曠場實驗、Morris水迷宮對大鼠情感行為及學(xué)習(xí)記憶的影響

、對大鼠情感行為及學(xué)習(xí)記憶的影響的研究已受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。臨床研究發(fā)現(xiàn)早年反復(fù)熱性驚厥發(fā)作和日后生一定聯(lián)系;實驗證實熱性驚厥可導(dǎo)致未成熟腦海馬區(qū)神經(jīng)元變性壞死,細胞器及突觸病理性超微結(jié)構(gòu)變化。作者采用熱水浴法建立熱性驚厥大鼠模型,探討熱性驚厥對大鼠情感行為以及學(xué)習(xí)記憶能力的影響。

1　對象和方法

1 . 1　對象 　21日齡雄性SD(Sp raque2Dawley)大鼠36只(西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院實驗動物中心提供) ,體重為(50±5)g ;隨機數(shù)字法均分為熱性驚厥組(FS) 、發(fā)熱對照組(F G) 、正常對照組(N G) ,每組大鼠數(shù)目均為12只;各組均于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下飼養(yǎng),自由進食飲水。

1 . 2　方法

1 . 2 . 1　建立熱性驚厥模型 　采用熱水浴法建立熱性驚厥大鼠模型:將FS組大鼠放入一透明玻璃筒中(直徑10 cm ,高50 cm) ,該筒下部有多個小孔和外部相通;將筒豎放于恒溫(45 . 0±0 . 25) ℃水浴箱(100 cm×70 cm×50 cm)中,通過向玻璃筒底墊放橡膠墊片以調(diào)節(jié)筒中水的高度,以大鼠沿筒壁站立時僅露出頸部以上為準(zhǔn);每只大鼠上、下午均用該方法誘發(fā)驚厥一次,連續(xù)5 d共10次;觀察驚厥的發(fā)生并記錄驚厥發(fā)生的潛伏期(大鼠入水至驚厥開始的時間間隔,記錄單位為min) 、級別、持續(xù)時間(大鼠驚厥開始至驚厥結(jié)束的時間間隔,記錄單位為秒) 。F G組大鼠以同樣的方法在熱水中浸浴2min而未發(fā)生驚厥。N G組不進行任何處理。驚厥級別參照W J iang等的標(biāo)準(zhǔn): 0 級為未發(fā)生抽風(fēng);1級為面部抽動;2級為點頭;3級攣抽搐;4級為全身強;5級為全身強直陣攣。

1 . 2 . 2　曠場試驗(open field test ,OFT) 　型號：XR-XZ301（上海欣軟信息科技有限公司研發(fā)）將一60 cm×60 cm×60 cm的無頂木盒底部等分為36個小方格,完成10次驚厥的大鼠放置于木盒底部的中央,記錄5min內(nèi)大鼠活動經(jīng)過的格子數(shù)的得分、后肢性站立的次數(shù)以及排出糞便的粒數(shù)。記分標(biāo)準(zhǔn)為:大鼠1/ 2以上身體進入相鄰方格記1分,后肢性站立記1分,合計為其總分。研究認為,經(jīng)過的格子數(shù)的得分反映動物的興奮性;后肢性站立的次數(shù)代表大鼠對陌生環(huán)境的適應(yīng)能力; 排出糞便的粒數(shù)提示大鼠的緊張程度。

1 . 2 . 3　避暗試驗(passive avoidance test , PAT) 　SF K2Ⅰ型避暗測試箱(日本產(chǎn))分明、暗兩室,其間有小門相通;避暗習(xí)性使大鼠本能地選擇進入暗室,進入暗室的大鼠即刻遭受電擊(3 mA ,50 Hz)而被動地逃回安全的明室。5 min不進入暗室則被認為完成了學(xué)習(xí),記錄遭受10次熱性驚厥后大鼠在完成學(xué)習(xí)前錯誤地進入暗室的次數(shù),主要反映大鼠近期學(xué)習(xí)的能力; 24 h后再次放回明室,記錄大鼠由明室進入暗室的時間,即為記憶潛伏期,主要反映大鼠近期記憶的能力。

