Hg2+、Pb2+對牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位閾值及傳導速度的影響

李紅敬+李曉杰+王雅平+李曉風

摘要：為了觀察重金屬離子（Hg2+和Pb2+）對牛蛙離體坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度的影響，探討重金屬離子Hg2+和Pb2+污染對兩棲類動物牛蛙的作用，制備牛蛙離體坐骨神經(jīng)干，分為Hg2+浸泡液濃度組（0.02、0.04、0.08、0.10、0.20、0.30 mg/L）；Pb2+浸泡液濃度組（0.08、0.15、0.20、0.40、0.80、1.00 mg/L）；Hg2+和Pb2+混合浸泡液濃度組（Hg2+ 0.064 mg/L+Pb2+ 0.080 mg/L，Hg2+ 0.048 mg/L+Pb2+ 0.160 mg/L，Hg2+ 0.032 mg/L+Pb2+ 0.240 mg/L，Hg2+ 0.016 mg/L+Pb2+ 0.320 mg/L），用BL-420F生物機能實驗系統(tǒng)引導神經(jīng)干動作電位，測定神經(jīng)干動作電位閾值及傳導速度。結(jié)果表明，Hg2+不同處理主要起增大牛蛙坐骨神經(jīng)干閾值作用，Pb2+不同處理下牛蛙坐骨神經(jīng)干閾值變化不明顯，Hg2+與Pb2+聯(lián)合則牛蛙坐骨神經(jīng)干閾值大多表現(xiàn)增大且Hg2+起主要作用。Hg2+、Pb2+以及Hg2+與Pb2+聯(lián)合時牛蛙離體坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度均出現(xiàn)不規(guī)律變化。

關鍵詞：重金屬離子；Hg2+；Pb2+；動作電位；閾值；傳導速度

中圖分類號：Q958.8 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）20-5316-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.037

Abstract： This study was aimed at observing the effect of heavy metal ions （Hg2+ and Pb2+） on the action potential and conduction velocity of bullfrog sciatic nerve， and researching the effect of Hg2+ and Pb2+ ions pollution on amphibians bullfrog. The prepared bullfrog sciatic nerve trunk were divided into Hg2+ groups which soaked in the liquid of concentration 0.02 mg/L，0.04 mg/L，0.08 mg/L，0.10 mg/L，0.20 mg/L，and 0.30 mg/L；the Pb2+ groups were soaked in the liquid of concentration 0.08 mg/L，0.15 mg/L，0.2 mg/L，0.40 mg/L，0.80 mg/L and 1.00 mg/L. The mixed Hg2+ and Pb2+ groups were soaked in liquid of concentration Hg2+ 0.064 mg/L+Pb2+ 0.080 mg/L，Hg2+ 0.048 mg/L+Pb2+ 0.160 mg/L， Hg2+ 0.032 mg/L+Pb2+ 0.240 mg/L and Hg2+ 0.016 mg/L+Pb2+ 0.320 mg/L. The action potential of sciatic nerve trunk was induced and detected by BL-420 system of biological function experiment. The results showed that Hg2+ presented increasing effect on the action potential threshold，while Pb2+ showed no significant effect on the action potential threshold. The joined effect of Hg2+ and Pb2+ showed increasing effect on the threshold and Hg2+ played a main role. The conduction velocity all showed irregular change whatever treated with Hg2+， Pb2+ or mixed Hg2+ and Pb2+.

Key words： heavy metal ions；Hg2+；Pb2+；action potential；threshold； conduction velocity

兩棲動物是最原始的陸生脊椎動物，既有適應陸地生活的新的性狀，又有從魚類祖先繼承下來的適應水生生活的性狀。同時兩犧動物是農(nóng)林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在控制害蟲和無公害農(nóng)業(yè)的發(fā)展中起著重要的作用。它們的防御、擴散、遷移的能力較弱，對環(huán)境的依賴性大。近年來，大量工農(nóng)業(yè)以及生活污染物的排放使生態(tài)環(huán)境受到了嚴重污染和破壞，給兩棲類動物的生存帶來了不利影響[1]。重金屬元素若進入體內(nèi)量過大，沉積到器官或細胞內(nèi)，會使得兩棲類動物在行為表現(xiàn)、生長發(fā)育、生理生化、形態(tài)組織等各方面發(fā)生顯著變化，甚至可能導致死亡[1]。國內(nèi)外許多學者研究報道了重金屬離子對蛙類以及對兩棲類的毒性，但有關Hg2+和Pb2+對牛蛙坐骨神經(jīng)干電生理特性的影響尚未見報道。本試驗測定了在Hg2+和Pb2+的脅迫下牛蛙的坐骨神經(jīng)神經(jīng)干電位的產(chǎn)生和傳導特性，其目的在于了解Hg2+和Pb2+對牛蛙坐骨神經(jīng)性能的影響，并為保護兩犧類動物和維持生態(tài)平衡提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗動物

