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大鼠睡眠剥夺方法的研究进展

时间:2020-04-05 点击:423次

虽然早已知道,睡眠在人类及哺乳动物的生命活动中具有十分重要的生理意义,但迄今为止,睡眠发生的确切机制却尚未完全阐明。根据睡眠时的脑电图、肌电图及眼球运动表现,可将睡眠分为非快速眼球运动睡眠( nonrapid eye movementsNREM)和快速眼球运动睡眠( rapid eye movementREM)或快波睡眠。睡眠剥夺( sleep deprivation)是研究睡眠的功能与发生机制的重要方法,睡眠剥夺模型的选择,将直接影响睡眠剥夺实验的可靠性及准确性,对睡眠剥夺实验结果具有重要的影响。现将几种常用的大鼠睡眠剥夺模型的方法、评价及进展情况综述如下。

1 平台睡眠剥夺技术( platform technique

此类方法又称为花瓶技术( flower pot technique),主要是利用大鼠畏水及在水中无法进入睡眠的生活习性,通过在盛水的水槽中放置平台,让大鼠站立在平台上,因平台直径足够小(直径6.5cm或更小),当大鼠进入REM时,因全身肌张力降低引起节律性低头、触水,以此来达到剥夺REM的目的。此类方法简单易行,无需复杂昂贵的设备,在不同条件的实验室均能开展,因而应用广泛。其主要用来剥夺大鼠的REM,可分为以下三种方法:

1.1 单平台睡眠剥夺法( single platform methodSP

此方法最早于1964年由 Jouvet等应用在猫的睡眠剥夺实验中,不久以后, Cohen将此方法应用于大鼠的睡眠剥夺实验。方法为将一圆柱形小平台(直径约65mm),放置在长400mmx340mmx160mm的水槽中,往水槽中加水,至平台露出水面约10mm,将1只大鼠置于小平台上,大鼠可在平台上站立,可入NREM。当大鼠进入REM时,全身骨骼肌张力明显降低,颈部肌张力降低引起节律性低头、触水,从而无法进人REM。采用SP实验可引起动物的体重及胸腺重量减轻、肾上腺重量增加、血浆中肾上腺皮质酮(CORT)增加、动物攻击行为增加、机体免疫反应抑制等。因SP是单只大鼠进行实验,且在实验中大鼠的活动空间受限,故有学者认为以上的临床与实验室表现可能与大鼠的群体隔离或活动空间受限有关。进一步研究发现,在实验前群体饲养的动物,当与群体隔离后也会出现攻击行为增加、血浆中CORT增加、免疫功能抑制等表现,大鼠活动空间受限也可引起血浆中CORT的水平的增加。这些结果与单平台睡眠剥夺实验中见到的类似。为克服SP中大鼠与群体分离及活动空间受限的缺点,在SP基础上进一步发展为多平台睡眠剥夺法。

1.2多平台睡眠夺法( multiple platform methodMP

MP法由 Van Hulzen等于1981年最早应用在大鼠睡眠剥夺实验中。在MP中,为扩展大鼠的活动空间,将小平台由SP中的1个增加至7个,仍将1只大鼠放在小平台间进行睡眠剥夺试验。因大鼠可以在7个小平台间自由活动,故活动范围较SP中有明显增大。经实验比较,在MP中,反映应激增强的一些指标,如肾上腺重量增加和胸腺重量减少仍然存在,甚至在大鼠血液中 ACTH,CORT的增加及肾上腺重量的增加较SP的更高,提示MPSP有更强的应激性。考虑到大鼠为群居动物,单只大鼠实验易导致与所在群体的隔离。为克服群体隔离所带来的应激反应,有学者将MP法进一步改良,发展为改良多平台睡眠剥夺法。

1.3 改良多平台睡眠剥夺法( modified multiple platform method, MMPM)

MMPM中,将10只大鼠(具体数目可根据实际需要确定)同时放在装有1415个小平台的水槽中(长127cmx44cmx45cm)进行实验,这样既避免了SPMP中单只大鼠与群体隔离的缺点,又保留了MP中活动范围增大的特点。因在实验时大鼠多是3只或4只一笼进行饲养,如1组实验需10只大鼠,则需要3笼或4绝大鼠。考虑到来自不同笼中饲养2周,实验时再将这些大鼠放在一起同时进行睡眠剥夺实验,这样以克服实验时大鼠群体不稳定的缺点,从而将实验时的不确定因素减至最低。实验研究发现,在MMPM中,经采取措施保持大鼠群体稳定性及避免大鼠与群体分离后,大鼠肾上腺重量、体重减轻量、血清中促肾上腺皮质激素(ACTH)和肾上腺皮质酮(CORT)的含量均较MP中为低,提示MMPMMP具有更低的应激性,是较为理想的REM剥夺方法。

