SD大鼠膈構(gòu)筑學及肌內(nèi)神經(jīng)分布研究

徐 燕，劉 琇，張 潛

(遵義醫(yī)學院 人體解剖教研室，貴州 遵義 563099)

目前有許多大鼠被用于膈不同損傷對機體的影響[1-2]或者不同作用下膈肌變化[3-5]的報道，可見大鼠是膈相關(guān)研究的常用實驗動物。國內(nèi)外對哺乳動物膈的研究較多，我們以此可了解貓、犬的膈肌構(gòu)筑，肌纖維結(jié)構(gòu)及肌內(nèi)神經(jīng)分支分布[6-8],近年來我們也可見兔膈形態(tài)及神經(jīng)支配分布的相關(guān)報道[9],而作為常用實驗動物的大鼠其膈肌構(gòu)筑和肌內(nèi)神經(jīng)分布研究卻鮮見報道，使大鼠膈相關(guān)實驗缺乏可參照的解剖學基礎(chǔ)資料。本文對大鼠膈的大體形態(tài)、肌構(gòu)筑學和肌內(nèi)神經(jīng)分布進行了初步探討，以便為今后大鼠膈相關(guān)研究和哺乳動物膈的比較研究提供解剖學原始資料參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗動物 成年健康SD大鼠30只(7～8周齡)，雌雄不拘，體質(zhì)量200～250g，由遵義醫(yī)學院實驗動物中心提供。本文采用的實驗動物及其操作遵照有關(guān)動物實驗倫理學規(guī)定要求進行。

1.2 計格法測量膈表面積 采用脫頸椎致死法處死大鼠10只，打開腹腔，去除腹腔臟器，對膈的位置、形態(tài)、各部起止點、肌纖維排列方向進行仔細地觀察。完整取下膈，修去表面的脂肪和膈上、下筋膜，觀察形態(tài)；采用文獻報道的“計格法”[5]測量整肌和各部取下后的面積，即把整肌或各部取下平鋪后計數(shù)膈所覆蓋的格子數(shù)，對膈的邊緣未占滿1格者，計數(shù)上界和左側(cè)界所占的格子數(shù)，不計右側(cè)和下界，從而得出整肌和各部的面積，每1方格的面積為0.25 cm2。

1.3 肌構(gòu)筑法 采用同上方法處死大鼠10只，取膈，去除肌表面脂肪和筋膜，10%甲醛固定4周，用Wickiewicz方法[10]測量相關(guān)構(gòu)筑指數(shù)：①肌重(Muscle Weight,MW)；②羽狀角(Pennation angle,θ°)；③肌長(Muscle Length,ML)；④肌纖維長(Fiber Length,FL)；⑤生理橫切面積(Cross Sectional Area,CSA),按公式計算：CSA=[肌重(g)×cosθ]/[肌纖維長(cm)×肌密度(g/cm3)]，肌密度為假定值1.056g/cm3。為避免操作過程中不可預(yù)測因素對肌纖維長度的影響，用標準化肌節(jié)長2.2 μM校正肌纖維長。

1.4 改良Sihler’s肌內(nèi)神經(jīng)染色法 SD大鼠10只，取膈，10%甲醛固定4周，繼而按以下步驟對該肌進行肌內(nèi)神經(jīng)染色[11]：首先用3%KOH浸泡3～4周除色素；繼而Sihler’sⅠ液脫鈣3～4周后，于

Sihler’sⅡ液中染色3～4周；再以Sihler’sⅠ液中脫染至肌肉呈淡紫色，神經(jīng)分支呈黑色時用0.05%碳酸鋰中和1 h；最后逐級甘油梯度(40%～100%)透明。歷時約3個月后，神經(jīng)染色顯示清晰，于X線閱片燈上仔細觀察和記錄肌內(nèi)神經(jīng)分支并照相。

2 結(jié)果

2.1 大鼠膈的形態(tài)學特征 大鼠膈呈穹窿形突向胸腔，是分隔胸腔和腹腔的一塊薄的闊肌，取下平鋪近似桃形。由周圍的肌質(zhì)部和中央的腱質(zhì)部(中心腱)組成，肌質(zhì)部又根據(jù)起止點和肌束排列順序不同可分為胸骨部、肋部、腰部3部分，胸骨部和肋部肌束較短，左右基本對稱性分布；腰部又分為外側(cè)束和內(nèi)膈腳，其中內(nèi)膈腳肌肉形似梭形，肌纖維較厚、較長，且右側(cè)膈腳稍長于左側(cè)。各部間的淺溝和兩側(cè)胸骨部之間的分隔有少許脂肪組織充填(見圖1)。經(jīng)計算中心腱面積為2.45±0.69 cm2，占膈的10.6%；肌質(zhì)胸骨部、肋部、腰部面積分別為1.25±0.41 cm2、15.625±2.85 cm2、3.875±0.88 cm2，分別占膈的5.4%、67.3%、16.7%(見表1)。

