睡眠剥夺对大鼠学习能力的影响及机制实验研究

目的 睡眠是脑的高级功能之一，是生命赖以维持的基本条件。睡眠剥夺是由于各种原因导致的睡眠不足的状态，睡眠剥夺能够对机体产生广泛的影响。本研究利用小平台水环境法制备大鼠睡眠剥夺动物模型，探讨不同持续时间睡眠剥夺对大鼠学习能力的影响并初步分析其可能机制。 方法 1实验动物及分组 选用体重240～260g的健康成年SD大鼠，雌雄各半。随机分为正常对照组、大平台对照组、睡眠剥夺2d、4d、6d组。 2睡眠剥夺模型制备 制作30cm×30cm×30cm睡眠剥夺箱，内置一直径6.3cm的小平台，高8cm，箱中注水，水面低于平台面约1.0cm。利用此法制备大鼠睡眠剥夺2d、4d、6d组模型。大平台对照组平台直径为18cm，大鼠置于大平台环境6天，其余条件同睡眠剥夺组。正常对照组笼养。 3一般状态观察 观察睡眠剥夺后大鼠精神状态、皮毛、饮水饮食、反应能力等改变。 4学习能力测试 大鼠学习能力测试在三等分“Y”型迷宫中进行，环境为安静暗室。Y迷宫每臂顶端设1个信号灯，以此提示“安全区”，通电后安全区灯亮，该区内无电流刺激，其余区域被通以36V交流电。实验时，将大鼠放入迷宫，先适应5分钟，然后开始实验。规定大鼠受电击后从起步区直接逃至亮臂安全区为“正确反应”。实验中每次通电刺激间隔时间为30秒，大鼠连续10次反应正确时，即为达标，记录大鼠达标时所需的总训练次数，以此代表学习能力。 5海马组织超微结构透射电镜检查 取SD-6d大鼠海马组织制作电镜标本，观察超微结构改变。 6海马组织神经递质测定 将大鼠迅速断头，取双侧海马。高效液相色谱法检测五羟色胺、去甲肾上腺素、谷氨酸、γ-氨基丁酸含量；碱性羟胺比色法检测乙酰胆碱含量。 7统计学分析方法 各组数据以(?)±s表示。利用单因素方差分析进行假设检验。组间差异利用Dunnett-t检验，检验水准α=0.05。 结果 1大鼠睡眠剥夺后一般状态的改变 SD组动物在实验早期表现出一定的兴奋性行为，如活动增多，对外界声、光等刺激敏感。而在实验中后期(SD-4d以后)，SD动物行为由兴奋逐渐转为抑制，并表现出情绪上的“激惹”现象。 2睡眠剥夺对大鼠学习能力的影响 与CC组比较，SD-4d组和SD-6d组大鼠学习能力下降，达标所需训练次数增多(p＜0.01)；SD2d组学习能力提高，达标所需训练次数减少(p＜0.05)。 3睡眠剥夺大鼠海马超微结构改变 海马神经元细胞水肿，暗细胞变，向凋亡或类凋亡方向过渡；部分神经元出现核染色质溶解，胞质内粗面内质网和核糖体明显减少或缺失，线粒体减少，结构模糊；部分突触水肿，突触小泡减少；血脑屏障结构明显异常，内皮细胞暗调型或细胞变性甚至出现胞质断裂等严重损伤的表现，星形胶质细胞足突严重水肿；在神经元内及血脑屏障结构等处均可见到髓磷体明显增多。 4睡眠剥夺对海马神经递质含量的影响 乙酰胆碱：SD-4d组、SD-6d组大鼠海马Ach含量低于CC组，具有显著性差异(p＜0.05，p＜0.01)。 去甲肾上腺素：SD-4d组、SD-6d组大鼠海马NE含量低于CC组(p＜0.05)；TC组及SD-2d组NE含量高于CC组(p＜0.05)。 五羟色胺：高效液相法测得SD-2d组、SD-4d组大鼠海马5-HT含量明显高于CC组和TC组(p＜0.01，p＜0.05)；SD-6d组大鼠海马5-HT含量明显低于CC组和TC组(p＜0.01)；TC组5-HT含量与CC组相比无显著差异。 谷氨酸、γ-氨基丁酸及二者比值：SD-2d组大鼠海马GLU含量高于CC组(p＜0.01)，SD-6d组大鼠海马GLU含量低于CC组(p＜0.05)，与TC组比较，SD-2d组和SD-4d组GLU含量增加(p＜0.01，p＜0.01)，SD-6d组GLU含量减少(p＜0.05)。SD各组大鼠海马GABA含量均高于CC组(p＜0.05，p＜0.01)；与CC组比较，SD-4d组和SD-6d组GLU／GABA值显著降低(p＜0.01)；SD-2d和TC组GLU／GABA值无显著变化。 结论 1．较长时间(4天以上)睡眠剥夺会造成大鼠学习能力降低，表现为Y型迷宫训练达标所需训练次数增多。 2．睡眠剥夺引起大鼠海马结构损伤，表现为神经元细胞水肿，向凋亡或类凋亡方向过渡；突触水肿，突触小泡减少；血脑屏障结构明显异常；髓磷体明显增多。 3．睡眠剥夺可以造成大鼠海马多种神经递质(乙酰胆碱、去甲肾上腺素、五羟色胺、谷氨酸、γ-氨基丁酸及GLU／GABA比值)分布异常。 4．睡眠剥夺引起的海马结构损伤及神经递质含量异常是SD损害动物学习能力的可能机制。