空间爬行运动训练对脑缺血幼鼠心理行为的影响

王亚莉，齐江彤，杜开齐，张金龙，陈国军，马玉海，刘秋玲

空间爬行运动训练对脑缺血幼鼠心理行为的影响

王亚莉1，齐江彤1，杜开齐1，张金龙1，陈国军1，马玉海1，刘秋玲2

目的 观察空间爬行运动训练对脑缺血幼鼠心理行为的影响。方法 59只7～8 日龄新生鼠随机分为对照组20只，仅做颈部皮肤的切开缝合，未结扎双侧颈总动脉；脑缺血组20只，结扎双侧颈总动脉；脑缺血运动组19只，结扎双侧颈总动脉后4 d，给本组幼鼠在自制的空间运动架上进行早期空间运动训练4周。对照组和脑缺血组不给与空间爬行训练。应用动物行为学平台(转棒仪和旷场试验)对38～40 日龄幼鼠进行运动和行为功能测定。结果 (1)脑缺血运动组和对照组幼鼠降落的潜伏期明显长于脑缺血组(t=4.159，P<0.01；t=4.696，P<0.01)，而对照组和脑缺血运动组的幼鼠运动降落的潜伏期长短差异无统计学意义(t=1.418)；(2)在旷场实验中3组幼鼠运动的总路程，以及平均速度比较差异均无统计学意义；(3)脑缺血运动组和对照组幼鼠的跨格次数、周边活动时间和距离明显长于脑缺血组(t=4.848，P<0.001，t=6.583，P<0.001；t=2.764，P<0.05，t=3.988，P<0.01；t=3.102，P<0.05，t=3.258，P<0.05),而对照组和脑缺血运动组的幼鼠的跨格次数、周边活动时间和距离长短差异无统计学意义；(4)脑缺血运动组和对照组幼鼠中心活动时间及路程明显短于脑缺血组(t=4.881，P<0.01；t=3.533，P<0.01；t=3.783，P<0.01，t=3.142，P<0.05)，脑缺血运动组和对照组幼鼠中心活动的时间和距离比较差异无统计学意义。结论 脑缺血幼鼠表现情绪异常，运动行为状态明显受损，早期空间爬行运动训练可明显改善脑缺血幼鼠运动和协调能力及认知能力。

空间爬行；脑缺血；心理；鼠

近年来，新生儿病死率明显下降，但早产儿、围产期窒息儿增多，使脑损伤和脑发育缺陷后遗症的人数明显增高。新生儿中度缺血缺氧性脑病(hypoxic-ischemic encephalopathy，HIE)有36.5%出现后遗症，重度HIE则100%有后遗症，某些轻型的HIE患者可能不会出现明显的肢体功能障碍和智力障碍，但有可能表现为明显的多动以及行为异常等心理行为改变。这些症状往往是到孩子上学时才被家长和老师发现，因为学习困难而被重视，但治疗往往没有特别的方法。研究证明，早期运动可全面提高小儿发育水平，丰富的环境刺激可促进大脑的发育，以运动作为丰富环境因素对大脑发育的作用更明显[1]。众所周知，早期运动训练可以促进正常孩子的运动及智力发育，而对脑缺血缺氧引起的心理行为问题是否有改善和纠正作用呢？本研究观察早期空间运动对脑缺血幼鼠心理行为的影响，进而为探讨0～3岁婴幼儿运动方式促进心理行为发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料 59只Wister新生幼鼠购自上海斯来克实验动物有限责任公司，体重18～22 g，在复旦大学国家标准啮齿类动物实验室饲养，20 d母乳喂养，10 d分笼饲养，自由进食饮水。饲养条件：室温(22±2)℃，湿度45%～55%。分为对照组(正常组，假手术组)20只、脑缺血(手术组，双侧颈总动脉结扎组)20只、脑缺血运动组19只，动物实验获得伦理委员会的批准。

