绪论
一、动物解剖及组织胚胎学在畜牧兽医科学中的意义
动物解剖及组织胚胎学是研究动物机体形态结构及其发生发展规律的科学。
(一)解剖学(anatomy)
是一门古老的科学,研究生物有机体正常的形态结构及其发生发展规律;而动物解剖学是解剖学中的一个分支,是研究畜禽有机体各器官正常的形态结构及其发生发展规律的科学,采用刀、剪、斧、锯等解剖器械,通过切割和肉眼观察研究畜禽机体各器官的形态、构造、位置、色泽及其相互关系。根据研究的内容和目的,动物解剖学又可分为系统解剖学、局部解剖学、比较解剖学及X射线解剖学等。
(1)系统解剖学 将机体功能相似的器官列入一起,按照机体的功能系统(运动系统、消化系统及生殖系统等)进行解剖观察,阐述机体形态结构的科学称为系统解剖学。
(2)局部解剖学 根据临床应用的需要,按照机体的某一部位(如头部、颈部、胸部、腹部、前肢及后肢等)研究机体形态结构的科学称为局部解剖学。
(3)比较解剖学 用比较的方法研究不同动物同类器官的构造特点的科学。
(4) X射线解剖学 用X射线观察有机体各器官的形态结构特点的科学称为X射线解剖学。
(5)发育解剖学 根据不同发育阶段来研究机体的形态结构特点的科学称为发育解剖学。如羊羔的胃和成年羊胃的区别、胎儿心与和年心心房隔卵圆孔(卵圆窝)的区别及软骨与骨的区别等。
(二)组织学(histology)
用新鲜的组织块经过处理后采用切片、染色及封片技术,在显微镜下研究机体各部的肉眼无法分辨的微细结构及其功能关系的科学。
(1)细胞(cell) 是构成生物体形态结构和生命活动的基本单位。是机体新陈代谢、生长发育及繁殖分化的形态基础。
(2)组织(tissue) 来源相同、形态和功能相似的细胞和细胞间质所组成。分为上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织四大类。
(3)器官(organ) 由几种不同的组织发育分化相互结合而成的结构,称为器官。
(三)胚胎学(embryology)
胚胎学是研究动物胚胎形成和发育过程的科学。胚胎发育期是早期个体发育的一个非常重要的时期,经过受精、卵裂、胚层形成和分化及器官系统形成等复杂变化过程,最后形成与成体相似的幼体。家畜的胚胎发育,主要研究从精子和卵子结合开始,经过发育形成胎儿的整个发育过程;家禽的胚胎发育包括精子和卵子结合、体内发育及体外孵化发育,最后形成雏禽,破壳孵出。
二、解剖及组织胚胎学的发展简史
解剖学的发展先于医学,创始人是古代名医希波克拉底(Hippocrates,公元前460—前377)。古希腊哲学家亚里士多德(Aristoteles,公元前384—前322)认为人有一种特殊的活力,提出了心脏是血液循环的中枢,血液从心脏流入血管。古罗马解剖学家加仑(Galen,公元131—前200)把神经和肌腱分开,提出脑神经有7对,并认为血管中是血液而不是空气的说法从而推翻了希波克拉底血管中有空气的说法。文艺复兴时期(大约15—16世纪)达·芬奇绘制了解剖图谱,安德烈·维扎里(1514—1564)偷尸进行解剖从而写出了《人体的构造》一书,这也是最早的关于人体解剖的书籍,17世纪的哈维认为血液在封闭的管道系统内流动。
我国秦汉时期已有人体形态的记载,如《黄帝内经》中就有“人死后可解剖而视之”的记录。明朝的元、亨兄弟曾编著了《元亨疗马集》,清朝的王清任和宋慈《洗冤录》都对动物体或人体结构做了简单的介绍。但一直到19世纪末才建立了近代解剖学,医学院相继成立。20世纪50年代开始,随着我国畜牧业的发展,家畜解剖学得到了发展,并出版和翻译了多种家畜解剖学方面的著作。
