環境豐富對SD大鼠生長和血液學指標的影響

劉 帥， 李軍延， 陳 巍， 張 奇， 呂 賽（中國疾病預防控制中心職業衛生與中毒控制所， 北京 100050）

環境豐富對SD大鼠生長和血液學指標的影響

劉 帥， 李軍延， 陳 巍， 張 奇， 呂 賽
（中國疾病預防控制中心職業衛生與中毒控制所， 北京 100050）

目的 探討環境豐富長期作用對于SD大鼠生長、攝食、血常規及血生化指標的影響。方法 48只3周齡SPF級SD大鼠，隨機分為2組，環境豐富組用磨牙棒和木絲筑巢材料進行環境豐富。試驗期間測量體質量和攝食量，32周齡時解剖采腹主動脈血進行血常規和血生化檢測，并測量主要臟器重量。結果 與對照組相比，環境豐富組雄性大鼠10～19周齡的攝食量顯著增加，體質量增加但不顯著，血清總蛋白、白蛋白和膽固醇顯著升高。雌性大鼠在上述指標無顯著差異。主要臟器方面，環境豐富組雌性心臟和肝臟重量顯著高于對照組，雄性附睪重量顯著高于對照組，其他臟器無顯著差異。環境豐富組雌性大鼠紅細胞、血紅蛋白、血小板指標顯著升高，而雄性大鼠在上述指標間則無顯著差異。結論 環境豐富對SD大鼠生長和部分血液學指標有一點程度影響，實驗設計時應慎重考慮環境豐富條件的選擇。

環境豐富； 生長發育； 動物福利； 血液學； 血液生化

環境豐富（environmental enrichment）是被廣泛接受的一種提高實驗動物福利待遇的方式［1］，主要手段是采用各種方式增加實驗動物飼養環境的復雜性，激發動物的興趣，增加動物相互交往的機會，以使動物舒展自己的天性，避免各種異常行為的出現。已有大量研究表明，環境豐富能給實驗動物帶來有益影響，如減少刻板行為，提高記憶能力，增加神經可塑性等［2，3］，而對大部分常規動物實驗也無不利影響［4］。但前人的研究多關注于環境豐富對大鼠行為學和神經系統功能的影響［5-8］，而對大鼠的生理生化方面指標的影響研究較少。本研究評估了長期環境豐富對SD大鼠生長、攝食以及血常規和血生化等指標的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及分組

3周齡SPF級SD大鼠48只，雌雄各半，購自北京維通利華實驗動物技術有限公司［SCXK（京）2012-0001］。隨機分為2組，對照組飼養于標準籠盒中（47 cm × 31.5 cm × 20 cm），盒內添加楊木刨花和玉米芯顆粒為墊料。環境豐富組在對照組基礎上添加高溫滅菌消毒后的木質磨牙棒和木絲筑巢材料，進行環境豐富。20周齡前每籠4只， 20～32周齡間每籠3只，在中國疾病預防控制中心動物實驗室屏障環境［SYXK（京）2009-0032］飼養7個月，飼喂60Co滅菌大、小鼠維持飼料，購自北京科澳協力飼料有限公司［SCXK（京）2009-0012］。飲水經反滲透紫外殺菌處理。

1.2 儀器與試劑

使用Sysmex XT1800i全自動血細胞分析儀及原廠血球試劑進行血常規檢測。使用日立7020全自動生化分析儀及和光試劑進行血清生化檢測。

1.3 檢測指標及方法

1.3.1 體質量及攝食量測量 兩組動物從4周齡開始稱量體質量和攝食量。體質量測量22周齡前1周1次，22周齡后2周1次，攝食量稱量1周2次，32周齡時結束。

1.3.2 臟器重量測量 SD大鼠32周齡時，使用質量分數10%的水合氯醛麻醉，腹主動脈采血處死，解剖。取心、肝、脾、肺、腎、腎上腺、胸腺、腦、垂體以及雄性的睪丸和附睪、雌性的卵巢、子宮用千分之一克電子天平稱重。