A：胸骨部；B：肋部；C：腰部；D：中心腱。圖1 大鼠膈形態(tài)和肌內(nèi)神經(jīng)分布模式(腹面觀)

表1 10例大鼠膈總面積及各部面積(cm2)

例數(shù)總面積中心腱面積肌性部面積胸骨部肋部腰部123.002.251.2515.753.75218.753.001.0011.253.50324.752.001.2517.504.00430.002.751.7520.505.00519.502.000.7514.252.50617.751.500.7513.002.50728.753.752.0018.005.00823.001.751.0016.503.75925.502.501.5017.004.501021.003.001.2512.504.25x±s23.20±4.122.45±0.691.25±0.4115.63±2.853.88±0.88

2.2 大鼠膈胸骨部、肋部、腰部的肌構(gòu)筑特點 結(jié)果如表1所示，胸骨部肌塊最小，其肌重占3.06%，肌束相對較短，為(1.568±0.30) cm，平行向后走行。肋部和腰部肌束自起點發(fā)出后成輻射狀止于中心腱。肋部重量占整個膈的62.08%，根據(jù)肌束長度可分為前、中、后3部，肋中部最長，達(2.578±0.57)cm，向前、后逐漸縮短，在靠近胸骨部的前束，長為(1.971±0.33)cm，靠近腰部的后束較短，長為(1.797±0.33)cm。腰部肌重占膈的34.87%，外側(cè)束肌束長(1.502±0.36)cm，內(nèi)膈腳肌束長為(2.37±0.35)cm。膈肌羽狀角為0°。

膈肌肌重(g)肌束長(cm)肌纖維長(cm)校正肌纖維長(cm)CSA胸骨部 0.03±0.011.57±0.30*1.63±0.361.89±0.410.015肋部前部中部后部0.63±0.211.97±0.332.58±0.571.79±0.332.02±0.452.59±0.631.77±0.412.26±0.512.90±0.711.98±0.470.25腰部外側(cè)束膈腳0.35±0.131.50±0.36Δ2.37±0.351.55±0.282.31±0.261.71±0.312.54±0.280.16

*與Δ比較，P<0.05。

2.3 肌內(nèi)神經(jīng)分支分布 改良Sihler’s肌內(nèi)神經(jīng)染色后，膈整體呈半透明果凍狀，外形完整，肌內(nèi)神經(jīng)分支清晰可見，呈紫藍色(見圖2)。膈神經(jīng)在進入膈后，一般分成3支：①前支(Ⅰ)沿前內(nèi)側(cè)最終行至胸骨部，在經(jīng)過肋部時沿途發(fā)出2～3支支配肋部的前面；②外側(cè)支(Ⅱ)先向外側(cè)再向后側(cè)走行并發(fā)出分支，主要分布于肋中、后部；③后支(Ⅲ)與中心腱外緣平行向后外側(cè)走行，途中發(fā)出分支支配肋后部，主支穿越中心腱后分為后外側(cè)束(Ⅲa)和后腳支(Ⅲb)，中心腱內(nèi)未見明顯神經(jīng)分支。各級分支呈“樹枝狀”，未見越過中線到達對側(cè)，同側(cè)各級細小分支之間未見吻合。