1665年,英国人胡克使用自制放大镜观察软木塞薄片发现蜂房状小室,命名为细胞。开创使用显微镜研究生物构造的先河。此后意大利人马尔丕基(M.malpighi,1628—1694)观察脾、肾、肺和表皮;荷兰人列文·虎克发现红细胞、精子和肌纤维。1801年法国人比法提出“组织”一词。1838和1839年德国人施万和施莱登提出细胞学说,为组织学建立奠定基础。马尔丕基在显微镜下发现了蛙的毛细血管血液循环,并研究了动物的微细结构,由此创立了组织学,并成为组织学的创始人。
三、研究方法
解剖学采用刀、剪、斧、锯及放大镜、体视镜等工具采用切割的方法对动物机体形态结构进行研究。
组织学常用的研究技术简要介绍如下。
(一)常用光镜标本制备技术
用常规光学显微镜观察组织切片是本学科的基本技术。
1. 涂片法、铺片法、磨片法
血液、骨髓等液体组织可直接涂于玻片上制成涂片;疏松结缔组织和肠系膜等软组织可制成铺片;骨等坚硬组织可制成磨片。
2. 切片法
取新鲜组织,先用固定剂固定,使组织中的蛋白质迅速凝固。然后经脱水、透明,采用石蜡、火棉胶或树胶等包埋,用切片机切成厚度为3~10µm的组织薄片,然后染色、封片。若想保存细胞内酶的活性或快速制片,可选用冰冻切片法,即将组织在低温条件下快速冷冻,直接制成切片。
3. 常用染色方法
(1)HE染色(苏木精~伊红染色法)HE染色是最常用的组织切片染色法。
苏木精:碱性染料,使细胞核内的染色质及细胞质内的核糖体染成紫蓝色,因苏木精为碱性染料,能被其染色的结构称嗜碱性。
伊红:酸性染料,细胞质和细胞外基质中的成分染成红色,伊红为酸性染料,能被其染色的结构,称嗜酸性。
嗜中性:对碱性和酸性染料的亲和力均不强者,称嗜中性。
(2)异染性 有的细胞或组织在染色时,会出现与染料颜色完全不同的情况,这种性质称为异染性。如:甲苯胺蓝是蓝色的碱性染料,但可将细胞内、外的某些物质染成紫红色,这种染色现象称异染性。
(3)银染 硝酸银颗粒可附着在细胞结构的表面而呈棕黑色或棕黄色。
银染中,有些组织结构可直接使硝酸银还原而显色,形成棕黑色的银微粒附着在组织结构上,这种特性称亲银性;银染中,有些组织结构不能直接使硝酸银还原,必须加入还原剂方能显色,称为嗜银性。
(二)光学显微镜(light Microscope,LM)
(1)普通光镜 用于观察普通染色后组织与细胞的细微结构。
(2)荧光显微镜 用于观察组织、细胞中有自发荧光、诱发荧光或经荧光染料染色或标记的结构。
(3)相差显微镜 主要用于观察体外培养中活细胞的形态结构。
(4)激光共聚焦扫描显微镜 可对细胞内部非侵入式光学断层扫描成像,可进行一系列亚细胞水平的结构和功能研究。
(5)倒置显微镜 组成和普通显微镜一样,只不过物镜与照明系统颠倒,前者在载物台之下,后者在载物台之上,用于观察培养的活细胞,具有相差物镜。
(6)暗视野显微镜 暗视野显微镜与普通光镜相比,其主要特点是分辨率较高。其内部装有暗视野集光器,视野内不能直接看到照明光线而呈黑暗状态。由于被检物体表面衍射或散射的光亮,可以观察物体的外形和运动,如细胞核、线粒体和纤毛的运动。
(7)微分干涉差显微镜1952年,Nomarski在相差显微镜原理的基础上发明了微分干涉差显微镜,又称Nomarski相差显微镜,其优点是能显示结构的三维立体投影影像。与相差显微镜相比,其标本可略厚一点,折射率差别更大,故影像的立体感更强。
(三)电子显微镜(electrical Microscope,EM)
电子显微镜术是以电子枪代替光源,以电子束代替光线,以电磁透镜代替光学透镜,最后将放大的物像投射到荧光屏上以便观察。常用的电镜有透射电镜和扫描电镜。
1. 透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)
