心理應(yīng)激對(duì)大鼠工作記憶影響及酪氨酸干預(yù)作用
【摘要】 目的 探討心理應(yīng)激對(duì)工作記憶(workingmemory)的影響及**遞質(zhì)多巴胺(dopamine,DA)的前體酪氨酸(tyrosine)的干預(yù)作用。方法 先用八臂放射狀迷宮訓(xùn)練大鼠(1次/d、6d/周、連續(xù)10周)至學(xué)習(xí)記憶形成,再以CommunicationBox模型對(duì)大鼠進(jìn)行連續(xù)14d、30min/d的心理應(yīng)激,并從0d起經(jīng)飼料給予250,500和1000mg/kg3個(gè)劑量的酪氨酸干預(yù),觀察第1,4, 7, 10, 13天的工作記憶錯(cuò)誤(workingmemoryerror)及參考記憶錯(cuò)誤(referencememoryerror)。結(jié)果 與對(duì)照組相比,心理應(yīng)激組在第1,7,10,13天的工作記憶錯(cuò)誤及所有時(shí)間測(cè)定的參考記憶錯(cuò)誤皆高于對(duì)照組。與心理應(yīng)激組相比,酪氨酸1000mg/kg組在第7天及第13天出現(xiàn)工作記憶錯(cuò)誤降低,在第4天及第10天出現(xiàn)參考記憶錯(cuò)誤降低,酪氨酸500mg/kg組在第10天時(shí)也出現(xiàn)了工作記憶錯(cuò)誤、參考記憶錯(cuò)誤的降低,酪氨酸250mg/kg組均未出現(xiàn)具有顯著性統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的變化。結(jié)論 急性和反復(fù)的心理應(yīng)激能夠損害大鼠的工作記憶,高劑量酪氨酸能在較早期降低心理應(yīng)激對(duì)工作記憶的損害, 500mg/kg酪氨酸干預(yù)對(duì)降低較長(zhǎng)期的心理應(yīng)激造成的工作記憶損害也有一定的作用。
【關(guān)鍵詞】 心理應(yīng)激; 工作記憶; 酪氨酸
材料與方法
一、材料
1. 動(dòng)物:純種Sprague2Dawley (SD) 雄性大鼠40只,體重180～220g,**醫(yī)學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心提供。
2. 器材:八臂迷宮:光滑塑料板制成,置于距地面75cm高,中心平臺(tái)直徑51. 5cm,八臂的每臂長(zhǎng)60cm,寬11cm,臂側(cè)板高10cm,透明。每臂距遠(yuǎn)端3cm處,設(shè)1cm深、直徑2cm的餌食坑; Com2municationBox心理應(yīng)激模型。
3. 試劑:酪氨酸,相對(duì)分子量181. 19,由上海聯(lián)合食品添加劑公司提供,純度>98. 0%。
二、方法
1. 動(dòng)物處理:單一籠飼養(yǎng)于隔音室,光/暗周期為12h/12 h(倒轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)鼠晝夜節(jié)律,光照時(shí)間為18∶00～06∶00, 06∶00～18∶00為暗周期,使用40W白熾燈照明,使迷宮訓(xùn)練及測(cè)定在暗周期進(jìn)行)。溫度為(23±2)℃。實(shí)驗(yàn)前自由進(jìn)食普通飼料,適應(yīng)1周。限制進(jìn)食量,控制動(dòng)物體重使下降到約85%并維持,然后開(kāi)始進(jìn)行迷宮訓(xùn)練及實(shí)驗(yàn)。在訓(xùn)練及實(shí)驗(yàn)期間,每天于18∶00(訓(xùn)練和測(cè)試完成后)喂食,以保證第2天訓(xùn)練和測(cè)試時(shí)處于食物剝奪狀態(tài)。