試驗用牛蛙于2013年3月采自河南省信陽市，選取體重基本一致、活性良好的牛蛙成體（雌雄不拘）置于培養(yǎng)箱內(nèi)靜養(yǎng)，24 h后用于試驗[2]。

1.2 試驗儀器

生物信號采集處理系統(tǒng)（BL-420F外置式，成都泰盟軟件有限公司），神經(jīng)屏蔽盒（成都泰盟軟件有限公司）引導電極，刺激電極，聯(lián)想臺式計算機，常規(guī)解剖器械（解剖針、玻璃針、骨剪、鑷子），燒杯，蛙板，膠頭滴管，棉簽，移液槍及槍頭，小木塊，手套，離心管或培養(yǎng)皿。

試驗參數(shù)設置：（1）尋找閾值：單刺激（延時 5 ms，波寬0.05 ms，細電壓，刺激電壓0 V，增量0.05 V，主周期4 s，手動停止）。（2）測量牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度：單刺激（延時5 ms，波寬0.05 ms，細電壓，刺激電壓1 V，增量0 V，主周期10 s，停止次數(shù)8）。

1.3 藥品與試劑

標準任氏液配制：分析天平稱取NaCl（天津市大茂化學試劑廠）32.5 g、KCl（信陽市化學試劑廠）1.4 g、CaCl2（天津市凱通化學試劑有限公司）1.2 g、NaHCO3（天津市大茂化學試劑廠）4 g、NaH2PO4（國藥集團化學試劑有限公司）1 g、葡萄糖（天津市博迪化工有限公司）2 g，加蒸餾水至1 000 mL。

Hg2+和Pb2+溶液以任氏液為溶劑配制[HgCl2分析純，相對分子質(zhì)量272，Pb（CH3COO）2分析純，相對分子質(zhì)量325]。

1.4 試驗方法

1.4.1 牛蛙離體坐骨神經(jīng)干的制備 用常規(guī)方法制備牛蛙坐骨神經(jīng)干標本。首先用天平稱量牛蛙，然后左手食指按壓其頭部前端，右手自兩眼間的中線向后劃，觸到凹陷的枕骨大孔，用解剖針先垂直向下再向前插入并攪動破壞腦髓，在稍微退出向后插入并攪拌破壞脊髓，直至蛙后肢及肌肉完全松弛。將蛙放在蛙板上，牽拉蛙的肚皮剪開然后在腹壁肌肉剪開翻開。從下往上數(shù)沿第三節(jié)脊柱兩側(cè)剪除一切內(nèi)臟和頭、胸部，保留后肢、骶脊柱及脊柱兩側(cè)的坐骨神經(jīng)。然后用玻璃針、手術剪小心剝離坐骨神經(jīng)。剪去坐骨神經(jīng)上脊柱骨帶的肉，并用棉簽擦去神經(jīng)上附帶的血管、黏膜。

制備過程避免牽拉和用金屬器械碰觸到神經(jīng)干以防損傷神經(jīng)干。待標本制好后放入標準任氏液中平衡10 min[3]備用。

1.4.2 神經(jīng)干動作電位的引導 首先將所有經(jīng)標準任氏液浸泡過的坐骨神經(jīng)干標本置于神經(jīng)屏蔽盒的電極上，在1、5、10、15、20、25 min[4，5]時分別刺激神經(jīng)中樞端由外周端導出動作電位波形，測出兩引導點之間的距離（S）（測定閾值，計算動物電位傳導速度，作為對照）。然后再將標本分為3組，分別置于Hg2+浸泡液[6]（0.02、0.04、0.08、0.10、0.20、0.30 mg/L）、Pb2+浸泡液（0.08、0.15、0.20、0.40、0.80、1.00 mg/L）[7]以及Hg2+和Pb2+混合浸泡液（Hg2+ 0.064 mg/L+Pb2+ 0.080 mg/L，Hg2+ 0.048 mg/L+Pb2+ 0.160 mg/L，Hg2+ 0.032 mg/L+Pb2+ 0.240 mg/L，Hg2+ 0.016 mg/L+Pb2+ 0.320 mg/L）浸泡10 min后待1、5、10、15、20、25 min時刺激神經(jīng)干，分別導出動作電位波形，測出兩引導點之間的距離（S），記錄數(shù)據(jù)。觀察牛蛙坐骨神經(jīng)干經(jīng)不同濃度Hg2+、Pb2+、Hg2+和Pb2+混合溶液處理后在不同時間點對其動作電位閾值和傳導速度的影響。

