大小鼠強迫游泳實驗方法的研究概況

【摘要】 本文對大小鼠游泳實驗的方法(強迫游泳、負重游泳、水迷宮等) 、評價指標(不動時間、負重游泳時間、逃避潛伏期等)及模型大、小鼠生理生化的變化進行了綜述，為進行抗抑郁、抗疲勞和益智**的研究提供參考，本文還對計算機技術(shù)在大小鼠游泳實驗中的應用作了簡要的介紹。

【 關鍵詞】 大鼠; 小鼠; 游泳

大小鼠強迫游泳實驗是一種廣泛應用于抗抑郁、抗疲勞和益智**的芍效學與作用機制研究的抗應激實驗方法。 本文就此作一個簡要的綜述，為相關**的動物實驗提供參考。

1 大、小鼠游泳實驗在抗抑郁**研究中的應用

1977年，PorsoltRD**應用強迫游泳實驗檢測抗抑郁**的作用。 后來強迫游泳實驗就成為評價**抗抑郁作用的動物模型。 該實驗方法是一種行為絕望實驗法，其基本原理是當大鼠或小鼠放進一個有限的空間使之游泳，開始時拼命游泳力圖逃脫，很快就變成漂浮不動狀態(tài)，僅露出鼻孔保持呼吸，四肢偶爾劃動以保持身體不至于沉下去，實際是動物放棄逃脫的希望，屬于行為絕望。

經(jīng)典的強迫游泳實驗分兩天進行。 **天讓大鼠或小鼠在 25℃的深水中強迫游泳 15 min，取出后在32℃溫室烘干，歸籠。 **天，在同樣的條件下進行強迫游泳 5 min，記錄不動時間。 M irua H 等將強迫游泳的時間改為(10 一30)min。 張中啟等在實驗第 2 天直接觀察小鼠強迫游泳6 min 內(nèi)后4 min的不動時間圖。 這些都是對經(jīng)典實驗方法所做的修改。 大鼠或小鼠的不動時間是判斷抗抑郁**作用的指標。 不動時間越短，抗抑郁作用越強。

水溫、水深、動物、季節(jié)是影響實驗的4 個因素。Kitada等指出水溫低于 20℃會縮短不動時間。 因此，進行實驗時常常把水溫控制在25一 30℃。 水深的選擇應以動物無法逃脫為標準。 一般大鼠實驗時水深為(17 一33)cm ，小鼠實驗時水深約 10 cm 。 水太深，動物難以使用前爪和尾保持不動，就會游動和攀爬。 水太淺，動物可利用尾和后爪保持平衡而影響實驗結(jié)果。 此外，不同品系的動物對抗抑郁藥的敏感性不同。 W istar-kyOto。 品系大鼠比其它品系大鼠在游泳時更趨向于保持不動狀態(tài)。 該實驗受季節(jié)影響比較大，冬季動物的不動時間會延長，夏季則相反。 但游泳實驗不存在時辰效應，即**當中不同時間進行實驗，結(jié)果是一致的。

Superfst強迫游泳實驗裝置（上海欣軟信息科技有限公司提供）由攝像機、強迫游泳實驗宮體、攝像機支架、背光板、Superfst軟件5 部分組成，可自動檢測小鼠的不動時間。

Detke等將強迫游泳中的行為分成 4 類:游泳(動物在水中四處游動)、攀爬(動物前爪劃動水面，碰觸缸壁) 、潛水(動物整個身體沉于水下) 和不動(動物四肢不動漂浮于水面，僅頭部露出水面呼吸) 。經(jīng)實驗證明不同機制的抗抑郁藥影響不同的行為，如地昔帕明和馬普替林(NE 再攝取抑制劑) 可選擇性增加大鼠的攀爬行為，而氟西汀(5-HT 再攝取抑制劑)選擇性增加大鼠的游泳行為。

