大鼠創傷性腦損傷后精神障礙的精神行為學改變

李力卓，何松柏

（1.首都醫科大學宣武醫院急診科，北京 100053；2.中國醫科大學附屬盛京醫院急診科，沈陽 110004）

大鼠創傷性腦損傷后精神障礙的精神行為學改變

李力卓1，2，何松柏2

（1.首都醫科大學宣武醫院急診科，北京 100053；2.中國醫科大學附屬盛京醫院急診科，沈陽 110004）

目的利用改良FEENEY’S法建立大鼠創傷性腦損傷（TBI）模型，探討TBI后精神障礙的精神行為學改變。方法將成年雄性SD大鼠隨機分為正常對照組、TBI組和假手術組，每組各10只。采用改良FEENEY’S法建立大鼠TBI模型。TBI后15 d開始，分別依次進行曠場實驗（OFT）和強迫游泳實驗（FST）。記錄OFT中大鼠5 min內的移動總距離（DMT）、平均速度（VM），記錄FST中大鼠5 min內不動時間總和（ITT），觀察大鼠的高警覺性、焦慮/抑郁和恐懼行為的變化。結果TBI組大鼠的DMT［（1 228.10±204.97）cm］、運動VM［（4.09±0.68）cm/s］較假手術組［（1 660.01±332.09）cm、（5.53±1.10）cm/s］和正常對照組［（2 022.32±280.92）cm、（7.28±1.80）cm/s］均明顯減少，差異均有統計學意義（P＜0.05）。TBI組大鼠的ITT［（149.88±27.36）s］較假手術組［（120.55±22.31）s］、正常對照組［（106.10±29.03）s］明顯增加，差異有統計學意義（P＜0.05）。結論TBI后，大鼠出現了焦慮/抑郁樣精神行為異常。

創傷性腦損傷；精神障礙；曠場實驗；強迫游泳實驗

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頭部受外力作用造成腦組織損傷后，可能發生精神活動的失調及缺陷，即創傷性腦損傷（traumatic brain injury，TBI）后精神障礙。TBI后精神障礙主要為心理和外傷性器質因素共同作用所致，是外部暴力引起的腦功能及腦病理方面的損傷改變［1］。TBI后精神障礙在臨床上主要表現為認知功能（如注意力、記憶力、執行力）下降，情感管理損傷（如冷漠、煩躁、沖動、焦慮、抑郁等）［2］，也有研究［3］發現失眠與腦外傷史也有一定的相關性。顱腦外傷導致的急性腦器質性精神障礙十分常見，中重度顱腦損傷患者中，發生精神障礙者可高達70%～90.2%［4］。不同于物理性損傷隨時間推移可以修復，精神神經認知損傷可能會隨時間惡化［2］。精神障礙的顯著特征之一是行為學的改變，這種改變也是檢測精神障礙動物模型造模成功與否的重要指標。本研究采用改良FEENEY’S法制備大鼠TBI模型，并對其進行行為學測試，以探討TBI對大鼠精神行為學的影響。

1　　材料與方法

1.1材料

1.1.1實驗動物：成年SD雄性大鼠30只，體質量220～250 g，購自中國醫科大學實驗動物中心。光亮/黑暗周期為12 h/12 h，光照時間7：00?19：00，環境溫度為22～24℃，相對濕度60%，正常攝食攝水，飼養1周開始實驗。實驗動物的操作和處理按照《中國醫科大學關于利用實驗動物開展研究的規定》執行。

