运动病及前庭适应大鼠模型的建立与评价

张卓儒 张敏 李聪聪 姜一弘 刘玉辉 畅通 王小成 周小燕

1延安大学医学院（延安 716000）

2空军军医大学航空航天医学系航空航天临床医学中心，教育部航空航天医学重点实验室（西安 710032）

3空军军医大学第一附属医院空勤科（西安 710032）

运动病是机体受不适宜的运动环境或环境中不习惯因素的刺激造成的恶心、呕吐和头晕等前庭自主神经反应症候群。在日常生活中，运动病会影响人们正常的工作作业和出行体验。在航空航天作业中，运动病会影响飞行人员的作业效能甚至导致空中失能，危及飞行安全，部分飞行人员因运动病而停飞造成优质战斗资源的浪费[1-4]。

前庭适应通过反复刺激前庭器官降低敏感性，提高适应性，降低运动病的发生率，对运动病的发生起到良好的预防作用，对于日常生活和工作以及军事作业和战斗均有重要意义。但是，前庭适应作为防治运动病的重要手段，其效果会受到运动刺激的频率、持续时间、刺激强度和类型的影响[2,5,6]。

使用合适的运动病及前庭适应动物模型开展相关研究，是推动运动病及前庭适应研究的重要方法。本研究旨在给予大鼠不同模式和强度的旋转运动刺激，建立运动病大鼠动物模型，通过重复给予不同模式的旋转运动刺激建立前庭适应动物模型，为探究运动病及前庭适应的发生机制及治疗措施提供基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 实验动物

72只6-8周雄性SD大鼠，体重300±50g，购买于空军军医大学动物实验中心。饲养期间给予啮齿类动物标准颗粒饲料，自由饮食和饮水，12小时的明暗交替光照，室温22-26℃，适应性饲养1周后进行实验。所有操作均符合空军军医大学实验动物福利伦理审查委员会伦理学要求。

1.1.2 主要设备与试剂

1.1.2.1 0.15%糖精水：卫星牌食用糖精（安徽喜嚼乐电子商务有限公司，含有糖精钠99%）和蒸馏水配制。

1.1.2.2 旋转刺激装置：由人体前庭功能转椅（上海继德教学实验器械厂）改装而成，其旋转角加速度、加速度以及刺激运行时间均可由程序控制。改装后的旋转刺激装置旋转半径为60cm，其中钢制旋转臂30cm，固定塑料笼的软绳30cm。塑料笼除可绕垂直轴旋转外，加速和减速时还可沿着软绳的方向摆动，大鼠可在笼内各个隔间自由活动。

1.2 方法

1.2.1 动物分组

运动病动物模型实验分组：72只SD大鼠随机分为12组，分别为2个对照组和10个不同旋转刺激强度、不同旋转刺激时间实验组：180°/s旋转刺激15min组、20min组、25min组、30min组和35min组；240°/s旋转刺激15min组、20min组、25min组、30min组和35min组。每组6只大鼠。

前庭适应动物模型实验分组：18只晕反应指数＞10分的大鼠随机分为3组，分别为每天连续旋转训练组、间隔1天旋转训练组和间隔2天旋转训练组，每组6只大鼠。

1.2.2 旋转刺激方法

运动病动物模型刺激方式：将大鼠放入塑料笼内的各个隔间中，将钢制旋转臂稳妥固定在转椅上。旋转刺激时首先将转椅向左进行旋转，从静止开始以 10°/s²的加速度加速，达到峰速 180°/s或240°/s后匀速旋转5min，再以 10°/s²的加速度减速至0。之后以相同的旋转速度模式向右旋转，进行交替加减速及匀速旋转，各实验组动物给予相应时间的旋转运动刺激。对照组不进行旋转刺激，其余条件与实验组相同。

前庭适应动物模型刺激方式：使用上述旋转刺激方式对大鼠进行240°/s旋转刺激，每次交替旋转运动刺激30min。每天连续旋转刺激组连续每天给予一次旋转运动刺激，间隔1d旋转刺激组和间隔2天旋转刺激组分别间隔1天和2天给予一次旋转运动刺激。

