实验方法
水迷宫及旷场实验对大鼠情感行为的影响机制
摘 要 : 【目的】 探讨morris水迷宫及旷场实验对大鼠情感行为的影响机制作用 。 【方法】 30 只 21 日龄雄性 SD 大鼠随机均分为果糖干预 ( FDP i ntervention gro up , FD) 、 盐水对照 ( s o-dium chloride solutin control gro up , N S) 和热性惊厥组 (febrile seizure gro up , FS) 。 水浴法建立热性惊厥模型 ; FD 组于惊厥前 30 mi n 腹腔注射 FDP25mg/ 100g 大鼠体重 ;而 N S 组腹腔注射相同体积的 0 . 9 %氯化钠溶液 ; FS 组不予干预 。观察各组在避暗试验 ( passive avoidance test , PAT) 、 Mo r ri s 水迷宫 ( Morris water maze , MWM) 及旷场试验 (open field test ,OFT) 中学习记忆和情感行为的变化 。 【结果】 FD P 可使惊厥大鼠在 PA T 中的记忆潜伏期延长[ FD 组为 ( 341 . 16 ±97 . 44) s , N S 组为 ( 227 . 62 ± 92 . 19) s , FS 组为 ( 213 . 66 ± 90 . 70) s , P < 0 . 01 ] ,错误次数减少 ( FD 组为 1 . 84 ± 1 . 27 , N S 组为4 . 97 ± 1 . 18 , FS 组为 5 . 06 ± 1 . 38 , P < 0 . 01) ;在 OFT 中 , FDP 可增强反复惊厥大鼠的兴奋性 ( FD 组得分为 65 . 41 ± 8 . 02 ,N S 组为4 6 . 22 ± 7 . 97 , FS组为4 8 . 81 ± 7 . 6 9 , P < 0 . 0 1 ) , 提高大鼠对陌生环境的适应能力 ( FD组后肢性站立的次数为3 6 . 29 ± 5 . 06 , N S组为18 . 72 ± 4 . 71 , FS组为20 . 06 ± 4 . 96 , P < 0 . 01) ,改善大鼠的紧张情绪 ( FD组粪便粒数为5 . 62 ± 2 . 76 ,N S 组为 10 . 79 ± 2 . 91 , FS 组为 11 . 43 ± 3 . 01 , P < 0 . 01) ; 在 MWM 中 , FD 组大鼠逃逸潜伏期缩短 ,搜寻策略改善 。 【结论】 1 ,6- 二磷酸果糖可以改善反复惊厥大鼠的学习记忆和情感行为 ,对惊厥性脑功能损伤具有保护作用 。
关键词 : 1 ,6 -二磷酸果糖 ( FD P) ; 热性惊厥 ; 学习记忆 ; 行为 ; Morris 水迷宫
1 对象和方法
1 . 1 对象 21 日龄雄性 SD 大鼠 30 只 (西安交通大学医学院实验动物中心提供) ,体质量为 ( 50 ± 5) g ;按随机数字法均分为果糖干预组 ( FD P intervention gro up , FD) 、 盐水对照组( so dium chloride solution control , NS) 和热性惊厥组 ( FS) ,每组大鼠数目均为 10 只 ;各组均于标准环境下饲养 ,自由进食饮水 。
1 . 2 方法
1 . 2 . 1 模型建立 采用改良热水浴法建立热性惊厥大鼠模型 。FD 组大鼠每次诱发热性惊厥前 30 mi n , 按 25 mg/10 0 g ( 即1 ml / 1 0 0 g ) 大鼠体重的剂量向大鼠腹腔内注射2 . 5 %的 FD P 溶液 ( FD P 由海南天王国际制药有限公司提供 ,批号 : 20050114) ;而 N S 组大鼠腹腔注射相同体积 ( 1 ml/100 g 大鼠体重) 的 0 . 9 %氯化钠溶液 ; FS 组不给予任何干预措施 。