王斌等通過強迫游泳模型初步研究了柴胡皂昔和氟西汀的抗抑郁作用，發(fā)現(xiàn)柴胡皂昔單用難以起到抗抑郁作用，與氟西汀合用能加強其抗抑郁作用。

在強迫游泳刺激下，抑郁癥模型小鼠腦內(nèi)天門冬氨酸(Asp)、甘氨酸(Gly)和?；撬?Tau)的含量都顯著升高，丙氨酸(Ala) 的含量顯著減少，谷氨酸(Glu) 和 Y-氨基丁酸(GABA ) 的含量沒有顯著性變化，表明強迫游泳可引起小鼠腦內(nèi)氨基酸水平的改變。 (其中Asp,Glu, Ala 為興奮性氨基酸，Gly, Tau,GABA 為抑制性氨基酸。) 陳瑤等通過比較興奮性/抑制性氨基酸二者比例的改變，發(fā)現(xiàn)抑郁癥模型小鼠腦內(nèi)興奮性/抑制性氨基酸的比值明顯降低，表明此時小鼠腦內(nèi)抑制性氨基酸的含量增加較顯著，**神經(jīng)系統(tǒng)以抑制占優(yōu)勢，與強迫游泳模型小鼠游泳不動時間長的抑郁行為較一致。 由此可見強迫游泳使小鼠游泳不動時間增加，出現(xiàn)抑郁傾向，可能與腦組織中興奮性氨基酸和抑制性氨基酸水平失調(diào)及興奮性/抑制性氨基酸的比值改變有關。 積雪草總昔就是通過改善抑郁癥模型小鼠腦內(nèi)氨基酸類遞質(zhì)的失調(diào)，增加興奮性/抑制性氨基酸的比值，而減少強迫游泳不動時間，提高小鼠的興奮性，對抗強迫游泳所致抑郁傾向。

2 大小鼠游泳實驗在抗疲勞**研究中的應用

負重游泳實驗是評價**抗疲勞作用的動物模型。 Moriura 等 曾用此實驗來評價蝮蛇 (學名Agkistrodon blomhoffiiblomhoffii Boie) 的50% 乙醇提取物的抗疲勞效應。

常用的實驗方法是將小鼠尾部 1/3一 2/3 處負重(體重的5% 一10% )后投人水槽中游泳，觀察和記錄小鼠自人水后到沉入水中 10 。不能浮出水面(處于力竭狀態(tài)) 的時間。 此負重游泳時間被看作是定量客觀評價疲勞程度的指標。 若負重游泳時間越長，則表明**的抗疲勞效果越佳。 實驗中水溫( 25 一29 土1)℃ ，水深約25 cm ， 所負重物為鉛絲或橡皮泥球。 無負重游泳也可以使小鼠疲勞，但觀察其達到力竭狀態(tài)所需的時間比較長。 嚴茂祥等建立了大鼠游泳致疲勞模型，其方法是將造模組大

鼠放人溫度為(43 土0.5)℃ ，水深為 35 cm 的水槽中，讓其自然游泳，以每只大鼠出現(xiàn)自然沉降的時間為每只大鼠的耐疲勞時間，當全組 50% 大鼠出現(xiàn)自然沉降時，全組動物停止游泳，造模連續(xù) 14 d。 模型成功后大鼠表現(xiàn)為:大便次數(shù)略增多、偏稀，體重稍下降，自由活動減少，被毛略蓬松，食量下降。 近年來，強迫游泳實驗也用于耐力的測試。