1.3.3 血常規指標的檢測 收集大鼠32周齡時采取的腹主動脈血進行血常規檢測。血常規檢測指標有: 白細胞（WBC）、紅細胞（RBC）、血紅蛋白（HGB）、紅細胞比積（HCT）、紅細胞平均容量（MCV）、紅細胞平均血紅蛋白量（MCH）、紅細胞平均血紅蛋白濃度（MCHC）、紅細胞分布寬度（RDW）、血小板（PLT）、血小板比積（PCT）、血小板平均體積（MPV）、血小板體積分布寬度（PDW）、淋巴細胞（LYM）、淋巴細胞%（LYM%）、單核細胞（MON）、單核細胞%（MON%）、嗜中性粒細胞（NEU）、嗜中性粒細胞%（NEU%）、嗜酸性粒細胞（EOS）、嗜酸性粒細胞%（EOS%）、嗜堿性粒細胞（BAS）和嗜堿性粒細胞%（BAS%）。

1.3.4 血清生化指標的檢測 收集大鼠32周齡時采取的腹主動脈血， 分離血清做血生化檢測。血清中蛋白質、脂類、血糖檢測指標包括: 總蛋白（TP）、白蛋白（ALB）、白蛋白/球蛋白（A/G）、膽固醇（CHO）、甘油三酯（TG）和血糖（GLU）。血清酶類指標包括: 肌酸激酶（CK）、乳酸脫氫酶（LDH）、堿性磷酸酶（ALP）、天門冬氨酸氨基轉移酶（AST）、丙氨酸氨基轉移酶（ALT）。血清中代謝產物指標包括:總膽紅素（BIL）、尿素氮（BUN）、肌酐（CRE）、尿酸（UA）。血清離子指標包括: 無機磷（P-3）和鈣（Ca2+）。

1.4 統計學方法

2 結果

2.1 大鼠體質量、攝食量

如圖1所示， 對照組和環境豐富組雌性大鼠生長曲線基本重合， 而環境豐富組雄性大鼠在12～20周齡體質量稍高于正常對照組， 但差異不顯著（P＞0.05），3～12周齡和22～32周齡間環境豐富組和對照組雄性大鼠體質量差異無顯著性，生長曲線基本重合。由此可見環境豐富基本不對雌性大鼠體質量變化產生影響， 而對于雄性大鼠體質量的影響具有階段性，可增進青壯年期（12～20周齡）大鼠體質量增長。

圖 1 SD大鼠生長曲線Figure 1 Growth curves of the SD rats

如圖2所示，環境豐富對雌性大鼠的攝食量無顯著影響（P＞0.05），對于雄性大鼠在10～12周齡、15～17周齡和19周齡，環境豐富組攝食量顯著大于對照組（P＜0.05）， 其他時段攝食量差異無顯著性。環境豐富對大鼠攝食量和體質量的影響趨勢一致。

圖 2 SD大鼠攝食量曲線Figure 2 The food consumption curves of the SD rats

2.2 大鼠主要臟器重量

環境豐富組雄性附睪顯著高于對照組（P=0.039），雌性心臟和肝臟顯著高于對照組（P＜0.05， P＜0.01），其他臟器（胸腺、脾、肺、腎、腎上腺、睪丸、卵巢、子宮、腦、垂體）差異不顯著（表1）。

2.3 大鼠血液學

環境豐富組與對照組相比， 雄性血常規指標中差異顯著的為: PDW、MPV、PCT、MCV、MCHC，差異極顯著的為MONO和MONO%。雌性間血常規指標差異具有顯著性的有: RBC、LYMPH，差異具有極顯著性的指標有: HGB、PLT、PCT、MCHC、NEUT%、LYMPH%（表2）。