2. 迷宮訓(xùn)練:開(kāi)始3d,大鼠放在迷宮中央平臺(tái),允許自由探尋和吃散在迷宮的餌食以適應(yīng)。(餌食配方為:奶粉6mg,乳糖23mg,低取代羥基纖維素2. 5mg,硬脂酸鎂0. 5mg,滑石粉1mg,糖粉17mg。經(jīng)制粒后,壓片機(jī)壓成50mg/片)。以后,每只大鼠每天訓(xùn)練1次,每周訓(xùn)練6d。訓(xùn)練時(shí),只用4臂做食物臂,保持同只大鼠喂食的方式直到實(shí)驗(yàn)結(jié)束,但每個(gè)大鼠4個(gè)方向不同以減少氣味的線索。每只大鼠訓(xùn)練完用酒精擦去其排泄物。大鼠吃完4個(gè)食物臂或做過(guò)14次選擇,或者到了10min,即結(jié)束1次訓(xùn)練。當(dāng)大鼠4次連續(xù)訓(xùn)練*多只有1次錯(cuò)誤時(shí),就視作達(dá)到工作記憶形成的標(biāo)準(zhǔn)。這時(shí)它每周訓(xùn)練2次,待所有大鼠都達(dá)標(biāo)準(zhǔn),即作為工作記憶形成動(dòng)物進(jìn)行心理應(yīng)激實(shí)驗(yàn)。訓(xùn)練和試驗(yàn)時(shí)記錄兩種錯(cuò)誤(統(tǒng)計(jì)累積次數(shù)):進(jìn)入一個(gè)已吃過(guò)食物的臂為工作記憶錯(cuò)誤(working memoryerror),進(jìn)入無(wú)食物臂為參考記憶錯(cuò)誤(ref2 erencememoryerror)。
3. 心理應(yīng)激:采用CommunicationBox心理應(yīng)激模型,被電擊的大鼠(電擊電流為1～2mA,周期100s,間歇90s)驚叫、驚跳,實(shí)驗(yàn)大鼠不受電擊,而是旁觀其它大鼠遭受電擊的過(guò)程,通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等產(chǎn)生心理應(yīng)激。心理應(yīng)激對(duì)大鼠工作記憶影響及酪氨酸干預(yù)作用八臂迷宮實(shí)驗(yàn)
4. 實(shí)驗(yàn)分組: 40只工作記憶形成大鼠,按體重編序,遵循組間均衡的原則分為5組,分別為:空白對(duì)照組(不給予心理應(yīng)激,喂食普通飼料100g/kg體重)、心理應(yīng)激組(給予心理應(yīng)激,喂食普通飼料100g/kg體重)、酪氨酸干預(yù)組(給予心理應(yīng)激,并從應(yīng)激暴露前**即0d開(kāi)始給予酪氨酸低、中、高3個(gè)劑量,即酪氨酸250, 500和1000mg/kg3個(gè)亞組,將酪氨酸混入普通飼料予以100 g/kg體重喂食)。普通飼料中酪氨酸含量測(cè)定根據(jù)GB/T18246- 2000(飼料中氨基酸的測(cè)定)規(guī)定的方法,用Hita2chi835- 50型氨基酸自動(dòng)分析儀測(cè)定,酪氨酸含量
為0. 53%(5. 3mg/g)。
5. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程:每次心理應(yīng)激在08∶00～10∶00進(jìn)行, 30min/ (組·次), 1次/d,連續(xù)14d。對(duì)照組為放入應(yīng)激裝置內(nèi)不給予電刺激,以保持實(shí)驗(yàn)條件完全一致。各組分別在第1, 4, 7, 10, 13天應(yīng)激結(jié)束后即刻測(cè)定工作記憶錯(cuò)誤和參考記憶錯(cuò)誤。
6. 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì):數(shù)據(jù)表示采用€x±s€ x,統(tǒng)計(jì)分析用ANOVA法。
結(jié) 果
