创伤后应激障碍
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第五节 基于创伤后应激障碍病因学相关的动物实验模型

一、捕食模型
捕食应激模型是最早用于研究创伤后应激障碍的经典模型,Blanchardetal等自1990年开始便检查野生和家养大鼠对猫科捕食者的反应。短暂的暴露于猫或猫的气味中,在威胁解除几小时后仍可使大鼠挖穴的防御行为增强。捕食者刺激对一个动物的生存是密切相关的,因此,所导致的反应与在自然条件下产生的是相似的。大鼠与猫接触后,严重心理应激对大鼠的行为及空间学习记忆能力的影响,诱发了较长时间的与创伤后应激障碍临床表现相似的精神、行为障碍表现。
1.建模方法
该类模型的制备原理相同,但不同实验室的操作方法并不完全相同。在国外,Adamec等准备了一个2m×1.5m的厚实验纸箱,通过一个纸板墙将纸箱隔成左右两个部分,纸板上留有一个足以让大鼠通过的洞,但不足以让猫通过。首先将饥饿的猫放入箱中一侧,然后再在另一侧放入大鼠,让大鼠与猫在箱中共处10分钟后移走正常饲养。6天后对大鼠进行高架迷宫和水迷宫测试,检测大鼠的行为学变化。Cohen等将雄性成年大鼠正常饲养10天后,在夜间进行实验。实验准备一个大的厚纸箱,在箱底铺上编织物后将熟睡的猫放入箱中,然后将实验大鼠放入箱中10分钟,随后将大鼠移走并进行行为学检测。Kozlovsky等则是将大鼠正常条件下饲养10天后,放在猫曾经居住过的平板上10分钟,该板上有猫的粪便和垃圾,7天后检测模型大鼠的行为学改变。在国内,王庆松等先将大鼠放入捕食应激实验箱的小笼中进行适应饲养1天后再开始实验。实验时将大鼠放入小笼中,然后将饥饿的猫放入小笼外的实验箱中,使猫与大鼠无生理性伤害接触,致使大鼠出现轻微性恐惧颤抖及呼吸急促、鼻翼扇动,6分钟后将猫取走,对大鼠进行行为学检测。如图8-12。
图8-12 捕食应激模型
用于研究大鼠对猫科捕食者的反应,对大鼠的行为及学习记忆能力的影响,可诱发与创伤后应激障碍临床表现相似的精神、行为障碍表现。A. Adamec等设计的捕食模型,将实验纸箱用一个纸板隔成左右两个部分,纸板上留有一个足以让大鼠通过而猫不能通过的洞,将饥饿的猫放入箱中一侧,然后再在另一侧放入大鼠;B. Cohen等设计的捕食模型,将雄性成年大鼠放入有熟睡的猫的厚纸箱中10分钟,随后将大鼠移走并进行行为学检测;C. Kozlovsky等设计的捕食模型,将大鼠放在猫曾经居住过的平板上10分钟;D. 王庆松等设计的捕食模型,将大鼠放入小笼中,然后将饥饿的猫放入小笼外的实验箱中,使猫与大鼠无生理性伤害接触
2.观测指标
观察捕食应激后第3天、第2周及第1个月时的行为改变,包括惊吓反应、旷场活动性和拒俘反应性。虽然实验过程中大鼠与天敌的接触方式不完全相同,动物在1个月内面对刺激均易出现明显的惊吓反应,表现为全身性惊吓反射、反应幅度增大、持续时间长达5~10秒,并出现打洞、埋头、趋暗性等多种躲藏和逃避性焦虑性行为,且对刺激的适应时间明显延长,反复刺激6~10次后仍有较明显惊吓反应。旷场活动性减少,拒俘反应性增强。
3.模型分析
捕食应激动物模型的基本原理是通过应激动物与其天敌直接或间接接触,进而通过对动物产生的威慑作用,使得应激动物出现创伤后应激障碍样症状。此模型动物表现出持续性活动减少、探究行为受抑、警觉水平增高、焦虑不安、环境适应能力下降和惊恐逃避反应等多种情绪水平唤醒障碍,以及不同程度的短期空间学习和记忆等认知能力受损。模型动物在短暂严重心理应激后较长时间一直处于惊恐逃避的情感反应中,持续性行为受抑和易激惹性增强,特别是当再次暴露于上述条件刺激时,可诱发或加重实验动物的焦虑性行为改变。该类模型的表现特点与创伤后应激障碍患者的回避行为和易激惹综合征相似,特别适用于创伤后应激障碍相关情感障碍的研究。但该模型也具有局限性,即缺乏创伤后应激障碍功能障碍的核心特征,如对创伤线索反应过度、过度觉醒状态等。因此无法完全涵盖创伤后应激障碍的表型,用于研究创伤后应激障碍样综合征与情感迟钝相关的一部分。