透射电镜可观察细胞内部的超微结构。一般采用戊二醛和锇酸作固定剂,合成树脂包埋,在超薄切片机上制成超薄切片(厚度为50~100nm),经铅或铀等重金属盐电子染色,然后置电镜下观察。标本在荧光屏上呈黑白反差的结构图像。被重金属盐深染的结构称电子密度高,被浅染的结构称电子密度低,这种染色称正染色;若被染结构着色浅,其周围部分着色深,则称负染色。
2. 扫描电子显微镜技术(scanning electron microscope,SEM)
可观察组织、细胞表面的超微立体结构。扫描电镜标本不需制成超薄切片,组织经固定、脱水和干燥后,在其表面喷涂金属膜即可上镜观察。扫描电镜的视场大、景深长和图像的立体感强,但分辨率较低。常用于观察细胞表面的突起、微绒毛和纤毛等。
(四)一般组织化学(histochemistry)与细胞化学(histochemistry)
是利用某些化学试剂与组织、细胞中的某些物质发生化学反应,并在原位形成有色沉淀产物,然后在显微镜下观察其沉淀物颜色的深浅及颗粒的大小,由此来判定该物质的数量及位置。此种方法可显示组织、细胞中的蛋白质、酶、糖类、脂类及核酸等物质。
(1)糖类 过碘酸雪夫氏反应(pariodic acid Schiff reaction,PAS反应),显示糖类成分;(2)脂类 油红、尼罗蓝及苏丹类染料,显示脂类;
(3)核酸 福尔根反应→DNA;甲基绿~派若宁反应→DNA绿色RNA红色,显示核酸;(4)酶类 酶组织化学术,通过显示酶的催化活性以显示酶的存在。
(五)免疫组织化学(immunohistochemistry)
(1)是根据抗原与抗体特异性结合的原理,检测组织中肽和蛋白质的技术。
(2)肽和蛋白质均具有抗原性,当把人或动物的某种蛋白质作为抗原注入另一种动物,其体内则会产生针对该抗原的特异性抗体。将抗体从动物血清中提出后,与标记物相结合,即成为标记抗体。
(3)用标记抗体与组织切片孵育,抗体则与组织中相应抗原特异性结合在显微镜下通过观察标记物而获知肽或蛋白质的分布部位。常用的标记物有荧光素、辣根过氧化物酶和胶体金。
(4)免疫组织化学方法具有特异性强、灵敏度高及定位准确等特点,现已成为组织学与胚胎学中重要的研究手段。
(六)放射自显影术(autoradiography)
放射自显影术亦称同位素示踪术,是将某种放射性核素或其标记物注入动物体内或细胞培养液内,让组织和细胞摄取该物质,然后取某部位组织制成切片或取细胞培养液制成涂片;在暗室中将切片涂以薄层感光乳胶,使存在于细胞内的放射性核素产生的射线作用于乳胶中的溴化银,使溴化银还原为银粒,经显影和定影后,便可在光镜或电镜下观察标记物的数量及分布情况。放射自显影术可用来检测放射性物质在细胞内的吸收、分布、合成、转移及排泄等动态变化过程。
(七)原位杂交术(hybridization in situ)
原位杂交术是一种分子生物学技术,用已知碱基序列并带有标记物的核酸探针,检测细胞内mRNA和DNA序列片段,原位研究细胞合成某种多肽或蛋白质的基因表达,从分子水平探讨细胞功能及其调节的机制。
(八)细胞培养技术(cell culture)
是将离体细胞或组织放置在适当的环境条件下进行培养的一种技术,可用于检测各种理化因子和细胞因子等对细胞增殖、分化、代谢、运动、吞噬及分泌等生命活动和细胞行为的影响,还可用于研究细胞癌变与逆转的机制。
(九)形态计量术(norphometry)
亦称图像分析系统,运用数学和统计学原理对组织和细胞进行二维和三维的形态测量研究,可使组织与细胞中各种成分的数量、形态、分布、体积及表面积等以精确的数据显示出来,从而促进形态学研究由定性走向定量,使形态计量技术从平面测量到推论出立体结构。该技术是介于生物形态学与数学之间的一门新兴边缘科学,是体视学的一个分支,亦称生物体视学。图像分析仪是集光学、电子学及计算机于一体的高科技产品,可对组织切片、照片及实物进行测试,也可与电镜、光镜、投影仪、电视机及摄像机等联合使用。信号输入后,由主机进行处理、测量和统计,微机自动控制操作,可快速而准确地分析出组织和细胞中各种细微结构的数据。
