大小鼠强迫游泳实验方法的研究概况
【摘要】本文对大小鼠游泳实验的方法( 强迫游泳、 负重游泳、 水迷宫等) 、 评价指标( 不动时间、 负重游泳时间、 逃避潜伏期等) 及模型大、 小鼠生理生化的变化进行了综述，为进行抗抑郁、抗疲劳和益智药物的研究提供参考，本文还对计算机技术在大小鼠游泳实验中的应用作了简要的介绍。
【 关键词】 大鼠; 小鼠; 游泳 大小鼠游泳实验是一种广泛应用于抗抑郁、抗疲劳和益智药物的芍效学与作用机制研究的抗应激实验方法。本文就此作一个简要的综述，为相关药物的动物实验提供参考。
【实验仪器】ANYmaze动物行为跟踪软件( 美 Stoelting 公司产品) 由摄像机监视器、显示屏、主控机、 微机及打印机5 部分组成，可自动检测小鼠的不动时间。微机记录的不动时间较肉眼观察的偏高，这主要是因为小鼠在水中作上下窜动时，微机认为是一个点，误为不动行为。这一点有待于我们研究和开发出更为准确、客观的图像采集分析系统。
1977 年， Porsolt RD首次应用强迫游泳实验检测抗抑郁药物的作用。后来强迫游泳实验就成为评价药物抗抑郁作用的动物模型。该实验方法是一种行为绝望实验法，其基本原理是当大鼠或小鼠放进一个有限的空间使之游泳，开始时拼命游泳力图逃脱，很快就变成漂浮不动状态， 仅露出鼻孔保持呼吸， 四肢偶尔划动以保持身体不至于沉下去，实际是动物放弃逃脱的希望， 属于行为绝望。
经典的强迫游泳实验分两天进行。天让大鼠或小鼠在2 5 ℃的深水中强迫游泳 1 5 m i n ， 取出后在50℃温室烘干， 归笼。第二天， 在同样的条件下进行强迫游泳5 m i n ，记录不动时间。M i r u a H等将强迫游泳的时间改为( 1 0 一 3 0 ) m i n 。张中启等在实验第2天直接观察小鼠强迫游泳6 m i n内后4 m i n的不动时间图。这些都是对经典实验方法所做的修改。大鼠或小鼠的不动时间是判断抗抑郁药物作用的指标。不动时间越短，抗抑郁作用越强。
水温、水深、动物、季节是影响实验的4个因素。K i t a d a 等指出水温低于2 0 ℃会缩短不动时间。因此，进行实验时常常把水温控制在2 5 一 3 0 ℃ [水深的选择应以动物无法逃脱为标准。一般大鼠实验时水深为( 1 7 一3 3 ) c m，小鼠实验时水深约1 0 c m。水太深，动物难以使用前爪和尾保持不动，就会游动和攀爬。水太浅，动物可利用尾和后爪保持平衡而影响实验结果。此外，不同品系的动物对抗抑郁药的敏感性不同。W i s t a r - 肠O t 。品系大鼠比其它品系大鼠在游泳时更趋向于保持不动状态。该实验受季节影响比较大，冬季动物的不动时间会延长，夏季则相反。但游泳实验不存在时辰效应，即一天当中不同时间进行实验，结果是一致的。
D e t k e 等将强迫游泳中的行为分成4类: 游泳( 动物在水中四处游动) 、攀爬( 动物前爪划动水面，碰触缸壁) 、 潜水( 动物整个身体沉于水下) 和不动( 动物四肢不动漂浮于水面，仅头部露出水面呼吸) 。经实验证明不同机制的抗抑郁药影响不同的行为，如地昔帕明和马普替林( N E再摄取抑制剂) 可选择性增加大鼠的攀爬行为， 而氟西汀( 5 - HT再摄取抑制剂) 选择性增加大鼠的游泳行为。
有关人员通过强迫游泳模型初步研究了柴胡皂昔和氟西汀的抗抑郁作用，发现柴胡皂昔单用难以起到抗抑郁作用， 与氟西汀合用能加强其抗抑郁作用。
在强迫游泳刺激下，抑郁症模型小鼠脑内天门冬氨酸( Asp ) 、 甘氨酸(Gly) 和牛磺酸( Tau ) 的含量都显著升高， 丙氨酸( Ala ) 的含量显著减少，谷氨酸(Glu) 和Y - 氨基丁酸( GABA )的含量没有显著性变化，表明强迫游泳可引起小鼠脑内氨基酸水平的改变。(其中Asp, Glu,Ala为兴奋性氨基酸，Gly,Tau,GABA为抑制性氨基酸。) 陈瑶等通过比较兴奋性/抑制性氨基酸二者比例的改变， 发现抑郁症模型小鼠脑内兴奋性/ 抑制性氨基酸的比值明显降低，表明此时小鼠脑内抑制性氨基酸的含量增加较显著，中枢神经系统以抑制占优势，与强迫游泳模型小鼠游泳不动时间长的抑郁行为较一致。由此可见强迫游泳使小鼠游泳不动时间增加，出现抑郁倾向，可能与脑组织中兴奋性氨基酸和抑制性氨基酸水平失调及兴奋性/ 抑制性氨基酸的比值改变有关。积雪草总昔就是通过改善抑郁症模型小鼠脑内氨基酸类递质的失调， 增加兴奋性/ 抑制性氨基酸的比值，而减少强迫游泳不动时间， 提高小鼠的兴奋性， 对抗强迫游泳所致抑郁倾向。