二、连续单一应激模型
最早是由Porsolt等制造的。强迫游泳是实际的生命威胁状况,用来模拟突然的短暂的创伤经历,对于动物研究很重要。目前,可改进这种模型建立单一长期应激(SPS)模型。
1.建模方法
大鼠经过7天的适应期后禁锢2小时,然后立即强迫游泳20分钟。游泳场所为一个直径55.6cm,水深45.4cm的塑料浴缸,浴缸盛水2/3,保持水温24℃。强迫游泳结束后经过15分钟的恢复,动物被给予乙醚使其处于失去意识状态,在它们的笼子中不经任何打扰常规喂养。在此研究中不经打扰的期间对于复制产生创伤后应激障碍样症状的条件是十分必要。在刺激发生后1天、第7天和第14天检测大鼠的行为学改变。
2.观测指标
经过连续单一应激刺激后,大鼠在行为学上出现创伤后应激障碍症状。
3.模型分析SPS
模型是以疲劳作为环境条件刺激建立的创伤后应激障碍动物模型,适于研究疲劳导致创伤后应激障碍发生的相关机制研究。尽管SPS模型支持表面、结构和预测效度适合作为一种创伤后应激障碍模型,但是创伤相关的回避和情感迟钝以及杏仁体和中脑区还没有得到研究,目前的研究只能表明SPS模型可以作为一个部分有效的创伤后应激障碍动物模型。此外,由于该模型使用麻醉剂,因此并不能很好地模拟人类发生创伤后应激障碍的情况。
三、复合应激模型
连续单一刺激模型是一种比较常用的创伤后应激障碍模型,但其与平时创伤后应激障碍发生的实际情况差别较大,因此在其基础上进行改进,采用复合应激法构建一种更能反映人类创伤后应激障碍发生的大鼠模型,并结合行为学评估其效果。
1.建模方法
大鼠经过7天的适应期后禁锢2小时,在禁锢的2小时期间,同时对大鼠足底施以不可逃避的电刺激(60V,4mA),持续2秒,随机变化间隔30~120秒。随后将大鼠取出,放入一个直径55.6cm,水深45.4cm的塑料浴缸进行力竭式游泳,保持水温20℃,直至大鼠放弃挣扎沉底30秒视为力竭。造模结束后将大鼠放入笼中常规喂养,随意进食。为避免急性应激反应的影响,在应激后第14天进行大体行为观察和行为学检测。
2.观测指标
拒俘反射评分明显增高提示大鼠逃避和攻击行为增多,焦虑样行为增加;旷场实验发现跨格次数和站立次数明显减少,提示大鼠活动性明显减少探索欲望明显降低;高架十字迷宫实验显示大鼠进入开放臂次数比例、进入开放臂时间比例以及OE+CE明显降低,提示焦虑样行为增加;水迷宫实验发现定位航行实验第3、4天逃避潜伏期延长,空间探索实验发现进入目标象限次数和穿越原平台位置次数明显减少,提示大鼠空间记忆受损。
3.模型分析
复合应激模型综合了过去制备创伤后应激障碍模型的几种应激因子,包括电击、束缚、疲劳、溺水,避免了单一应激源带来的应激强度不够的缺陷,更好地模拟平、战时的发生条件,符合创伤后应激障碍的动物模型标准;另外致伤因素可控、操作简便、持续时间短;具有可重复性高,更加敏感、更规律、更符合实际的特征。同时现有检测指标,即拒俘反射评分、高架十字迷宫、旷场试验、水迷宫等提示其发生创伤后应激障碍样症状发生率高,因此复合应激法是一种简便有效的创伤后应激障碍模型建立方法。
四、隔离应激模型
1.建模方法
隔离应激(social isolation stress)是用于制造心理应激常用的模型。可将动物分为2组,采用透明笼饲养。集体饲养3只一笼,隔离饲养1只一笼。隔离饲养的动物在视觉、听觉和嗅觉上与其他隔离饲养笼中的动物及集体饲养笼的动物有交流。但不允许有身体接触或社会互动。
2.观测指标
彻底禁止动物社会接触的隔离应激模型,可以引起大鼠和小鼠的病理生理学改变。例如,动物的运动行为增加,引起动物在旷场中的过度活动,以及在在十字迷宫中的焦虑行为增加。隔离应激还会引起动物的恐惧反应、抑郁样行为的增强和学习记忆功能受损。隔离应激还可改变动物对神经类药物和兴奋剂的反应性。
3.模型分析
隔离应激被认为是研究慢性心理社会应激导致动物各种病理生理改变的经典模型。
五、社会失败应激模型
