環(huán)境豐富對(duì)SD大鼠生長(zhǎng)和血液學(xué)指標(biāo)的影響

劉 帥， 李軍延， 陳 巍， 張 奇， 呂 賽（中國(guó)疾病預(yù)防控制中心職業(yè)衛(wèi)生與中毒控制所， 北京 100050）

環(huán)境豐富對(duì)SD大鼠生長(zhǎng)和血液學(xué)指標(biāo)的影響

劉 帥， 李軍延， 陳 巍， 張 奇， 呂 賽
（中國(guó)疾病預(yù)防控制中心職業(yè)衛(wèi)生與中毒控制所， 北京 100050）

目的 探討環(huán)境豐富長(zhǎng)期作用對(duì)于SD大鼠生長(zhǎng)、攝食、血常規(guī)及血生化指標(biāo)的影響。方法 48只3周齡SPF級(jí)SD大鼠，隨機(jī)分為2組，環(huán)境豐富組用磨牙棒和木絲筑巢材料進(jìn)行環(huán)境豐富。試驗(yàn)期間測(cè)量體質(zhì)量和攝食量，32周齡時(shí)解剖采腹主動(dòng)脈血進(jìn)行血常規(guī)和血生化檢測(cè)，并測(cè)量主要臟器重量。結(jié)果 與對(duì)照組相比，環(huán)境豐富組雄性大鼠10～19周齡的攝食量顯著增加，體質(zhì)量增加但不顯著，血清總蛋白、白蛋白和膽固醇顯著升高。雌性大鼠在上述指標(biāo)無(wú)顯著差異。主要臟器方面，環(huán)境豐富組雌性心臟和肝臟重量顯著高于對(duì)照組，雄性附睪重量顯著高于對(duì)照組，其他臟器無(wú)顯著差異。環(huán)境豐富組雌性大鼠紅細(xì)胞、血紅蛋白、血小板指標(biāo)顯著升高，而雄性大鼠在上述指標(biāo)間則無(wú)顯著差異。結(jié)論 環(huán)境豐富對(duì)SD大鼠生長(zhǎng)和部分血液學(xué)指標(biāo)有一點(diǎn)程度影響，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)慎重考慮環(huán)境豐富條件的選擇。

環(huán)境豐富； 生長(zhǎng)發(fā)育； 動(dòng)物福利； 血液學(xué)； 血液生化

環(huán)境豐富（environmental enrichment）是被廣泛接受的一種提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利待遇的方式［1］，主要手段是采用各種方式增加實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼養(yǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，激發(fā)動(dòng)物的興趣，增加動(dòng)物相互交往的機(jī)會(huì)，以使動(dòng)物舒展自己的天性，避免各種異常行為的出現(xiàn)。已有大量研究表明，環(huán)境豐富能給實(shí)驗(yàn)動(dòng)物帶來有益影響，如減少刻板行為，提高記憶能力，增加神經(jīng)可塑性等［2，3］，而對(duì)大部分常規(guī)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也無(wú)不利影響［4］。但前人的研究多關(guān)注于環(huán)境豐富對(duì)大鼠行為學(xué)和神經(jīng)系統(tǒng)功能的影響［5-8］，而對(duì)大鼠的生理生化方面指標(biāo)的影響研究較少。本研究評(píng)估了長(zhǎng)期環(huán)境豐富對(duì)SD大鼠生長(zhǎng)、攝食以及血常規(guī)和血生化等指標(biāo)的影響。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及分組

3周齡SPF級(jí)SD大鼠48只，雌雄各半，購(gòu)自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司［SCXK（京）2012-0001］。隨機(jī)分為2組，對(duì)照組飼養(yǎng)于標(biāo)準(zhǔn)籠盒中（47 cm × 31.5 cm × 20 cm），盒內(nèi)添加楊木刨花和玉米芯顆粒為墊料。環(huán)境豐富組在對(duì)照組基礎(chǔ)上添加高溫滅菌消毒后的木質(zhì)磨牙棒和木絲筑巢材料，進(jìn)行環(huán)境豐富。20周齡前每籠4只， 20～32周齡間每籠3只，在中國(guó)疾病預(yù)防控制中心動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室屏障環(huán)境［SYXK（京）2009-0032］飼養(yǎng)7個(gè)月，飼喂60Co滅菌大、小鼠維持飼料，購(gòu)自北京科澳協(xié)力飼料有限公司［SCXK（京）2009-0012］。飲水經(jīng)反滲透紫外殺菌處理。