2 大小鼠游泳实验在抗疲劳药物研究中的应用
负重游泳实验是评价药物抗疲劳作用的动物模型。 Moriur等曾用此实验来评价蝮蛇( 学名Agkistrodon blomhoffii blomhoffii Boie ) 的50%乙醇提取物的抗疲劳效应。 常用的实验方法是将小鼠尾部1 / 3 一 2 / 3 处负重( 体重的5 %一1 0 %) 后投人水槽中游泳，观察和记录小鼠自入水后到沉入水中不能浮出水面( 处于力竭状态) 的时间。此负重游泳时间被看作是定量客观评价疲劳程度的指标。若负重游泳时间越长，则表明药物的抗疲劳效果越佳。实验中水温( 25～29±1) ℃，水深约25 cm ，所负重物为铅丝或橡皮泥球。无负重游泳也可以使小鼠疲劳，但观察其达到力竭状态所需的时间比较长。严茂祥等建立了大鼠游泳致疲劳模型，其方法是将造模组大鼠放人温度为( 4 3土0.5 ) ℃， 水深为 35cm的水槽中， 让其自然游泳，以每只大鼠出现自然沉降的时间为每只大鼠的耐疲劳时间，当全组50%大鼠出现自然沉降时，全组动物停止游泳， 造模连续1 4d 。模型成功后大鼠表现为: 大便次数略增多、 偏稀，体重稍下降，自由活动减少， 被毛略蓬松， 食量下降。近年来，强迫游泳实验也用于耐力的测试。
如果实验时水温调至( 5土1 )℃或( 3 9～4 5士1 )℃，使小鼠进行高温或低温游泳，可以考察药物对游泳致疲劳外加应激的影响。选用强制冷水游泳作为应激源，在每天的不同时间造模，并改变每天造模持续时间，减少机体对应激的耐受，力图制造一个包括温度刺激(寒冷) 、 体力消耗(游泳)以及精神刺激( 强制冷水游泳所致情绪刺激) 在内的由多种应激因素所致的应激动物模型。它既模拟了中医有关疲劳的发病过程，也符合西医所认为的由慢性应激导致疲劳的理论。模型动物体力下降( 力竭游泳时间缩短) ， 出现抑郁倾向( 自发活动减少) 、 神经内分泌功能紊乱， 这些与疲劳病人的症状表现和实验室检查相似。由此可见，该模型是一种值得进一步提高和完善的可用以研究慢性疲劳的动物模型。同时也说明在应激导致慢性疲劳的过程与机体神经一内分泌一免疫系统功能的紊乱关系密切。王琳等发现强制冷水游泳使大鼠血清中单胺类递质含量普遍出现升高趋势，其中多巴胺含量明显升高。消疲怡神口服液( 一种抗疲劳药物) 能降低5 - 经色胺( 5 -H T ) 、 多巴胺( D A ) 及其代谢产物高香草酸( H V A ) 含量，并使5 - H T 代谢产物5 - 经叫噪乙酸( 5 - H I A A ) 含量升高， 提示其抗应激作用可能与抑制外周 D A的合成与代谢， 促进5 - H T分解有关。强制冷水游泳还会明显降低大鼠肾上腺抗坏血酸含量( 反映肾上腺皮质功能的经典指标) ，表明此时肾上腺功能活跃，皮质酮合成增加。消疲怡神口服液可以有效逆转这一变化，提示它可以抑制应激情况下肾上腺皮质功能的过度活跃，减少肾上腺皮质激素的合成，减轻应激所致的不良影响。
乳酸( L A C ) 、 乳酸脱氢酶( L D H) 、 血清尿素氮( B U N ) , 葡萄糖( G l c ) 和总蛋白( T P ) 是与游泳致疲劳有关的血液生化指标。L A C的堆积是运动性疲劳的一个重要原因。L A C作为无氧酵解的产物，长时间剧烈运动会造成机体L A C堆积， 影响机体内环境的稳定和正常代谢。L D H在 L A C的代谢过程中起催化作用，运动后恢复期其活力的增加有利于L A C的消除。B U N是运动时物质代谢的产物， 它随劳动及运动负荷的增加而增加，机体对负荷适应能力越差，B U N的增量就越明显。G 1 。 存在于肌肉、红细胞和其它组织中， 是运动的能量来源。此外， 蛋白质含量能反映机体的营养状况。药物可以通过降低运动后L A C水平和B U N增量，提高L D H活性及G l c 和T P 含量， 来达到抗疲劳效应。