1. 迷宮訓(xùn)練:大鼠八臂迷宮訓(xùn)練的工作記憶錯(cuò)誤、參考記憶錯(cuò)誤見(jiàn)圖1。從第1周工作記憶錯(cuò)誤(1. 43±0. 28, n=40)、參考記憶錯(cuò)誤(4. 33±0. 63,n=40)至第10周工作記憶錯(cuò)誤(0. 05±0. 02, n=40)、參考記憶錯(cuò)誤(0. 12±0. 04, n=40)達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的規(guī)定水平,可以視為工作記憶形成。
2. 心理應(yīng)激對(duì)工作記憶作用:結(jié)果如表1、2所示,與對(duì)照組相比,心理應(yīng)激組在第1, 7, 10, 13天的工作記憶錯(cuò)誤有明顯升高,所有時(shí)間測(cè)定的參考記憶錯(cuò)誤皆高于對(duì)照組,說(shuō)明心理應(yīng)激損害大鼠的空間工作記憶能力。
3. 酪氨酸干預(yù)對(duì)心理應(yīng)激影響:同表1, 2所見(jiàn),與心理應(yīng)激組相比, 1000mg/kg及500mg/kg
酪氨酸干預(yù)組均出現(xiàn)不同程度的工作記憶錯(cuò)誤、參考記憶錯(cuò)誤的降低。1000mg/kg組在第7天及第13天出現(xiàn)明顯的工作記憶錯(cuò)誤降低,在第4天及第10天出現(xiàn)明顯的參考記憶錯(cuò)誤降低。酪氨酸500mg/kg組在第10天時(shí)工作記憶錯(cuò)誤、參考記憶錯(cuò)誤的降低也具有顯著性統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。酪氨酸250mg/kg組未出現(xiàn)具有顯著性統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的變化。由此提示: 高劑量酪氨酸能夠較早的降低心理應(yīng)激對(duì)工作記憶的損害, 500mg/kg的酪氨酸對(duì)降低較長(zhǎng)期的心理應(yīng)激造成的工作記憶損害也有一定的作用。
討 論 心理應(yīng)激對(duì)大鼠工作記憶影響及酪氨酸干預(yù)作用八臂迷宮實(shí)驗(yàn)
1. 本實(shí)驗(yàn)的工作記憶動(dòng)物模型:在人類,目前心理行為學(xué)、神經(jīng)心理學(xué)以及神經(jīng)影像學(xué)在關(guān)于工作記憶的研究方面已積累了大量證據(jù),發(fā)現(xiàn)至少存在兩種類型的工作記憶系統(tǒng),即詞語(yǔ)工作記憶(ver2balworkingmemory)和空間工作記憶(spatial work2ingmemory),而動(dòng)物工作記憶模型的建立則主要依靠空間工作記憶。Smith等認(rèn)為空間工作記憶包括信息的儲(chǔ)存和復(fù)述兩個(gè)方面,由不同的腦區(qū)控制?？臻g復(fù)述包含對(duì)空間位置的選擇性注意,本實(shí)驗(yàn)采用的八臂放射狀迷宮利用整體空間環(huán)境,考察動(dòng)物對(duì)空間的選擇性注意和復(fù)述能力,工作記憶錯(cuò)誤、參考記憶錯(cuò)誤能比較準(zhǔn)確地反映動(dòng)物的搜尋能力及復(fù)述能力,是一個(gè)比較理想的空間工作記憶動(dòng)物模型。Woodsom等*近指出,放射狀迷宮仍然是研究學(xué)習(xí)記憶的*佳的動(dòng)物模型之一。
2. 本實(shí)驗(yàn)的心理性應(yīng)激源:在過(guò)去的大多數(shù)心理應(yīng)激動(dòng)物實(shí)驗(yàn)是依靠束縛、電擊、寒冷、疲勞等手段來(lái)進(jìn)行,存在著太多的軀體物理性刺激。目前來(lái)看,模擬較為純粹的心理性應(yīng)激方法有兩種,一種是通過(guò)相等的物理量刺激,比較不同的先后刺激次序來(lái)研究心理性應(yīng)激的作用;另一種是本實(shí)驗(yàn)的Com2municationBox模型,采用實(shí)驗(yàn)鼠旁觀電擊鼠驚恐、跳躍、尖叫,通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)產(chǎn)生心理應(yīng)激,從很大程度上避免了對(duì)動(dòng)物的軀體性刺激,可以認(rèn)為是較為
