【柏仁医学】动物行为实验专题：动物失眠模型

简述：

  失眠是最常见的睡眠障碍，有关失眠发生机制和治疗药物的研究需涉及失眠动物模型及其相关的评价方法，总结近十年国内外常用的失眠动物模型，从物理因素分析总结其原理和特点，整理收集失眠模型的评价方法，为失眠的研究提供基础。

实验背景：

  失眠是最常见的睡眠障碍，有关失眠发生机制和治疗药物的研究需涉及失眠动物模型及其相关的评价方法，总结近十年国内外常用的失眠动物模型，从物理因素分析总结其原理和特点，整理收集失眠模型的评价方法，为失眠的研究提供基础。

动物失眠模型构建方法：

1、触碰法：

  触碰法指通过轻柔触碰动物、晃动或拍打鼠笼以干扰动物的睡眠造成动物失眠的方法。触碰的方式可为人工手动触碰，也可利用仪器，选取毛刷、杠杆或木棒进行自动触碰。晃动笼具既可手动摇晃，也可将其放在摇床或可移动的平面上以达到使动物保持清醒的目的。该方法具有刺激强度小、对动物干扰小的优点，且无持续性压力。人工干预的方法较易实施，但对实验者的专注力、体力要求较高，只适合短时间造模。若采用仪器进行自动干扰，短期或长期造模均可。研究多利用此方法观察不同处理的小鼠在短时睡眠剥夺后，睡眠恢复的差异性。现已成为最常用的睡眠剥夺方法。

2、平台水环境法：

  原理是动物进入REM睡眠后肌肉张力消失，从平台掉落水中惊醒，造成REM睡眠剥夺。造模方法为将动物放在实验箱内直径较小的平台上，平台对于小鼠多设定为直径约2cm、高约5cm；对于大鼠直径约6.5cm，高约8cm。实验箱内注入自来水，水面高度距离平台面约0.5~1cm。此方法包括单平台法和多平台法，单平台法即实验笼内仅设置一个平台，可避免动物相互干扰，但会造成单笼饲养的隔离应激，甚至出现社交障碍。多平台法可同时进行多只动物的REM睡眠剥夺，并且动物可在各平台上自由活动。故多平台法应用较广泛。该方法可针对性剥夺REM睡眠，缺点是若造模时间过长或强度过大，可能出现动物掉落水中因体力不支无法返回平台而死亡的现象。故不适合长期且高强度造模。

3、滚筒法：

  滚筒法（转轮法）的原理是将动物放入滚筒等装置中，装置自动旋转，动物被迫随装置转动而运动，导致无法入睡或短暂睡眠后觉醒。实验除设有对照组和睡眠剥夺组外，常增加强迫运动组，目的在于排除运动对动物睡眠相关指标的影响。强迫运动组的装置转速多设置为睡眠剥夺组的两倍，时间减少一半，保证充足的睡眠。此方法的特点为造模强度大，可实现完全睡眠剥夺，重复性和可靠性高，但对动物的体力消耗大，对仪器的稳定性要求较高。研究发现将小鼠放入滚筒（外径35.6cm，内径20.9cm）中，滚筒以3m/min转3s，停12s的方式自动旋转，以探究睡眠剥夺24h和恢复期48h内小鼠睡眠的变化。结果表明小鼠24h内觉醒时间达97%，恢复期第1天7:00-19:00，小鼠NREM和REM睡眠明显反弹。除触碰法、平台水环境法和滚筒法外，水上网格法、水上转盘法等也可应用于失眠动物的造模，但据近十年文献统计发现已较少应用。

4、慢性不可阈值温和应激：

  慢性不可预知温和应激模型（chronic unpredictable mild stress，CUMS），早期又名慢性温和应激模型（CMS），由Katz于1981年首先建立。造模期间动物历经潮湿垫料、空瓶、禁食、冰水游泳、热水游泳、夹尾、昼夜颠倒、电击等操作，最终造成快感缺失、焦虑、抑郁和学习记忆障碍等。此模型大多用于焦虑、抑郁、认知等方面的研究，也有研究显示其会对睡眠造成影响。研究发现对SD大鼠进行28d的慢性不可预知温和应激后，向大鼠腹腔注射50mg/kg戊巴比妥钠，观察到模型大鼠的睡眠时间显著缩短。也有研究对小鼠进行9周的CUMS造模，并间隔进行脑电监测。结果显示，造模仅3d即可使小鼠的REMS时间显著增加，并持续至造模结束；NREMS在整个周期内时长无显著变化，但呈碎片化。