(十)胚胎工程(embryo engineering)
胚胎工程包括对胚胎发育过程机理的研究和人为干预胚胎发育过程。广义的胚胎学研究方法,除细胞学、分子生物学及组织学研究方法以外,主要加入了人为干预的显微操作方法,如胚胎收集、胚胎保存、胚胎培养及胚胎移植,而胚胎移植是胚胎工程的基本技术。研究胚胎发育机理和人为干预发育的方法,包括胚胎分割、胚胎嵌合、胚胎性别鉴定、胚胎干细胞、体外受精(又称试管动物)、细胞核移植(又称克隆动物)及转基因动物等。
四、学习方法
(1)形态与功能统一的观点 形态是器官完成功能的物质基础,功能的变化又能影响该器官形态结构的发展。因此,形态与功能是相互依存又相互影响的。根据这一特点,人们可以在生理限度范围内有意识地改变动物的生活条件和功能活动,促使形态结构向人类需要的方向发展。
(2)局部与整体统一的观点 动物机体是一个完整的有机体,任何组织、器官及系统都是有机体不可分割的组成部分,局部可以影响整体,整体也可以影响局部。要正确地认识机体必须从整体的角度认识局部,建立局部与整体统一的观点。
(3)发生与发展的观点 世间万物都是发展的,生物由低级到高级、由简单到复杂的演化过程要求我们必须用发生和发展的观点才能更好地认识机体。
(4)理论联系实际的观点 家畜解剖及组织胚胎学是一门形态学,畜体结构复杂,名词繁多,需要记忆的内容比较多。因此,在学习过程中,要注意理论联系实际,把课堂知识和书本知识与实际相联系,用理论指导实践,在实践中验证理论,以帮助记忆和加深印象,才能准确地、全面地认识机体的形态结构,学好本门课程。
五、动物体结构概述
动物体是由无数微小的细胞有机组合在一起构成的有机整体,包括细胞、组织、器官及系统。
(1)细胞 是构成动物体形态结构和执行各种功能的基本单位,是一切生物进行新陈代谢、生长发育及繁殖分化的形态基础。
(2)组织 由来源相同(内、外及中胚层),形态和功能相似的细胞借细胞间质连结起来的结构,称为组织(如上皮、结缔、肌肉及神经组织)。
(3)器官 由几种不同的组织,按一定形式有机地结合起来即构成了器官,这些组织共同执行某一特定的功能,并具有一定的形态结构特点。
(4)系统 由若干个形态结构不同的器官相互联系起来,完成某一特定的连续性生理功能,这些器官就构成了一个系统。
(5)有机体 由许多系统和器官联系起来,相互协调,形成一个统一的整体即为有机体。
六、机体各部名称
机体是两侧对称的,以内部骨骼为基础,体表可分为头、躯干及四肢三部分。
(一)头(head)
头位于机体最前方,以内眼角和颧弓为界又可分为上方的颅部和下方的面部。
1. 颅部(cranium)
可分为枕部、顶部、额部、颞部、耳廓部及眼部。
(1)枕部(regio occipitalis) 位于头颈交界处,耳根之后。棒击法处死兔的部位。
(2)顶部(regio parietalis) 位于耳根之间。
(3)额部(regio prontalis) 位于顶部之前,左右眼眶之间。
(4)颞部(regio fempoualis) 位于耳根与眼之间。
(5)耳廓部(regio auricularis) 指耳及耳根附近。耳廓的大小因品种而异。
(6)眼部(regio palpedralis) 包括眼及眼睑。
2. 面部
可分为鼻部、唇部、颊部、咬肌部及下颌间隙部。
(1)鼻部(regio nasalis) 位于额部前方。
(2)唇部(regio labialis) 包括上唇和下唇。
(3)颊部(regio buccalis) 位于唇部之后。
(4)咬肌部(regio masseferica) 位于眼颞部腹侧。
