动物模型构建与评估丨运动性疲劳动物模型

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《动物模型构建与行为学评估》V1.0共计约540页，主要围绕生物医学领域中动物实验的核心方法，详细介绍了如何通过构建动物模型来研究疾病机理，并且使用行为学评估手段验证这些模型的有效性。书中的内容适用于研究人员在进行神经科学、药理学、生物医学等领域的实验时，理解和运用动物模型这一重要工具。

运动性疲劳动物模型大鼠主要是SD大鼠和Wistar大鼠，以前者为多。小鼠主要是昆明种小鼠、BALB/c小鼠和ICR小鼠，以昆明种小鼠为最多。偶见兔子等其他动物模型。

模型要尽可能再现运动疲劳状态：

为了复制运动员在训练过程中出现的疲劳状态，应该选择与运动员的训练（耐力、速度、力量等）相一致或接近的运动训练模式进行造模，也就是说实验动物的运动强度、运动时间、运动方式是影响疲劳形成、造模成功与否的关键。

环境因素对模型动物的影响：

造模的成败往往与环境的改变有密切关系。拥挤、饮食改变、过度光照、噪音、温度、湿度（小鼠对温度和湿度均比较敏感）、通风情况的破坏等，任何一项被忽视都可能给模型动物带来严重影响。除此以外，跑台运动的刺激方法、强度和频率、跑道的宽窄，泳池的大小、水深、水温、水的清洁程度（特别是多批次动物游泳）、游泳时的环境温度、游泳密度、驱赶方法、静水或流动水、游泳后动物的干燥方法应叙述详细，使模型的建立更具科学性、可重复性。

对照组与实验组所处环境应一致：

在实验过程中，对照组动物与实验组动物应保持在同一环境中，例如实验组动物游泳，对照组动物应在同温度的浅水中不进行游泳，以排除水温因素对实验的干扰。实验动物在跑道上跑步，对照组动物应放在同规格跑道上，以排除环境的影响。

不同制备方法的优缺点比较

跑台和游泳的比较  

跑台优点：运动强度较容易控制。

缺点：动物跑台一般采取电击、声音刺激、毛刷刺激或强气流来驱使动物进行奔跑，其产生的是非主动性运动，这是动物跑台应用中的一个局限性因素。运动时当大鼠的跑速低于跑台速度，会受到较强的刺激来强迫它以规定的强度和时间完成运动，这种刺激严格地说是一种伤害性刺激，使大鼠产生了防御性反射应激，这不是运动应激，过度应急有时会导致动物死亡。有研究表明：仅仅刺激尾部的皮肤，就会引起大鼠生理上的改变，如引起去甲肾上腺素和肾上腺素的升高。而且并非所有大鼠都能学会在跑台上奔跑。易造成尾部和足部的机械性损伤，引起出血和继发感染，影响实验结果。另外，不同运动时间、运动强度，对大鼠造成的过度训练程度亦有所不同。相同的运动强度下，不同的刺激方式对大鼠机体的影响也不一样。因此，研究结果进行比较与交流时，要统一刺激方法、频率等实验条件。

游泳优点：实验所需设备大多简便易得。由于游泳是大鼠和小鼠的本能，采用游泳方式训练时大鼠和小鼠不会产生强烈的抵触情绪，在使用流动水或不停搅动水使动物不停运动时，实验动物承受体力外的不良刺激少，是一种卷入“情感因素”最少的训练方式。而且易维持运动强度在较高水平。另外，游泳对心脏的影响比较显著。