1.2 儀器與試劑

使用Sysmex XT1800i全自動(dòng)血細(xì)胞分析儀及原廠血球試劑進(jìn)行血常規(guī)檢測(cè)。使用日立7020全自動(dòng)生化分析儀及和光試劑進(jìn)行血清生化檢測(cè)。

1.3 檢測(cè)指標(biāo)及方法

1.3.1 體質(zhì)量及攝食量測(cè)量 兩組動(dòng)物從4周齡開始稱量體質(zhì)量和攝食量。體質(zhì)量測(cè)量22周齡前1周1次，22周齡后2周1次，攝食量稱量1周2次，32周齡時(shí)結(jié)束。

1.3.2 臟器重量測(cè)量 SD大鼠32周齡時(shí)，使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的水合氯醛麻醉，腹主動(dòng)脈采血處死，解剖。取心、肝、脾、肺、腎、腎上腺、胸腺、腦、垂體以及雄性的睪丸和附睪、雌性的卵巢、子宮用千分之一克電子天平稱重。

1.3.3 血常規(guī)指標(biāo)的檢測(cè) 收集大鼠32周齡時(shí)采取的腹主動(dòng)脈血進(jìn)行血常規(guī)檢測(cè)。血常規(guī)檢測(cè)指標(biāo)有: 白細(xì)胞（WBC）、紅細(xì)胞（RBC）、血紅蛋白（HGB）、紅細(xì)胞比積（HCT）、紅細(xì)胞平均容量（MCV）、紅細(xì)胞平均血紅蛋白量（MCH）、紅細(xì)胞平均血紅蛋白濃度（MCHC）、紅細(xì)胞分布寬度（RDW）、血小板（PLT）、血小板比積（PCT）、血小板平均體積（MPV）、血小板體積分布寬度（PDW）、淋巴細(xì)胞（LYM）、淋巴細(xì)胞%（LYM%）、單核細(xì)胞（MON）、單核細(xì)胞%（MON%）、嗜中性粒細(xì)胞（NEU）、嗜中性粒細(xì)胞%（NEU%）、嗜酸性粒細(xì)胞（EOS）、嗜酸性粒細(xì)胞%（EOS%）、嗜堿性粒細(xì)胞（BAS）和嗜堿性粒細(xì)胞%（BAS%）。

1.3.4 血清生化指標(biāo)的檢測(cè) 收集大鼠32周齡時(shí)采取的腹主動(dòng)脈血， 分離血清做血生化檢測(cè)。血清中蛋白質(zhì)、脂類、血糖檢測(cè)指標(biāo)包括: 總蛋白（TP）、白蛋白（ALB）、白蛋白/球蛋白（A/G）、膽固醇（CHO）、甘油三酯（TG）和血糖（GLU）。血清酶類指標(biāo)包括: 肌酸激酶（CK）、乳酸脫氫酶（LDH）、堿性磷酸酶（ALP）、天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）。血清中代謝產(chǎn)物指標(biāo)包括:總膽紅素（BIL）、尿素氮（BUN）、肌酐（CRE）、尿酸（UA）。血清離子指標(biāo)包括: 無(wú)機(jī)磷（P-3）和鈣（Ca2+）。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 大鼠體質(zhì)量、攝食量

如圖1所示， 對(duì)照組和環(huán)境豐富組雌性大鼠生長(zhǎng)曲線基本重合， 而環(huán)境豐富組雄性大鼠在12～20周齡體質(zhì)量稍高于正常對(duì)照組， 但差異不顯著（P＞0.05），3～12周齡和22～32周齡間環(huán)境豐富組和對(duì)照組雄性大鼠體質(zhì)量差異無(wú)顯著性，生長(zhǎng)曲線基本重合。由此可見環(huán)境豐富基本不對(duì)雌性大鼠體質(zhì)量變化產(chǎn)生影響， 而對(duì)于雄性大鼠體質(zhì)量的影響具有階段性，可增進(jìn)青壯年期（12～20周齡）大鼠體質(zhì)量增長(zhǎng)。

圖 1 SD大鼠生長(zhǎng)曲線Figure 1 Growth curves of the SD rats

如圖2所示，環(huán)境豐富對(duì)雌性大鼠的攝食量無(wú)顯著影響（P＞0.05），對(duì)于雄性大鼠在10～12周齡、15～17周齡和19周齡，環(huán)境豐富組攝食量顯著大于對(duì)照組（P＜0.05）， 其他時(shí)段攝食量差異無(wú)顯著性。環(huán)境豐富對(duì)大鼠攝食量和體質(zhì)量的影響趨勢(shì)一致。