1.2.3 0.15%糖精水饮用量的测量

运动病动物模型组：大鼠进行适应性喂养一周后，测量24小时的0.15%糖精水的饮用量，旋转刺激后连续测量3个24小时的0.15%糖精水饮用量。

前庭适应动物模型组：前庭适应动物分别在旋转训练开始后的第1、3、7、14、21天测量旋转刺激后24小时的0.15%糖精水饮用量，当天未进行旋转刺激的测量最近前一次旋转刺激后的糖精水饮用量，作为该实验时间点的糖精水饮用量数值。

1.2.4 晕反应指数

对大鼠旋转刺激后出现的颤抖、立毛、排尿、排便进行量化，各指标分数的总分即为晕反应指数（表1）[7]。运动病动物模型实验中，计算各组动物旋转运动刺激后5分钟内的晕反应指数，前庭适应动物模型实验中，计算各组动物旋转训练开始后的第1、3、7、14、21天旋转运动刺激后5分钟内的晕反应指数，当天未进行旋转运动刺激以最近前一次旋转运动刺激后的晕反应指数，作为该实验时间点的晕反应指数评分。

表1 晕反应指数评分表Table 1 Motion Sickness Index

1.3 统计分析

大鼠对0.15%糖精水的饮用量和晕反应指数以表示。旋转刺激前后各组的糖精水饮用量和晕反应指数比较用单因素方差分析，各实验组间多重比较采用LSD检验，各实验组和对照组间比较采用Dunnett-t检验，P＜0.05表示差异具有统计学意义。使用SPSS Statistics 26软件进行统计分析，GraphPad Prism 8.0.2进行绘图。

2 结果

2.1 运动病大鼠动物模型实验

2.1.1 0.15%糖精水饮用量

180°/s旋转运动刺激30 min组（42.08±6.49）和35 min组（41.58±7.14）刺激后第1个24 h糖精水饮用量（图1）较刺激前（52.00±7.57、52.67±13.15）下降较明显（P＜0.05），15 min组、20 min组和25 min组旋转刺激后第1个24小时糖精水饮用量与旋转运动刺激前相比，无统计学差异（P＞0.05）。各组刺激后第2个24小时糖精水饮用量较前一天变化不明显。25 min组和35 min组的第3个24小时糖精水饮用量恢复到刺激前水平（P＞0.05），30 min组（30.30±13.36）第3个24小时糖精水饮用量与旋转刺激前相比仍有统计学意义（P＜0.05）。对照组在各个时间段糖精水饮用量无显著变化（P＞0.05）。

图1 180°/s旋转运动刺激前后大鼠24小时0.15%糖精水饮用量（ml，n=6）Fig.1 The changes of rat’s consumption of saccharin solution before and after 180°/s rotatory stimulation(ml,n=6)

240°/s旋转运动刺激15 min后糖精水饮用量（图2）与刺激前相比无明显差异（P＞0.05）。20 min组第1个24小时糖精水饮用量与刺激前相比无明显差异，第2个24小时糖精水饮用量（53.88±20.18）比刺激前（84.29±22.06）明显降低（P＜0.05），第3个24小时的糖精水饮用量与刺激前相比无明显差异（P＞0.05）。25min、30min和35min组刺激后第1个24h糖精水饮用量比刺激前明显降低（P＜0.05）；25min组第2个24小时糖精水饮用量（38.30±6.23）比刺激前（73.30±9.44）降低（P＜0.05），第3个24小时糖精水饮用量（48.10±6.23）与刺激前相比仍显著降低（P＜0.05）。30min组的3个24小时的糖精水饮用量呈现逐渐下降的趋势（P＜0.05）。35min组第2、3个24小时糖精水饮用量（34.88±6.49、30.30±6.49）与刺激前（62.50±9.42）相比仍明显降低（P＜0.05），第3个24小时的糖精水饮用量与刺激前相比无统计学意义（P＞0.05）。

图2 240°/s旋转运动刺激前后大鼠的0.15%糖精水饮用量（ml，n=6）Fig.2 The changes of rat’s consumption of saccharin solution before and after 180°/s rotatory stimulation(ml,n=6)