1.2 方法

1.2.1 模型制备 (1)对照组(正常组，假手术组)：7～8日龄(P7～8)Wistar乳鼠用10%水合氯醛300 mg/kg麻醉并固定台上，仰卧位作颈腹侧正中切口，长2～3 cm，不做颈总动脉结扎，皮肤缝合并用青霉素注射液冲洗局部皮肤；(2)脑缺血干预组 ：7～8日龄(P7～8)Wistar乳鼠用10%水合氯醛300 mg/kg麻醉并固定台上，仰卧位，常规消毒颈部皮肤，做颈腹侧正中切口，长约2～3 cm，仔细分离左侧颈总动脉，在左侧颈总动脉其远心端与近心端分别缝线结扎；再分离右侧颈总动脉，在右侧颈总动脉其远心端与近心端分别缝线结扎；缝合皮肤，再次消毒创面。术后在37～38 ℃衡温毯复温4～6 h后返笼饲养。术后由母鼠喂养。20 d母乳喂养，10 d分笼饲养，自由进食饮水。饲养条件：室温(22±2)℃，湿度45%～55%。乳母顺序标记1、2、3、4、5和6号。每周测定幼鼠体重。

1.2.2 空间运动器具 自制空间运动架和平衡木，具体制作方法：(1)空间运动架：运动架高15 cm，顶部安装有3根平行的圆柱棍，圆柱棍直径1.5 cm，间距3 cm；(2)平衡木：平衡木距离地面50 cm，长2 m，宽2 cm。

1.2.3 运动训练方法 脑缺血运动组19只幼鼠由专人进行空间运动训练，每天1次，每次25 min。(1)训练人员用直径0.8 cm，长29 cm细纸棒，协助幼鼠攀爬上运动架，然后转动圆柱棍训练幼鼠空间爬行，至落下地面为止，如此反复10遍；(2)然后训练人员轻柔抓取幼鼠放置平衡木上，用上述轻纸棒驱赶幼鼠在空间平衡木爬行，每只幼鼠每次训练爬行5遍。

1.2.4 神经行为状态评定 于4周(P38～40) 在复旦大学脑科学研究院的动物行为学平台所对59只Wistar鼠进行转棒仪和旷场试验测试，记录数据。(1)转棒仪为美国Med Associates大鼠转棒仪(型号：ENV-575)。该转棒仪分为4道，可同时检测4只动物。转轴选择匀加速为4.0～40 r/min。当动物从转轴上掉落时，切断该道的红外线，仪器自动记录下时间。每次观察5 min，重复3次，计算3次停留时间的平均数；(2)旷场试验为美国Med Associates 大鼠旷场实验系统(型号：MED-VOF-RS)。实验装置由旷场反应箱和数据自动采集与处理系统两部分组成。大鼠旷场反应箱高30 cm，底边39 cm×39 cm，正上方1 m处架一数码摄像头，其视野可覆盖整个旷场内部。旷场光照设置为黑夜模式；实验室背景噪音控制在65 dB以下。观察时间10 min。

1.2.5 观测项目 转棒仪测试选择幼鼠降落的潜伏期(即在转棒仪上的运动时间)作为参考指标。比较旷场试验10 min总体反应结果，选择幼鼠在旷场中的总路程、平均速度、跨格次数和中心与周边区域活动时间及距离作为参考指标。

2 结 果

2.1 体重状态 脑缺血运动组和脑缺血组及对照组幼鼠在运动前的体重无统计学差异，2周和4周时脑缺血运动组的幼鼠体重均非常明显地重于其他两组的幼鼠体重(均P<0.01，表1)。

表1 各组幼鼠训练前后体重变化 ±s，g)

2.2 运动状态 用转棒仪测定幼鼠运动状态，脑缺血运动组和对照组幼鼠降落的潜伏期明显长于脑缺血组，而对照组与脑缺血运动组的幼鼠运动降落的潜伏期长短差异无统计学意义(表2)。

表2 各组幼鼠运动降落潜伏期比较 ±s)

2.3 总体心理行为状态 10 min的总路程和平均速度3组是相似的(P>0.05)，脑缺血运动组和对照组幼鼠跨格次数非常明显少于脑缺血组的跨格次数(表3)。

2.4 旷场周边和中心区域活动状态 脑缺血运动组和对照组幼鼠周边活动时间和距离明显长于脑缺血组，而对照组和脑缺血运动组的幼鼠周边活动时间和距离长短差异无统计学意义；脑缺血运动组和对照组幼鼠中心活动时间及路程明显短于脑缺血组；脑缺血运动组和对照组幼鼠中心活动的时间和距离比较，差异无统计学意义(表4)。

