应激动物模型概述

二、应激动物模型概述

应激反应是全身性的变化,涉及的改变既有整体的(如神经内分泌和器官功能),也有细胞分子水平的,因此其研究手段也包括整体、器官和细胞分子水平等多个层次。应激研究中重要的问题是建立应激动物模型、选择志愿者或患者。

应激反应是机体暴露于应激源,产生一系列生理和心理反应。典型生理表现为应激源激活交感神经系统及HPA轴,进而引起神经、内分泌、免疫等全身各器官系统的生理及病理生理改变。心理表现复杂多样,主要有焦虑、恐惧等以及相应的行为学改变。这是机体对抗应激源维持自身内环境稳态的负反馈机制。目前已经建立了多个非灵长类动物模型用于研究人类的应激反应,包括急性应激和慢性应激。这些动物模型采用各种应激源激发动物应激反应,用于研究应激反应的生理学心理学改变,研究应激性、应激相关性疾病的发病机制及防治。

常选用啮齿类动物模型研究应激反应的神经内分泌、免疫及行为学反应。而畜牧业更重视应激反应对经济畜种的繁殖、体重增长及健康等影响的研究。由于啮齿类动物心血管调节与人有较大差异,因此常用兔、狗及猪等动物研究应激反应对心血管系统的影响。

1.急性应激动物模型

(1)躯体应激源:应用啮齿类动物建立了非常多的躯体应激源性应激反应动物模型。常用的急性应激源有束缚、电击、游泳、冷、噪音、社会冲突等。这些应激源应用时间可短至1~2分钟,长到6~8小时。急性应激反应可从应激源作用开始至应激源撤除后数小时。现已证实这些应激源中的绝大多数甚至全部能够引发行为学、生理学以及免疫功能的短时效应。通常认为这种急性应激反应具有自限性,因为机体具有很强的维持内环境稳态的负反馈调节能力。如果调节失败,则将导致进入慢性应激反应状态。

多数急性应激源应用都需要将实验动物脱离饲养笼,这本身就是一种温和应激源。因此,为了研究某种应激源的本身效应,常在应激源暴露前1~2周对对照组进行抓取和离笼至新环境的适应性训练。

电击应激源常用于啮齿类动物研究,包括足底电击和鼠尾电击。电击应激源的优点是强度、频率可控性好。足底电击应激的操作有专门设计的斯金纳箱(Skinner boxes),其底部有通电金属栅栏,动物可以在箱中自由活动。鼠尾电击的实施需要将动物束缚固定,电极连结鼠尾。足底电击优点是动物可以自由活动,但同时动物可以通过特殊姿势减少电击次数。鼠尾电击则可以保证老鼠之间接受相同数量的电击,但多了一个束缚应激源。

游泳应激目前在啮齿类动物应用日趋普遍,因为动物福利委员会越来越不赞同应用电击刺激。游泳可以是自由游泳或负荷游泳,持续时间5~30分钟不等。应激强度可以通过游泳持续时间、水温、负荷强度来控制。游泳本身是一种复合应激源,实际上包括了运动或劳力成分、潮湿、低温等成分。暴露于低温环境本身就是一种常用应激源。然而,反复或长时间低温暴露则会产生低温适应干扰对结果的判断。例如,甲状腺激素一般是受应激源抑制的,但是长时间低温暴露则可以增强。

120 dB高频噪声是常用的一种躯体应激源,但是有些种属动物经过重复或持续暴露容易产生快速适应。

(2)心理应激源:新环境应激以及许多社会应激源被认为是更容易引起心理应激,新环境应激源包括,将饲养笼移至另一个房间、将动物移至一只空笼中或铺从未用过的垫料的笼中、将动物暴露于不熟悉的物品等。急性社会应激源包括暴露于天敌、有些有优势等级的动物暴露于同性、暴露于优势同种性信息激素等。值得注意的是,躯体性应激源也都具有不同程度的“心理成分”,心理性应激源也常具有“躯体成分”。事实表明,对电击、束缚等躯体性应激源的预期能够引起很强的心理应激。

(3)无应激对照:应用应激动物模型很重要的一点就是选择合适的对照组。若应激效应比较弱或者要研究的是应激与其他因素的复杂相互作用,那么提供对照组动物严格的无应激环境就是十分重要的。应激研究所用实验动物常饲养于无应激环境评价的大型饲养中心。在动物饲养过程中,特别是换笼抓取以及同室其他实验工作产生高频噪声常引起对照实验动物应激激素显著升高。此外,数据采集也必须尽可能减少应激。如尽量快速留置导管以保证对照组基础激素水平。将应激动物与非应激动物分开饲养也是非常重要的,因为应激大鼠会产生应激特异性气味。

(4)应激源强度:急性应激反应具有特征性的神经内分泌反应,如何评价和比较不同应激源的致应激效应是应激反应实验动物模型的一个关键性问题。一种解决方案就是研究对于一系列强度分级应激源引起的应激反应,找到与应激强度增加成线性相关的应激反应系统。例如,催乳素分泌较肾上腺皮质激素或儿茶酚胺更能反映足底电击引起的应激强度,因为后者的反应是“全”或“无”的,不易分级。

2.慢性应激动物模型·常用的慢性应激源包括反复暴露于各种急性应激源、连续工作任务、过度拥挤、复杂的社会处境等。反复暴露于同一应激源可能导致习服,即随着时间延长,对应激源反应逐渐减弱甚至消失。有两条途径可以防止习服发生,其一,不同急性应激源逐日轮替;其二,增强应激源强度并且相对减少暴露次数以减少习服发生并可能产生致敏效应。

连续工作任务是指需要保持经常的反应以逃避负性刺激或获得正性回报。转轮运动应激模型就是这一类应激源,同时这种应激源常含有睡眠剥夺成分。

拥挤应激源,即将多只动物同笼饲养。而社会性动物单笼饲养也是一种应激源。

习得性无助和条件性恐惧是常用的两个应激反应模型。前者如足底电击和悬尾实验去常用于研究抑郁症的生理学基础及药物筛选。后者模型中,动物暴露于应激环境,如天敌,当动物再次返回该应激环境而原应激源已不在时,实验动物表现出恐惧、警觉、糖皮质激素水平升高等高反应性。

慢性应激状态以生理和行为学改变持续超过急性应激反应消退的时间为特征。对于人类,慢性应激反应在时间上甚至可以发生于应激源暴露结束后数十年。而对于动物也多数可达数天到数周。大鼠鼠尾反复电击应激可致血皮质酮持续升高3~5天。