2.1.2 晕反应指数

180°/s旋转运动刺激后晕反应指数（图3）与刺激时间呈正相关，旋转运动刺激时间越长，晕反应指数越高。240°/s旋转运动刺激方式的晕反应指数（图4）在25min组、30min组和35min组明显高于其他实验组，其中25min组（10.62±3.14）最高。

图3 180°/s旋转刺激后大鼠晕反应指数评分（n=6）Fig.3 Evaluation of motion sickness index in rats after 180°/s rotatory stimulation(n=6)

图4 240°/s旋转刺激后大鼠晕反应指数评分（n=6）Fig.4 Evaluation of motion sickness index in rats after 240°/s rotatory stimulation(n=6)

2.2 前庭适应大鼠动物模型实验

2.2.1 0.15%糖精水饮用量测量结果

通信公司具有庞大的人力资源管理系统，在实际的管理过程中，依然存在一定的问题。其中，人力资源管理理念滞后就是存在的问题之一。管理理念滞后的原因主要在于管理方式选择不当。目前，部分通信公司还采用职能制的管理方式，这种管理方式不利于大型的人力资源管理，随着通信行业的飞速发展，显然不适用于通信公司。还有部分通信公司采用分割制管理方式，其不利于企业管理者与员工很好的沟通，进而对于公司的发展会产生限制。总之，无论是哪种管理方式，都难以促使人力资源发挥应有的作用[1]。

每天旋转训练组的大鼠糖精水饮用量（图5）在训练的前3天呈现不断下降的趋势（P＜0.05），第7、14天的饮用量（47.08±10.69、61.75±15.34）逐渐增加但仍明显低于训练前的饮用量（75.90±9.04）（P＜0.05），第21天的饮用量（72.82±12.40）几乎恢复至训练前水平（P＞0.05）。间隔1天旋转训练组的大鼠在进行训练的第1天和第3天（48.68±5.97、46.02±9.14）糖精水饮用量比训练前（76.02±17.64）显著降低（P＜0.05），训练第7天糖精水饮用量有所恢复（P＞0.05），第14天糖精水饮用量（58.42±16.80）与训练前相比有所降低（P＜0.05），训练第21天糖精水饮用量与训练前相比无统计学意义（P＞0.05）。间隔2天旋转训练组进行训练的第1天糖精水的饮用量（59.93±15.23）比训练前（82.25±17.50）显著降低（P＜0.05），第3、7、14天饮用量与训练前相比无明显差异（P＞0.05），第21天饮用量（65.03±16.07）与训练前相比有所降低（P＜0.05）。

图5 旋转训练大鼠的0.15%糖精水的饮用量（n=6）Fig.5 The drinking amount of 0.15% saccharin water in the rats of each rotatory stimulation group(n=6)

2.2.2 晕反应指数评分

连续每天旋转训练组的大鼠晕反应指数（图6）在训练第1天（12.37±2.04）较高，第3、7、14、21天比第1天明显下降（P＜0.05），第21天晕反应指数（3.63±2.01）低于训练的第14天（P＜0.05），与未进行旋转刺激时的晕反应指数差别不大（P＞0.05）。间隔1天旋转训练组的晕反应指数在训练的第3、7天与第1天（12.30±1.18）相比无明显差异（P＞0.05），训练第 14天晕反应指数（8.42±1.89）与训练第1天相比明显下降（P＜0.05），第21天（9.17±2.45）与训练第 1天无明显差异（P＞0.05），与未进行训练时差异明显（P＜0.05）。间隔2天旋转训练组大鼠晕反应指数始终保持在较高水平，训练后各时间点晕反应指数差异无统计学意义（P＞0.05）。

图6 旋转训练前后大鼠的晕反应指数评分（n=6）Fig.6 Motion sickness index score of rats before and after rotatory training(n=6)

3 讨论

建立稳定、可靠、简便的贴近病理生理学机制的运动病动物模型有助于更深入地研究和阐明运动病的发病机制。目前，运动病动物模型的建立一般采用不同运动模式的旋转刺激装置对实验动物进行刺激从而诱发动物发生运动病反应。目前常用的实验动物品种有大鼠、小鼠、豚鼠、犬、臭鼩鼱、猫、猪等，其中尤以大鼠应用最为广泛，因为大鼠相对于小鼠较易进行实验操作，而与猫、犬和臭鼩鼱等相比价格更低廉，饲养方便，标准化程度和质量控制较好[8,9]。