1.5 數(shù)據(jù)處理

測量神經(jīng)干接受刺激到?jīng)_動產(chǎn)生所需的時間（t）和兩引導點之間的距離（S），計算動作電位傳導速度（m/s）（計算公式：動作電位傳導速度=S/t），數(shù)據(jù)均以平均值±標準差表示[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度Hg2+處理牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位閾值和傳導速度

2.1.1 不同濃度Hg2+處理后牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位閾值 由表1可見，當Hg2+濃度為0.04和0.10 mg/L時牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位的閾值較對照減小，其他濃度處理后其閾值較對照均增加。

2.1.2 不同濃度Hg2+處理對牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度的影響 由表2可見，不同濃度Hg2+溶液對牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度有影響。在同一時間點，不同濃度Hg2+溶液處理與任氏液對照組比較均差異明顯。同一濃度下，隨著處理時間的延長，牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度呈現(xiàn)不規(guī)律的變化。在5、10、15 min時均以0.20 mg/L的Hg2+溶液處理的傳導速度最低。不同濃度的Hg2+處理后絕大多數(shù)在5 min時傳導速度達到最低值。

2.2 不同濃度Pb2+處理后牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位閾值和傳導速度

2.2.1 不同濃度Pb2+處理對牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位閾值的影響 由表3可見，不同濃度的Pb2+處理后牛蛙坐骨神經(jīng)干動物電位閾值變化不明顯，Pb2+0.08 mg/L處理后牛蛙坐骨神經(jīng)干動物電位閾值增大；Pb2+ 0.15、0.40和1.00 mg/L處理后牛蛙坐骨神經(jīng)干動物電位閾值無變化；Pb2+ 0.20和0.80 mg/L處理后牛蛙坐骨神經(jīng)干動物電位閾值減小。

2.2.2 不同濃度Pb2+處理對牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度的影響 由表4可見，各組相比較，1、5 min時均以Pb2+ 0.80 mg/L處理時牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度最低；10 min時以任氏液對照組牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度最低；15 min時以Pb2+ 1.00 mg/L處理時牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度最低；20 min時Pb2+ 0.40 mg/L處理時牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度最低；25 min時以Pb2+ 0.15 mg/L處理時牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度最低。

2.3 不同濃度Hg2+和Pb2+聯(lián)合處理后牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位閾值和傳導速度

2.3.1 不同濃度Hg2+和Pb2+聯(lián)合處理對牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位閾值的影響 根據(jù)前面Hg2+和Pb2+的單獨試驗可知在Hg2+ 0.08 mg/L和Pb2+ 0.40 mg/L時試驗數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定。因此在Hg2+和Pb2+聯(lián)合試驗就采用Hg2+ 0.08 mg/L和Pb2+ 0.40 mg/L為母液分別配比出Hg2+∶Pb2+=8∶2，Hg2+∶Pb2+=6∶4，Hg2+∶Pb2+=4∶6，Hg2+∶Pb2+=2∶8即（Hg2+ 0.064 mg/L+Pb2+ 0.08 mg/L，Hg2+ 0.048 mg/L+Pb2+ 0.160 mg/L，Hg2+ 0.032 mg/L+Pb2+ 0.240 mg/L，Hg2+ 0.016 mg/L+Pb2+ 0.320 mg/L四個濃度梯度。

由表5可見，Hg2+和Pb2+聯(lián)合處理后牛蛙坐骨神經(jīng)干動物電位閾值大多數(shù)表現(xiàn)增大（Hg2+∶Pb2+=2∶8時牛蛙坐骨神經(jīng)干動物電位閾值減?。@表明Pb2+所占比例越大牛蛙坐骨神經(jīng)干動物電位閾值就減小，在Hg2+和Pb2+混合處理時主要起降低神經(jīng)的靈敏度并減小閾值的作用。

