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大鼠睡眠剝奪方法的研究進(jìn)展

時間:2020-04-05 點擊:2290次

雖然早已知道,睡眠在人類及哺乳動物的生命活動中具有十分重要的生理意義,但迄今為止,睡眠發(fā)生的確切機(jī)制卻尚未*闡明。根據(jù)睡眠時的腦電圖、肌電圖及眼球運動表現(xiàn),可將睡眠分為非快速眼球運動睡眠( nonrapid eye movements,NREM)和快速眼球運動睡眠( rapid eye movement,REM)或快波睡眠。睡眠剝奪( sleep deprivation)是研究睡眠的功能與發(fā)生機(jī)制的重要方法,睡眠剝奪模型的選擇,將直接影響睡眠剝奪實驗的可靠性及準(zhǔn)確性,對睡眠剝奪實驗結(jié)果具有重要的影響。現(xiàn)將幾種常用的大鼠睡眠剝奪模型的方法、評價及進(jìn)展情況綜述如下。

1 平臺睡眠剝奪技術(shù)( platform technique

此類方法又稱為花瓶技術(shù)( flower pot technique),主要是利用大鼠畏水及在水中無法進(jìn)入睡眠的生活習(xí)性,通過在盛水的水槽中放置平臺,讓大鼠站立在平臺上,因平臺直徑足夠?。ㄖ睆?/span>6.5cm或更?。?,當(dāng)大鼠進(jìn)入REM時,因全身肌張力降低引起節(jié)律性低頭、觸水,以此來達(dá)到剝奪REM的目的。此類方法簡單易行,無需復(fù)雜昂貴的設(shè)備,在不同條件的實驗室均能開展,因而應(yīng)用廣泛。其主要用來剝奪大鼠的REM,可分為以下三種方法:

1.1 單平臺睡眠剝奪法( single platform method,SP

此方法早于1964年由 Jouvet等應(yīng)用在貓的睡眠剝奪實驗中,不久以后, Cohen將此方法應(yīng)用于大鼠的睡眠剝奪實驗。方法為將一圓柱形小平臺(直徑約65mm),放置在長400mmx340mmx160mm的水槽中,往水槽中加水,至平臺露出水面約10mm,將1只大鼠置于小平臺上,大鼠可在平臺上站立,可入NREM。當(dāng)大鼠進(jìn)入REM時,全身骨骼肌張力明顯降低,頸部肌張力降低引起節(jié)律性低頭、觸水,從而無法進(jìn)人REM。采用SP實驗可引起動物的體重及胸腺重量減輕、腎上腺重量增加、血漿中腎上腺皮質(zhì)酮(CORT)增加、動物攻擊行為增加、機(jī)體免疫反應(yīng)抑制等。因SP是單只大鼠進(jìn)行實驗,且在實驗中大鼠的活動空間受限,故有學(xué)者認(rèn)為以上的臨床與實驗室表現(xiàn)可能與大鼠的群體隔離或活動空間受限有關(guān)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),在實驗前群體飼養(yǎng)的動物,當(dāng)與群體隔離后也會出現(xiàn)攻擊行為增加、血漿中CORT增加、免疫功能抑制等表現(xiàn),大鼠活動空間受限也可引起血漿中CORT的水平的增加。這些結(jié)果與單平臺睡眠剝奪實驗中見到的類似。為克服SP中大鼠與群體分離及活動空間受限的缺點,在SP基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展為多平臺睡眠剝奪法。

1.2多平臺睡眠奪法( multiple platform method,MP

MP法由 Van Hulzen等于1981年應(yīng)用在大鼠睡眠剝奪實驗中。在MP中,為擴(kuò)展大鼠的活動空間,將小平臺由SP中的1個增加至7個,仍將1只大鼠放在小平臺間進(jìn)行睡眠剝奪試驗。因大鼠可以在7個小平臺間自由活動,故活動范圍較SP中有明顯增大。經(jīng)實驗比較,在MP中,反映應(yīng)激增強(qiáng)的一些指標(biāo),如腎上腺重量增加和胸腺重量減少仍然存在,甚至在大鼠血液中 ACTH,CORT的增加及腎上腺重量的增加較SP的更高,提示MPSP有更強(qiáng)的應(yīng)激性??紤]到大鼠為群居動物,單只大鼠實驗易導(dǎo)致與所在群體的隔離。為克服群體隔離所帶來的應(yīng)激反應(yīng),有學(xué)者將MP法進(jìn)一步改良,發(fā)展為改良多平臺睡眠剝奪法。

