Morris水迷宫致大鼠空间记忆能力障碍的研究


[摘要]目的:探讨急进高原对于大鼠空间记忆能力的影响。方法:48只SD大鼠随机分为3组:平原组(对照组)、急进海拔4000m组(4km组)、急进海拔

6000m组(6km组)。根据大鼠Morris水迷宫定位导航训练在急进高原饲养之前和之后,将实验分为两部分(每部分实验使用不同的大鼠),统计分析各实验组大鼠逃避潜伏期、游泳总路程、60s内穿越平台次数和目标象限滞留时间,并分别与对照组进行比较。结果:当大鼠Morris水迷宫定位导航训练在急进高原饲养之前时,急进高原饲养后,6km组大鼠较对照组60s内穿越平台次数显著减少(P<0.05),目标象限滞留时间显著缩短(P<0.01)。当大鼠Morris水迷宫定位导航训练在急进高原饲养之后时,6km组大鼠较对照组第7天平均逃避潜伏期和平均游泳总路程显著缩短(P<0.01、P<0.05);空间探索测试中,6km组大鼠较对照组60s内穿越平台次数显著减少(P<0.05),目标象限滞留时间显著缩短(P<0.01)。结论:急进海拔6000m以上将导致大鼠空间记忆能力障碍。

[关键词]急性高原病;认知障碍;记忆障碍;大鼠

快速进入3 500m以上海拔容易发生急性高原反应,尤其是大脑行为功能受到影响,主要表现在感知能力、学习与记忆能力等大脑认知功能的下降,以及动作的协调性、准确性的降低,急进海拔越高,症状越明显。急进高原造成的大脑认知功能障碍

通常表现在到达高海拔3h以后,期间如未发生严重的肺水肿和脑水肿,一般2周左右恢复,视个体情况不同,症状和程度会有所差异。随着高原旅游不断升温,高原救援及高原边防任务持续增多,预防急进高原大脑认知功能障碍的形势日趋严峻。因此,本研究拟应用我院特殊环境人工实验舱模拟急进高原条件,运用Morris水迷宫评价急进不同海拔高度对大鼠空间记忆能力的影响,以期建立稳定、可靠、可重复的急进高原大鼠大脑认知障碍模型,为进一步研究急进高原大脑认知功能损害机制及干预**提供平台基础。

1 材料与方法

1.1 主要实验仪器及试剂:特殊环境人工实验舱(中航工业公司)、XR-XM101型Morris水迷宫系统(上海欣软、食品级白色素(天津多福源)。

1.2 实验动物及分组:健康雄性Sprague-Dawley大鼠(新疆医科大学实验动物中心)48只,体质量280~300g。随机分为3组:平原组(对照组,n=16),急进海拔4000m组(4km组,n=16),急进海拔6000m组(6km组,n=16),上述分组实验大鼠已经过Morris水迷宫筛选,筛选标准是逃避潜伏期<90s。

1.3 模拟急进高原环境:将4km 组和6km 组实验大鼠分别置于特殊环境人工实验舱1号和2号舱内,以25m/s的速度分别快速升至4000m和6000m,自然24h昼夜交替,并不间断地以5.5L/min的速度注入新鲜空气以提供饲养动物所需的氧气,同时排出CO2,舱内温度维持在(24±2),湿度(

40~50)%,大鼠可以自由取食水。

1.4 实验方案:实验分为两套方案(使用不同的实验大鼠),方案一:先进行

Morris水迷宫定位导航训练(7d),再进行急进高原饲养(5d),出舱后立即开展Morris水迷宫空间探索测试;方案二:先进行急进高原饲养(5d),出舱后开展Morris水迷宫定位导航训练(7d),随后立即进行空间探索测试。3组实验大鼠分别平均分为两部分,对应两套实验方案。对照组实验大鼠常规环境饲养,可自由取食水。所有实验组大鼠水迷宫训练期间以常规环境饲养。

1.5 Morris水迷宫训练与测试:实验人员不知大鼠的分组情况,实验在一屏蔽实验室内进行,使用食品级白色素染白水迷宫内的水,平台隐藏于水面下2cm处。具体实验方法:①定位导航训练:每天训练4次,分别从4个不同象限的入水点将大鼠面向池壁放入水中,平台总位于对侧象限,如果大鼠在60s内未找到平台,则逃避潜伏期记为60s,需将其引至平台,大鼠站立于平台l0s后,将大鼠从平台上取下来休息60s,按序由下一象限入水进行下一次试验。观察并记录7d训练期间大鼠每次寻找平台所需的逃避潜伏期(s)和游泳总路程(cm)。②空间探索测试:撤除平台,选择第3象限池壁中点作为入水点,将大鼠面向池壁放入水中,测试其在60s内跨过对侧象限原平台相应位置的次数(次)和原平台所在象限滞留时间(s)。