表 1 SD大鼠主要臟器重量Table 1 The weight of main organs in SD rats g

2.4 大鼠血清生化

環境豐富組和對照組結果經t檢驗，雌性之間所有指標都差異無顯著性，雄性之間環境豐富組TP、ALB、CHO顯著升高，其他指標差異不顯著（表3）。

3 討論

環境豐富由Hebb于1947年首先提出［9］，指的是非生物刺激和社會刺激的復雜結合。應用于實驗動物方面的主要目的是根據動物的特性，改變設施結構并提供相關資源，通過加強動物身體鍛煉，促進動物的操作活動和認知活動，從而有利于發揮動物的物種特異性行為，刺激動物的感知和運動，加強動物福利［10］。各種環境豐富的方法和手段不斷被開發和利用［11］，而為嚙齒類動物提供的木質磨牙棒是最常用的環境豐富資源。隨著研究的深入，環境豐富對提高實驗動物福利，減少應激和抑郁行為，改善生長發育以及繁殖性能等方面的有益影響已被廣泛關注［12，13］。有些研究者對環境豐富存有顧慮，認為引入了變量，可能會影響實驗的標準化，并可能增加動物行為的多樣性，增加檢測指標的變異系數，影響動物實驗的結果，但對小鼠的系統分析表明，飼養環境豐富并沒有影響動物實驗的準確性和可重復性［14］。因此有必要對環境豐富進行評估和研究，環境豐富的應用應基于科學的證據，專業的判斷和標準的實施條件［15］。在大鼠中的大部分研究多聚焦于短期或中期強環境豐富刺激對大鼠行為學及腦神經系統方面的作用［16-18］，而關于環境豐富對大鼠生長發育及生理生化指標的影響的研究較少。

本研究探討了磨牙棒和木絲筑巢材料長期暴露（7個月）對于大鼠生長和血液學指標的影響。研究結果顯示，環境豐富顯著提高雄性大鼠攝食量，增加體質量，顯著升高了血清中蛋白質和脂類含量，而雌性大鼠兩組間在體質量、攝食量、生化指標方面并無顯著差異。環境豐富對雄性SD大鼠白細胞計數、紅細胞計數、血紅蛋白含量及血小板計數4個主要指標無顯著影響，而升高了雌性大鼠的紅細胞計數、血小板計數、血紅蛋白含量?？梢姯h境豐富的影響在動物不同性別之間的表現不一致， 這與其他關于環境豐富干預研究的結果類似。此環境豐富效果評價研究中多選用雄性動物［19］，與對照差異顯著，而選用雌性為研究對象的在體質量及攝食方面則無差異［20］。

體質量作為評價實驗動物福利狀況的常用指標，一般認為體質量的增長表明實驗動物福利狀況的改善或良好。在本研究中，環境豐富對雄性大鼠體質量和攝食量的影響具有階段性。10～20周齡期間，環境豐富組雄性大鼠的體質量和攝食量高于對照組，而在10周齡之前和20周齡以后生長曲線幾乎重合。文獻報道中環境豐富對不同階段動物體質量的影響也不盡相同，顧衛忠等［21］在小鼠中的研究顯示，增加玩具對小鼠11～43日齡段體質量增加影響顯著，43～57日齡段體質量增加影響不顯著。而梁磊等［22］的研究顯示添加玩具對小鼠4～6周齡間的體質量增長無顯著影響。國外有報道環境豐富反而降低青春期大鼠的體質量增長量和攝食量［23，24］。體質量指標受多種因素影響，例如動物的攝食量和行為活動。環境豐富以讓動物表現其物種特異性行為為目的。筑巢材料或是遮蔽物的增加就可能增加動物的休息睡眠時間，其體質量往往增長快速，而增加操作性或探索性的豐富材料，就可能增加了動物的自主活動，在攝食量不增加的情況下，動物體質量可能就不會增長明顯甚至有可能減緩。不同的環境豐富方案對大鼠的刺激方式不同，其影響也不盡相同。此外環境豐富的刺激程度在大鼠不同的生長發育階段表現也不相同［25］。就本研究而言，3～10周齡是SD大鼠體質量快速增長期，如果環境豐富的刺激不夠，其對生長發育的影響被掩蓋在動物本身快速生長發育的情況之下，表現不顯著，而在10～20周齡，SD大鼠體質量增長進入緩慢平臺期，環境豐富的影響則表現明顯，可能會增加雄性大鼠的活動量，刺激進食，從而顯著提高攝食量，體質量也比對照有所增加。由此可見體質量作為評價環境豐富效果的指標，不能一概而論，要結合大鼠的行為和生長階段來具體分析。

