睡眠剝奪后休息不同時(shí)間小鼠腦體功能變化的研究

孟輝

睡眠是機(jī)體不可缺少的生理需要，具有維持個(gè)體發(fā)育、易化學(xué)習(xí)、形成記憶等功能。睡眠剝奪(sleep deprivation SD)即減少受試者的睡眠時(shí)間。長(zhǎng)期嚴(yán)重的SD可引起動(dòng)物或人產(chǎn)生不良情緒、學(xué)習(xí)記憶受損、免疫功能下降、體質(zhì)下降［1，2］。而在特殊職業(yè)中(如醫(yī)務(wù)人員、船員、話務(wù)員、軍人等)睡眠剝奪不可避免。本研究試圖了解SD24 h休息不同時(shí)間學(xué)習(xí)記憶和體質(zhì)恢復(fù)情況，為合理安排連續(xù)性作業(yè)后休息時(shí)間提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物及分組 取昆明種健康小鼠48只(天津試驗(yàn)動(dòng)物中心提供)應(yīng)用隨機(jī)數(shù)目表隨機(jī)分成CC組、R0h組、R2h組、R4h組、R6h組R8h組、R10h組和R12h組共八組，每組6只，實(shí)驗(yàn)前小鼠適應(yīng)環(huán)境3天，SD前記錄每只小鼠的體重。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 動(dòng)物訓(xùn)練 Y迷宮有3個(gè)相連通的臂，底面為可通電的銅柵，四壁為絕緣塑料板，亮燈區(qū)為安全區(qū)，暗臂為危險(xiǎn)區(qū)。實(shí)驗(yàn)時(shí)三臂輪流作為安全區(qū)和危險(xiǎn)區(qū)。訓(xùn)練開(kāi)始時(shí)，將小鼠放入安全區(qū)適應(yīng)環(huán)境10 s，然后轉(zhuǎn)換燈源，直到小鼠逃到安全區(qū)，結(jié)束一次訓(xùn)練。在安全區(qū)適應(yīng)10 s后再次轉(zhuǎn)換燈源，依此類推進(jìn)行訓(xùn)練，以轉(zhuǎn)換燈源后小鼠1次性跑到安全區(qū)為正確，否則為錯(cuò)誤。每天20次，連續(xù)訓(xùn)練3天，記錄第三天正確率作為SD前成績(jī)。

1.2.2 SD模型建立 根據(jù)文獻(xiàn)［3，4］采用小平臺(tái)水環(huán)境法(flower pot)建立SD小鼠模型。制作30 cm×30 cm×60 cm的鼠箱，其中有一直徑為2.5 cm、高8 cm的平臺(tái)，在平臺(tái)周邊注入水，水面距平臺(tái)約1.0 cm，水溫保持在20℃左右。小鼠可自由進(jìn)食和飲水，若其睡眠，則由于肌肉張力松弛而落入水中，小鼠只能重新爬上平臺(tái)，這樣反復(fù)能達(dá)到SD效果。小鼠活動(dòng)空間給予12/12 h明暗交替，室溫控制在12℃ ～22℃，濕度在(50±10)%。CC組置于大鼠箱中飼養(yǎng)，其余條件同SD小鼠。

1.2.3 行為測(cè)試 應(yīng)用Y迷宮測(cè)試小鼠學(xué)習(xí)記憶成績(jī)，記錄正確次數(shù)占總訓(xùn)練次數(shù)的百分率。

1.2.4 體質(zhì)測(cè)試 記錄其爬坡角度及體重

1.3 數(shù)據(jù)處理 記錄SD前、后正確率，體重差，爬坡角度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 11.0軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果

2.1 SD后休息不同時(shí)間對(duì)小鼠迷宮正確率的影響(見(jiàn)表1)

實(shí)驗(yàn)前各組小鼠的正確率差別無(wú)顯著性(P＞0.05)。SD24 h后R0h組、R2h組、R4h組、R6h組R8h組迷宮正確率較CC組均顯著下降(P＜0.05)以R4h組最低。R10h組和R12h組和CC組比下降不明顯(P＞0.05)。

2.2 SD后休息不同時(shí)間對(duì)小鼠體質(zhì)的影響。(見(jiàn)表1)

SD后R0h組和R2h組的爬坡能力較CC組稍有下降(P＞0.05)，R4h組和 R6h的爬坡角度則大幅度下降(P＜0.05)，R8h和R10h下降幅度較小(P＞0.05)，體重R4h組、R6h組和R8h組下降明顯(P＜0.05)，R10h組和CC組基本持平(P＞0.05)。