2 强迫运动睡眼剥夺法( forced locomotion technique

此类睡眠剥夺方法形式多样,在脑电监护情况下可行全部的睡眠剥夺( total sleep deprivationTSD)和选择性的睡眠剥夺( selective sleep deprivationSSD)其共同特点是通过动力装置,迫使大鼠不停地运动,从而达到睡眠剥夺的目的。此类方法的优点是睡眠剥夺效果明显,睡眠剥夺的时间及强度易于掌、重复性好,无须实验人员随时观察实验情况,减轻了实验人员工作强度。缺点是长时间运动引起机体的一系列应激反应,可能干扰睡眠剥夺的实验结果。现选取其中两种有代表意义的方法介绍如下。

2.1水平转盘睡眠剥夺法( large round horizontal platform method)

此方法应用广泛,又称为disk-over- water method、由 Rechtschaffen等于1983年最早应用在睡眠剥夺实验中。实验装置由一个电脑控制台、一个水平转盘及两个开放的长方形有机玻璃缸组成。转盘直径为46cm,在电脑控制下可以按顺时针、逆时针方向随机水平转动。两只有机玻璃缸的尺寸均为长60cmx20.5cmx60cm,在距离缸底5cm处的缸侧壁开有一条缝隙,使转盘的一半能分别从缝隙伸入两只玻璃缸中,并能随意转动。缸底留置水约2cm深,转盘离水面约3cm。实验前1周将睡眠剥夺大鼠头颈部植入微电极,并将微电极与电脑控制台相连。将大鼠放在转盘上适应环境1周,每天约1h,让大鼠习惯在转盘上活动、进水、进食等。实验时将实验组的大鼠及对照组的大鼠分別置于两只缸中的转盘上,当电脑通过微电极监测到实验组大鼠进入慢波或快波睡眠的脑电信号后,立即发出指令使转盘转动6s6s内转动1/3圈),当大鼠被转到玻璃缸壁时,因被玻璃缸壁挡住而可能掉入水中。每次在实验组睡眠剥夺大鼠进人睡眠时转盘即转动6s,方向随机,转盘转动时两只大鼠均被动地随着转盘移动。此方法一次只剥夺一只大鼠睡眠,当实验组的睡眠剥夺大鼠在运动,进食时,转盘并不转动,而此时对照组的大鼠则可以趁机睡觉,以弥补被剥夺的睡眠。此方法中睡眠剥夺组大鼠与对照组大鼠条件极其相似,因而可减少因实验条件不同而所致的应激反应,可进行TSDSSD实验。

2.2 旋转圆筒睡眠剥夺法( rotating drum method

此方法于1979年由 Alexander等最早应用于睡眠剥夺实验中。设备主要由一柱形圆筒及一小型慢速马达构成。圆筒直径30cm,高30cm,圆筒底由PVC(聚氯乙烯)构成,侧壁由直径为10.4mmPVC杆围成,杆长度30cm,杆之间间隔15.5mm,圆筒与小型马达相连,马达转速为每45s1圈(也有学者应用每min1圈)。至少在实验前2d,每天将大鼠放入圆筒中适应环境1次,适应时间不少于3h。实验时将马达按45s1圈进行匀速转动,通过圆筒的转动带动大鼠不停运动而达到睡眠剥夺的目的。此类方法简单易行,睡眠剥夺效果明显,缺点是长时间不停运动,可引起机体的运动后应激反应及身体疲劳,可能干扰睡眠剥夺实验结果。此类方法发展出多种变化Marcos等在进行新生大鼠睡眠剥夺时将简旋转速调节至2-3 r/min,后期逐渐增加至6-7 r/min Shen等将圆筒在30s内旋转180°,每5min旋转一次以达到睡眠剥夺的目的。

 3 轻柔刺激法( method of gentle handling

      此方法在短期的睡眠剥夺实验中应用较多。当实验人员通过观察大鼠行为或通过脑电波监护观察到大鼠进入睡眠时,通过轻轻拍打大鼠笼子,或应用声音、光线的刺激促使大鼠保持清醒,必要时还可用纸卷、铅笔或用手直接触摸大鼠,使大鼠无法进入睡眠。注意不能将大鼠移出笼外。此方法简单易行,在脑电监护情况下可进行TSDSSD实验。在无脑电监护时,需要实验人员在旁不间断观察大鼠行为,易导致实验人员的睡眠剥夺,故较适合较短时间的睡眠剥夺实验。

 4 药物睡眠剥夺法

      定时给大鼠注射药物(多为一些中枢兴奋药),也可剥夺部分或全部睡眠,如注射咖fei因、特殊的神经毒素(DSP-4)、可乐定等。此类方法简单易行,操作方便,不需要特殊仪器。缺点是大鼠存在个体差异,睡眠剥夺的效果及程度及不易掌握。多用在研究某些特殊药物药理作用的实验中。

 

 

 

文献来自<<中华神经医学杂志 >>.

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