表 2 大鼠血常規檢測Table 2 Comparison on hematological parameter in rats

表 3 大鼠血生化檢測Table 3 Comparison on serum biochemical parameter in rats

環境豐富對免疫系統和神經系統的有益影響已在大量研究中得到證實。有報道［26］表明，環境豐富能夠增加大鼠大腦的重量，增加胸腺、脾臟重量，降低腎上腺重量［27］。本研究中，環境豐富對主要臟器重量的影響并不顯著，腦、腦垂體、胸腺、脾臟、肺、腎、腎上腺在環境豐富組和對照組間無顯著差異。這可能跟環境豐富的方式有關，本研究應用的方式比較簡單，不能持續給予大鼠新鮮感，對大鼠的興趣激發不夠強烈，從而對神經系統的作用不夠顯著。本研究選擇7個月的環境豐富作用，解剖稱量臟器重量時大鼠已進入中老年階段，胸腺已經萎縮，因此對比也不明顯。此外環境豐富的作用效果也可能與作用時間以及選擇的動物性別和品種有關。

血常規指標中，雄性大鼠間紅細胞、白細胞、血紅蛋白、血小板指標差異無顯著性，而環境豐富組雌性大鼠紅細胞、血紅蛋白、血小板顯著高于對照組。國外在雌性小鼠中的研究報道，環境豐富組小鼠紅細胞、紅細胞比積少于對照組，而血紅蛋白高于對照組，白細胞的影響則根據小鼠的品種而有所不同［28］。血常規指標受動物品種、性別、年齡、采血方式以及檢測方法等因素的影響，且檢測結果的變異系數較大，樣本數量少的情況下經常會得出不一樣的檢測結果。環境豐富對SD大鼠血常規指標的影響還需進一步研究。

綜上所述，環境豐富在改善實驗動物福利狀況的同時也會對實驗動物的生理生化指標有影響，綜合文獻報道和本研究的結果，不同的環境豐富設計會產生不同的影響，積極的，消極的或是無影響，這取決于環境豐富的類型，環境豐富作用的時間，選擇的動物品系與性別以及所要研究的指標。因此如果要在實驗動物飼養管理中引入環境豐富方案，研究人員需要搜集更多的信息，評估豐富方案對具體動物品系和動物實驗的影響，對各種豐富方案和豐富材料進行選擇。

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Effect of Environmental Enrichment on Growth and Hematology in SD Rats

LIU Shuai， LI Jun-yan， CHEN Wei， ZHANG Qi， LV Sai
（National Institute of Occupational Health and Poison Control， China CDC， Beijing 100050， China）

Objective To study the effect of environmental enrichment on the growth and hematology of Sprague-Dawley （SD） rats. Method Forty-eight weaned 3-week old SD rats （male∶female = 1∶1） were allocated randomly to standard laboratory cages and enriched cages which were consisted of small sticks for grinding and wood-wool as nesting materials. The growth rate and food consumption were monitored. The rats were sacrificed at 32 weeks of age， and the indexes of organ weight， hematology and biochemistry were measured and analyzed. Results The food consumption of male rats in enriched cages was significantly increased between 10 and 19 weeks， but the weight gain was not significantly different compared to the standard group. The total serum protein， albumin and cholesterol were also increased significantly. No significant difference was found in the growth rate，food consumption or serum biochemistry in the female rats. The weights of epididymis of male rats and the weights of heart， liver of female rats were increased significantly. However， there was no significant difference for other organs. In addition， environmental enrichment showed significant impact on the erythrocyte， hemoglobin and platelet in the female rats， but not the male rats. Conclusions The environmental enrichment can alter the growth and hematology in SD rats to some degree， so the researchers need to pay attention on designing environmental enrichment strategies .

Environmental enrichment； Growth and development； Animal welfare； Hematology；Serum biochemical

R33 Q95-33

A

1674-5817（2016）01-0041-07

10.3969/j.issn.1674-5817.2015.06.008

2015-07-06

職業衛生與中毒控制所青年科技基金項目（DW201404）

劉 帥（1985-）， 男， 碩士， 主要從事 實驗動物學研究。E-mail: cauvet@126.com

李軍延（1963-）， 女， 副研究員， 主要從事實驗動物及管理研究。E-mail: lijy1@chinacdc.cn