1 . 2 . 4　Morris水迷宮試驗(Morris water maze test ,MWM T) 　Morris水迷宮型號：XR-XM101（上海欣軟信息科技有限公司研發(fā)）由圓形水池(直徑130 cm ,高50 cm) 、攝像頭以及操作分析系統(tǒng)(微機及軟件)組成。圓形水面被通過圓心的兩條假想垂線劃分為4個象限。試驗前一天使大鼠在水池內(nèi)自由游泳2 min ,以熟悉環(huán)境。試驗時間共4 . 5 d ,在其中一個象限的正中水域內(nèi)放置一個圓形透明站臺(直徑10 cm ,高28cm) ,站臺隱于水面下2 cm處,水溫保持于24℃左右。每天上、下午各進行4次試驗,每只大鼠隨機從每個象限的中點面壁式入水1次,大鼠入水后盡力逃避水患,當(dāng)發(fā)現(xiàn)站臺后則棲身其上,圖像采集系統(tǒng)及分析系統(tǒng)自動記錄大鼠找到站臺的潛伏期(escape latency) 。如果120秒仍未找到站臺,由操作者將大鼠引上站臺休息4秒,并將潛伏期記為120秒。每只大鼠上、下午4次成績的均值作為一個時段值(sectio n , Ⅰ2Ⅸ)進行分析。曠場實驗、Morris水迷宮對大鼠情感行為及學(xué)習(xí)記憶的影響

1 . 3　統(tǒng)計學(xué)處理 　所有計量資料均以…x ±s 表示。依資料性質(zhì)進行方差分析,檢驗水準(zhǔn)為α= 0 . 05。

2　結(jié) 　果

2 . 1　熱性驚厥發(fā)生情況 　FS組全部誘發(fā)出熱性驚厥,共誘發(fā)驚厥120次,無1例死亡。5、4、3、2、1級驚厥次數(shù)(及百分比)分別為89(74 . 0 %) 、5(4 . 6 %) 、20(16 . 5 %) 、4(3 . 5 %) 、2(1 . 4 %)次;驚厥發(fā)生的潛伏期為(4 . 02±0 . 76)min ;驚厥持續(xù)時間為(1 . 01±0 . 53)min。

2 . 2　曠場試驗中情感行為的改變 　FS組大鼠穿格得分分值(37 . 48±7 . 09)最低,后肢性站立的次數(shù)(12 . 11±4 . 41)最少, 5 min 內(nèi)排出的糞便粒數(shù)(10 . 62±2 .32)最多; FS組與N G、F G組相比在穿格得分(q= 4 .72 ,4 . 18 ;P< 0 . 01) 、后肢性站立的次數(shù)(q= 5 . 12 ,4 .85 ;P< 0 . 01)以及排出糞便粒數(shù)(q= 5 . 33 ,5 . 02 ;P<0 . 01)等方面的差異有非常顯著性。此外,在排出糞便粒數(shù)方面,N G、F G組差異亦有非常顯著性(q= 3 . 17 ,P< 0 . 05) 。

2 . 3　避暗試驗中學(xué)習(xí)記憶的變化 　FS組大鼠在達到學(xué)會程度時所犯錯誤次數(shù)(4 . 02±1 . 29)最多,同N G、F G組相比差異有非常顯著性( q= 6 . 2 4 , 5 . 3 1 ;P<0 . 01) 。24 h后FS組大鼠的記憶潛伏期(169 . 71±103 . 22)最短,同N G、F G組相比差異有非常顯著(q= 5 . 69 ,5 . 28 ;P< 0 . 01) 。結(jié)果表明反復(fù)熱性驚厥發(fā)作可以損害大鼠短期學(xué)習(xí)記憶能力。

