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雖然早已知道睡眠在人類及哺乳動物的生命活動中具有十分重要的生理意義，但迄今為止睡眠發(fā)生的確切機(jī)制卻尚未*闡明。根據(jù)睡眠時的腦電圖、肌電圖及眼球運(yùn)動表現(xiàn)可將睡眠分為非快速眼球運(yùn)動睡眠和快速眼球運(yùn)動睡眠或快波睡眠。 睡眠剝奪是研究睡眠的功能與發(fā)生機(jī)制的重要方法。睡眠剝奪模型的選擇將直接影響睡眠剝奪實驗的可靠性及準(zhǔn)確性對睡眠剝奪實驗結(jié)果具有重要的影響。現(xiàn)將幾種常用的睡眠剝奪模型的方法評價及進(jìn)展情況綜述如下。
1.平臺睡眠剝奪技術(shù)
此類方法主要是利用大鼠畏水及在水中無法進(jìn)入睡眠的生活習(xí)性，通過在盛水的水槽中放置平臺，讓大鼠站立在平臺上，因平臺直徑足夠小(直徑 6.5 cm 或更小)當(dāng)大鼠進(jìn)入 REM 時，因全身肌張力降低引起節(jié)律性低頭觸水以此來達(dá)到剝奪 REM 的目的， 此類方法簡單易行無需復(fù)雜昂貴的設(shè)備，在不同條件的實驗室均能開展因而應(yīng)用廣泛 其主要用來剝奪大鼠的REM ，可分為以下三種方法：
1.1單平臺睡眠剝奪法
此方法早于 1964 年被應(yīng)用在貓的睡眠剝奪實驗中，不久以后有人將此方法應(yīng)用于大鼠的睡眠剝奪實驗，，方法為將一圓柱形小平臺 (直徑約 65 m m )放置在長 400 mm寬340 m m高160 mm的水槽中，往水槽中加水至平臺露出水面約 10 mm ，將 1 只大鼠置于小平臺上，大鼠可在平臺上站立，可進(jìn)入 NREM，當(dāng)大鼠進(jìn)入 REM 時全身骨骼肌張力明顯降低，頸部肌張力降低引起節(jié)律性低頭觸水從而無法進(jìn)入 REM，采用 SP 實驗可引起動物的體重及胸腺重量減輕，腎上腺重量增加，血漿中腎上腺皮質(zhì)酮增加，動物攻擊行為增加，機(jī)體免疫反應(yīng)抑制等。
因 SP 是單只大鼠進(jìn)行實驗且在實驗中大鼠的活動空間受限，故有學(xué)者認(rèn)為以上的臨床與實驗室表現(xiàn)可能與大鼠的群體隔離或活動空間受限有關(guān)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在實驗前群體飼養(yǎng)的動物當(dāng)與群體隔離后也會出現(xiàn)攻擊行為增加，血漿中 CORT 增加，免疫功能抑制等表現(xiàn)。大鼠活動空間受限也可引起血漿中 CORT 的水平的增加，這些結(jié)果與單平臺睡眠剝奪實驗中見到的類似，為克服SP 中大鼠與群體分離及活動空間受限的缺點，在 SP 基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展為多平臺睡眠剝奪法。
1.2多平臺睡眠剝奪法
M P法于1981年應(yīng)用在大鼠睡眠剝奪實驗中，在 M P中為擴(kuò)展大鼠的活動空間將小平臺由 SP 中的 1 個增加至 7 個，仍將1只大鼠放在小平臺間進(jìn)行睡眠剝奪試驗，因大鼠可以在 7個小平臺間自由活動，故活動范圍較 SP 中有明顯增大。經(jīng)實驗比較，在M P中反映應(yīng)激增強(qiáng)的一些指標(biāo)，如腎上腺重量增加和胸腺重量減少仍然存在，甚至在大鼠血液中 ACTH %CORT 的增加及腎上腺重量的增加較SP的更高，提示 M P較SP有更強(qiáng)的應(yīng)激性!考慮到大鼠為群居動物，單只大鼠實驗易導(dǎo)致與所在群體的隔離。為克服群體隔離所帶來的應(yīng)激反應(yīng)，有學(xué)者將 M P 法進(jìn)一步改良發(fā)展為改良多平臺睡眠剝奪法!