如果實驗時水溫調(diào)至(5~15土1)℃或(39~45士1)℃ ，使小鼠進行高溫或低溫游泳，可以考察**對游泳致疲勞外加應激的影響。 選用強制冷水游泳作為應激源，在每天的不同時間造模，并改變每天造模持續(xù)時間，減少機體對應激的耐受，力圖制造一個包括溫度刺激(寒冷) 、體力消耗(游泳) 以及精神刺激(強制冷水游泳所致情緒刺激)在內(nèi)的由多種應激因素所致的應激動物模型。 它既模擬了中醫(yī)有關疲勞的發(fā)病過程，也符合西醫(yī)所認為的由慢性應激導致疲勞的理論。 模型動物體力下降(力竭游泳時間縮短) ，出現(xiàn)抑郁傾向(自發(fā)活動減少)、神經(jīng)***功能紊亂，這些與疲勞病人的癥狀表現(xiàn)和實驗室檢查相似。 由此可見，該模型是一種值得進一步提高和完善的可用以研究慢性疲勞的動物模型。同時也說明在應激導致慢性疲勞的過程與機體神經(jīng)一***一**系統(tǒng)功能的紊亂關系密切。 王琳等發(fā)現(xiàn)強制冷水游泳使大鼠血清中單胺類遞質(zhì)含量普遍出現(xiàn)升高趨勢，其中多巴胺含量明顯升高。 消疲怡神口服液(一種抗疲勞**)能降低 5-經(jīng)色胺(5-HT) 、多巴胺(DA )及其代謝產(chǎn)物高香草酸(HVA )含量，并使 5-HT 代謝產(chǎn)物5-經(jīng)叫噪乙酸(5-HIAA )含量升高，提示其抗應激作用可能與抑制外周 DA 的合成與代謝，促進 5-HT 分解有關。 強制冷水游泳還會明顯降低大鼠腎上腺抗壞血酸含量(反映腎上腺皮質(zhì)功能的經(jīng)典指標) ，表明此時腎上腺功能活躍，皮質(zhì)酮合成增加。 消疲怡神口服液可以有效逆轉(zhuǎn)這一變化，提示它可以抑制應激情況下腎上腺皮質(zhì)功能的過度活躍，減少腎上腺皮質(zhì)**的合成，減輕應激所致的**影響。

乳酸(LAC) 、乳酸脫氫酶(LDH ) 、血清尿素氮(BUN ) ,葡萄糖(Glc)和總蛋白(TP)是與游泳致疲勞有關的血液生化指標。 LAC 的堆積是運動性疲勞的一個重要原因。 LAC 作為無氧酵解的產(chǎn)物，長時間劇烈運動會造成機體 LAC 堆積，影響機體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定和正常代謝。 LDH 在 LAC 的代謝過程中起催化作用，運動后恢復期其活力的增加有利于 LAC 的消除。 BUN 是運動時物質(zhì)代謝的產(chǎn)物，它隨勞動及運動負荷的增加而增加，機體對負荷適應能力越差，BUN 的增量就越明顯。 G1。 存在于肌肉、紅細胞和

其它組織中，是運動的能量來源之一。 此外，蛋白質(zhì)含量能反映機體的營養(yǎng)狀況。 **可以通過降低運動后 LAC 水平和BUN 增量，提高LDH 活性及Glc 和TP 含量，來達到抗疲勞效應。

游泳實驗在中藥抗疲勞作用的研究中頻繁使用。 劉紅等以游泳小鼠為研究對象，發(fā)現(xiàn)竹節(jié)人參可以提高 LDH 活力及肌糖原和肝糖原的儲備量，降低游泳后 LAC 水平和 BUN 增量，而具有抗疲勞作用。 賓曉農(nóng)等對絞股藍皂貳進行藥理學研究，發(fā)現(xiàn)它可明顯延長小鼠游泳至力竭的時間;減少力竭性游泳小鼠心、腎組織中丙二醛(M DA )含量;升高腎組織中超氧化物歧化酶(SOD )活性，使 SOD/M DA 比值相對增大。 由此提示絞股藍具有提高運動能力，抗疲勞，抗心、腎自由基損傷的作用。 楊柯等指出人參中的人參二醇組皂貳可以糾正長期遞增負荷游泳造成的大鼠血清皋酮明顯降低，是其抗疲勞作用的機制之一。