(5)下颌间隙部(regio mandible cleance) 位于两下颌之间。
(二)躯干
除头和四肢以外的部分,称为躯干。包括颈部、背胸部、腰腹部、荐臀部和尾部。
1. 颈部(regio ceruicis) 以颈椎为基础。
2. 背胸部 包括背部和胸部。
(1)背部(regio dosralis) 以胸椎为基础的部位。
(2)胸部(regio chest) 以肋骨为基础的部位。
3. 腰腹部 包括腰部和腹部。
(1)腰部(waist) 以腰椎为基础的部位。
(2)腹部(belly) 指软腹壁部。
4. 荐臀部(buttocks) 位于腰部与尾部之间的部位。
5. 尾部(tail) 指机体的尾巴。
(三)四肢 包括前肢和后肢。
1. 前肢(forelimb) 借肩胛和臂部与背胸部相连,以前肢骨为基础,自上而下可分为肩胛部、臂部、前臂部及前脚部。
2. 后肢(hindlimb) 在臀部之下,依次为股部(大腿部)、小腿部及后脚部。
图1 猪体部位名称
1—嘴;2—鼻部;3—额部;4—顶部;5—枕部;6—耳部;7—颈背部;8—背部;9—腰部;10—荐部;11—臀部;12—尾;13—股部;14—膝部;15—小腿部;16—后脚部;17—跖部;18—趾部;19—腹部;20—肋部;21—胸部;22—肩部;23—臂部;24—肘;25—前臂部;26—腕部;27—掌部;28—指部;29—颈腹部;30—颏部;31—咬肌部;32—颊部;33—眼部
图2 猪体部位名称
1—额部;2—眼部;3—角;4—耳;5—鬐甲部;6—背部;7—腰部;8—荐部;9—臀部;10—尾;11—股部;12—小腿部;13—跟部;14—跖部;15—趾部;16—腹部;17—肋部;18—胸部;19—指部;20—掌部;21—腕部;22—前臂部;23—肘;24—臂部;25—肩胛部;26—颈部;27—唇;28—鼻
图3 鸡体部位名称
1—冠尖;2—冠;3—眼;4—喙;5—髯;6—颈部;7—胸部;8—腹部;9—脚;10—爪;11—尾部;12—尾羽;13—翅;14—背部;15—耳叶;16—耳孔
图4 猪头部名称
1—嘴唇;2—鼻;3—额;4—眼;5—顶部;6—枕部;7—耳尖;8—外耳道;9—耳根;10—颈腹部;11—咬肌部;12—部;13—下颌部;14—颏部
图5 轴
a—纵轴;b—垂直轴;c—横轴
七、解剖学常用的方位术语
为了说明机体各部结构的位置关系,须了解有关定位用的轴、面和方位术语。
(一)轴 有三条轴线
1. 纵轴(longitudinal axis) 是指从头到尾的直线。
2. 横轴(abscissa axis) 是指从左到右的直线。
3. 垂直轴(vertical axis) 是指从背侧到腹侧的直线。
(二)面 有三个基本切面
1. 矢状面(sagittal plane) 把机体分为左右两部分,与地面垂直的面称为矢状面。其中只有一面把机体分为左右对称的两个切面,这个面称为正中矢状面。与正中矢状面相平行的其他切面称侧矢面。
2. 水平面(horizontal plane) 把机体分为背腹两部分且与地面平行的切面,称为水平面(额面)。
3. 横断面(cross section) 把机体分为前后两部分且与地面垂直的切面,称为横断面。
(三)用于躯干的术语
1. 前与后 近头侧的为前,近尾侧的为后。
2. 背侧与腹侧 近脊柱的一侧为背侧,近腹部的一侧为腹侧。
3. 内侧与外侧 近正中矢状面的为内侧,远离正中矢状面的为外侧。
4. 内与外 近腔(囊)内的为内,反之为外。
5. 浅与深 近体表的为浅,反之为深。
(四)用于四肢的术语
1. 近端与远端 近躯干的一端为近端,远躯干的一端的为远端。
2. 背侧、掌侧和跖侧 四肢的前面为背侧,前肢的后面为掌侧,后肢的后面为跖侧。