浅论大鼠体力及精神状态评价的行为学新技术.docx

浅论大鼠体力及精神状态评价的行为学新技术
【摘要】 目的：改良传统鼠尾悬吊试验，通过计算机精确地测定及评估大鼠体力及精神状况，实现行为学的计算机辅助化。方法 ：以大中型手术创伤复制体力及精神低下的动物模型，41只大鼠随机分为手术创伤组及对照组，并以这两组为验证对象。以Medlab-U多导生物信号记录仪结合传统鼠尾悬吊试验，以计算机辅助化的电子信号波形式记录处于倒挂厌恶条件下大鼠因反抗不适体位或试图逃脱而挣扎时释放的动能及势能，并依据释放的能量提出挣扎域上面积、累积不动时间和单次最长静止时间等三大指标评价该两组大鼠体力耐力及精神方面的差异。结果 ：改良法三大指标验证手术创伤组术后改变，在该实验中以上三大指标都有显着性差异；与传统法相比，改良法不仅能排除实验人员主观因素导致的误差，使实验结果客观化，增加可信度，而且提高了动物行为学测定效率，更实现了动物行为学试验的自动化、量化。结论 ：改良法用于测定及评估各种大鼠模型体力及精神情况，方法简单，结果可靠。
【关键词】 鼠尾悬吊试验；体力；精神；行为学；大鼠
Abstract: Objective: To evaluate and determine the physical strength and vim state of mice accurately in a computer-assisted way by improving the traditional tail suspension test (improved TST)，make the idea of computer-assisted etholgical test come ture. Methods:Building the model of low level physical strength and vim state by severe surgical trauma，dividing the 41 mice into surgical trauma group and control group as experimental　the multiplying channel biological signal recorder-Medlab U with the traditional TST to record the signal waves coming from the kinetic and potential energy which produced by the struggling of the suspending mice which trying to escape under aversion condition. Evaluate the mice by Area Above Threshold of Struggle；Accumulated Immobile Time；Longest Single Static Time. Results:The improved way could validate the postopretive change well in ST group，comparing with traditional TST，the 3 indicators all come with a significant difference in the research. This improvement could remove subjective factors of the handlers. Not only makes the test effective，but also automated，objective，quantificat. Conclusion:This improvment can determine and evaluate animal model physical strength and vim state，it has easy method and confident result，and the generalization is deserving.
Key words: tail suspension test；vim state；ethology；mice
在动物医学科研活动中，研究者常需从整体水平评估动物体力、耐力及精神状况，而此类行为学测试方法不多，其中以传统鼠尾悬吊试验为主[1]。由于TST大比例依赖人工操作及人为主观性强、效率不高、不易量化、自动化等特点，使其应用受到束缚。在科技高速发展的今天，实验的计算机化是必然趋势。计算机技术在动物行为学中的应用，加速了科研的进展。我们联合Medlab-U多导生物信号采集处理系统，改良传统TST，扬长避短。现结合具体应用案例报告如下。
