实验动物为20日龄的昆明小鼠,将其随机分为常温对照饲养组(25℃)和低温饲养组(10℃)饲养,除温度外其他饲养条件相同。饲养过程中每日打扫鼠舍,添加鼠粮(江苏省协同医药生物工程有限责任公司)及清水,每5日采用精度为1g的电子秤测量小鼠体重,共驯化3个月。
按0.6mL/100g体重腹腔注射10%的水合氯醛(国药集团化学试剂有限公司)将实验小鼠进行麻醉,首先使用300mL的生理盐水进行心脏灌流,原则是先快后慢。生理盐水灌流结束后,改用200mL4%的多聚甲醛进行预固定,小心的取出胃肠器官,置于生理盐水中,分离出胃(stomach,ST)、小肠(smallintestine,SI)、大肠(largeintestine,LI)及盲肠(caecum,CA),小心剔除肠系膜及其他组织,以生理盐水冲净内容物,平展为最大长度,但不要拉伸,采用精度为1mm的软尺测量小肠、盲肠、大肠的长度(length,L),胃长采用精度为0.02mm的游标卡尺进行测量；取十二指肠近胃2cm处的片段,置于10%的甲醛溶液中固定,以备组织切片；用滤纸吸干剩余部分后用精度为0.1mg的电子天平(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司,BSA6202S-CW)称取各器官鲜重(empty,E)；然后将各器官置于60℃烘箱内烘干12h,待重量稳定后称其重量并记录。
十二指肠为食物消化与营养吸收的主要场所,因此本研究采用十二指肠作为主要实验材料,经12—24h的固定后,经常规的水洗、脱水、透明、浸蜡和包埋处理,在室温下用德国Leica组织切片设备进行切片,切片厚度约8μm,切片用苏木精-伊红染色法进行染色,封固后用德国Zeiss激光扫描共聚焦显微镜LSM510进行观察。选取绒毛完整、走向平直的经典视野采集图像,并用ZeissLSMImageBrowser(Version3.0)进行定量分析,测定肠道截面积、肠腔截面积、肠壁总厚度、绒毛高度、绒毛宽度、直肠的环肌层厚度和纵肌层厚度等生理指标,进行统计分析。
成像数据使用ZeissLSMImageBrowser(Version3.0)和MBFImageJ(NIH)进行统计和分析,各指标均以平均值±标准差(Mean±SE)表示,采用Student′st-test进行统计学检验,P＜0.05被认为是差异显著。所有统计分析借助SPSS13.0统计软件完成。
寒冷是北方野生小哺乳动物冬季生存所要面临的最重要的环境压力之一,作为动物处理、消化、吸收食物和获得能量的重要器官,消化道的形态结构表现出极大的可塑性,以适应它们在低温环境下的能量获取与分配的需求。然而,小型哺乳类肠道组织结构是如何随外界环境变化而发生相应的适应性调整的目前还不清楚。本研究首次对小鼠消化道形态及其组织结构在低温环境下的适应性调整进行了系统研究,结果表明,低温小鼠肠道组织的形态结构及组织结构均已经产生了适应性调整,它们主要通过增加消化道的长度和营养物质的吸收面积来增加食物摄取量、营养的吸收速率和吸收效率等,进而满足其在低温条件下能量需求的增加。
十二指肠的组织结构测量结果表明,低温组小鼠的肠道和肠壁组织截面积均显著减少(P<0.05),而肠腔隙截面积则未发生显著变化(P>0.05),暗示其肠道组织在低温环境下发生萎缩。与此相一致,低温组小鼠的肠壁厚度也显著减小(P<0.05)。与肠壁厚度降低相反,低温组小鼠的绒毛高显著增加(P<0.001),而其宽度则未发生明显变化(P>0.05),提示其黏膜层厚度增加,而黏膜下层结构则趋于退化,表明小鼠在寒冷环境下通过提高消化和吸收营养物质的能力而增加能量获取。在低温饲养条件下,小鼠十二指肠的肌肉层厚度显著增加(P<0.01),表明小鼠在寒冷环境下可以增加消化道蠕动力而增加消化与吸收效率。这些研究结果表明,小型哺乳动物在寒冷环境下主要通过提高肠道组织的容纳量与黏膜层厚度及肠道蠕动能力等来提升单次摄食量、食物消化与营养吸收效率等来满足其高体温调节价下的能量需求。
综上所述,本研究首次在组织水平研究了小型哺乳动物的消化道结构及其消化策略在低温环境下的适应性调整,它们主要通过增加消化道长度、肠道表面积及肌肉层厚度等来提高其食物消化和营养吸收效率,以便更好地适应环境温度变化导致的能量需求变化。