睡眠剥夺后休息不同时间小鼠脑体功能变化的研究

孟辉

睡眠是机体不可缺少的生理需要，具有维持个体发育、易化学习、形成记忆等功能。睡眠剥夺(sleep deprivation SD)即减少受试者的睡眠时间。长期严重的SD可引起动物或人产生不良情绪、学习记忆受损、免疫功能下降、体质下降［1，2］。而在特殊职业中(如医务人员、船员、话务员、军人等)睡眠剥夺不可避免。本研究试图了解SD24 h休息不同时间学习记忆和体质恢复情况，为合理安排连续性作业后休息时间提供依据。

1 材料与方法

1.1 动物及分组 取昆明种健康小鼠48只(天津试验动物中心提供)应用随机数目表随机分成CC组、R0h组、R2h组、R4h组、R6h组R8h组、R10h组和R12h组共八组，每组6只，实验前小鼠适应环境3天，SD前记录每只小鼠的体重。

1.2 实验方法

1.2.1 动物训练 Y迷宫有3个相连通的臂，底面为可通电的铜栅，四壁为绝缘塑料板，亮灯区为安全区，暗臂为危险区。实验时三臂轮流作为安全区和危险区。训练开始时，将小鼠放入安全区适应环境10 s，然后转换灯源，直到小鼠逃到安全区，结束一次训练。在安全区适应10 s后再次转换灯源，依此类推进行训练，以转换灯源后小鼠1次性跑到安全区为正确，否则为错误。每天20次，连续训练3天，记录第三天正确率作为SD前成绩。

1.2.2 SD模型建立 根据文献［3，4］采用小平台水环境法(flower pot)建立SD小鼠模型。制作30 cm×30 cm×60 cm的鼠箱，其中有一直径为2.5 cm、高8 cm的平台，在平台周边注入水，水面距平台约1.0 cm，水温保持在20℃左右。小鼠可自由进食和饮水，若其睡眠，则由于肌肉张力松弛而落入水中，小鼠只能重新爬上平台，这样反复能达到SD效果。小鼠活动空间给予12/12 h明暗交替，室温控制在12℃ ～22℃，湿度在(50±10)%。CC组置于大鼠箱中饲养，其余条件同SD小鼠。

1.2.3 行为测试 应用Y迷宫测试小鼠学习记忆成绩，记录正确次数占总训练次数的百分率。

1.2.4 体质测试 记录其爬坡角度及体重

1.3 数据处理 记录SD前、后正确率，体重差，爬坡角度。实验数据采用SPSS 11.0软件进行单因素方差分析。

2 结果

2.1 SD后休息不同时间对小鼠迷宫正确率的影响(见表1)

实验前各组小鼠的正确率差别无显著性(P＞0.05)。SD24 h后R0h组、R2h组、R4h组、R6h组R8h组迷宫正确率较CC组均显著下降(P＜0.05)以R4h组最低。R10h组和R12h组和CC组比下降不明显(P＞0.05)。

2.2 SD后休息不同时间对小鼠体质的影响。(见表1)

SD后R0h组和R2h组的爬坡能力较CC组稍有下降(P＞0.05)，R4h组和 R6h的爬坡角度则大幅度下降(P＜0.05)，R8h和R10h下降幅度较小(P＞0.05)，体重R4h组、R6h组和R8h组下降明显(P＜0.05)，R10h组和CC组基本持平(P＞0.05)。

表1 小鼠SD24 h后休息不同时间后各项指标数值

3 讨论

SD是研究睡眠的重要方法。本研究采用小平台水环境法进行SD，各组结果均表明了SD对学习记忆和体能的影响，由于SD后仍有一定的应激作用，兴奋性较高，故R0h组小鼠学习记忆和体能保持在一个较高的水平。由于应激水平的消退，R4h组各项指标降到最低，以后逐渐回升，R10h组基本恢复。