1 材料和方法
　实验动物及器材 SPF级SD雄性大鼠41只，体重g，由上海中科院实验动物中心提供。器材由3部分构成：①1 000 g超敏尾力转换器用于将大鼠挣扎能量转换成电子信号波。②Medlab-U/4C501H多导生物信号采集处理系统用于记录、分析、处理生物电子信号波。③自制悬吊固定系统及隔离箱。
　方法及操作
　动物分组及模型制作：41只大鼠随机分为正常对照组及根据临床外科患者经大中型手术创伤后体力、耐力及精神状况低下的实际情况，模仿制作手术创伤组。C组不作任何处理；ST组行中段小肠70%切除-吻合术，保留Treitz韧带下10 cm空肠与回盲瓣上回肠行端端间断吻合，导致下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴应激及脑肠轴紊乱来制作术后疲劳，体力、耐力及精神低下的动物模型[2-3]。全部大鼠在术后第1天进行体力及精神状况的计算机辅助的改良鼠尾悬吊行为学测试。
　改良TST操作
　TST原理[1]：大鼠倒挂时，由正常爬行体位转变为不适倒挂的厌恶条件体位，为反抗厌恶条件，将出现猛力前窜、蹬腿、尝试抬头、正立等挣扎及试图逃脱行为，如图1及图2所示，同时经历紧张、愤怒、狂躁；随后转为静止状态，如图3所示，相伴可能出现无助、失望、抑郁等情绪反应，反抗程度由其体力耐力及精神状况所决定。若挣扎现象及试图逃脱行为出现频率高、挣扎幅度大、挣扎持续时间长则反映了大鼠的精神状态及体力情况较佳；在挣扎间隙可出现静止不动状态，若较长时间不动可表示其处于无力反抗的体力恢复和失望、抑郁情绪状态。静止时间长、静止出现的频率高则反映了大鼠精神及耐力较差。TST是反映动物体力、精神状态及衡量动物是否疲劳的经典指标。
　改良TST：由计算机辅助及生物信号记录仪取代人工记录，将处于厌恶条件下的大鼠挣扎时释放的动能、势能通过尾力转换器经Medlab-U多导生物信号记录仪转化为可以量化的生物电子信号波。
　操作：首先将医用胶布粘贴固定于距大鼠尾根部2 cm处再将鼠尾及固定于尾根部的胶布从隔离箱顶面中央穿出，固定于尾力转换器，并保持胶布两固定点间一定张力，各组大鼠间两固定点等长。目的为：①统一大鼠在箱中位置，强化可比性；②防止倒挂大鼠过度正立：当大鼠头部上抬到足够高以至大鼠前爪可以攀爬在其尾部时，从而导致大鼠脱离厌恶条件而处于一种相对舒适的“休息状态”，最终使得挣扎波形数据有“疲劳”倾向，造成假阳性。
　软件操作：开启Medlab生物信号采集系统，经过相应软件操作后取6 min单位时间内运动信号波数据。结束后移走动物，按以上操作装入下一批动物。
　指标计算：通过测量单位时间内电子信号波特异波形，以域上面积的大小、累积不动时间及单次最长静止时间的长短作为主要评价指标。动物体重即为其电子信号波阈值，具有特异性。
　统计学处理方法 采用成组t检验。
2 结果
如表1所示：术后ST组在代表较强体力耐力及精神状况的挣扎域上面积指标上低于C组；ST组在代表较弱体力耐力及精神状况的累积不动时间指标上差异有显着性，明显高出C组，累积不动时间显着延长；术后ST组在代表可能出现无助、抑郁等情绪反映的单次最长静止时间指标差异有显着性，6 min内一次性出现最长静止不动时间较C组延长。
　　3 讨论
在本实验中，与C组比，ST组大鼠表现出明显术后疲劳及营养障碍：肌无力、体力耐力差、精神萎靡、自发活动不同程度困难、自我洁净能力下降、眯眼频发、全身毛发蓬松、皮肤松弛、并有缩肩拱背等情况，针刺反射、拒俘反射迟钝。ST组在术后挣扎无力、次数少、幅度小，在改良TST挣扎波形中表现为低平域上面积；ST组在术后前期挣扎间隙出现静止时间长、休息次数频发、恢复体力耐力所需时间长，在改良TST中表现总静止时间显着性延长；ST组在术后单次最长静止时间明显延长表明无法短时间内恢复体力及耐力，甚至对不适体位出现无法反抗、无助、抑郁等情绪反应倾向。改良TST的指标稳定可靠量化地反映了大鼠的耐力体力及精神状况。
　改良TST电子信号波特点 ①挣扎波形为对称波，围绕阈值上下波动，挣扎波形持续时间及振幅大小表明其对抗厌恶条件的能力，反映大鼠较佳的精神和体力情况。②大鼠处于静止不动时，则出现平直波形。平直波形的长度和出现的频率，反映较差的精神和体力情况。③改良TST不仅可以从一个时间点检测，更可以在多个时间点间断或连续地监测。④改良TST实现了动物行为学试验的量化、客观化、高效化、自动化、批量化，具有重复测量的优点。⑤Medlab生物信号采集处理系统具有“真、容、易”的优点。
　传统鼠尾悬吊试验与改良法对比