1.1.2實驗設備：采用Nodule公司行為學自動觀察分析系統，含計算機、攝像監控及observior、ethevi?sion分析軟件。

1.2方法

1.2.1實驗分組及模型制備：成年雄性SD大鼠適應性飼養1周后，隨機分為正常對照組（normal組，n= 10）、創傷性腦損傷組（TBI組，n=10）、假手術組（sham組，n=10）。TBI組及sham組大鼠均經腹腔內注射麻醉（10%水合氯醛0.3 mL/100 g）后，消毒并正中切開頭部皮膚，剝離骨膜，暴露左頂骨，在冠狀縫后1.5 mm、中線旁2.5 mm處，鉆一直徑5 mm骨窗，保持硬膜完整。Sham組立即縫合頭皮。TBI組大鼠參照FEENEY’S法改進自由落體腦損傷模式進行造模［5］，將大鼠腦損傷落體打擊器撞桿置于硬膜上，用20 g砝碼從30 cm高度沿外周導管墜落并撞擊撞桿，從而間接撞擊硬膜，致右頂葉中度腦挫裂傷，記錄打擊時間，連續縫合頭皮。TBI組及sham組大鼠縫合后均連續3 d給予4萬單位硫酸慶大霉素腹腔注射，預防感染。TBI組大鼠造模成功及sham組大鼠手術結束后均放回飼養籠，不受打擾飼養15 d。normal組大鼠不予任何處理，飼養15 d。于第16天分別行曠場實驗（open?field test，OFT）和強迫游泳實驗（forced swimming test，FST）。

1.2.2OFT［6］：采用立柱體曠場箱，規格100 cm×100 cm×40 cm，周壁及底面為黑色。將大鼠置于曠場箱底面的中心，用SMART實時視頻圖像跟蹤分析系統記錄大鼠在5 min內的移動總距離（distance moved total，DMT）和平均速度（velocity mean，VM）。測試在光線昏暗、安靜的環境下進行，每次測定結束后清洗曠場箱內壁及底面，以免上次動物余留的信息（如動物的大小便、氣味）影響下次測試結果，每只大鼠只測試1次，實驗結束后，通過錄像分析軟件統計結果。

1.2.3FST：將大鼠置于水深30 cm的透明圓柱形Pyrex游泳筒（底部直徑21 cm，高46 cm，水溫23～25℃）內，進行15 min“前游泳”，造成“抑郁反應”。然后將大鼠從泳池中取出，烘干?！扒坝斡尽睉?4 h后，將大鼠再次置于泳池中，進行5 min“測試游泳”，并錄像，測評大鼠游泳與不動行為，記錄5 min內不動時間總和（immobility time total，ITT），以反映動物的無助程度。

1.3統計學分析

采用SPSS 19.0統計軟件進行統計學分析。計量資料以±s表示，各組間的比較采用單因素方差分析，實驗各組的均數采用最小顯著差異法（least significant difference，LSD）檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2　　結果

經造模后飼養，TBI組及sham組各有1只大鼠死亡，其余大鼠參與后續實驗。

2.1TBI應激對大鼠OFT行為的影響

OFT測試結果顯示：TBI應激15 d后，TBI組大鼠DMT顯著縮短，運動VM明顯降低，與sham組及normal組比較，差異有統計學意義（P＜0.05）；sham組和normal組之間則無統計學差異，見表1。提示TBI導致大鼠活動性和探索性受到抑制，警覺水平、焦慮狀態增強。

表1　　各組大鼠曠場實驗測定結果比較（±s）Tab.1　Comparison of open-field test results in the rats of eachgroup

表1　　各組大鼠曠場實驗測定結果比較（±s）Tab.1　Comparison of open-field test results in the rats of eachgroup

1）P＜0.05 vs sham group；2）P＜0.05 vs normal group.

Group　n　DMT（cm）　VM（cm/s）Sham　9　1 660.01±332.09　5.53±1.10 TBI　9　1 228.10±204.971），2）　4.09±0.681），2）Normal　10　2 022.32±280.92　7.28±1.80

2.2TBI應激對大鼠FST行為的影響

FST測試結果顯示，sham組和normal組ITT之間無明顯差別，TBI組ITT［（149.88±27.36）s］明顯延長，與sham組［（120.55±22.31）s］及 normal組［（106.10±29.03）s］比較，差異有統計學意義（P＜0.05）。

3　　討論

現代醫學認為，創傷后精神障礙是以精神和軀體癥狀相結合的復雜的神經精神情感障礙性疾病，它是各種神經生物學和社會心理因素綜合作用的結果，其發病符合生物-心理-社會醫學模式［7］。TBI后精神障礙的發生既是TBI后出現了顱內特定部位損傷的直接結果，又是TBI這一突發應激事件帶來的各種心理反應及社會因素影響的結果。