条件性厌食症（Conditioned taste aversion，CTA）是指动物受到旋转刺激后表现出对带有颜色、气味和味道的液体和固体食物的摄入量的减少，可通过0.15%糖精水饮用量的减少程度来判断CTA的严重程度，进而对大鼠运动病的严重程度进行评估[8-11]。将大鼠在旋转刺激后产生的颤抖、立毛、排尿和排便等指标进行量化，记录各指标总分为晕反应指数，也可客观反应大鼠前庭敏感程度，判断大鼠运动病的严重程度[7]。本实验将大鼠旋转运动刺激后产生的条件性厌食症和晕反应指数结合，能够更加全面客观地对大鼠是否发生运动病及严重程度进行评价，从而得到更加稳定的运动病和前庭适应动物模型。

180°/s旋转运动刺激15min、20min和25min组的大鼠糖精水饮用量未出现明显下降，30min和35min组的大鼠在旋转运动刺激后的第1个24小时糖精水饮用量明显下降。可见，在180°/s的旋转运动刺激方式下，时间越长，大鼠旋转运动刺激后的糖精水量下降越明显。180°旋转运动刺激组的大鼠晕反应指数随着旋转刺激时间的不断延长而逐渐升高。本实验旋转运动刺激最长时间为35min，虽然旋转运动刺激30min大鼠糖精水饮用量已明显下降，但晕反应指数最高值为旋转运动刺激35 min。因此，在相同的刺激方式下旋转时间越长越容易诱导运动病，诱发的运动病反应越严重。

每天旋转训练组大鼠糖精水饮用量在旋转训练的前3天不断下降，在训练的第7、14天和21天逐渐升高，呈现先下降再上升的趋势。晕反应指数随着训练时间的延长先升高再逐渐降低至未训练水平。可见，大鼠前庭敏感性逐渐降低，产生前庭适应。间隔1天和间隔2天旋转训练组的大鼠在训练的第1天糖精水饮用量明显下降，在之后的训练过程中，糖精水饮用量没有明显的恢复趋势，与旋转训练前比较仍较低，晕反应指数分数随着旋转训练时间的延长未发生明显变化，表明大鼠前庭敏感性变化不及连续每天旋转训练组。理论上大鼠在进行旋转刺激的过程中对0.15%糖精水饮用量减少量越小，该大鼠的前庭适应训练效果越好[12]。因此，每天旋转训练组大鼠连续旋转训练21天的前庭适应效果更好。

该动物模型使用条件性厌食症和晕反应指数作为判断指征，更加全面客观地对大鼠是否发生运动病及严重程度进行评价，研究结果会更加准确、更有说服力。建立运动病动物模型的研究显示240°/s旋转运动刺激25 min即可成功诱导大鼠产生运动病，此建模方法操作简单、建模时间短、成功率高。在建立前庭适应动物模型时，通过比较每天连续旋转刺激组与间隔1天旋转刺激组、间隔2天旋转刺激组的不同训练模式的训练效果，建立了更加简便、更加稳定可靠的前庭适应动物模型，为今后开展前庭疾病研究及相关治疗药物研发提供可靠的实验动物建模方法，在运动病发病机制探索、疾病严重程度客观评价、抗运动病药物研发、前庭康复生理基础探究等领域具有较好的应用前景。

本研究运用条件性厌食症和晕反应指数对旋转刺激后各组大鼠进行评价，从而判断其是否产生运动病和前庭适应，但缺乏与运动病反应评价密切相关的视电、胃电等客观指标观察。期待对运动病及前庭适应相关动物模型研究的不断深入，为后续研究提供更接近临床的动物模型。

4 结论

本实验探讨了运动病及前庭适应大鼠模型的构建，结果表明，240°/s旋转运动刺激25 min可成功诱导大鼠发生运动病，连续进行21天240°/s旋转刺激30 min可成功使大鼠产生前庭适应。该模型制作易操作、重复性好、操作周期短，是一种简单可靠的构建大鼠运动病及前庭适应的方法，为探究运动病及前庭适应的发病机制和适应机制提供简便、稳定的动物模型。