睡眠剝奪后休息不同時間小鼠腦體功能變化的研究

孟輝

睡眠是機體不可缺少的生理需要，具有維持個體發育、易化學習、形成記憶等功能。睡眠剝奪(sleep deprivation SD)即減少受試者的睡眠時間。長期嚴重的SD可引起動物或人產生不良情緒、學習記憶受損、免疫功能下降、體質下降［1，2］。而在特殊職業中(如醫務人員、船員、話務員、軍人等)睡眠剝奪不可避免。本研究試圖了解SD24 h休息不同時間學習記憶和體質恢復情況，為合理安排連續性作業后休息時間提供依據。

1 材料與方法

1.1 動物及分組 取昆明種健康小鼠48只(天津試驗動物中心提供)應用隨機數目表隨機分成CC組、R0h組、R2h組、R4h組、R6h組R8h組、R10h組和R12h組共八組，每組6只，實驗前小鼠適應環境3天，SD前記錄每只小鼠的體重。

1.2 實驗方法

1.2.1 動物訓練 Y迷宮有3個相連通的臂，底面為可通電的銅柵，四壁為絕緣塑料板，亮燈區為安全區，暗臂為危險區。實驗時三臂輪流作為安全區和危險區。訓練開始時，將小鼠放入安全區適應環境10 s，然后轉換燈源，直到小鼠逃到安全區，結束一次訓練。在安全區適應10 s后再次轉換燈源，依此類推進行訓練，以轉換燈源后小鼠1次性跑到安全區為正確，否則為錯誤。每天20次，連續訓練3天，記錄第三天正確率作為SD前成績。

1.2.2 SD模型建立 根據文獻［3，4］采用小平臺水環境法(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，在平臺周邊注入水，水面距平臺約1.0 cm，水溫保持在20℃左右。小鼠可自由進食和飲水，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，這樣反復能達到SD效果。小鼠活動空間給予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，其余條件同SD小鼠。

1.2.3 行為測試 應用Y迷宮測試小鼠學習記憶成績，記錄正確次數占總訓練次數的百分率。

1.2.4 體質測試 記錄其爬坡角度及體重

1.3 數據處理 記錄SD前、后正確率，體重差，爬坡角度。實驗數據采用SPSS 11.0軟件進行單因素方差分析。

2 結果

2.1 SD后休息不同時間對小鼠迷宮正確率的影響(見表1)

實驗前各組小鼠的正確率差別無顯著性(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后休息不同時間對小鼠體質的影響。(見表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后休息不同時間后各項指標數值

3 討論

SD是研究睡眠的重要方法。本研究采用小平臺水環境法進行SD，各組結果均表明了SD對學習記憶和體能的影響，由于SD后仍有一定的應激作用，興奮性較高，故R0h組小鼠學習記憶和體能保持在一個較高的水平。由于應激水平的消退，R4h組各項指標降到最低，以后逐漸回升，R10h組基本恢復。

體重是衡量機體生長發育的重要指標。運動能力是人體進行活動的基礎，包括力量、速度、耐力、柔韌性以及學習掌握和完成動作的能力。過多的自由基會導致核酸主鏈的斷裂，堿基缺失、氫鍵破壞、蛋白交聯或多肽鏈的斷開，使一些重要的代謝酶因交聯聚會而失活，產生一系列的病理反應。自由基攻擊細胞生物膜上的不飽和脂肪酸，使脂質過氧化并造成生物膜結構和功能的改變，細胞膜的通透性增加，胞內物溢出，線粒體膜流動性降低，功能紊亂，ATP生成減少，供能不足，肌漿網受損，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，而致運動能力的下降［5］。

學習記憶是腦的高級功能之一，其物質基礎是腦內參與學習記憶的物質保持在一定的水平，鄭樂穎等［6，7］認為長時間SD對行為學的影響是一個由興奮到抑制的過程，這種變化可能與下丘腦和腦干的5-HT代謝有關，5-HT作為遞質參與控制疲倦與睡眠，睡眠剝奪時由于機體耗能加大，脂動員增加，肌肉對支鏈氨基酸攝取增加，血中支鏈氨基酸濃度下降，色氨酸水平相對升高，使得進入腦內的色氨酸增加，5-HT合成也增加，機體出現疲勞感和睡意。但機體可通過加快5-HT的轉化，減小其在腦內的聚積，恢復學習記憶和體能，Yamada K 等［4，9，10］認為 NO 是中樞神經系統重要的信使分子，而高濃度的NO則有毒性作用，推測SD后小鼠學習能力的改變可能與海馬的NO含量變化有關。由于NOS是催化L-精氨酸產生內源性NO的唯一酶類，因此NOS也可能與SD后學習能力改變有關。過高的NOS也有神經毒性作用，所以SD后學習記憶能力下降，可能與應激強度過大，NO/NOS增多，導致N元損傷有關。隨著NO的衰減，學習記憶也逐漸恢復。吳興曲［10，11，12］等認為氧自由基是一類具有毒性的化合物，能作用于中樞神經系統，造成神經細胞和組織的氧化損傷，破壞生物膜的結構，引起細胞膜功能的紊亂甚至死亡。SOD是機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，提示腦內氧自由基的含量升高，由此推測氧自由基增加及被清除能力減弱可能是SD后腦功能損害、學習記憶能力下降的重要原因之一。SD后學習記憶和體質逐漸恢復可能和腦內5-HT的轉化有關，也可能和NO的衰減有關，也可能和氧自由基的清除有關。

總之，有多種神經遞質參與了對學習記憶和體能的調節，睡眠剝奪后小鼠學習記憶能力和體能的下降和恢復可能與各種神經遞質的代謝有關，因此SD影響學習能力和體質的機理還有待于進一步研究。

［1］宋國瑞，苗丹民，黃甫恩，等.睡眠剝奪對大鼠學習行為的影響.第四軍醫大學報，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］吳興曲，等.睡眠剝奪對大鼠學習能力的影響及機制初步研究.解放軍預防醫學雜志，2002，20(4).

［5］劉志，等.甘肅科學學報，2002，14，專輯.

［6］鄭樂穎，等.睡眠剝奪對大腦5-羥色胺代謝及行為的影響，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.

［9］Zhon M，small SA，Kamdel ER，et al，Nitric oxide and Corbon monoxide produce activity de-pendent long-term synaptic enhancement in hippocampus.science，1993，260:1949.

［10］吳興曲，等.睡眠剝奪對大鼠腦組織SOD的影響.解放軍預防醫學雜志，2002，20(3).

［11］Cadel JL Free redical mechanisms in the central nervous system:an overview.Int Neuiosci，1998，40(1):13.

［12］Drewa G，Jakobczyk M，Araszkiewicz，A Role of free radicals in schizophrenia.Med sci Monit，1998，4:1111.