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实验攻略

几种常见的睡眠剥夺实验方法及优劣比较

2019年01月09日 浏览量: 评论(0) 来源:上海欣软信息科技有限公司 作者:上海欣软信息科技有限公司 责任编辑:admin
摘要: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和快速眼球运动睡眠或快波睡眠。 睡眠剥夺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。现将几种常用的睡眠剥夺模型的方法评价及进展情况综述如下。

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和快速眼球运动睡眠或快波睡眠。 睡眠剥夺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

此类方法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 6.5 cm 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

此方法最早于 1964 年被应用在猫的睡眠剥夺实验中,不久以后有人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 65 m m )放置在长 400 mm宽340 m m高160 mm的水槽中,往水槽中加水至平台露出水面约 10 mm ,将 1 只大鼠置于小平台上,大鼠可在平台上站立,可进入 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入 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多平台睡眠剥夺法

M P法于1981年最先应用在大鼠睡眠剥夺实验中,在 M P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M P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 M P较SP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 M P 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

在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 14 或 15 个小平台的水槽中(长 127 cm ,宽 44 cm ,高 45 cm )进行实验,这样既避免了 SP及M P中单只大鼠与群体隔离的缺点,又保留了 M P 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笼大鼠,考虑到来自不同笼的大鼠放在一起实验也可能造成群体的不稳定,有学者将实验方法进一步改良,将实验所需的 10 只大鼠放在同一只笼中饲养 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(A CTH )和肾上腺皮质酮 (CO RT) 的含量均较M P中为低,提示M M PM 较 M P 具有更低的应激性,是较为理想的REM 剥夺方法。

2强迫运动睡眠剥夺法

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和选择性的睡眠剥夺。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握,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

此方法应用广泛,于 1983 年最先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 46 cm,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60 cm ,宽20.5 cm,高 60 cm 。在距离缸底 5 cm 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 2 cm 深,转盘离水面约3 cm 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1 h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别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 6 s(6 s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入睡眠时转盘即转动 6 s,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活动、进水、进食时转盘并不转动而此时对照组的大鼠则可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。

2.2旋转圆筒睡眠剥夺法

此方法于 1979 年最先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 30 cm,高 30 cm 。圆筒底由 PVC (聚氯乙烯)构成,侧壁由直径为 10.4 m m 的 PVC 杆围成。杆长度 30 cm,杆之间间隔 15.5 m m,圆筒与小型马达相连。马达转速为每 45 s转 1 圈(也有学者应用每 m in 转 1 圈)。至少在实验前 2 d每天将大鼠放入圆筒中适应环境 1 次,适应时间不少于 3 h。实验时将马达按 45 s每1 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,有实验者在进行新生大鼠睡眠剥夺时将筒旋转速调节至 2~3 r/m in后期逐渐增加至 6~7 r/m in。

3轻柔刺激法

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 TSD 或 SSD 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,故较适合行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, 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。

5. 剥夺杆睡眠剥夺法

在标准实验室笼中采用间隙性的剥夺杆扫描进行触觉刺激来干扰自由行为的小鼠。该方法防止了人类接触和干预对睡眠剥夺的影响,并且在整个睡眠剥夺过程期间最小化身体活动。此外,该程序准确且可预测。实验室动物从小都是在饲养笼中长大,基于实验室饲养笼使得动物能够保持在正常的社会环境中实施了一种相对无压力的方法来诱导动物睡眠剥夺模型,从而避免了外界环境及其他因素对睡眠剥夺的影响。此外,基于饲养笼式的睡眠剥夺仪易于组装和清洗,设计更加地人性化。该设计由上海欣软信息科技有限公司设计并使用。

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