一个家兔生理学综合实验的设计与方法改进

刘莹莹，宋 萃，赵丽华，于珊珊△

(1山东大学(威海) 海洋学院动物学综合实验室， 威海 246209； 2山东大学(威海) 海洋学院化学综合实验室; 3山东大学(威海) 海洋学院微生物学综合实验室； △通讯作者)

动物生理学是一门实验性很强的基础学科，而动物生理学实验在理论教学中发挥着重要作用[1]。实验课程不仅能强化对概念、理论的理解，更能使学生充分认识实验在科学理论产生和发展中的作用，同时也是培养学生从实验结果的表观现象探寻事物的内在联系和发展规律、培养学生科学思维能力、提高学生创新能力的重要途径。撰写实验报告则使学生学会用逻辑性语言表达研究结果，为今后独立进行科学研究打下良好的基础[2]。

传统的实验教学一般采用先理论后实践的方式进行，侧重对课堂理论知识的验证与巩固，过分强调实验课是作为理论知识的验证手段功能，容易造成学生重理论、轻实验的心理。实验过程中，学生经常按照实验指导机械操作，不动脑思考，不利于知识结构的形成和思维的拓展[3]。另一方面，传统动物生理学实验教学中，各器官系统活动调节单独进行，一般一只动物只进行一次实验，这就加大了动物实验材料需求量，经常造成资源浪费[4]；而且实验动物成本也逐年增高，因此对实验动物的综合利用变得非常重要[5-7]。为了使学生系统性掌握动物生理学课程基本理论，本实验室在进行动物生理学本科实验教学的基础上，结合多年教学科研实践过程中的经验总结，提出本课题的研究。课题设计包括家兔动脉血压调节、呼吸运动调节和影响尿生成因素的观察三个实验的综合。该实验方法的改进，使得三个实验利用一只兔子同时进行且顺利完成，并取得了较好的实验效果。本课题的设计极大提高了学生综合运用知识分析问题的能力，有利于培养学生的科研创新思维，为我校建设研究型大学本科人才培养体系贡献力量。

1 材料方法

1.1 实验动物

实验动物为成年雄性家兔。

1.2 实验器械

实验器械包括常用手术器械、恒温兔台、成都泰盟BL-420N生物信息采集与分析系统、刺激电极、保护电极、张力传感器、压力传感器、气管插管、蛙心夹、动脉夹、止血钳、玻璃分针、丝线、注射器、橡皮管等。

1.3 药品

药品包括台式液、麻醉剂，例如20%氨基甲酸乙酯、肾上腺素、乙酰胆碱、阿托品、NaOH、HCl、CaCl2、乳酸等。

1.4 实验步骤和方法

1.4.1 动物麻醉与固定 实验人员用20%氨基甲酸乙酯按照5 ml/kg体重剂量从耳缘静脉注射麻醉剂，麻醉动物后将其背位固定于手术台上，打开手术台保温功能进行保温，剪去颈部被毛，可进行手术。

1.4.2 实验动物操作 实验人员沿颈部正中切开皮肤，依次分离出气管、两侧颈总动脉、交感神经和迷走神经；进行尿道插管术，将使用甘油作为润滑剂浸润的导尿管从家兔尿道口轻轻插入10 cm左右导尿，有尿液流出表明插管成功；在等待尿流量稳定的过程中，进行气管插管术、动脉插管术；在分离出的气管近喉头2 cm处作一“T”形切口，将于气管口径相近的气管插管向心方向插入气管中并用线结扎固定，并在分离出的迷走神经下穿线备用；将左侧颈总动脉的远心端用丝线结扎，近心端用动脉夹夹住；在紧靠结扎处的斜后方在动脉上沿向心方向做一斜行切口，将准备好的已注满肝素生理盐水的动脉套管由切口插入动脉管内，用线将动脉套管尖端固定于动脉管内，并将余线结扎于套管的侧管上，以防滑脱。

1.4.3 连接实验装置 动脉套管固定好后，实验人员通过压力传感器将其连接到生理机能实验系统的压力通道；用蛙心夹夹住家兔腹部起伏最大的皮肤处，连接张力传感器后接入生理机能实验系统的输入端进行记录。刺激电极与保护电极根据需要与系统的刺激输出端连接。实验人员启动生理机能实验系统，设置相应的参数进行实验。