Ⅰ：示前支；Ⅱ：示外側(cè)支；Ⅲ：示后支；Ⅲa：示后外側(cè)支；Ⅲb：示后腳支。圖3 大鼠膈Sihler’s肌內(nèi)神經(jīng)染色

3 討論

眾所周知，在哺乳動物中膈分隔胸腔和腹腔，主要參與呼吸運動，隨著膈肌的收縮和舒張，胸腔因此擴大和縮小，與肋間外肌等協(xié)同作用是引發(fā)呼吸的原動力；此外，膈肌還可協(xié)同腹肌等其他肌肉收縮，使腹壓增加，利于排便、嘔吐、咳嗽、噴嚏及分娩等活動的順利進行,在臨床及呼吸生理等研究上有重要地位。雖然哺乳動物的膈基本呈穹窿形突向胸腔，但是人胸廓形狀與動物不同。四足動物軀干大致水平位，胸腔臟器由于重力作用壓向胸廓腹壁側(cè)，促使胸壁向腹側(cè)突出；而人類在直立進化過程中，內(nèi)臟重力傳向腹部和盆腔，胸廓不斷向兩側(cè)發(fā)展，于是人類胸廓呈現(xiàn)了上窄下寬，橫徑大于矢狀徑近似圓錐的形狀，這使得膈形態(tài)結(jié)構(gòu)也不盡相同，其形態(tài)結(jié)構(gòu)的不同也決定了他們功能上有一定的差異性。

大鼠膈的肌質(zhì)部分別以腰椎、胸壁和劍突作為起點，肌束向膈中央?yún)R集，止于中心腱，對比發(fā)現(xiàn)胸骨部和肋部相似，為扁平狀短肌，而腰部的內(nèi)膈腳肌肉形態(tài)似梭形，肌纖維較厚、較長，左右膈腳相連，且右膈腳稍長于左膈腳。各部肌束的長度和走行方向明顯不同，大致呈輻射狀。這些形態(tài)特點符合膈肌質(zhì)部分的大致特點。

對比大鼠肌質(zhì)部3部分的大體形態(tài)和肌構(gòu)筑的結(jié)果表明，以肋部表面積和肌重最大，分別占膈的67.35%和62.08%，以肋中部肌束較前束和后束長；其次腰部表面積和肌重所占比例分別為16.70%和34.87%，其中內(nèi)膈腳肌束(2.37±0.35)cm較外側(cè)束(1.502±0.36)cm長；胸骨部最小(5.39%和3.06%)。與人膈各部所占面積[12]比例對比，我們不難發(fā)現(xiàn)人中心腱面積占膈的15.20%對比，大鼠膈中心腱面積占膈的10.56%，可知大鼠肌性部相對發(fā)達；大鼠膈肋部面積所占比例(67.3%)也較人膈肋部面積比例(57.4%)高，其相對應(yīng)的肌重也呈現(xiàn)相同趨勢。另外值得注意的是，結(jié)果顯示肋部前、中、后中靠近腰部的后束最短，與人類靠近胸骨部的前束最短[12]有所不同，且人膈肋前部肌束(5.56±1.02)cm較后部(9.15±1.65)cm相差甚大，而大鼠膈肋前部(1.97±0.33)cm較后部(1.79±0.33)cm相差較小，這進一步證實了胸廓水平位和垂直位所造成的膈肌形態(tài)的差異性。

很早就有人研究提出膈肋部在呼吸過程中起到重要作用[13-14]，通過以上對比顯示由于軀干所處位置不同，膈整體形態(tài)和各部構(gòu)筑有所差異，大鼠呼吸運動較人更強；再結(jié)合貓、兔、狗的中心腱面積對比(依次為10%、27%、21.1%)[15]，我們不難看出，大鼠和貓的肌性部較兔和狗較發(fā)達。可見不同物種間膈大體形態(tài)無明顯區(qū)別，但各部構(gòu)筑有細節(jié)差異。

膈神經(jīng)由第4、5頸神經(jīng)分支參與構(gòu)成，向后行跨過臂神經(jīng)叢如胸腔，沿心包走行到膈[16]。本實驗用改良Sihler’s肌內(nèi)神經(jīng)染色可清楚顯示大鼠左、右膈神經(jīng)的3條主要分支。一支通過中心腱進入腰部，一支經(jīng)由肋部進入胸骨部，另外有一支分布于肋部中后方，3支一級神經(jīng)分別支配膈的3個部分，與人膈神經(jīng)分布大體類似[12]。再結(jié)合大鼠膈的大體形態(tài)和肌構(gòu)筑特點來看，進一步證實可將膈肌質(zhì)部分為胸骨部、肋部和腰部。