缺点：需水量较大：为避免实验动物尾巴撑在池底休息，要求静水深要超过实验动物身长的2倍，一般大鼠游泳水深50cm以上，小鼠游泳水深20cm以上；每只实验动物占用的水面积大多在300cm2以上。时刻监控水温，无特殊需求一般应控制在28～36℃之间，一般上下波动幅度为1～2℃。工作量大。有动物在游过几次之后学会了漂浮，需用木棒驱赶，个别动物会借势爬到竹竿上以逃避训练。有的动物可游数小时而不疲劳，这就需要加大强度，如负重。常用的负重方法有尾部负重、腋下胸前负重和背后负重，不同的负重部位对动物的疲劳时间、疲劳强度是否有影响，目前还不清楚。同时，不论大鼠还是小鼠在游泳时都会排便、排尿，并释放某种“警戒物质”。同批次游泳要不断地清除粪便、杂草、锯末等杂质，不同批次实验动物进行游泳时，要保证游泳水的清洁最好是换水。另外，实验动物运动完要进行擦拭、吹风等干燥处理。不难看出从负重、准备游泳用水、清除杂质、保证水温、驱赶动物或搅动水、换水到干燥，制备游泳模型的实验工作量很大。在大鼠游泳训练中，游泳时间越长呼吸道感染的发生率就较高，故需对保健问题予以足够的重视。  

单因素和复合因素的比较

单因素优点：干扰的因素少，实验结果主要由运动引起。

缺点：大小鼠等没有人类复杂的情感，所以所造模型与人类实际还有一定差距。

复合因素优点：竞技体育运动员中经常发生的损伤是由运动因素和精神压力共同引起的。复合因素可在运动影响的基础上添加精神上的影响。

缺点：干扰因素多，实验结果的归因性不强。

形态的观察

主要观察动物的“表情”和“逃避”反应：实验前动物均神态安静，活泼好动，食欲良好，眼睛有神，对新异刺激及周围环境的变化反应灵敏，且皮毛紧密光滑，干净润泽。实验过程中，动物随着运动时间延长和运动量的增长，逐渐出现了神情倦怠，眯眼，双眼暗淡无光；皮毛蓬乱枯稿，皮毛不顺、片状脱落（脱毛）；食欲降低，体型瘦弱，拱背，懒动，扎堆、便溏；对外界刺激反应迟钝，探究行为明显减少，出现明显的胆怯状态等现象始计时，观察大鼠6min内的行为举动。测定指标包括：方格间穿行次数（三爪以上跨入邻格的次数）；理毛修饰时间（两前肢离地1cm以上的时间，即前肢向上抬举、抓痒、洗脸、舔足）。鼠尾悬挂实验：固定大鼠尾端，使其呈倒挂状态，四周以隔板隔离动物视线，动物为克服不正常的体位而挣扎活动，但活动一定时间后出现间断性“不动”，显示“失望”状态。计录6min内的不动时间，并同时观察大鼠挣扎次数。拉尾排便试验（运动性脾虚模型常用）：一手固定鼠笼，一手抓住大鼠尾巴中部，向后上方提拉，此时动物抓紧鼠笼尽量向前用力，这样持续1min。若1min内动物有粪便排出为拉尾排便阳性。 

运动姿势和运动能力的观察

跑台跑的姿势：动物后蹬地不积极，吃力或无力，腹部与跑道面时有接触或一直接触（由蹬地跑变为半卧位或卧位跑）等即是疲劳的表现之一。运动能力：动物不能维持原运动强度，先后滞跑道后1/3处达3次以上，或刺激频率增加达6次/min以上，刺激时间延长等，视为大鼠疲劳。

游泳游的姿势：动物游泳的协调动作消失。运动能力：动物潜入水底几秒钟后反弹跳起的次数和在水面漂浮的现象明显增多。实验动物下沉于水中一定期限不能再浮出水面（这个期限从3s至60s不等）或连续3次没入水底，每次超过10s，出水后被握持时四肢下垂或沉入水中超过10s，且放在平面时无法完成翻正反射即视为疲劳。但在实践中，有些标准太苛刻，危险性很大，往往造成动物死亡，使得所建模型不能再现或缺乏稳定性。有研究推荐使用“经10s后仍不能返回水面”作衡量游泳能力时的观察指标。