航天失重效应模拟尾吊大鼠模型

2016年我国天宫二号空间实验室和神舟十一号飞船成功发射、对接、分离成功和神舟十一号飞船的顺利返回，标志着中国的载人航天战略步伐已从短期飞行迈入中长期在轨驻留阶段。人类50多年的航天飞行经验表明，中长期航天飞行过程中，航天员处于持续失重暴露下的高负荷频繁的出舱作业、交流受阻的狭小活动空间，导致心血管功能障碍、失重骨丢失和肌肉萎缩的同时，诱发出焦虑、抑郁，认知功能降低，甚至造成重大操作失误。NASA（NationAmerica Space Agency美国航天局）在针对21世纪航天发展路线图作出的风险评估报告中指出，未来国际空间站、月球飞行和火星飞行任务中，航天员对复杂操作作业能力的下降，是直接影响航天员健康和工作任务完成的主要原因。俄罗斯的航天飞行实践表明航天员在飞行的头半个月，出现记忆能力减退、近期记忆受损等现象。NASA于1998年就启动了神经实验室计划（NeurolabMission），希望通过对失重条件下神经系统变化的研究寻找到有效的增强航天员认知能力的措施。

由于航天飞行耗费巨大，目前国际科学界是在地面模拟失重环境，开展航天失重科学研究。除人体头低位模拟外，大鼠/小鼠尾部悬吊（6-10），因其稳定、易于复制而作为国际上公认的模拟失重动物模型在航天医学界得到广泛应用。

1、实验耗材

伤湿止痛膏、医用橡皮膏

2、实验仪器和环境

模拟失重尾部悬吊实时监测的装置.

图1 尾吊装置图及软件界面图

（中国医学科学院药用植物研究所、中国航天员中心联合研制）

3. 实验方法

3.1 造模方法

动物适应3-7后开始造模，将动物尾巴距尾根部约1cm处缠上伤湿止痛膏与医用橡皮膏，通过金属链条将其与尾吊仪相连。具体操作如下：将伤湿止痛膏剪成大鼠约长7cm，宽约1cm（小鼠长5cm,宽约0.5cm）的长条状，将其中间段1/3长度延长轴对叠，两头端1/3处粘在大鼠距尾根部约1cm处，使其成一个环形结构，将医用橡皮膏螺旋形包裹在其外部，避免滑脱。将一头带钩的金属链条钩住环状膏药，另一头连接尾吊仪微动开关的环形挂圈，根据需要调节链条长度，并用金属夹将链条固定。尾吊模型动物尾部悬吊，前肢着地，后肢离地，身体与水平面成30-60°。

图2 大鼠尾吊图

3.2、检测方法

根据模拟失重尾部悬吊实时监测装置使用规范调节仪器，开始检测，大鼠自由饮食饮水，全天24小时不间断造模、检测，造模时间依据实验目的而定，通常为14天。14天后进行行为学检测，行为学检测期间应保持大鼠处于造模的尾平/尾吊状态，在行为学检测时应尽量减少动物的非尾吊时间，取下后及时检测，检测完后及时尾吊。具体实验测试方法、检测模式和评价标准见实验方法。