純粹的心理性應(yīng)激。
3. 本實(shí)驗(yàn)觀察到心理應(yīng)激損害工作記憶(表1, 2),其機(jī)制可能是mPFC參與控制并協(xié)調(diào)工作記憶的信息加工過(guò)程。用靈長(zhǎng)類或嚙齒類動(dòng)物模型研究發(fā)現(xiàn),工作記憶缺陷產(chǎn)生于mPFC的損壞或去除,這個(gè)記憶缺陷也能由mPFC中DA的耗竭或DA受體的阻斷而重現(xiàn)。這些研究表明mPFC的DA系統(tǒng)是工作記憶過(guò)程的關(guān)鍵,這個(gè)**皮層功能依賴于mPFC。這一系統(tǒng)對(duì)幾乎所有的應(yīng)激均表現(xiàn)為活性增強(qiáng),其DA的代謝和DA釋放具有“優(yōu)先活性”,即使不足以引起**去甲腎上腺素(NE)改變的極輕度應(yīng)激,如低強(qiáng)度的足底電擊,輕度的噪聲刺激,也可引起前額皮質(zhì)DA的釋放增多。這是由于mPFC的DA神經(jīng)元與其它腦區(qū)的DA神經(jīng)元比較,缺少突觸前D2 受體。這一特點(diǎn)使只有前額皮質(zhì)DA神經(jīng)元才不受D2 自身受體的控制與調(diào)節(jié),進(jìn)而在即使非常輕度的應(yīng)激狀態(tài)下也可以迅速釋放DA發(fā)揮效應(yīng),從而引起DA的耗竭。另外,由于mPFC的DA神經(jīng)元來(lái)自VTA的投射,應(yīng)激時(shí)VTA其他神經(jīng)元遞質(zhì)的變化也可能對(duì)mPFC的功能產(chǎn)生影響。Kalivas等指出VTA的某些傳入途徑已經(jīng)顯示了在應(yīng)激誘導(dǎo)中介的mPFCDA系統(tǒng)中的作用,許多神經(jīng)遞質(zhì)在VTA的傳入中能夠影響mPFCDA細(xì)胞的功能,包括52HT、NE、Ach、GABA、**肽、興奮性氨基酸(如:谷氨酰胺)以及神經(jīng)肽(如: P物質(zhì))等。在這些方面需要進(jìn)行更加深入的探索和研究。心理應(yīng)激對(duì)大鼠工作記憶影響及酪氨酸干預(yù)作用八臂迷宮實(shí)驗(yàn)
4. 酪氨酸干預(yù)作用:酪氨酸是中性芳香族氨基酸,飲食中能供給,也能由苯丙氨酸轉(zhuǎn)化而來(lái)。美軍研究表明150mg/kg酪氨酸口服能提高戰(zhàn)士應(yīng)激時(shí)的清晰思考能力,充足酪氨酸攝入能提高大腦的智力分析能力。本實(shí)驗(yàn)采用250, 500, 1000mg/kg3個(gè)劑量進(jìn)行干預(yù),相當(dāng)于本實(shí)驗(yàn)飼料中所給予的酪氨酸量的0. 5, 1和2倍。結(jié)果證明酪氨酸干預(yù)對(duì)應(yīng)激時(shí)工作記憶的損害有保護(hù)作用,雖然給予1000mg/kg酪氨酸不能馬上降低應(yīng)激對(duì)工作記憶的損害,但能在接受應(yīng)激的較早期(第4天)降低應(yīng)激對(duì)工作記憶的損害程度。500mg/kg酪氨酸干預(yù)也具有降低較長(zhǎng)期的心理應(yīng)激導(dǎo)致的工作記憶損害的作用。Lieberman等指出,**人員的特殊工作性質(zhì)決定了其面臨著睡眠缺失及其他多種應(yīng)激因素,容易導(dǎo)致操作效率的下降。對(duì)于具有復(fù)雜應(yīng)激因素的作業(yè)如航海作業(yè),酪氨酸有可能提高作業(yè)人員的工作效率,減少操作失誤,因此有著良好的應(yīng)用前景。以后的工作重點(diǎn)應(yīng)該在于進(jìn)一步的人群干預(yù)研究,以期獲取更多的證據(jù)。