目前，對于TBI患者出現精神、心理疾患的機制尚不明確，其診斷尚處于依賴臨床認識階段，最新的檢查方式也只是局限于為發現有相關癥候群患者的臨床癥狀尋找影像學證據，而不能作為臨床診斷標準，或在臨床癥狀出現前起到明確的提示作用。因此，對于TBI后精神癥狀還不能確定是TBI直接導致，還是腦外傷損傷腦功能區域導致，或者兩者本身就具有共患性［8］。雖然，目前更傾向于腦外傷引起相應腦功能區域損傷及網絡失衡導致精神障礙，但仍有待進一步研究證明及循證醫學證據。然而，目前的各種基礎研究因研究方法、分析軟件等不同，致使不同研究結果之間存在一定的異質性［9］，且損傷類型、檢查時間及病程等因素的不同也在一定程度上影響結果的可靠性［10］，從而使基礎研究與臨床應用之間存在脫節。因為沒有有效的生物靶點量化評估，使得TBI患者恢復訓練的決策只能依賴于臨床判斷［11］。因此，進一步探討TBI后精神障礙的發病機制，尋找生物靶點，是指導臨床治療和評估預后的重要前提。

OFT用于觀察動物在特定陌生環境中、一定時間內的自發活動行為，是反映大鼠對未知環境的探索能力及情緒反應的經典實驗，是檢測動物焦慮、恐懼水平的經典方法，主要用來評定動物的警覺水平、焦慮狀態和環境適應能力［12］。本研究采用大鼠視頻圖像跟蹤分析系統，動態分析大鼠在曠場箱中的活動軌跡，以DMT和VM等作為觀察指標，具有良好的相關性，重復性好，能更直接地反映動物抑郁的程度，從而避免了傳統的人為觀察記錄動物的跨格次數所造成的標準不一致、主觀性程度大以及費時費力等缺點，利于取得更加真實準確的實驗數據［13］。本研究結果顯示，應激刺激后，TBI組大鼠DMT顯著縮短，VM明顯減低，與normal組和sham組比較有統計學差異，說明TBI能抑制大鼠的探究行為，加劇大鼠的焦慮狀態，與抑郁癥狀具有一定相似性，能較好地模擬臨床上TBI后恐懼抑郁患者逃避、探索行為能力下降的表現。

FST也稱行為絕望實驗或Porsolt實驗，是目前應用最廣泛的一種抑郁癥動物模型。大鼠在水中放棄游泳掙扎和在懸吊于半空中時放棄掙扎的狀態的時間總和稱為ITT，反映了大鼠“無助”的癥狀。本研究結果顯示，應激刺激后，TBI組大鼠ITT明顯延長，與normal組和sham組比較有統計學差異，提示TBI應激后大鼠產生了抑郁的傾向。

從進化的角度講，TBI大鼠所表現的防御反應是人類恐懼和焦慮反應的原始成分。因此，本研究中TBI大鼠所表現的對環境探究行為的抑制、回避反應與人類經歷重大應激事件后的焦慮、恐懼反應是相似的。人類的焦慮反應主要表現為逃避現實、逃跑行為、警覺性提高，同樣的行為反應也可從本研究的TBI大鼠身上觀察到。

綜上所述，腦損傷后精神障礙是一個不容忽視的問題，是TBI后嚴重影響康復效果的并發癥之一，臨床醫師應根據病情進行針對性的檢查，做到早期診斷，并及時采取積極有效的治療措施，提高治愈率，改善患者的預后，提高康復效果。

［1］SHIVELY S，SCHER AI，PERL DP，et al.Dementia resulting from traumatic brain injury：what is the pathology？［J］.Arch Neurol，2012，69（10）：1245-1251.DOI：10.1001/archneurol.2011.3747.

［2］MORETTI L，CRISTOFORI I，WEAVER SM，et al.Cognitive de?cline in older adults with a history of traumatic brain injury［J］. Lancet Neurol，2012，11（12）：1103-1112.DOI：10.1016/S1474?4422（12）70226?0.

［3］ORFF HJ，AYALON L，DRUMMOND SP.Traumatic brain injury and sleep disturbance：a review of current research［J］.J Head Trauma Rehabil，2009，24（3）：155-165.DOI：10.1097/HTR.0b013 e3181a0b281.

［4］高北陵，陸亞文，胡赤怡，等.重型顱腦損傷患者精神障礙的臨床分析［J］.中華精神科雜志，2001，34（4）：26-29.DOI：10.3760/j：issn：1006?7884.2001.04.007.