3 大、小鼠游泳實驗在益智**研究中的應用

游泳實驗常用于學習記憶的研究，其方法包括M orri， 水迷宮、T 型水迷宮、方型水迷宮和 Y 型水迷宮。自1981年發(fā)明Morris水迷宮(M orriswatermace,M W M )以來，M W M 已成為從事學習記憶研究的學者們檢測嚙齒動物空間學習記憶能力的主要工具之一。 學習記憶實驗方法的基礎是條件反射，從動物學習或執(zhí)行某項任務后間隔一定時間，測量其操作成績或反應時間來衡量這些過程的儲存量、保留時間和它們所依賴的條件等。 M orris水迷宮由圓形水池和自動錄像系統(tǒng)組成，水池池壁上 4 個等距離點 N , E , S,W ，為試驗起始點，分水池為4 個象限NE,SE,SW ,NW 。 任選一象限在中央放置平臺，大、小鼠游泳到此處爬上平臺可以得到休息，經(jīng)多次訓練可以獲得記憶，通過行為檢測便可評價其學習記憶能力。 大、小鼠能否確定平臺完全由其空間學習能力所決定，因為水池為圓形，動物只能通過水池周圍的參照線索來定位。 實驗中要求參照線索豐富且保持不變。

用Morris水迷宮在行為檢測過程中常進行兩項試驗:(1)定位航行試驗:試驗開始前 1 d 將大鼠放人水池中(不含平臺)。 自由游泳 2 min，讓其熟悉迷宮環(huán)境。 試驗共歷時 5 d，每天分上、下午兩個時間段，每個時間段訓練 4 次，每天共 8 次。 訓練開始時，將平臺置于 NW 象限，從四個起始點的任一點將大鼠面向池壁放入水池， 自動錄像記錄系統(tǒng)記錄大鼠找到平臺的時間(逃避潛伏期) 和游泳路徑，4 次訓練即將大鼠分別從四個不同起始點放人水中，大鼠找到平臺后或 120 s 內(nèi)找不到平臺則由實驗者將其拿上平臺(潛伏期記為 120 s) ，在平臺上休息 30s，再行下次實驗。 (2)空間探索試驗:在第5 天的第5次(緊接第4 次)撤除平臺，任選一人水點將大鼠面向池壁放人水中，記錄 1 min 內(nèi)大鼠在池中的游泳路徑、穿環(huán)數(shù)(跨原平臺所在位置的次數(shù))和在各象限的游泳距離占總距離的百分比。

龍大宏等用上述實驗討論 了神經(jīng)生長 因子(NGF)對老年癡呆鼠學習記憶能力的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)NGF 可以縮短逃避潛伏期，增加穿環(huán)數(shù)和原平臺象限的游泳距離占總距離的百分比。 由此提示 NGF能夠改善老年癡呆鼠的學習記憶能力。

目前國際上已有一種更為先進、科學、真實的M orris全自動水迷宮（上海欣軟信息科技有限公司）。 該裝置主要有迷宮、攝像機記錄系統(tǒng)和計算機系統(tǒng)。 根據(jù)動物在每一區(qū)花費的時間，乘以規(guī)定的加權(quán)值，相加來計算學習記憶成績;潛伏期成績指動物進人迷宮到發(fā)現(xiàn)平臺所需要的秒數(shù)。 Morris全自動水迷宮有如下優(yōu)點:有 Video攝像系統(tǒng)，代替了研究者在迷宮試驗時長時間肉眼觀察，不受任何人為因素誤差影響，更為客觀、真實;使用微機系統(tǒng)和設計的程序，不僅能測定學習獲得成績、記憶保持成績，還能自動在計算機屏幕上顯示動物的游泳軌跡。

劉新民等將小鼠在圓形水迷宮的學習記憶行為表現(xiàn)轉(zhuǎn)換為活動圖像并顯示其實時運動軌跡路線，利用計算機對獲得的信息資源進行綜合分析，優(yōu)化組合后，建立了由運動距離、速度、尋找平臺時間和運動軌跡組成的評價指標。 實驗中采用高度為 30cm、直徑為 65 cm 的測試箱，底層設置加熱裝置，溫度控制器 自動控制水溫(25℃ 一32℃可選) ，并將Mom s水迷宮方法中的白色攝像背景(水面顏色)調(diào)整為黑色以簡化實驗操作和保證 目標的準確識別，采用多媒體視頻卡代替專用的圖像卡，以保證信號采集的實時性和準確性