1.3改良多平臺睡眠剝奪法
在MMPM 中將 10 只大鼠(具體數(shù)目可根據(jù)實際需要確定)同時放在裝有 14 或 15 個小平臺的水槽中(長 127 cm ，寬 44 cm ，高 45 cm )進(jìn)行實驗，這樣既避免了 SP及M P中單只大鼠與群體隔離的缺點，又保留了 M P 中活動范圍增大的特點，因在實驗時大鼠多是 3 只或 4 只一籠進(jìn)行飼養(yǎng)，如 1 組實驗需 10 只大鼠，則需要3籠或 4籠大鼠，考慮到來自不同籠的大鼠放在一起實驗也可能造成群體的不穩(wěn)定，有學(xué)者將實驗方法進(jìn)一步改良，將實驗所需的 10 只大鼠放在同一只籠中飼養(yǎng) 2 周，實驗時再將這些大鼠放在一起同時進(jìn)行睡眠剝奪實驗，這樣以克服實驗時大鼠群體不穩(wěn)定的缺點，從而將實驗時的不確定因素減至低! 實驗研究發(fā)現(xiàn)在MMPM中"經(jīng)采取措施保持大鼠群體穩(wěn)定性及避免大鼠與群體分離后" 大鼠腎上腺重量%體重減輕量%血清中促腎上腺皮質(zhì)激素(A CTH )和腎上腺皮質(zhì)酮 (CO RT) 的含量均較M P中為低，提示M M PM 較 M P 具有更低的應(yīng)激性，是較為理想的REM 剝奪方法。
2強(qiáng)迫運(yùn)動睡眠剝奪法
此類睡眠剝奪方法形式多樣，在腦電監(jiān)護(hù)情況下可行全部的睡眠剝奪和選擇性的睡眠剝奪。其共同特點是通過動力裝置迫使大鼠不停地運(yùn)動，從而達(dá)到睡眠剝奪的目的。此類方法的優(yōu)點是睡眠剝奪效果明顯，睡眠剝奪的時間及強(qiáng)度易于掌握，重復(fù)性好，無須實驗人員隨時觀察實驗情況，減輕了實驗人員工作強(qiáng)度。缺點是長時間運(yùn)動引起機(jī)體的一系列應(yīng)激反應(yīng)可能干擾睡眠剝奪的實驗結(jié)果，現(xiàn)選取其中兩種有代表意義的方法介紹如下
2.1水平轉(zhuǎn)盤睡眠剝奪法
此方法應(yīng)用廣泛，于 1983 年應(yīng)用在睡眠剝奪實驗中，實驗裝置由一個電腦控制臺、一個水平轉(zhuǎn)盤及兩個開放的長方形有機(jī)玻璃缸組成，轉(zhuǎn)盤直徑為 46 cm，在電腦控制下可以按順時針逆時針方向隨機(jī)水平轉(zhuǎn)動! 兩只有機(jī)玻璃缸的尺寸均為長60 cm ，寬20.5 cm，高 60 cm 。在距離缸底 5 cm 處的缸側(cè)壁開有一條縫隙，使轉(zhuǎn)盤的一半能分別從縫隙伸入兩只玻璃缸中并能隨意轉(zhuǎn)動。缸底留置水約 2 cm 深，轉(zhuǎn)盤離水面約3 cm 實驗前1周將睡眠剝奪大鼠頭頸部植入微電極" 并將微電極與電腦控制臺相連，將大鼠放在轉(zhuǎn)盤上適應(yīng)環(huán)境1周，每天約1 h讓大鼠習(xí)慣在轉(zhuǎn)盤上活動，進(jìn)水，進(jìn)食等。實驗時將實驗組的大鼠及對照組的大鼠分別置于兩只缸中的轉(zhuǎn)盤上，當(dāng)電腦通過微電極監(jiān)測到實驗組大鼠進(jìn)入慢波或快波睡眠的腦電信號后，立即發(fā)出指令使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動 6 s(6 s內(nèi)轉(zhuǎn)動 1/3 圈)，當(dāng)大鼠被轉(zhuǎn)到玻璃缸壁時，因被玻璃缸壁擋住而可能掉入水中，每次在實驗組睡眠剝奪大鼠進(jìn)入睡眠時轉(zhuǎn)盤即轉(zhuǎn)動 6 s，方向隨機(jī)，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時兩只大鼠均被動地隨著轉(zhuǎn)盤移動。