社会应激动物模型是模拟社会性应激源的情境而建立的,考虑到了应激源的社会心理因素,为从生理等方面评估焦虑提供了依据。
1.建模方法
取雄性SD大鼠,体重约200~300g,将其长期单独饲养1个月以上。实验开始时,将实验组大鼠放入单独饲养大鼠笼中,单独饲养鼠会攻击实验鼠,撕咬侵入者的颈部与背部,但无外伤发生。在第一次攻击发生后实验持续8分钟,允许10分钟作为攻击潜伏期。社会失败的定义是:实验大鼠至少受到一次攻击,并且表现出驯服的姿势,如防御性直立,仰卧,静止不动等。
2.观测指标
进行包括反映焦虑情绪的高架十字迷宫和反映探究活动及情绪反应的旷场试验的行为学测试,同时检测外周血ACTH和皮质醇的浓度。“社会失败”大鼠在高架十字迷宫和旷场试验中呈现明显的焦虑行为;血清学检查显示,ACTH和皮质醇浓度增高,这体现了应激原的“社会心理”因素。组织学检查显示大鼠室旁核、杏仁核及皮质部的c-fos蛋白表达增加。
3.模型特点
该模型建立在大鼠自发行为基础上的,避免了曾广泛使用的一些生理性、非自然状态的应激原,如电击、寒冷、食物或水的剥夺等。这些非自然状态的应激容易改变动物的生理状况,因而影响其行为反应,忽视了心理社会因素的存在。将实验大鼠放入长期单独饲养而具有攻击性的大鼠笼中,受到攻击性大鼠的攻击后,实验大鼠表现出“战斗或逃避”的应激反应,出现防御性姿势和逃跑行为以及长期的生理和行为适应反应。实验大鼠受到持续威胁但由于保护而不产生严重的躯体损伤,这就模拟了应激原的“社会心理”因素,较真实的反映了社会应激因子对人类的情绪伤害。
六、慢性社会应激模型
1.建模方法
选择健康的Wistar大鼠雄性30只、雌性2只,体重为250~300g。首先随机分为3组。①对照组:10只雄性大鼠,单笼饲养,彼此紧邻。②实验刺激组:8只雄性与2只雌性大鼠组成,实验前2周共养于1个大笼内。期间每天将另2只雄鼠放入笼中30min,根据对雄鼠间格斗行为的观察,从中挑选出5只攻击性较强的雄鼠作为刺激鼠,用于诱发应激组的应激反应。③应激组:10只雄性大鼠。将应激组10只雄性大鼠和实验刺激组包括2只雌性大鼠和5只刺激雄性大鼠共17只大鼠合并于一个45cm×30cm×15cm的大笼内,营造一个拥挤并易于发生打斗的环境,实验持续8天。
2.观测指标
在第7日和第8日分别进行高架十字迷宫和旷场实验。结束后第2天,去除应激组大鼠,静脉采血,利用荧光分光光度法和放射性免疫杂交法分别测定血浆中皮质酮和血清中甲状腺激素含量。应激干预后应激组的血浆皮质酮含量明显高于对照组,体重下降明显,血清甲状腺激素各项测定值均低于对照组。应激组在高架十字迷宫表现出焦虑样症状,旷场试验中跨格子数和垂直站立次数明显多于对照组。
3.模型特点
本模型将攻击性强的雄性大鼠在雌性存在的情况下与雄性实验鼠合养,促使实验鼠处于被支配地位,同时增加了拥挤环境条件,以增强慢性社会应激效应。以上措施使应激组动物出现了预期的效果,表现为应激组血浆皮质酮含量显著高于对照组,说明HPA轴的活动因为应激而增强,而血清甲状腺激素和垂体激素的含量应激组显著低于对照组,说明慢性社会应激抑制了下丘脑-垂体-甲状腺的活动。此外,体重下降可能与应激时摄食减少且能量消耗增加和糖皮质激素增高等因素有关,此模型是一种较为简便可行的慢性社会应激模型。
七、空瓶刺激模型
1.建模方法
将动物分成情绪应激组、生理应激组和对照组三组。先进行10天的定时喂水训练,训练期结束后则在定时喂水期间给予情绪应激组动物空瓶刺激以诱发其情绪反应。作为生理性对照,在情绪应激组接受空瓶刺激时,生理应激组亦无水喝。对照组动物则一直定时饮水。
2.观测指标
研究发现情绪应激组动物的抗卵清蛋白(OVA)抗体水平和脾脏指数显著降低,而肾上腺素、去甲肾上腺素以及皮质酮水平则显著升高。给予β-肾上腺素受体拮抗剂普萘洛尔后,脾脏指数和抗体OD值由原来较生理应激组动物的显著降低变为无显著性差异,逆转了由情绪应激引起的体液免疫抑制作用。
3.模型分析
空瓶刺激模型可引发动物焦虑反应,产生创伤后应激障碍样症状,可作为研究模型。