1.3 改良多平臺睡眠剝奪法( modified multiple platform method, MMPM)

MMPM中,將10只大鼠(具體數(shù)目可根據(jù)實際需要確定)同時放在裝有1415個小平臺的水槽中(長127cmx44cmx45cm)進(jìn)行實驗,這樣既避免了SP、MP中單只大鼠與群體隔離的缺點,又保留了MP中活動范圍增大的特點。因在實驗時大鼠多是3只或4只一籠進(jìn)行飼養(yǎng),如1組實驗需10只大鼠,則需要3籠或4絕大鼠。考慮到來自不同籠中飼養(yǎng)2周,實驗時再將這些大鼠放在一起同時進(jìn)行睡眠剝奪實驗,這樣以克服實驗時大鼠群體不穩(wěn)定的缺點,從而將實驗時的不確定因素減至低。實驗研究發(fā)現(xiàn),在MMPM中,經(jīng)采取措施保持大鼠群體穩(wěn)定性及避免大鼠與群體分離后,大鼠腎上腺重量、體重減輕量、血清中促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)和腎上腺皮質(zhì)酮(CORT)的含量均較MP中為低,提示MMPMMP具有更低的應(yīng)激性,是較為理想的REM剝奪方法。

2 強(qiáng)迫運動睡眼剝奪法( forced locomotion technique

此類睡眠剝奪方法形式多樣,在腦電監(jiān)護(hù)情況下可行全部的睡眠剝奪( total sleep deprivation,TSD)和選擇性的睡眠剝奪( selective sleep deprivation,SSD)其共同特點是通過動力裝置,迫使大鼠不停地運動,從而達(dá)到睡眠剝奪的目的。此類方法的優(yōu)點是睡眠剝奪效果明顯,睡眠剝奪的時間及強(qiáng)度易于掌、重復(fù)性好,無須實驗人員隨時觀察實驗情況,減輕了實驗人員工作強(qiáng)度。缺點是長時間運動引起機(jī)體的一系列應(yīng)激反應(yīng),可能干擾睡眠剝奪的實驗結(jié)果。現(xiàn)選取其中兩種有代表意義的方法介紹如下。

2.1水平轉(zhuǎn)盤睡眠剝奪法( large round horizontal platform method)

此方法應(yīng)用廣泛,又稱為disk-over- water method、由 Rechtschaffen等于1983年應(yīng)用在睡眠剝奪實驗中。實驗裝置由一個電腦控制臺、一個水平轉(zhuǎn)盤及兩個開放的長方形有機(jī)玻璃缸組成。轉(zhuǎn)盤直徑為46cm,在電腦控制下可以按順時針、逆時針方向隨機(jī)水平轉(zhuǎn)動。兩只有機(jī)玻璃缸的尺寸均為長60cmx20.5cmx60cm,在距離缸底5cm處的缸側(cè)壁開有一條縫隙,使轉(zhuǎn)盤的一半能分別從縫隙伸入兩只玻璃缸中,并能隨意轉(zhuǎn)動。缸底留置水約2cm深,轉(zhuǎn)盤離水面約3cm。實驗前1周將睡眠剝奪大鼠頭頸部植入微電極,并將微電極與電腦控制臺相連。將大鼠放在轉(zhuǎn)盤上適應(yīng)環(huán)境1周,每天約1h,讓大鼠習(xí)慣在轉(zhuǎn)盤上活動、進(jìn)水、進(jìn)食等。實驗時將實驗組的大鼠及對照組的大鼠分別置于兩只缸中的轉(zhuǎn)盤上,當(dāng)電腦通過微電極監(jiān)測到實驗組大鼠進(jìn)入慢波或快波睡眠的腦電信號后,立即發(fā)出指令使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動6s6s內(nèi)轉(zhuǎn)動1/3圈),當(dāng)大鼠被轉(zhuǎn)到玻璃缸壁時,因被玻璃缸壁擋住而可能掉入水中。每次在實驗組睡眠剝奪大鼠進(jìn)人睡眠時轉(zhuǎn)盤即轉(zhuǎn)動6s,方向隨機(jī),轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時兩只大鼠均被動地隨著轉(zhuǎn)盤移動。此方法一次只剝奪一只大鼠睡眠,當(dāng)實驗組的睡眠剝奪大鼠在運動,進(jìn)食時,轉(zhuǎn)盤并不轉(zhuǎn)動,而此時對照組的大鼠則可以趁機(jī)睡覺,以彌補被剝奪的睡眠。此方法中睡眠剝奪組大鼠與對照組大鼠條件極其相似,因而可減少因?qū)嶒灄l件不同而所致的應(yīng)激反應(yīng),可進(jìn)行TSDSSD實驗。

