慢性长航疲劳主要复合因素对大鼠行为学指标的影响

王艳军 王晓花 周宏元 丁猛 袁海霞 胡家庆

【摘 要】目的：通过建立慢性长航疲劳主要复合因素动物模型，观察慢性长航疲劳主要影响因素复合作用对大鼠行为学指标的影响。方法：SD大鼠36只，随机分为3组。噪声暴露、睡眠剥夺和模拟晕船3因素复合21 d建立慢性长航疲劳主要影响因素动物模型。用Morris水迷宫系统，测定大鼠的逃逸潜伏期，观察复合因素作用下大鼠空间记忆能力的变化。用大鼠自发活动系统，记录总路程、中央的路程、边上的路程等指标，观察大鼠自发活动能力的变化。结果：慢性暴露后，水迷宫测试结果表明，大鼠的总逃逸潜伏期明显延长；暗箱自发活动实验表明，大鼠总路程和活动时间减少。结论：慢性复合因素作用下大鼠出现空间学习记忆能力受损；中枢受到抑制，探究行为减少等疲劳征象。

【关键词】疲劳；行为学；长航

【中图分类号】R285.5 【文章编号】1004-7484（2014）04-2449-02

舰船特殊环境条件下，舰员疲劳引起工效下降已经成为人-机-环境系统突出问题。睡眠剥夺、噪声暴露和晕船等是航海环境条件下常见的应激源，是容易导致舰员疲劳发生的主要因素。本研究通过建立慢性长航疲劳主要复合因素动物模型，观察长航疲劳主要影响因素复合作用下，大鼠行为学指标的变化，探索长航疲劳对空间记忆能力和自主活动能力的影响。

1 材料与方法

1.1 实验动物 采用海军医学研究所实验动物中心提供的健康雄性SD大鼠36只，体重150-180 g，耳廓反应灵敏，饲养于海军医学研究所实验动物中心，光/暗周期为12 h/12 h，饲养环境温度（23±2）℃。实验前适应性喂养1 w，自由饮水摄食。

1.2 主要仪器 Sine Random Generator（型号：1207，丹麦BK公司）；Impulse precision sound level meter（型号：2209，丹麦BK公司）；Morris水迷宫测试系统（型号：DigBehv-MG，上海吉量软件科技有限公司）；通用自发活动箱（型号：JLBehv-LAG-4，上海吉量通用仪器设备厂）。

1.3 实验方法

1.3.1 动物分组 雄性SD大鼠36只，适应性喂养结束后，Morris水迷宫训练3 d。第4 d进行测定，根据Morris水迷宫测定结果排序，按随机数字表法分为3组：空白对照组、睡眠剥夺对照组和复合因素暴露组，每组12只。

1.3.2 长航疲劳主要影响因素动物模型建立 21 d慢性实验暴露方案：8：00-10：00 模拟晕船（2 h）；10：00-12：00 93 dB噪声暴露（2 h）+睡眠剥夺（2 h）；12：00-16：00 睡眠剥夺（4 h）；16：00-22：00 回笼休息（6 h）；22：00-8：00 睡眠剥夺（10 h）。

复合因素暴露组施加以上暴露方案；空白对照组不予任何处理；睡眠剥夺对照组置于睡眠剥夺对照箱内，施加噪声暴露，噪声暴露方案同上。循环21 d。

1.3.3 行为学指标测定

Morris水迷宫测试：将水池等分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限，在Ⅲ象限正中离池壁40 cm处放透明平台，平台直径10 cm，平台顶低于水面2 cm。定位航行实验实施程序：大鼠首先进行定位航行训练以获得稳定的空间学习记忆能力，1次/d，共3 d。第4 d测试，根据测试结果分组。实验结束后再次进行Morris水迷宫测试。慢性实验在实验期间每隔1周进行1次加强训练。训练时，大鼠投放从第Ⅰ象限开始，第Ⅳ象限结束，记录大鼠每个象限投放后找到平台的时间，即逃逸潜伏期，90 s找不到平台，潜伏期记为90 s。以4个象限逃逸潜伏期的合计平均值作为评价大鼠的空间学习记忆能力的指标。

暗箱自发活动能力测试 ：将大鼠4只一组以头部朝前的位置放入自发活动箱内，关上箱门，在安静环境下应用计算机视频跟踪技术观察大鼠在3 min内的活动轨迹，采集、存储和分析视频信号。以自发活动总路程、中央区域活动路程（中央路程）、休息时间、活动时间、活动次数和边上路程等指标来评价处理因素对大鼠自发活动能力的影响。