体重是衡量机体生长发育的重要指标。运动能力是人体进行活动的基础，包括力量、速度、耐力、柔韧性以及学习掌握和完成动作的能力。过多的自由基会导致核酸主链的断裂，碱基缺失、氢键破坏、蛋白交联或多肽链的断开，使一些重要的代谢酶因交联聚会而失活，产生一系列的病理反应。自由基攻击细胞生物膜上的不饱和脂肪酸，使脂质过氧化并造成生物膜结构和功能的改变，细胞膜的通透性增加，胞内物溢出，线粒体膜流动性降低，功能紊乱，ATP生成减少，供能不足，肌浆网受损，不能正常摄取钙离子，造成肌浆钙离子堆积，溶酶体膜破裂，放出大量水解酶，加重组织的损伤，而致运动能力的下降［5］。

学习记忆是脑的高级功能之一，其物质基础是脑内参与学习记忆的物质保持在一定的水平，郑乐颖等［6，7］认为长时间SD对行为学的影响是一个由兴奋到抑制的过程，这种变化可能与下丘脑和脑干的5-HT代谢有关，5-HT作为递质参与控制疲倦与睡眠，睡眠剥夺时由于机体耗能加大，脂动员增加，肌肉对支链氨基酸摄取增加，血中支链氨基酸浓度下降，色氨酸水平相对升高，使得进入脑内的色氨酸增加，5-HT合成也增加，机体出现疲劳感和睡意。但机体可通过加快5-HT的转化，减小其在脑内的聚积，恢复学习记忆和体能，Yamada K 等［4，9，10］认为 NO 是中枢神经系统重要的信使分子，而高浓度的NO则有毒性作用，推测SD后小鼠学习能力的改变可能与海马的NO含量变化有关。由于NOS是催化L-精氨酸产生内源性NO的唯一酶类，因此NOS也可能与SD后学习能力改变有关。过高的NOS也有神经毒性作用，所以SD后学习记忆能力下降，可能与应激强度过大，NO/NOS增多，导致N元损伤有关。随着NO的衰减，学习记忆也逐渐恢复。吴兴曲［10，11，12］等认为氧自由基是一类具有毒性的化合物，能作用于中枢神经系统，造成神经细胞和组织的氧化损伤，破坏生物膜的结构，引起细胞膜功能的紊乱甚至死亡。SOD是机体消除氧自由基的特异酶，SOD的高低可反映氧自由基的水平，SD后脑组织SOD活性增高，提示脑内氧自由基的含量升高，由此推测氧自由基增加及被清除能力减弱可能是SD后脑功能损害、学习记忆能力下降的重要原因之一。SD后学习记忆和体质逐渐恢复可能和脑内5-HT的转化有关，也可能和NO的衰减有关，也可能和氧自由基的清除有关。

总之，有多种神经递质参与了对学习记忆和体能的调节，睡眠剥夺后小鼠学习记忆能力和体能的下降和恢复可能与各种神经递质的代谢有关，因此SD影响学习能力和体质的机理还有待于进一步研究。

［1］宋国瑞，苗丹民，黄甫恩，等.睡眠剥夺对大鼠学习行为的影响.第四军医大学报，2000，21(6).

［2］Bueno OFA，loboll，Oliverdra MGM，et al.Dissocialed paradox ical sleep deprivation effectson inhibiting avoidance and Conditioned fear.Physiol Behow，1994，56(4):775-779.

［3］Bradley DY，Zhou Jun，Smagin GN，et al.sleep derivation by the“Flower Rot”technique and spatial reference me morg.Physiol Behow，1997，61(2):249.

［4］吴兴曲，等.睡眠剥夺对大鼠学习能力的影响及机制初步研究.解放军预防医学杂志，2002，20(4).

［5］刘志，等.甘肃科学学报，2002，14，专辑.

［6］郑乐颖，等.睡眠剥夺对大脑5-羟色胺代谢及行为的影响，Chinses Jourral of Behavioral Medical science，J(4):1998.

［7］Thakkar M and Mallick BN.Effect of ra pid eye movement sleep deprivation on brain monoamine oxidases.Neurosci，1993，55(3):677-681.

［8］Yamada K Noda Y Nakayama S，et al，Bole of nitric oxide in learning and memory and monoamone metabolism in the rat brain.Br J Pharmacol，1995，115:852.

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