游泳实验在中药抗疲劳作用的研究中频繁使用。刘红等以游泳小鼠为研究对象，发现竹节人参可以提高L D H活力及肌糖原和肝糖原的储备量，降低游泳后 L A C水平和 B U N增量， 而具有抗疲劳作用。宾晓农等对绞股蓝皂贰进行药理学研究，发现它可明显延长小鼠游泳至力竭的时间; 减少力竭性游泳小鼠心、 肾组织中丙二醛( M D A ) 含量; 升高肾组织中超氧化物歧化酶( S O D ) 活性， 使S O D / M D A比值相对增大。由此提示绞股蓝具有提高运动能力，抗疲劳，抗心，肾自由基损伤的作用。杨柯等指出人参中的人参二醇组皂贰可以纠正长期递增负荷游泳造成的大鼠血清皋酮明显降低，是其抗疲劳作用的机制。
3 大、小鼠游泳实验在益智药物研究中的应用游泳实验常用于学习记忆的研究， 其方法包括Morris水迷宫、 T型水迷宫、方型水迷宫和Y型迷宫。
自1981年发明Morris水迷宫( Morris water maze ,MWM) 以来， MWM已成为从事学习记忆研究的学者们检测啮齿动物空间学习记忆能力的主要工具。学习记忆实验方法的基础是条件反射，从动物学习或执行某项任务后间隔一定时间，测量其操作成绩或反应时间来衡量这些过程的储存量、保留时间和它们所依赖的条件等。Morris水迷宫由圆形水池和自动录像系统组成， 水池池壁上4个等距离点N , E , S , W，为试验起始点， 分水池为4个象限N E , S E , S W, N W。任选一象限在中央放置平台，大、小鼠游泳到此处爬上平台可以得到休息，经多次训练可以获得记忆，通过行为检测便可评价其学习记忆能力。大、小鼠能否确定平台完全由其空间学习能力所决定，因为水池为圆形，动物只能通过水池周围的参照线索来定位。实验中要求参照线索丰富且保持不变。
用Morris 水迷宫在行为检测过程中常进行两项试验:
( 1 ) 定位航行试验: 试验开始前 1d将大鼠放人水池中( 不含平台) 。自由游泳2 min ，让其熟悉迷宫环境。试验共历时5d ，每天分上、 下午两个时间段， 每个时间段训练4次， 每天共 8次。训练开始时， 将平台置于N W象限，从四个起始点的任一点将大鼠面向池壁放入水池，自动录像记录系统记录大鼠找到平台的时间( 逃避潜伏期) 和游泳路径， 4次训练即将大鼠分别从四个不同起始点放人水中，大鼠找到平台后或 120s内找不到平台则由实验者将其拿上平台( 潜伏期记为120 s )，在平台上休息30s，再行下次实验。
( 2 ) 空间探索试验: 在第5天的第5 次(紧接第4次) 撤除平台，任选一人水点将大鼠面向池壁放人水中，记录 1 min内大鼠在池中的游泳路径、穿环数(跨原平台所在位置的次数) 和在各象限的游泳距离占总距离的百分比。
龙大宏等用上述实验讨论了神经生长因子( N G F ) 对老年痴呆鼠学习记忆能力的影响， 结果发现NGF可以缩短逃避潜伏期，增加穿环数和原平台象限的游泳距离占总距离的百分比。由此提示 NGF能够改善老年痴呆鼠的学习记忆能力。
目前上已有一种更为、 科学、 真实的Morris全自动水迷宫。该装置（北京金源科创科技有限公司可以提供）主要有迷宫、摄像机记录系统和计算机系统。根据动物在每一区花费的时间，乘以规定的加权值，相加来计算学习记忆成绩; 潜伏期成绩指动物进人迷宫到发现平台所需要的秒数。Morris全自动水迷宫有如下优点: 有 V i d e o摄像系统，代替了研究者在迷宫试验时长时间肉眼观察，不受任何人为因素误差影响，更为客观、真实;使用微机系统和设计的程序，不仅能测定学习获得成绩、记忆保持成绩，还能自动在计算机屏幕上显示动物的游泳轨迹。
刘新民等将小鼠在圆形水迷宫的学习记忆行为表现转换为活动图像并显示其实时运动轨迹路线，利用计算机对获得的信息资源进行综合分析，优化组合后，建立了由运动距离、速度、寻找平台时间和运动轨迹组成的评价指标。实验中采用高度为3 0c m、 直径为6 5 c m的测试箱， 底层设置加热装置， 温度控制器自动控制水温( 2 5 ℃一3 2 ℃可选) ，并将M o ms 水迷宫方法中的白色摄像背景( 水面颜色) 调整为黑色以简化实验操作和保证目标的准确识别，采用多媒体视频卡代替专用的图像卡，以保证信号采集的实时性和准确性。
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