1.4.4 观察项目 ①实验人员记录正常呼吸运动，依次用通入CO2、夹闭气管插管、增大无效腔，观察各因素对呼吸运动的影响。②实验人员记录正常血压曲线，观察夹闭右侧颈总动脉、CO2升高对血压的影响。③实验人员同步记录麻醉状态下的正常尿量。④实验人员观察耳缘静脉注射各种药物对呼吸、血压和泌尿的影响。⑤实验人员刺激各神经，观察对呼吸、血压和泌尿的影响。⑥实验人员剪断各神经，观察对对呼吸、血压和泌尿的影响。

2 综合实验设计实验方法的改进及效果

2.1 实验动物麻醉处理及方法的改进

由于兔子耳缘静脉血管较细，且耳缘静脉注射药剂种类较多，反复穿刺注射容易导致其后注射的失败。鉴于此，我们在实验中使用留置针穿刺后将其固定于耳缘，以备多次注射药剂使用。留置针使用的针头较软、较细，柔韧性较好，因此能够较好地保护兔子耳缘静脉血管，并可进行多次不同药剂的更换注射。该方法较大程度地缓解了家兔多次穿刺注射造成的血管损伤，减少学生多次穿刺注射的实验时间，提高实验效率。

2.2 呼吸运动的描记手术方法改进

呼吸运动以往的实验需要切开皮肤暴露胃，该手术过程容易造成较大创伤。综合实验长时间的进行，容易造成时间耽搁、动物损失。我们经过多年的实践过程，改进了方法，无需进行手术切开皮肤，直接将蛙心夹夹住腹部皮肤起伏最大处，连线连到张力传感器上即可进行记录。该方法无手术，减轻了学生实验操作的复杂性，在空间及时间上都极大地提高了实验效率，避免了手术操作时间过长带来的影响综合实验效果的弊端。在多年的实践过程中，我们发现，该方法记录结果与夹住胃壁实验结果没有显著性差异，能很好地完成呼吸运动的描记。

2.3 尿液收集方法的改进

该综合实验中涉及影响尿生成因素手术中导尿方法操作。以前的实验常用膀胱插管法和输尿管插管法两种方法[8]。这两种方法需要进行开腹手术，手术步骤多，操作复杂，且手术时间较长。但是在实际手术后，教师又经常发现实验动物出现漏尿、无尿等插管失败现象。这一方面可能是由于手术造成的创伤，影响了家兔的机能状态，从而引起损伤性避尿，另一方面，开腹后容易造成腹腔温度变低引起的内脏器官血管收缩现象，该现象也会减少尿的生成。因此，我们在实际实验过程中改进方法，使用2 kg以上雄性家兔为实验动物，将膀胱/输尿管插管改为尿道插管导尿，减少手术创伤面。实验效率和成功率都得到了极大的提高，也能较好地保证综合实验的顺利进行。

3 讨论

动脉血压的测定及影响因素的观察、呼吸运动生理及其影响因素观察、尿生成的调节都是动物生理学实验中非常重要而且又有一定难度的经典基础性实验，有很强的理论和实践性。传统实验设计中这三个实验需要三只家兔[9]。我们通过实验方法的改进，将三个实验合理整合，有助于学生从器官水平及整体水平把握动物生理现象，更好地找到生命现象的内部联系。在综合实验的进行过程中，我们不仅获得了3个实验的实验效果，而且通过改进药物注射、呼吸运动的描记以及尿液收集的方法，一方面使家兔得到了充分利用，有效节约了实验成本，另一方面，减少手术步骤，极大提高了实验效率，更为重要的是加强了学生对于生命与整体观的理解。在有限的时间内同步进行3个实验，对学生的配合能力要求较高，不仅需要将理论知识前后融会贯通，而且需要较好的应变能力。综合实验教学训练使得实验内容在纵深度与宽广度上得到更大的扩展，锻炼了学生的实验操作技巧，培养了学生实验设计能力、知识的综合运用能力和创新科研能力。同时，综合实验的进行也拓展了教师的思路。在探讨和解决实验问题的过程中，教师的综合教学科研能力也得到了提高。

总之，该综合实验仍需要我们在实践中不断完善，继续改进和合理化其操作流程，使整个过程更加规范、科学和系统化，以利于高校、实验室的开展和实践。