在保留7-12肋、肋軟骨、肋間肌的人膈標本Sihler’s肌內(nèi)神經(jīng)染色后可觀察到可見肋骨神經(jīng)帶，但是30倍解剖鏡下也未視及肋間神經(jīng)分支進入膈肋部[17]。但Wilson[18]用銀染色法用顯微鏡可觀察到在貓膈肌周邊的漿膜內(nèi)有與小血管伴行肋間神經(jīng)的細小分支，直徑為6～8μm，在此次實驗過程中，對大鼠膈肌采用Sihler’s肌內(nèi)神經(jīng)染色，不損傷肌外形，且可以肉眼觀察肌內(nèi)神經(jīng)分支分布，但是會不可避免的造成表面漿膜完整性的破壞，另外我們采取肉眼觀察，對于微小神經(jīng)可能無法視及，所以，大鼠膈肌肋部邊緣尚無法排除有肋間神經(jīng)發(fā)出的分支。

通過對SD大鼠膈大體形態(tài)、肌構(gòu)筑和神經(jīng)分布的初步研究，并主要和人膈進行大致比較可以發(fā)現(xiàn)其形態(tài)特點和神經(jīng)分布具有很多共同點，在進行人膈相關(guān)實驗研究時可采用大鼠作為良好實驗動物，不僅可為大鼠膈相關(guān)實驗研究提供解剖學參考，其細微的不同之處也為哺乳動物間膈的比較研究提供了可資借鑒的資料。

[參考文獻]

[1] 嚴文靜,吳學東.膈肌損傷對幼鼠胸廓發(fā)育的影響[J].醫(yī)學動物防制,2013,29(4):355-357.

[2] 陳中獻,劉文英,徐暢.先天性膈疝模型胎鼠肺發(fā)育不良的超微結(jié)構(gòu)動態(tài)觀察[J].中國胸心血管外科臨床雜志,2011,18(2):141-145.

[3] Tang H,Lee M,Wriqht E,et al. Diaphragm muscle atrophy in the mouse after long-term mechanical ventilation[J].Muscle Nerve,2013,48(8):272-278.

[4] Christine M S,Anne F,Aidan B,et al.Diaphragm Muscle Remodeling in a Rat Model of Chronic Intermittent Hypoxia[J]. Histochem Cytochem,2013,61(7):487-499.

[5] Corpeno R,Dworkin B,Caccian N,et al.Time course analysis of mechanical ventilation-induced diaphragm contractile muscle dysfunction in the rat[J].J Physiol,2014,592(17):3859-3880.

[6] Boriek A M,Zhu D,Zeller M,et al. Inferences on force transmission from muscle fiber architecture of the canine diaphragm[J].Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2001,280(1)：156-165.

[7] Sieck G C,Roy R R,Powell P,et al. Muscle fiber type distribution and architecture of the cat diaphragm[J].J Appl physiol Respir Environ Exert physiol,2001,55(5):1386-1392.

[8] Aladin M B,Charles C,Miller III,et al.Muscle fiber architecture of the dog diaphragm [J].J Appl Physiol,1998,84：318-326.

[9] 饒正西,薛黔,張永.家兔膈的形態(tài)和神經(jīng)支配的分布研究[J].貴州醫(yī)藥,2007,31(5),391-393.

[10] Wickiewicz T L,Roy R R,Powell P L,et al．Muscle atchitecture of the human lower limb[J]．Clin Orthop Relat Res，1983,179(4)：275-283.

[11] Mu L,Sanders I.Sihler’s whole mount nerve staining technique:a review[J].Biotech Histo chem，2010，85(1)：19-42.

[12] 吳聰，薛黔.人膈構(gòu)筑學研究[J].遵義醫(yī)學院學報,2005,28(1)：12-14.

[13] DeTroyer A,Sampson M,Sigrist S,et al.The diaphragm:two muscles[J].Science,1981,213(4504)：213-237.

[14] DeTroyer A,Sampson M,Sigrist S,et al.Action of costal and crual parts of the diaphragm on the rib cage in dog[J].J Appl Physiol Respir Environ Exercphysiol,1982,53(1):30-39.

[15] Gordon D C,Hammond C G,Fisher J T,et al.Muscle-Fiber Architecture,Innervation,and Histochemistry in the Diaphragm of the Cat[J].J Morphol,1989,201(2):131-143.

[16] 楊安鋒,王平,婁朋遜,等.大鼠的解剖和組織[M].北京:科學出版社,1980:174.

[17] 吳聰，薛黔,楊方玖.人膈肌內(nèi)神經(jīng)分支分布[J].中國臨床解剖學雜志,2005,23(4):378-380.

[18] Wilson A S, Investigation on the diaphragm in cats and rodents[J]. Anat Rec,1968,162(4):425-432.