　挣扎指标：传统TST以大鼠头部挣扎幅度的高低为准，其缺点有：①人为主观性强；②大鼠动作连续，变化多端无明确分界点；③缺乏资料的可记录性可保留性；④有相当比例的大鼠以蹬腿、前窜为主要挣扎方式甚至纯粹蹬后肢，为传统TST无法记录及判断，而失去对真实情况的把握导致误差增大。改良TST：记录的电子信号波形来自挣扎释放的动能及势能。优点：①计算机辅助实验进程，无需人工记录和干预，增加了实验结果的真实性；②无需计数大鼠挣扎动作；③实验数据可重复测量，具有保留性；④无论大鼠以何种方式挣扎最终均可转化为数据波，均可明确记录。
　静止时间指标：传统TST缺点有挣扎及静止点分界不清；若有失误无法再次测量。改良TST：分界点清晰明确，即使现场实验结束后仍可多次测量；除累积静止时间外尚可记录单次最长静止时间及静止次数，评价指标多样性。
　数据特点：传统TST以纸笔人工记录形式。改良TST自动生成域上面积等指标，数据可导入Excel表格，方便在SPSS/SAS等分析统计软件中进一步处理。
　实验效率：传统TST效率低，操作人员为试验大鼠数的2倍。改良TST效率高，计算机辅助的设备替代了人工记录和干预，省时省力。
　对实验操作人员的要求：传统TST因不同操作熟练程度的实验员直接决定了不同的判断标准，结果数据难免因人而异。改良TST因采用计算机辅助的生物信号记录仪取代了人工操作，不需考虑该影响因素。
　应用 多次长时倒挂大鼠并结合多种不可预知的应激方式是制作动物抑郁模型的一个手段。John等学者认为极短时间的倒挂大鼠对大鼠体力、精神方面无明显影响，Shearman等认为TST可作为良好的试验方法。应用领域可以为戒毒学、药理学、毒理学、新药开发/筛选/评价、预防医学、神经生物学、神经病学、动物心理学、行为生物学、运动医学、老年病学、外科围手术期等动物模型疗效观察、康复过程监测等可以广泛应用及多个学科的科学研究和计算机辅助教学。PellouxY等学者发现实验动物之间存在着个体差异，部分强壮的有抢食夺水，优先获得必需生存物质等行为而更加强壮，不仅导致小部分弱小者生存生长空间局限，而且易习得丧失行为主动性的条件反射。因此改良TST可用于科研实验前对同笼饲养的大鼠或小鼠进行实验分组前的筛选，根据筛选结果做随机区组设计保证各组动物在体力耐力精神状况等方面的同质性、可比性，该点对研究与精神状况及体力耐力、疲劳改变的课题有重要参考价值。最后，在实验过程中，我们发现动物挣扎时的特定动作如蹬腿、前窜、抬头、正立等动作和不同形状的波形有一定的程度上一一对应的关系，我们将在日后的研究中做近一步阐述。
【参考文献】
[1] Steru L,Chermat R,Thierry B,et　tail suspension test: Anew method for screening antidepressants in mice[J].Psychopharmacology,1985,85(3):367-370.
刘丽艳, 顾留根, 李玉明. 急性胰腺炎肠屏障功能损害病情监测及治疗进展[J].中国微循环, 2007, 11(６):407-409.
章学林,顾宏刚,沈平,等.部分肠切除大鼠“脾气虚”证模型的建立及以方测证研究[J].上海中医药大学学报,2007,21 (3):52-54.
梁泽华,陈立军.Medlab系统在生理科学实验教学中的应用 [J].广东医学院学报,2005,23(1):105-106.
Cryan JF, Mombereau C,Vassout　tail suspension testas a model for assessing antidepressant activity:review of pharmacological and genetic studies in mice[J].Neurosci Biobehav Rev,2005,29(4-5):571-625.
Shearman LP,Rosko KM,Fleisher　andanorectic effects of the cannabinoid CB1 receptor inverse agonist AM251 in mice[J].Behavioural Pharmacology,2003,14(8):573-582.
Pelloux Y,Hagues G,Costentin J,et　in the tail suspension test is associated with an increase in ethanol intake and its rewarding effect in female mice[J].Alcohol Clin Exp Res,2005,29(3):378-388.