表3 各组幼鼠旷场总体反应结果比较 ±s)

表4 各组幼鼠旷场周边和中心区域活动状态结果 ±s)

3 讨 论

小儿脑缺血损伤不仅造成肢体功能障碍，同时也可造成智力损伤及心理行为异常，造成患儿认知和行为异常，进而造成学习困难[1，2]。动物实验表明，早期运动训练可减少脑缺血诱导的STAT1表达，从而加强对脑缺血再灌注大脑皮质神经元起保护作用[3]，在颅脑损伤后3 d或7 d时进行为期2周的跑台训练，能改善模型大鼠肢体运动协调能力及前肢运动功能[4]。小儿心理行为伴随着体格和智能同步快速发展，已知促进小儿早期发展的重要内容是给与小儿丰富环境刺激，运动能力发展是小儿生长发育的指标，适宜的运动训练又是促进早期运动及协调能力发展的关键手段。认知能力是心理行为范畴，运动促进认知能力是治疗心理行为性疾病的重要手段，在学龄儿童中，身体活动量较高的健身水平与改善认知功能相关[5]。如果对有窒息史的小儿在早期无论是否有缺血缺氧性脑病的症状即采取能够促进认知能力发展的适宜运动训练,有利于减少脑缺血损伤，同时减少神经系统后遗症，如认知及行为异常。

本研究采用结扎双侧颈总动脉制作脑缺血模型。脑缺血特征性表现：运动功能的损害，姿势的异常，智力及认知功能发育迟缓，故生物学行为检验是脑缺血动物模型检验中重要的手段[6]。实验中为幼鼠设计爬高的空间运动，由于爬行运动对鼠类是常态活动姿势，若欲发挥运动训练的效果必须达到一定的运动频率，而对幼鼠是不合适的；受马力等[7]设计增加环境丰富化模具影响实验豚鼠生长及行为研究的启发，因此自制了幼鼠空间运动训练器具，内容包括空间平衡木运动、空间攀爬和空间爬行运动，对幼鼠进行空间运动训练方案，每天对幼鼠进行平衡、攀爬和空间运动训练；既非幼鼠常态活动姿势，也非幼鼠的危险运动，当训练者适当协助，幼鼠就能完成。脑缺血研究中广泛采用转棒实验评估动物的运动能力，脑缺血后动物在转棒上的停留时间明显减少，降落的潜伏期明显缩短[8]。本实验结果显示，早期空间运动训练能够明显的促进幼鼠生长发育，并且脑缺血运动组及对照组幼鼠从转棒仪上降落的潜伏期非常明显长于脑缺血组，说明运动训练使幼鼠的运动协调性明显增加。对脑缺血幼鼠进行空间运动训练后，幼鼠跨格次数少、中心区域活动时间短、中心区域活动距离少和周边区域活动时间长等，均表明幼鼠对新环境认知能力增加、情绪稳定、能够保持常态喜欢在周边区活动的习性；转棒仪用于检测动物的运动协调性和疲劳性。脑缺血幼鼠在转棒上停留时间长短，表示其运动协调能力可说明锥体外系、小脑及周围神经受到损伤。转棒实验中降落的潜伏期时间越长提示幼鼠的协调性能越好，越不易疲劳，反之则越差。转棒实验分析发现，脑缺血组幼鼠转棒降落潜伏期明显低于对照组，脑缺血运动组幼鼠降落的潜伏期明显长于脑缺血组幼鼠的降落的潜伏期。提示脑缺血幼鼠存在运动协调性下降和疲劳性增加；而运动训练能够明显提高手术干预幼鼠的运动协调性和抗疲劳性状态[9]。