圖 2 SD大鼠攝食量曲線Figure 2 The food consumption curves of the SD rats

2.2 大鼠主要臟器重量

環(huán)境豐富組雄性附睪顯著高于對(duì)照組（P=0.039），雌性心臟和肝臟顯著高于對(duì)照組（P＜0.05， P＜0.01），其他臟器（胸腺、脾、肺、腎、腎上腺、睪丸、卵巢、子宮、腦、垂體）差異不顯著（表1）。

2.3 大鼠血液學(xué)

環(huán)境豐富組與對(duì)照組相比， 雄性血常規(guī)指標(biāo)中差異顯著的為: PDW、MPV、PCT、MCV、MCHC，差異極顯著的為MONO和MONO%。雌性間血常規(guī)指標(biāo)差異具有顯著性的有: RBC、LYMPH，差異具有極顯著性的指標(biāo)有: HGB、PLT、PCT、MCHC、NEUT%、LYMPH%（表2）。

表 1 SD大鼠主要臟器重量Table 1 The weight of main organs in SD rats g

2.4 大鼠血清生化

環(huán)境豐富組和對(duì)照組結(jié)果經(jīng)t檢驗(yàn)，雌性之間所有指標(biāo)都差異無(wú)顯著性，雄性之間環(huán)境豐富組TP、ALB、CHO顯著升高，其他指標(biāo)差異不顯著（表3）。

3 討論

環(huán)境豐富由Hebb于1947年首先提出［9］，指的是非生物刺激和社會(huì)刺激的復(fù)雜結(jié)合。應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物方面的主要目的是根據(jù)動(dòng)物的特性，改變?cè)O(shè)施結(jié)構(gòu)并提供相關(guān)資源，通過加強(qiáng)動(dòng)物身體鍛煉，促進(jìn)動(dòng)物的操作活動(dòng)和認(rèn)知活動(dòng)，從而有利于發(fā)揮動(dòng)物的物種特異性行為，刺激動(dòng)物的感知和運(yùn)動(dòng)，加強(qiáng)動(dòng)物福利［10］。各種環(huán)境豐富的方法和手段不斷被開發(fā)和利用［11］，而為嚙齒類動(dòng)物提供的木質(zhì)磨牙棒是最常用的環(huán)境豐富資源。隨著研究的深入，環(huán)境豐富對(duì)提高實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利，減少應(yīng)激和抑郁行為，改善生長(zhǎng)發(fā)育以及繁殖性能等方面的有益影響已被廣泛關(guān)注［12，13］。有些研究者對(duì)環(huán)境豐富存有顧慮，認(rèn)為引入了變量，可能會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化，并可能增加動(dòng)物行為的多樣性，增加檢測(cè)指標(biāo)的變異系數(shù)，影響動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，但對(duì)小鼠的系統(tǒng)分析表明，飼養(yǎng)環(huán)境豐富并沒有影響動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性［14］。因此有必要對(duì)環(huán)境豐富進(jìn)行評(píng)估和研究，環(huán)境豐富的應(yīng)用應(yīng)基于科學(xué)的證據(jù)，專業(yè)的判斷和標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施條件［15］。在大鼠中的大部分研究多聚焦于短期或中期強(qiáng)環(huán)境豐富刺激對(duì)大鼠行為學(xué)及腦神經(jīng)系統(tǒng)方面的作用［16-18］，而關(guān)于環(huán)境豐富對(duì)大鼠生長(zhǎng)發(fā)育及生理生化指標(biāo)的影響的研究較少。