1 . 2 . 2 避暗试验 (pa s sive avoi da nce t e st , PA T) SF K-Ⅰ 型避暗测试箱 (日本产) 分明 、 暗两室 ,其间有小门相通 ; 避暗习性使大鼠本能地选择进入暗室 ,进入暗室的大鼠即刻遭受电击 ( 3 mA ,50 Hz) 而被动地逃回安全的明室 。5 mi n 不进入暗室则被认为完成了学习 ,记录大鼠在完成学习前错误地进入暗室的次数 ,主要反映大鼠近期学习的能力 ; 24 h 后再次放回明室 ,记录大鼠由明室进入暗室的时间 , 即为记忆潜伏期 ,主要反映大鼠近期记忆的能力 。
1 . 2 . 3 旷场试验 (op e n f iel d t e st , O F T) 60 cm × 60 cm ×60 cm 的无顶木盒底部等分为 36 个小方格 , 大鼠放置于中央方格 ,记录 5 mi n 内大鼠活动经过的格子数 、 后肢性站立的次数以及排出粪便的粒数 。 记分标准为 :大鼠 1/ 2 以上身
体进入相邻方格记 1 分 ,后肢性站立记 1 分 ,合计为其总分 。研究认为 ,经过的格子数反映动物的兴奋性 ; 后肢性站立的次数代表大鼠对陌生环境的适应能力 ;排出粪便的粒数提示大鼠的紧张程度。
1 . 2 . 4 Mo r ri s 水迷宫 ( Mo r ri s wat e r maze , MWM) 试验
Mo r ri s 水迷宫由圆形水池 ( 直径 160 cm ,高 50 cm) 、 摄像头以及操作分析系统组成 。 圆形水面被通过圆心的两条假想垂线划分为 4 个象限 。 试验前一天使大鼠在水池内自由游泳 2 mi n ,以熟悉环境 。 试验共 4 . 5 d ,在一个象限的正中水域内放置一个圆形透明站台 (直径 10 cm ,高 28 cm) ,站台隐于水面下 2 cm 处 , 水温保持于 24 ℃ 左右 。每天上 、 下午各进行 4 次试验 ,每只大鼠随机从每个象限的中点面壁式入水1 次 ,大鼠入水后尽力逃避水患 ,当发现站台后则栖身其上 ,图象采集系统自动记录大鼠找到站台的潜伏期 。如果 120秒仍未找到站台 ,由操作者将大鼠引上站台休息 4 秒并将潜伏期记为 120 秒 。 每只大鼠上 、 下午 4 次成绩的均值作为一个时段值 ( Ⅰ-Ⅸ ) 进行分析 。 大鼠搜寻站台的策略分为直线式 、 趋向式 、 随机式和边缘式。 从搜寻站台的效率来看 ,四种策略的优劣次序依次为直线式 、 趋向式 、 随机式 、 边缘式 。
1 . 3 统计学处理 计量资料以均数 ± 标准差 ( ? x ± s) 表示 。采用 SPSS 10 . 0 统计软件依资料性质分别进行方差分析及q 检验 、 χ2检验 , MWM 试验应用自带软件进行方差分析 ,检验水准为α= 0 . 05 。
2 结 果
2 . 1 PA T 中学习记忆的变化 FD 组大鼠在达到学会程度时错误次数最少 , 同 N S、 FS 组有显著性差异 ( q = 6 . 63 , 6 .29 ; P < 0 . 01 ) 。24 h 后 FD 组大鼠的记忆潜伏期最长 , 同N S、 FS 组差异有显著性 ( q = 5 . 76 , 6 . 03 ; P < 0 . 01 ) 。表明FD P 对反复热性惊厥导致的近期学习记忆受损有保护作用 。
2 . 2 O F T 中情感行为的改变 FD 组大鼠穿格得分分值最高 ,后肢性站立的次数最多 , 5 mi n 内排出的粪便粒数最少 ;FD 组同 NS 、 FS 组在穿格得分 ( q = 4 . 89 ,4 . 63 ; P < 0 . 01) 、 后肢性站立的次数 ( q = 5 . 38 ,5 . 07 ; P < 0 . 01) 以及排出粪便粒