1.4 统计学分析 所有数据用平均数±标准差（ ）表示，用SPSS 13.0统计分析软件进行统计学处理，组间比较采用单因素方差分析，以P < 0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 慢性实验水迷宫测试结果

经过4 d训练强化期，大鼠总逃逸潜伏期明显减少，形成了比较稳定的空间记忆。慢性暴露开始前，各组大鼠的总逃逸潜伏期差异无统计学意义（P >0.05）。慢性暴露后，与空白对照组相比，复合因素暴露组大鼠的总逃逸潜伏期延长（P <0.05），睡眠剥夺对照组有延长趋势（P >0.05）；与睡眠剥夺对照组相比，复合因素暴露组有延長趋势（P >0.05）。结果见表1。

2.2 慢性实验暗箱自发活动能力测试结果

慢性暴露后，与空白对照组相比，复合因素组大鼠总路程、活动时间减少（P < 0.05），活动次数、中央的路程呈减少趋势（P > 0.05），休息时间呈增加趋势（P > 0.05）；睡眠剥夺对照组大鼠总路程、活动时间、中央的路程呈减少趋势（P >0.05），休息时间呈增加趋势（P >0.05）。结果见表2。

3 讨论

由于舰船和武器操作自动化水平的提高和计算机的广泛应用，使舰船员从繁重的体力劳动下解脱出来，但却使脑力劳动、机械性的单调劳动日益增加，使精神疲劳的问题更加突出[1]。本研究模拟长航条件下，易导致疲劳发生的常见影响因素：噪声暴露、睡眠剥夺和模拟晕船3个因素复合，参考相关舰艇环境卫生学标准，建立了动物模型。

Morris水迷宫实验主要用于测试实验动物对空间位置觉和方向觉的学习记忆能力[2]。本实验结果显示：慢性复合暴露组大鼠的逃逸潜伏期比对照组明显增加，表明其空间学习记忆能力下降。自发活动实验是评价实验动物中枢神经兴奋性、探索活动以及运动功能的重要手段[3]。慢性复合暴露后，大鼠自主活动能力下降，对环境的探索活动减少，表明实验动物神经兴奋性降低，脑功能降低。复合因素作用大于单一因素。可能机理为：噪声暴露、睡眠剥夺和模拟晕船均可引起大鼠的应激反应。在应激状态下，兴奋性氨基酸能神经元功能亢进，引起神经元毒性反应，神经系统的结构受损，最终引起中枢抑制；以及其担负的细胞间信息传递功能减弱，可能出现海马异常的习得性长时程增强作用（long term potentiation， LTP），阻碍短时记忆的形成及向长时记忆的转化[4]。同时，复合因素作用下脑内神经递质分泌紊乱以及脑组织缺血缺氧，脑电活动受到抑制等也可能是空间学习记忆能力下降和自主活动能力下降的原因[5，6]。

综上所述，复合因素作用可能导致中枢神经系统受到抑制、行为功能损害及学习记忆能力下降等疲劳征象，复合因素作用比单一因素趋势更明显，说明复合因素暴露建立的模型比单因素暴露建立的模型更能体现长航疲劳的特点。研究可能为进一歩探索长航疲劳的发生机理和防护措施提供实验基础。

参考文献：

[1] 尹朝忠. 影响船员疲劳的因素及防止措施. 武汉船舶职业技术学院学报， 2008， 4： 12-17.

[2] Vorhees CV， Williams MT. Morris water maze： procedures for assessing spatial and related forms of learning and memory. Nat Protoc， 2006， 1 （2）： 848-858.

[3] Himmel HM. Safety pharmacology assessment of central nervous system function in juvenile and adult rats： effects of pharmacological reference compounds. J Pharmacol Toxicol Methods， 2008， 58（2）： 129-146.

[4] 欧阳伟， 王家同， 李金声， 等. 噪声对大鼠学习记忆中海马区NOS阳性神经元表达的影响. 中国心理卫生杂志， 2003， 17（2）： 80-84.

[5] Domenico R. Pharmacology of nitric oxide： molecular mechanisms and therapeutic strategies. Curr Pharm Des， 2004， 10（14）：1667-1676.

[6] Brey RL. Both migraine and motion sickness may be due to low brain 1evels of serotonin. Neurology， 2005， 65： E9-10.