［5］高燕，孫駿謨，田志雄，等.大鼠自由落體腦外傷模型的制作［J］.浙江創傷外科，2004，9（5）：5-7.DOI：10.3969/j.issn.1009?7147.2004.05.002.

［6］李娜，劉群，李曉娟，等.2型糖尿病兼抑郁癥大鼠模型的建立與評價［J］.中國實驗動物學報，2014，22（4）：16-19.DOI：10.3969/j. issn.1005?4847.2014.04.004.

［7］王惠婷，溫清秀，盧瑋旎，等.卒中后抑郁發病機制的中西醫研究進展［J］.貴陽中醫學院學報，2014，36（6）：132-135.DOI：10.3969/j.issn.1002?1108.2014.06.060.

［8］陶芳旭，劉軍，KOU Z.腦外傷所致精神障礙神經影像學研究進展［J］.磁共振成像，2015，6（7）：544-548.DOI：10.3969/j.issn.1674?8034.2015.07.014.

［9］FITZGERALD DB，CROSSON BA.Diffusion weighted imaging and neuropsychological correlates in adults with mild traumatic brain in?jury［J］.Int J Psychophysiol，2011，82（1）：79-85.DOI：10.1016/j. ijpsycho.2011.02.011.

［10］MAYER AR，BELLGOWAN PS，HANLON FM.Functional mag?netic resonance imaging of mild traumatic brain injury［J］.Neuro?sci Biobehav Rev，2015，49：8-18.DOI：10.1016/j.neubior?ev.2014.11.016.

［11］BIGLER ED.Mild traumatic brain injury：the elusive timing of"re? covery"［J］.Neurosci Lett，2012，509（1）：1-4.DOI：10.1016/j. neulet.2011.12.009.

［12］YAMAMOTO S，MORINOBU S，TAKEI S，et al.Single prolonged stress：toward an animal model of posttraumatic stress disorder ［J］.Depress Anxiety，2009，26（12）：1110-1117.DOI：10.1002/ da.20629.

［13］周波，文敏，李宏偉，等.Matlab在曠場實驗行為視頻分析中的運用［J］.貴陽醫學院學報，2013，38（2）：164-165，168.DOI：10.3969/j.issn.1000?2707.2013.02.015.

（編輯王又冬）

Spirit Behavioral Changes of Mental Disorders Caused by Traumatic Brain Injury in Rats

LI Lizhuo1，HE Songbai2
（1.Department of Emergency，Xuanwu Hospital，Capital Medical University，Beijing 100053，China；2.Department of Emergency，Shengjing Hospital，China Medi?cal University，Shenyang 110004，China）

ObjectiveTo set up traumatic brain injury（TBI）in rats by the improved device of FEENEY’s weight dropping model and to ex?plore the spirit behavioral changes of mental disorders caused by TBI.MethodsSD rats were randomly divided into normal control group（normal group，n=10），traumatic brain injury group（TBI group，n=10）and sham group（n=10）.The improved device of FEENEY’s method was ad?opted to establish rat TBI model.For the following 15 days after TBI，open?field（OF）and forced swimming（FS）tests were carried out and the be?havior of the TBI rats within 5 minutes were recorded，the behavioral indexes，such as distance moved total（DMT），velocity mean（VM）and immo?bility time total（ITT），were analyzed.With above experiments，rats'fear response to environment，high alertness and anxiety and depression be?havior were evaluated.ResultsDMT and VM of TBI group rats（1 228.10±204.97 cm，4.09±0.68 cm/s）were significantly lower than those of the normal group（2 022.32±280.92 cm，7.28±1.80 cm/s）or sham group（1 660.01±332.09 cm，5.53±1.10 cm/s）（P＜0.05）.The ITT of TBI group （149.88±27.36 s，P＜0.05）was longer than that of the normal group（106.10±29.03 s）or sham group（120.55±22.31 s）significantly（P＜0.05）. ConclusionTBI leads to rats'abnormal emotional and behavioral response.

traumatic brain injury；mental disorders；open?field test；forced swimming tests

R749.1+2

A

0258-4646（2016）08-0708-03

10.12007/j.issn.0258?4646.2016.08.009

遼寧省自然科學基金（2013010083?401）；沈陽市科學技術計劃（F13?220?9?53）

李力卓（1971-），男，副教授，博士.
E-mail：2325038287@qq.com

2016-01-06
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