数 ( q = 5 . 81 ,5 . 64 ; P < 0 . 01) 等方面的差异有显著性 , 提示FD P 可以改善反复惊厥导致的大鼠情感行为异常 。
2 . 3 MWM 试验中空间学习能力的变化 FD 组大鼠在Mo r ri s 水迷宫中寻找隐匿站台的能力提高 ,表现为逃逸潜伏期显著缩短 ,方差分析表明 FD 组同 N S、 FS 组在逃逸潜伏期方面存在显著的统计学差异 ( F = 133 . 19 , P < 0 . 01) 。
3 讨 论
多项长期随访研究发现 FS 和日后情感行为异常 、 学习困难 、 智能发育落后以及颞叶癫痫等有一定的联系。动物实验证实反复 FS 可导致未成熟脑的功能( 学习记忆和情感行为) 和形态结构( 神经元 、 细胞器) 出现不同程度损伤 。FS 脑损伤干预措施的研究已受到关注 。 本实验预注射FD P 对反复热性惊厥的幼鼠进行干预发现 , FD P 改善了反复惊厥大鼠的学习记忆和情感行为 ,提示 FD P 对 FS 脑功能损伤具有保护作用 。
3 . 1 FD P 的临床应用与作用机制 FD P 是葡萄糖代谢中的一种重要的中间产物 ,可激活糖酵解中限速酶 - 磷酸果糖激酶及丙酮酸激酶活性 ,加速磷酸烯酮式丙酮酸向丙酮酸转化 ,增加细胞内能量 , FD P 与细胞膜相互作用改变膜离子通透性 ,能有效防止平滑肌细胞 、 神经元 、 血小板 、 神经细胞 、 心肌细胞的 “ 钙超载” , 提高激活 Na+2 K+泵的活性 , 防止细胞水肿,具有膜稳定 、 细胞保护 、 抗氧化及改善氧代谢等作用 。FD P 在临床上已广泛应用于心肌受损性疾病辅助治疗 ,此外还应用 于 肝 、 肾 、 脑 血 管 等疾 病 治 疗 和 研 究。FD P 的神经保护作用机制主要有: ① FD P 作为一种高能物质及糖酵解的调节剂 ,参与细胞代谢提高脑组织无氧代谢的 A TP 生成量 ; ② 提高离子泵能量 ,抑制 Ca2 +内流 ,稳定细胞内 Ca2 +,维持内环境稳定 ; ③ 促进糖无氧酵解 , 抑制有
氧氧化 ,从而减少氧自由基和有害氨基酸的产生 ; ④ 提高红细胞内 2 ,3 2 二磷酸甘油酸含量 ,稳定红细胞膜 , 增加缺氧组织对氧的利用 。此外 , FDP 减少缺氧后大脑早期基因蛋白mRNA 的表达 ,抑制凋亡和神经元坏死; FD P 还具有改善和调节细胞的信号通路的作用 。
3 . 2 FD P 对惊厥性脑损伤的保护作用 反复多次热性惊厥发生时 ,大脑处于缺氧及相对性缺血状态 , 对缺氧缺血敏感的海马部位表现更为明显 。频繁惊厥所致的缺氧可使线
粒体发生病理变化 ,出现肿胀甚至空泡样变 ,细胞产生 A TP不足 ,致使维持细胞内外离子平衡的各种通道功能受损 , 尤其是 A TP 依赖性的 Ca2 +通道受累 , Ca2 +外流作用受阻而出现反向内流 , Ca2 +内流造成的钙负载以及由此而激发的各种兴奋性氨基酸及自由基的大量释放 ,最终导致神经元变性坏死 ;兴奋性神经递质应激状态下的大量释放以及缺氧状态下神经突触联系功能的减弱 ,使神经元异常兴奋放电增强 , 又可以促发惊厥的发生 , 形成恶性循环。FD P 是重要的能源物质 ,可以通过各种生物膜和血脑屏障而到达中枢神经系
统的组织和细胞 ,提供离子泵活动以及神经元代谢所需的能量 ,保证正常状态下 Ca2 +的外流 , 阻止 Ca2 +反向内流 ; 促进携氧红细胞在缺氧组织释放氧 ,增加缺氧局部的氧含量 , 缓解细胞缺氧状态 ;增强红细胞内二磷酸甘油酸含量 , 抑制氧自由基和组织胺释放的作用 。推测以上机制的综合参与使惊厥性神经细胞损伤减轻 ,学习记忆等脑功能改善 。
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