4. 注意事项

4.1.尾吊会造成尾部的血液不循环，缠膏药时若使用力度不合适，易导致尾巴逐渐红肿、疼痛。尾吊时在缠尾部的膏药时注意掌握力度，适时调整。

4.2.尾吊动物多偏狂躁，取挂时应异常小心，取挂时候可以一只手握住动物身体，防止其转头，另一只手将其从尾吊挂钩上取下。

4.3.尾吊期间要保持尾吊环境的干净整洁、室内温湿度的适宜，以及室内的安静，以保证结果的真实可靠。

5.1 行为学检测

动物按相应分组在模拟失重尾部悬吊实时监测装置中造模3 周，造模期间每天8: 00pm 提取当天被监控动物( 8: 00am ～ 12: 00am) 、( 2: 00pm ～ 6:00pm) 、( 8: 00am ～ 8: 00pm) 、( 8: 00pm ～ 8: 00am) 、24 h 等5 个时段自主活动数据。同时，每周检测动物摄食饮水量和体重变化。摄食饮水量测定: 造模前一天和造模第7、14、21 天分别测定一次。测量当天上午8: 00 每只动物给予200 g 饲料，200 mL 水，第二天同一时刻收集剩余饲料和饮水，摄食饮水量以食物饮水消耗绝对值来评定。体重变化测定: 在造模前一天和造模第7、14、21 天分别称量体重并计算体重变化率，体重变化率= ( 第N 周体重－ 实验前1 天体重) /实验前1 d 体重。 

1. 尾吊对摄食饮水的影响

如表1 所示，在实验开始前各组之间摄食饮水量均无统计学差异。造模3 周后各组大鼠摄食饮水量也无统计学差异。

2. 尾吊对体重的影响

如表2 所示，大鼠体重在实验前无统计学差异，体重变化率在实验后1 周出现显著性变化( P ＜0. 05) ，假尾吊组和尾吊组大鼠体重显著低于对照组( P ＜ 0. 05) ，这种差异持续到第3 周，且有逐步增大的趋势。假尾吊组和尾吊组之间大鼠体重无统计学差异。

3. 不同时间段尾吊大鼠运动状态的变化

由图3 所示，在各个时段对照组大鼠运动时间都少于假尾吊组和尾吊组; 假尾吊组和尾吊组大鼠运动时间无显著性差异，但在造模1 ～ 10 d 假尾吊运动状态不稳定，个体差异也很大，10 d 之后运动状态趋于稳定。

本实验采用健康成年SPF级老鼠。饲料垫料均为高压灭菌产品，购自北京维通利华实验动物有限公司，动物用水均经过除菌处理。实验动物以完整的包装直接进入实验室，观察适应5天后无异常情况，方进行实验。实验过程中动物操作均符合动物伦理学规范，对环境和生态影响等符合国家相关法律规定。

给予动物鼠笼倾斜、潮湿垫料、高温、噪音、束缚、电击、游泳、昼夜节律颠倒等不同刺激因子，且刺激因子安排为多变性和不可预测，可诱导性是模型制造成功的关键。该模型被广泛用于抑郁症神经生物学机制及抗抑郁药物的研究，以及伴发的焦虑、学习记忆障碍及防护药物研究。

本研究中，通过水迷宫实验、避暗实验结果可以看CUMS模型组水迷宫寻台潜伏期显著性延长，避暗错误次数显著性增加、避暗潜伏期显著性减少等，这些行为学结果，提示大小鼠CUMS模型成功。此外本实验还对CUMS模型的机制进行了基础研究，认为CUMS模型会导致动物皮层的5-HT、DA、Ach、NE等神经递质水平显著性降低（P<0.05）。因此我们认为采用慢性不可预测应激，35天可以造成大鼠和小鼠学习记忆障碍。

模型技术难点在于对于CUMS刺激因子的选择，刺激因子的选择可能影响实验模型的成功与否，常用的刺激因子有禁食(12 h)、禁水(12 h)、冷水游泳(4 °C，5 min)、热水游泳(42 °C，5 min)、动物叫声(0.5 h)、束缚(使用自行研发的小鼠行为限制器，长20 cm，直径7 cm)、昼夜颠倒、配对饲养、湿笼、倾笼等。每日选择2~3 种刺激，并尽量使应激程序符合不可预测的特点，以避免动物产生适应性。相同的刺激因子应该隔3-7日再进行。

本研究通过不同的刺激因子对老鼠造成慢性不可预测应激模型，通过水迷宫、避暗等经典行为学指标，以及5-HT、DA、Ach、NE等神经递质基础机制指标，表明了慢性不可预测应激诱导老鼠学习记忆损伤模型的成功，并且该模型对于大小鼠具有相同的效果，本模型可用于进一步的改善学习记忆药物的药效学评价。