此方法一次只剝奪一只大鼠睡眠，當(dāng)實驗組的睡眠剝奪大鼠在活動、進(jìn)水、進(jìn)食時轉(zhuǎn)盤并不轉(zhuǎn)動而此時對照組的大鼠則可趁機(jī)睡覺以彌補(bǔ)被剝奪的睡眠。此方法中睡眠剝奪組大鼠與對照組大鼠條件極其相似，因而可減少因?qū)嶒灄l件不同而所致的應(yīng)激反應(yīng)。
2.2旋轉(zhuǎn)圓筒睡眠剝奪法
此方法于 1979 年應(yīng)用于睡眠剝奪實驗中，設(shè)備主要由一柱形圓筒及一小型慢速馬達(dá)構(gòu)成。圓筒直徑 30 cm，高 30 cm 。圓筒底由 PVC (聚氯乙烯)構(gòu)成，側(cè)壁由直徑為 10.4 m m 的 PVC 桿圍成。桿長度 30 cm，桿之間間隔 15.5 m m，圓筒與小型馬達(dá)相連。馬達(dá)轉(zhuǎn)速為每 45 s轉(zhuǎn) 1 圈(也有學(xué)者應(yīng)用每 m in 轉(zhuǎn) 1 圈)。至少在實驗前 2 d每天將大鼠放入圓筒中適應(yīng)環(huán)境 1 次，適應(yīng)時間不少于 3 h。實驗時將馬達(dá)按 45 s每1 圈進(jìn)行勻速轉(zhuǎn)動，通過圓筒的轉(zhuǎn)動帶動大鼠不停運(yùn)動而達(dá)到睡眠剝奪的目的。此類方法簡單易行，睡眠剝奪效果明顯。缺點是長時間不停運(yùn)動可引起機(jī)體的運(yùn)動后應(yīng)激反應(yīng)及身體疲勞，可能干擾睡眠剝奪實驗結(jié)果! 此類方法發(fā)展出多種變化，有實驗者在進(jìn)行新生大鼠睡眠剝奪時將筒旋轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至 2~3 r/m in后期逐漸增加至 6~7 r/m in。
3輕柔刺激法
此方法在短期的睡眠剝奪實驗中應(yīng)用較多，當(dāng)實驗人員通過觀察大鼠行為或通過腦電波監(jiān)護(hù)觀察到大鼠進(jìn)入睡眠時，通過輕輕拍打大鼠籠子或應(yīng)用聲音、光線的刺激促使大鼠保持清醒，必要時還可用紙卷、鉛筆或用手直接觸摸大鼠使大鼠無法進(jìn)入睡眠。注意不能將大鼠移出籠外!此方法簡單易行，在腦電監(jiān)護(hù)情況下可進(jìn)行 TSD 或 SSD 實驗，在無腦電監(jiān)護(hù)時需要實驗人員在旁不間斷觀察大鼠行為，故較適合行短時間的睡眠剝奪實驗。
4藥物睡眠剝奪法
定時給大鼠注射藥物， 此類方法簡單易行，操作方便，不需要特殊儀器。缺點是大鼠存在個體差異， 睡眠剝奪的效果及程度及不易掌握。多用在研究某些特殊藥物藥理作用的實驗中。
5. 剝奪桿睡眠剝奪法（型號：XR-XS107）
在標(biāo)準(zhǔn)實驗室籠中采用間隙性的剝奪桿掃描進(jìn)行觸覺刺激來干擾自由行為的小鼠。該方法防止了人類接觸和干預(yù)對睡眠剝奪的影響，并且在整個睡眠剝奪過程期間小化身體活動。此外，該程序準(zhǔn)確且可預(yù)測。實驗室動物從小都是在飼養(yǎng)籠中長大，基于實驗室飼養(yǎng)籠使得動物能夠保持在正常的社會環(huán)境中實施了一種相對無壓力的方法來誘導(dǎo)動物睡眠剝奪模型，從而避免了外界環(huán)境及其他因素對睡眠剝奪的影響。此外，基于飼養(yǎng)籠式的睡眠剝奪儀易于組裝和清洗，設(shè)計更加地人性化。