本研究探討了磨牙棒和木絲筑巢材料長(zhǎng)期暴露（7個(gè)月）對(duì)于大鼠生長(zhǎng)和血液學(xué)指標(biāo)的影響。研究結(jié)果顯示，環(huán)境豐富顯著提高雄性大鼠攝食量，增加體質(zhì)量，顯著升高了血清中蛋白質(zhì)和脂類含量，而雌性大鼠兩組間在體質(zhì)量、攝食量、生化指標(biāo)方面并無(wú)顯著差異。環(huán)境豐富對(duì)雄性SD大鼠白細(xì)胞計(jì)數(shù)、紅細(xì)胞計(jì)數(shù)、血紅蛋白含量及血小板計(jì)數(shù)4個(gè)主要指標(biāo)無(wú)顯著影響，而升高了雌性大鼠的紅細(xì)胞計(jì)數(shù)、血小板計(jì)數(shù)、血紅蛋白含量?？梢姯h(huán)境豐富的影響在動(dòng)物不同性別之間的表現(xiàn)不一致， 這與其他關(guān)于環(huán)境豐富干預(yù)研究的結(jié)果類似。此環(huán)境豐富效果評(píng)價(jià)研究中多選用雄性動(dòng)物［19］，與對(duì)照差異顯著，而選用雌性為研究對(duì)象的在體質(zhì)量及攝食方面則無(wú)差異［20］。

體質(zhì)量作為評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利狀況的常用指標(biāo)，一般認(rèn)為體質(zhì)量的增長(zhǎng)表明實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利狀況的改善或良好。在本研究中，環(huán)境豐富對(duì)雄性大鼠體質(zhì)量和攝食量的影響具有階段性。10～20周齡期間，環(huán)境豐富組雄性大鼠的體質(zhì)量和攝食量高于對(duì)照組，而在10周齡之前和20周齡以后生長(zhǎng)曲線幾乎重合。文獻(xiàn)報(bào)道中環(huán)境豐富對(duì)不同階段動(dòng)物體質(zhì)量的影響也不盡相同，顧衛(wèi)忠等［21］在小鼠中的研究顯示，增加玩具對(duì)小鼠11～43日齡段體質(zhì)量增加影響顯著，43～57日齡段體質(zhì)量增加影響不顯著。而梁磊等［22］的研究顯示添加玩具對(duì)小鼠4～6周齡間的體質(zhì)量增長(zhǎng)無(wú)顯著影響。國(guó)外有報(bào)道環(huán)境豐富反而降低青春期大鼠的體質(zhì)量增長(zhǎng)量和攝食量［23，24］。體質(zhì)量指標(biāo)受多種因素影響，例如動(dòng)物的攝食量和行為活動(dòng)。環(huán)境豐富以讓動(dòng)物表現(xiàn)其物種特異性行為為目的。筑巢材料或是遮蔽物的增加就可能增加動(dòng)物的休息睡眠時(shí)間，其體質(zhì)量往往增長(zhǎng)快速，而增加操作性或探索性的豐富材料，就可能增加了動(dòng)物的自主活動(dòng)，在攝食量不增加的情況下，動(dòng)物體質(zhì)量可能就不會(huì)增長(zhǎng)明顯甚至有可能減緩。不同的環(huán)境豐富方案對(duì)大鼠的刺激方式不同，其影響也不盡相同。此外環(huán)境豐富的刺激程度在大鼠不同的生長(zhǎng)發(fā)育階段表現(xiàn)也不相同［25］。就本研究而言，3～10周齡是SD大鼠體質(zhì)量快速增長(zhǎng)期，如果環(huán)境豐富的刺激不夠，其對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育的影響被掩蓋在動(dòng)物本身快速生長(zhǎng)發(fā)育的情況之下，表現(xiàn)不顯著，而在10～20周齡，SD大鼠體質(zhì)量增長(zhǎng)進(jìn)入緩慢平臺(tái)期，環(huán)境豐富的影響則表現(xiàn)明顯，可能會(huì)增加雄性大鼠的活動(dòng)量，刺激進(jìn)食，從而顯著提高攝食量，體質(zhì)量也比對(duì)照有所增加。由此可見體質(zhì)量作為評(píng)價(jià)環(huán)境豐富效果的指標(biāo)，不能一概而論，要結(jié)合大鼠的行為和生長(zhǎng)階段來具體分析。

表 2 大鼠血常規(guī)檢測(cè)Table 2 Comparison on hematological parameter in rats

表 3 大鼠血生化檢測(cè)Table 3 Comparison on serum biochemical parameter in rats

環(huán)境豐富對(duì)免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的有益影響已在大量研究中得到證實(shí)。有報(bào)道［26］表明，環(huán)境豐富能夠增加大鼠大腦的重量，增加胸腺、脾臟重量，降低腎上腺重量［27］。本研究中，環(huán)境豐富對(duì)主要臟器重量的影響并不顯著，腦、腦垂體、胸腺、脾臟、肺、腎、腎上腺在環(huán)境豐富組和對(duì)照組間無(wú)顯著差異。這可能跟環(huán)境豐富的方式有關(guān)，本研究應(yīng)用的方式比較簡(jiǎn)單，不能持續(xù)給予大鼠新鮮感，對(duì)大鼠的興趣激發(fā)不夠強(qiáng)烈，從而對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的作用不夠顯著。本研究選擇7個(gè)月的環(huán)境豐富作用，解剖稱量臟器重量時(shí)大鼠已進(jìn)入中老年階段，胸腺已經(jīng)萎縮，因此對(duì)比也不明顯。此外環(huán)境豐富的作用效果也可能與作用時(shí)間以及選擇的動(dòng)物性別和品種有關(guān)。