1.6 统计学方法:采用SPSS13.0统计软件进行处理,数据以x珚±s表示,多组间数据采用单向方差分析(One-way ANOVA),组间多重比较采用LSD法为差异。

2 结果

2.1 

急进高原对于大鼠空间记忆保持能力的影响:实验过程中,各实验组大鼠先进行Morris水迷宫定位导航训练,记录各实验组大鼠的平均逃避潜伏期和平均游泳总路程,数据经统计学分析得出无显著性差异(P>0.05),表明实验大鼠分组不存在差别(数据略)。定位导航训练结束后,进行急进高原饲养,出舱后立即开展空间探索测试,记录并统计分析各实验组大鼠60s内穿越平台次数和目标象限滞留时间,结果显示:6km组大鼠较对照组60s内穿越平台次数显著减少(P<0.05),目标象限滞留时间显著缩短(P<0.01);4km组与对照组比较差异不显著(P>0.05);6km组与4km组比较差异不显著(P>0.05。

2.2 急进高原对于大鼠空间记忆形成能力的影响:实验过程中,先进行急进高原饲养,出舱后立即开展Morris水迷宫定位导航训练,记录并统计分析各实验组大鼠每日的平均逃避潜伏期和平均游泳总路程。结果显示:6km组大鼠较对照组第

7天平均逃避潜伏期和平均游泳总路程显著缩短(P<0.01、P<0.05);4km组与对照组比较差异不显著(P>0.05);6km组与4km组比较差异不显著(P>0.05)。定位导航训练结束后,立即进行空间探索测试,记录并统计分析各实验组大鼠60s内穿越平台次数和目标象限滞留时间。结果显示:6km组大鼠较对照组60s内穿越平台次数显著 减少(P<0.05),目 标 象 限 滞 留 时 间 显 著 缩 短 (P<0.01);4km组与对照组比较差异不显著 (

P>0.05);6km组与4km组比较差异不显著 (P>0.05)。

3 讨论

急进高原低压低氧应激对大脑认知功能的影响,*初来源于对登山运动员的心理测试。研究表明:快速进入3 500m以上海拔会对人脑的感知能力、处理问题的反应时间、空间学习与记忆能力造成影响。为了研究急进高原对大脑认知功能造成的影响,以及损害机制研究、**新靶点发现和临床药效学评价研究,必须在动物整体水平上建立真实模拟急进高原认知障碍的**模型。本研究正是应用特殊环境人工实验舱模拟急进高原条件,建立急进高原认知障碍大鼠模型。通过文献调研与预实验我们发现,啮齿类动物与人类对于高原低压低氧耐受程度存在差异,因此需要摸索海拔高度、急进速率、暴露时间等实验参数,从而建立稳定可靠的急进高原认知障碍大鼠模型。对于模型建立成功与否,还需要借助大鼠空间学习与记忆能力评价工具Morris水迷宫系统。在认知心理学和神经科学中,空间记忆(spatial memory)是指记忆中负责记录环境信息和空间方位的部分,而Morris水迷宫实验正是利用实验大鼠的空间学习与记忆能力,能够在水迷宫内迅速找到隐藏平台以获得自救,从而获得模型大鼠空间记忆能力的客观评价数据。本研究方案一实验大鼠预先获得牢固的空间方位记忆,急进高原饲养5d后,记忆力减退造成空间方位记忆的丢失或减弱,主要侧重于考察空间记忆的保持能力。结果显示:6km组大鼠较对照组60s内穿越平台次数、目标象限滞留时间均显著减少,而4km组与对照组、6km组比较无统计学差异,表明急进6000m海拔可造成大鼠空间记忆保持能力的减退。方案二实验大鼠急进高原饲养5d后,大脑学习与记忆能力障碍,此后进行水迷宫训练则无法形成有效的记忆,主要侧重于考察空间记忆的形成及再记忆能力。结果显示:6km组大鼠较对照组第7天平均逃避潜伏期和平均游泳总路程显著缩短、60s内穿越平台次数和目标象限滞留时间显著减少,而4km组与对照组、6km组比较无统计学差异,表明急进6000m海拔可造成大鼠空间记忆形成能力的障碍。因此,我们可以得出结论:急进海拔6000m以上将导致大鼠空间记忆能力障碍。鉴于啮齿类动物与人类在极端高原环境下存在生理差异,本研究仍不能确定急进高原认知障碍大鼠模型构建成功,后续还需要对急进速率、暴露时间等参数进行实验摸索。只有充分明确急进速率、高度、时间等关键因素对于大鼠空间记忆能力的影响,才能建立稳定、可靠、可重复的急进高原认知障碍**模型,并为进一步研究急进高原大脑认知功能损害机制及干预**提供平台基础。

 

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