2 . 4　Morris水迷宮試驗中空間學(xué)習(xí)能力的變化 　FS組大鼠在Morris水迷宮中尋找隱匿站臺的能力,表現(xiàn)為逃逸潛伏期顯著延長,提示反復(fù)熱性驚厥發(fā)作可損害大鼠空間學(xué)習(xí)能力;方差分析表明FS組同N G、F G組在逃逸潛伏期方面差異有非常顯著性( F= 152 . 46 ,P< 0 . 01) 

3　討 　論

熱性驚厥是兒科最常見的急癥之一,因發(fā)作時臨床表現(xiàn)突然、劇烈而對家庭成員及社會造成不良影響。熱性驚厥能否對患兒日后情感行為以及學(xué)習(xí)記憶造成損害已引起學(xué)者的關(guān)注。

3 . 1　本熱性驚厥動物模型的科學(xué)性 　本實驗采用熱水浴法建立熱性驚厥模型并對實驗器具加以改造,使熱性驚厥組大鼠全部誘發(fā)不同級別的驚厥,既往文獻報道大鼠易溺死的情況得以改善。實驗器具(底部帶空的玻璃圓筒)的改善也使大鼠的糞便不易排到水浴箱中,從而保證了實驗操作過程的整潔衛(wèi)生。同其他模型相比建立熱性驚厥模型是一種理想的實驗方法。

3 . 2　熱性驚厥對情感行為及學(xué)習(xí)記憶的影響 　本實驗發(fā)現(xiàn)FS組大鼠在曠場試驗中的興奮性下降,適應(yīng)新環(huán)境的能力降低,同時易于發(fā)生緊張的不良反應(yīng);避暗試驗結(jié)果表明反復(fù)熱性驚厥發(fā)作可以降低大鼠的短時學(xué)習(xí)記憶能力。Morris水迷宮是由英國心理學(xué)家Morris設(shè)計的用以反映小型嚙齒動物空間學(xué)習(xí)記憶能力的理想裝置,可用以疾病或應(yīng)激對人類學(xué)習(xí)記憶能力損害的比擬性研究。FS組大鼠在Morris水迷宮中逃逸潛伏期顯著延長,反映大鼠空間學(xué)習(xí)能力受損。以上結(jié)果表明,反復(fù)熱性驚厥發(fā)作可導(dǎo)致大鼠的情感行為以及學(xué)習(xí)記憶能力受損,和以往的研究相似。

3 . 3　熱性驚厥影響情感行為及學(xué)習(xí)記憶的可能機制反復(fù)熱性驚厥發(fā)作導(dǎo)致大鼠情感行為以及學(xué)習(xí)記憶能力受損的機制不明。既往研究發(fā)現(xiàn)反復(fù)熱性驚厥發(fā)作可導(dǎo)致腦海馬區(qū)結(jié)構(gòu)發(fā)生病理變化,包括海馬區(qū)神經(jīng)元變性壞死、突觸形態(tài)學(xué)改變(突觸間隙異常增寬)、海 馬 區(qū) 異 常 苔 蘚 樣 纖 維 發(fā) 芽(mossy fibresp routing),以及由此所導(dǎo)致的突觸聯(lián)系異常、與學(xué)習(xí)記憶關(guān)系密切的NMDA(N2甲基2D天冬氨酸)受體分布表達異常和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路異常。而海馬結(jié)構(gòu)是屬于古皮質(zhì),是邊緣系統(tǒng)的重要組成部分。海馬與丘腦前核群、板內(nèi)核群、下丘腦乳頭丘腦束、扣帶等結(jié)構(gòu)組成的環(huán)路是調(diào)節(jié)行為、學(xué)習(xí)記憶以及情緒反應(yīng)的重要神經(jīng)解剖學(xué)基礎(chǔ)。因而上述有關(guān)海馬結(jié)構(gòu)功能改變的發(fā)現(xiàn)可能是解釋反復(fù)熱性驚厥發(fā)作導(dǎo)致大鼠情感行為以及學(xué)習(xí)記憶能力受損的重要內(nèi)容。但這些過程之間的關(guān)系以及每個過程對腦功能受損的影響程度尚待進一步深入研究。