血常規(guī)指標(biāo)中，雄性大鼠間紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血紅蛋白、血小板指標(biāo)差異無(wú)顯著性，而環(huán)境豐富組雌性大鼠紅細(xì)胞、血紅蛋白、血小板顯著高于對(duì)照組。國(guó)外在雌性小鼠中的研究報(bào)道，環(huán)境豐富組小鼠紅細(xì)胞、紅細(xì)胞比積少于對(duì)照組，而血紅蛋白高于對(duì)照組，白細(xì)胞的影響則根據(jù)小鼠的品種而有所不同［28］。血常規(guī)指標(biāo)受動(dòng)物品種、性別、年齡、采血方式以及檢測(cè)方法等因素的影響，且檢測(cè)結(jié)果的變異系數(shù)較大，樣本數(shù)量少的情況下經(jīng)常會(huì)得出不一樣的檢測(cè)結(jié)果。環(huán)境豐富對(duì)SD大鼠血常規(guī)指標(biāo)的影響還需進(jìn)一步研究。

綜上所述，環(huán)境豐富在改善實(shí)驗(yàn)動(dòng)物福利狀況的同時(shí)也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生理生化指標(biāo)有影響，綜合文獻(xiàn)報(bào)道和本研究的結(jié)果，不同的環(huán)境豐富設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生不同的影響，積極的，消極的或是無(wú)影響，這取決于環(huán)境豐富的類型，環(huán)境豐富作用的時(shí)間，選擇的動(dòng)物品系與性別以及所要研究的指標(biāo)。因此如果要在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼養(yǎng)管理中引入環(huán)境豐富方案，研究人員需要搜集更多的信息，評(píng)估豐富方案對(duì)具體動(dòng)物品系和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的影響，對(duì)各種豐富方案和豐富材料進(jìn)行選擇。

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Effect of Environmental Enrichment on Growth and Hematology in SD Rats

LIU Shuai， LI Jun-yan， CHEN Wei， ZHANG Qi， LV Sai
（National Institute of Occupational Health and Poison Control， China CDC， Beijing 100050， China）

Objective To study the effect of environmental enrichment on the growth and hematology of Sprague-Dawley （SD） rats. Method Forty-eight weaned 3-week old SD rats （male∶female = 1∶1） were allocated randomly to standard laboratory cages and enriched cages which were consisted of small sticks for grinding and wood-wool as nesting materials. The growth rate and food consumption were monitored. The rats were sacrificed at 32 weeks of age， and the indexes of organ weight， hematology and biochemistry were measured and analyzed. Results The food consumption of male rats in enriched cages was significantly increased between 10 and 19 weeks， but the weight gain was not significantly different compared to the standard group. The total serum protein， albumin and cholesterol were also increased significantly. No significant difference was found in the growth rate，food consumption or serum biochemistry in the female rats. The weights of epididymis of male rats and the weights of heart， liver of female rats were increased significantly. However， there was no significant difference for other organs. In addition， environmental enrichment showed significant impact on the erythrocyte， hemoglobin and platelet in the female rats， but not the male rats. Conclusions The environmental enrichment can alter the growth and hematology in SD rats to some degree， so the researchers need to pay attention on designing environmental enrichment strategies .

Environmental enrichment； Growth and development； Animal welfare； Hematology；Serum biochemical

R33 Q95-33

A

1674-5817（2016）01-0041-07

10.3969/j.issn.1674-5817.2015.06.008

2015-07-06

職業(yè)衛(wèi)生與中毒控制所青年科技基金項(xiàng)目（DW201404）

劉 帥（1985-）， 男， 碩士， 主要從事 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)研究。E-mail: cauvet@126.com

李軍延（1963-）， 女， 副研究員， 主要從事實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及管理研究。E-mail: lijy1@chinacdc.cn