5、慢性束缚：

  束缚是将动物放入狭小的束缚装置中，限制动物的运动空间和范围，造成心理和生理的双重压力，具有简单易操作、无痛且持久的特点。慢性束缚不仅使动物情绪、学习记忆等行为学指标、炎症指标发生变化，也可造成睡眠障碍。有文献研究表明将ICR小鼠放入50mL离心管制成的束缚器中，进行为期3、5或7d的束缚造模，每天9h或12h，并于束缚结束后腹腔注射戊巴比妥钠诱导动物入睡，观察睡眠潜伏期和睡眠时间。束缚后的各组小鼠睡眠潜伏期均延长、睡眠时间均缩短，以每天束缚9h，持续7d最为显著。研究表明对C57BL/6J小鼠进行3周的浸水和束缚实验，将小鼠放入束缚管内，垂直放入水中。每天2h，每周6d，并于各周第7天进行脑电监测。小鼠在给予1、2和3周的压力刺激后24h内均显示出觉醒时间减少，NREMS和REMS时间增加，其中第1周结果最显著，同时伴随REMS次数明显增加。

6、慢性社会挫败：

  慢性社会挫败动物模型模拟人在社会环境中因社会地位等问题产生的心理压力，最终导致社交恐惧和兴趣缺失。动物模型常采用C57BL/6J小鼠，将其放入CD1小鼠的笼中，因CD1小鼠的领地中突然出现其他动物，会攻击C57BL/6J小鼠。造模一般采用每天攻击10min，其余时间用透明隔板隔开的方式。该方法不仅会引起动物的社交障碍，同时会改变其睡眠节律。有研究对C57BL/6J小鼠进行10d慢性社会挫败造模，在第1、3、10天进行脑电监测。结果显示1、3、10d社会挫败后3h内觉醒时间显著增加，REMS时间显著减少，NREM睡眠减少；造模后10-22h出现睡眠反弹，觉醒时间极显著减少，NREM睡眠极显著增加，REM睡眠增加。有文献研究表明同样用C57BL/6J小鼠造成社会挫败模型，并每日监测脑电变化。发现造模期间，模型组REMS平均时间显著增加，在第4、5、6、7、9天与对照组有显著性差异，REMS次数对应增加。慢波睡眠时间也呈上升趋势，同时伴随觉醒时间减少。

7、空瓶刺激：

  空瓶刺激模型由林文娟等建立，指动物经过定时喂水训练后，形成条件反射，随后进行不定时空瓶刺激，1d内1-2次，以诱发其情绪应激。科研人员应用慢性情绪应激造大鼠失眠模型。大鼠经历10d定时喂水训练后，进行14d空瓶刺激，应激后大鼠睡眠总时间、慢波睡眠、REM睡眠均缩短。

8、电击：

  电击是可使动物产生恐惧的压力源，大量研究表明其会对动物的睡眠产生影响。研究发现通过电刺激造大鼠失眠模型，参数为电流0.5mA，频率1Hz，刺激30s间隔30min，观察到8h电刺激后SD大鼠睡眠总时间、慢波睡眠、REM睡眠均减少，觉醒时间增加。科研人员应用相同参数电击造模，观察大鼠经受刺激前后睡眠的变化，结果与上述研究一致。触碰法、平台水环境法和滚筒法模拟因为外界环境干扰所致的睡眠不足，根据造模时间可造成完全睡眠剥夺或部分睡眠剥夺，使动物表现出以睡眠时间减少为特征的失眠症状。慢性不可预知温和应激、慢性束缚、慢性社会挫败、空瓶刺激和电击是通过心理和生理的双重应激，造成动物睡眠障碍，普遍表现为觉醒时间增加，睡眠时间减少。然而，经历慢性社会挫败应激的动物多表现为睡眠时间增加。此外，创伤后应激、冲突性心理应激也可造成动物睡眠障碍，出现失眠症状。