢较长，因此坐骨神经干也比蟾蜍更长。分离蟾蜍的坐骨神经干，通常需要通过腘窝，分离小腿的腓神经或胫神经分支。而牛蛙只需膝盖以上的部分就可以得到足够的长度。因此在神经干以及肌肉标本的实验中，牛蛙有很大的优势。

四、牛蛙的缺点

牛蛙的四肢有力，运动能力强，并且有较大的味道，因此要进行更严密的保管，不宜长时间存放。剥离标本时需要进行更多的操作，并且收缩力大，可能超过张力换能器的量程，也可能造成肌槽移动，从而破坏记录曲线。在部分蟾蜍标本中就出现过这种情况，牛蛙肌肉标本出现的可能性会更大。

五、使用牛蛙的教学实践

在2016年秋季学期的生理学实验肌肉收缩部分中，有两位同学分别制备了牛蛙和蟾蜍的坐骨神经—腓肠肌标本，并进行了记录。两种肌肉标本都能顺利完成实验，在结果方面除了收缩力、阈强度等具体数值的差别外，在实验现象及规律等方面没有不同。这次实践表明使用牛蛙代替蟾蜍进行神经和肌肉标本的实验是可行的。

六、结语

随着时代的发展、法律法规的健全，对野生动物的保护和实验动物的管理也更加严格。使用养殖动物代替野生动物，对于实验课程本身的标准化有很好的效果，同时也是环保和法律意识的进步，是一次动物伦理学的直接教育。这种改变能够丰富课程教学，具有很好的推广价值。endprint

參考文献：（References）

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[12]刘筠，陈信初.牛蛙人工繁殖与养殖已获成功[J].湖南水产，1984，（6）：32.

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