旷场试验可用于测试动物的活动量、活跃程度、探索行为及对新空旷环境的认知能力。通过观察新异环境中自主行为、探究行为和紧张度等，可反映鼠心理行为状态。常态幼鼠喜欢群居和洞穴，在开放的环境中，幼鼠习性是喜欢在周边区活动；旷场试验的场地对幼鼠来说是非常宽广的新环境，对此开放的场所幼鼠会产生焦虑，总路程和平均速度以及跨格次数被视为反映幼鼠自发运动的主要数据[6]。

本实验中3组幼鼠在旷场实验运动总路程，平均速度显示差异无统计学意义，而在跨格次数、周边运动时间和路程以及中心运动时间和路程上有明显差异，脑缺血组幼鼠明显存在跨格次数的增多，中心活动时间及路程的增长较脑缺血运动组和对照组，说明脑缺血幼鼠存在情绪的障碍及认知功能障碍，而脑缺血运动组幼鼠周边活动时间和路程明显长于脑缺血组而同对照组差异无统计学意义，提示早期空间爬行训练可以纠正脑缺血幼鼠的紧张焦虑的情绪异常，并增加对新环境的认知能力，保持常态的周边活动的习性。本实验通过对幼鼠运动行为学分析发现，脑缺血损伤后幼鼠的运动协调能力及认知能力明显受损，早期的空间爬行训练可明显改善脑缺血受损幼鼠的运动协调能力及认知能力，为临床早期治疗脑缺血损伤小儿的训练治疗提供理论基础。

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(2015-05-02收稿 2015-08-20修回)

(责任编辑 岳建华)

Psychological behavior effects of space creep exercise training for early age cerebral ischemia rats

WANG Yali1，QI Jingtong1，DU Kaiqi1，ZHANG Jinlong1,CHEN Guojun1,MA Yuhai1，and LIU Qiuling2.

1.Jiaxing Hospital of Zhejiang Provincial Corps, Chinese People’s Armed Police Force, Jiaxing 314000, China; 2. Department of Pediatrics, General Hospital of the Chinese People’s Armed Police Force, Beijing 100039, China

Objective To investigate the psychological behavior effects of space creep exercise training for early age cerebral ischemia rats. Methods 59 neonatal rats were randomly divided into 3 groups, 20 in control group with only the neck skin incision and suture, without bilateral common carotid artery ligation; 20 in cerebral ischemia group with bilateral common carotid artery ligation ; 19 in cerebral ischemic exercise group , 4 days after bilateral common carotid artery ligation, given a 4 weeks creep space exercise training with homemade exercise rack. Control group and cerebral ischemia group did not receive exercise training. The Animal Behaviour Science Platform (Scotch instrument and open-field test) was used to measure the movement and behavior of these 38-40 days old rats. Results (1) The landing incubation period in cerebral ischemic exercise group and the control group was much longer than in cerebral ischemia group (t=4.159,P<0.01;t=4.696,P<0.01), while the control group and cerebral ischemia exercise group had no significant difference (t=1.418). (2) In the open field test, 3 groups had no significant difference in the total distance and average speed (allP>0.05). (3) Peripheral activity time and distance in cerebral ischemic exercise group and the control group were much longer than in cerebral ischemia group (t=4.848,P<0.001,t=6.583,P<0.001;t=2.764,P<0.05,t=3.988,P<0.01;t=3.102,P<0.05,t=3.258,P<0.05) , while the number of cross-grid times, peripheral activity time and distance between the control group and cerebral ischemic exercise group had no significant difference. (4) Center activity time and distance in cerebral ischemic exercise group and the control were was much shorter than in cerebral ischemia group (t=4.881,P<0.01;t=3.533,P<0.01;t=3.783,P<0.01,t=3.142,P<0.05), while the cerebral ischemic exercise group and the control group had no dignificent difference. Conclusion For the cerebral ischemia rats, movement and behavior state are impaired, early space creeping exercise training can significantly improve the movement, coordination and cognitive abilities.

space creep; behavior cerebral ischemia; medical psychology; rat

嘉兴重点科技团队基金(编号：201212)

王亚莉，硕士，副主任医师，E-mail:wangyali72@163.com

1.314000，武警浙江总队嘉兴医院；2.100039 北京，武警总医院儿科

刘秋玲，E-mail:wangyali72@163.com

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