表1 小鼠SD24 h后休息不同時(shí)間后各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值

3 討論

SD是研究睡眠的重要方法。本研究采用小平臺(tái)水環(huán)境法進(jìn)行SD，各組結(jié)果均表明了SD對(duì)學(xué)習(xí)記憶和體能的影響，由于SD后仍有一定的應(yīng)激作用，興奮性較高，故R0h組小鼠學(xué)習(xí)記憶和體能保持在一個(gè)較高的水平。由于應(yīng)激水平的消退，R4h組各項(xiàng)指標(biāo)降到最低，以后逐漸回升，R10h組基本恢復(fù)。

體重是衡量機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育的重要指標(biāo)。運(yùn)動(dòng)能力是人體進(jìn)行活動(dòng)的基礎(chǔ)，包括力量、速度、耐力、柔韌性以及學(xué)習(xí)掌握和完成動(dòng)作的能力。過(guò)多的自由基會(huì)導(dǎo)致核酸主鏈的斷裂，堿基缺失、氫鍵破壞、蛋白交聯(lián)或多肽鏈的斷開(kāi)，使一些重要的代謝酶因交聯(lián)聚會(huì)而失活，產(chǎn)生一系列的病理反應(yīng)。自由基攻擊細(xì)胞生物膜上的不飽和脂肪酸，使脂質(zhì)過(guò)氧化并造成生物膜結(jié)構(gòu)和功能的改變，細(xì)胞膜的通透性增加，胞內(nèi)物溢出，線粒體膜流動(dòng)性降低，功能紊亂，ATP生成減少，供能不足，肌漿網(wǎng)受損，不能正常攝取鈣離子，造成肌漿鈣離子堆積，溶酶體膜破裂，放出大量水解酶，加重組織的損傷，而致運(yùn)動(dòng)能力的下降［5］。

學(xué)習(xí)記憶是腦的高級(jí)功能之一，其物質(zhì)基礎(chǔ)是腦內(nèi)參與學(xué)習(xí)記憶的物質(zhì)保持在一定的水平，鄭樂(lè)穎等［6，7］認(rèn)為長(zhǎng)時(shí)間SD對(duì)行為學(xué)的影響是一個(gè)由興奮到抑制的過(guò)程，這種變化可能與下丘腦和腦干的5-HT代謝有關(guān)，5-HT作為遞質(zhì)參與控制疲倦與睡眠，睡眠剝奪時(shí)由于機(jī)體耗能加大，脂動(dòng)員增加，肌肉對(duì)支鏈氨基酸攝取增加，血中支鏈氨基酸濃度下降，色氨酸水平相對(duì)升高，使得進(jìn)入腦內(nèi)的色氨酸增加，5-HT合成也增加，機(jī)體出現(xiàn)疲勞感和睡意。但機(jī)體可通過(guò)加快5-HT的轉(zhuǎn)化，減小其在腦內(nèi)的聚積，恢復(fù)學(xué)習(xí)記憶和體能，Yamada K 等［4，9，10］認(rèn)為 NO 是中樞神經(jīng)系統(tǒng)重要的信使分子，而高濃度的NO則有毒性作用，推測(cè)SD后小鼠學(xué)習(xí)能力的改變可能與海馬的NO含量變化有關(guān)。由于NOS是催化L-精氨酸產(chǎn)生內(nèi)源性NO的唯一酶類，因此NOS也可能與SD后學(xué)習(xí)能力改變有關(guān)。過(guò)高的NOS也有神經(jīng)毒性作用，所以SD后學(xué)習(xí)記憶能力下降，可能與應(yīng)激強(qiáng)度過(guò)大，NO/NOS增多，導(dǎo)致N元損傷有關(guān)。隨著NO的衰減，學(xué)習(xí)記憶也逐漸恢復(fù)。吳興曲［10，11，12］等認(rèn)為氧自由基是一類具有毒性的化合物，能作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，造成神經(jīng)細(xì)胞和組織的氧化損傷，破壞生物膜的結(jié)構(gòu)，引起細(xì)胞膜功能的紊亂甚至死亡。SOD是機(jī)體消除氧自由基的特異酶，SOD的高低可反映氧自由基的水平，SD后腦組織SOD活性增高，提示腦內(nèi)氧自由基的含量升高，由此推測(cè)氧自由基增加及被清除能力減弱可能是SD后腦功能損害、學(xué)習(xí)記憶能力下降的重要原因之一。SD后學(xué)習(xí)記憶和體質(zhì)逐漸恢復(fù)可能和腦內(nèi)5-HT的轉(zhuǎn)化有關(guān)，也可能和NO的衰減有關(guān)，也可能和氧自由基的清除有關(guān)。

總之，有多種神經(jīng)遞質(zhì)參與了對(duì)學(xué)習(xí)記憶和體能的調(diào)節(jié)，睡眠剝奪后小鼠學(xué)習(xí)記憶能力和體能的下降和恢復(fù)可能與各種神經(jīng)遞質(zhì)的代謝有關(guān)，因此SD影響學(xué)習(xí)能力和體質(zhì)的機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。

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