2.2 旋轉(zhuǎn)圓筒睡眠剝奪法( rotating drum method

此方法于1979年由 Alexander等應(yīng)用于睡眠剝奪實驗中。設(shè)備主要由一柱形圓筒及一小型慢速馬達(dá)構(gòu)成。圓筒直徑30cm,高30cm,圓筒底由PVC(聚氯乙烯)構(gòu)成,側(cè)壁由直徑為10.4mmPVC桿圍成,桿長度30cm,桿之間間隔15.5mm,圓筒與小型馬達(dá)相連,馬達(dá)轉(zhuǎn)速為每45s轉(zhuǎn)1圈(也有學(xué)者應(yīng)用每min轉(zhuǎn)1圈)。至少在實驗前2d,每天將大鼠放入圓筒中適應(yīng)環(huán)境1次,適應(yīng)時間不少于3h。實驗時將馬達(dá)按45s1圈進(jìn)行勻速轉(zhuǎn)動,通過圓筒的轉(zhuǎn)動帶動大鼠不停運動而達(dá)到睡眠剝奪的目的。此類方法簡單易行,睡眠剝奪效果明顯,缺點是長時間不停運動,可引起機(jī)體的運動后應(yīng)激反應(yīng)及身體疲勞,可能干擾睡眠剝奪實驗結(jié)果。此類方法發(fā)展出多種變化Marcos等在進(jìn)行新生大鼠睡眠剝奪時將簡旋轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至2-3 r/min,后期逐漸增加至6-7 r/min, Shen等將圓筒在30s內(nèi)旋轉(zhuǎn)180°,每5min旋轉(zhuǎn)一次以達(dá)到睡眠剝奪的目的。

 3 輕柔刺激法( method of gentle handling

      此方法在短期的睡眠剝奪實驗中應(yīng)用較多。當(dāng)實驗人員通過觀察大鼠行為或通過腦電波監(jiān)護(hù)觀察到大鼠進(jìn)入睡眠時,通過輕輕拍打大鼠籠子,或應(yīng)用聲音、光線的刺激促使大鼠保持清醒,必要時還可用紙卷、鉛筆或用手直接觸摸大鼠,使大鼠無法進(jìn)入睡眠。注意不能將大鼠移出籠外。此方法簡單易行,在腦電監(jiān)護(hù)情況下可進(jìn)行TSDSSD實驗。在無腦電監(jiān)護(hù)時,需要實驗人員在旁不間斷觀察大鼠行為,易導(dǎo)致實驗人員的睡眠剝奪,故較適合較短時間的睡眠剝奪實驗。

 4 藥物睡眠剝奪法

      定時給大鼠注射藥物(多為一些中樞興奮藥),也可剝奪部分或全部睡眠,如注射咖fei因、特殊的神經(jīng)毒素(DSP-4)、可樂定等。此類方法簡單易行,操作方便,不需要特殊儀器。缺點是大鼠存在個體差異,睡眠剝奪的效果及程度及不易掌握。多用在研究某些特殊藥物藥理作用的實驗中。

 

 

 

文獻(xiàn)來自<<中華神經(jīng)醫(yī)學(xué)雜志 >>.

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