2.3.2 不同濃度Hg2+和Pb2+聯(lián)合處理對牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度的影響 由表6可見，在同一時間點，不同濃度Hg2+與Pb2+混合溶液處理后牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度與任氏液對照組相比差異明顯。Hg2+與Pb2+混合溶液處理同一濃度下，隨著處理時間的延長，牛蛙神經(jīng)干動作電位傳導速度呈不規(guī)律的變化。

3 小結(jié)與討論

本試驗應用電生理方法觀察了重金屬離子（Hg2+和Pb2+）對牛蛙離體坐骨神經(jīng)干動作電位閾值和傳導速度的影響。結(jié)果表明，Hg2+處理后牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位閾值普遍增大，Pb2+處理后牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位閾值的變化不明顯。Hg2+和Pb2+聯(lián)合處理后牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位閾值普遍增大。隨著Hg2+在聯(lián)合溶液中所占比重的增大，閾值增大的趨勢也越明顯，說明Hg2+和Pb2+聯(lián)合溶液中Hg2+起主要增大牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位閾值的作用。

從Hg2+溶液處理后牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度可知，不同濃度的Hg2+溶液處理后大多在5 min時動物電位傳導速度達到最低。比較同一時間點，在5、10、15 min時均以0.2 mg/L Hg2+處理的牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位傳導速度最低。Pb2+溶液處理后，0.08及0.40 mg/L Pb2+處理均在20 min時動作電位傳導速度達到最低。Hg2+和Pb2+聯(lián)合處理下，5、20 min時Hg2+∶Pb2+=6∶4時牛蛙坐骨神經(jīng)干動物電位傳導速度最低；10、15、25 min時Hg2+∶Pb2+=8∶2時牛蛙坐骨神經(jīng)干動物電位傳導速度最低。比較聯(lián)合處理同一比例下，Hg2+∶Pb2+=8∶2及Hg2+∶Pb2+=4∶6時均在25 min時動作電位傳導速度最低；Hg2+∶Pb2+=6∶4時在5 min時動作電位傳導速度最低；Hg2+∶Pb2+=2∶8時在1 min時動作電位傳導速度最低。

目前對重金屬的毒性作用已有眾多的研究，但是關于Hg2+和Pb2+以及兩者共同作用對牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位的影響機制尚未見相關研究。Hg2+和Pb2+都能改變細胞酶的催化活性[9]，這可能是其影響牛蛙坐骨神經(jīng)干動作電位閾值傳導速度的主要原因。

參考文獻：

[1] 周 虹，路愛平，黃來旺，等.重金屬污染對蛙蟾類毒性的研究進展[J].四川動物，2009，28（5）：785-790.

[2] 王 玢，左明雪.人體及動物生理學[M].第三版.北京：高等教育出版社，2009.

[3] 李小芳，楊志松，黃小富，等.乙醇與甲醇對中華大蟾蜍坐骨神經(jīng)動作電位影響的比較研究[J].西華師范大學學報，2009，30（4）：392-395.

[4] 黃曉麗，鄭慧珍，黃鈿生，等.三種高滲溶液對蛙坐骨神經(jīng)干動作電位的幅值及速度影響[J].廣東醫(yī)學院學報，2006，24（2）：119-121.

[5] 翟心慧，吳清華，王志華，等.酒精對蟾蜍離體坐骨神經(jīng)干動作電位的影響[J].平原大學學報，2005，26（6）：122-124.

[6] 張曼華.重金屬離子對黑斑側(cè)褶蛙Pelophylax nigromaculatus蝌蚪的毒性影響分析[J].貴陽學院學報，2009，4（1）：19-21.

[7] 廖永巖，陳潤鋒.Cu、Pb、Cd、Hg亞致死濃度對三疣梭子蟹幼體的影響[J].環(huán)境科學學報，2007，27（8）：1348-1349.

[8] 趙光宇，易 恬，黃秀瓊，等.天麻素注射液對蟾蜍離體坐骨神經(jīng)干動作電位的影響[J].中國民族民間醫(yī)藥，2011（1）：42-43.

[9] 張毓琪，陳敘龍.環(huán)境生物毒理學[M].天津：天津大學出版社，1993.18-19.