睡眠剥夺实验造模—多方式、全位面的解决方案为科研创新铺平道路

2022-11-16 17:55:34, 玉研仪器上海玉研科学仪器有限公司

产品背景

据世界卫生组织调查，在世界范围内约1/3的人有睡眠障碍，中国有各类睡眠障碍的人更是高达38.2%，高于世界27.0%的比例。睡眠不足会造成大脑活动和功能下降、注意力和工作记忆的缺陷，还会增加嗜睡、疲劳、情绪混乱、紧张和总体情绪障碍的程度，严重的睡眠不足还会造成心血管疾病、免疫系统破坏、体重增加和增加2型糖尿病的风险。

睡眠不足的研究离不开动物睡眠剥夺实验，睡眠剥夺研究模型主要采用人工技术减少正常睡眠量，造成睡眠障碍，以研究睡眠丧失或睡眠限制后对机体的影响。目前采用的动物有小鼠、大鼠、猫、犬和鸽子等，其中以鼠类为模型动物的睡眠剥夺或限制实验研究最为透彻，涉及对生理、基因表达、免疫功能、应激反应和多种意识的行为学监测、学习记忆等。

睡眠剥夺方法

目前动物实验常用的睡眠剥夺模型主要有强迫运动法、水上平台法、药物刺激法和物理方法剥夺。

1.强迫运动法是通过动力装置迫使动物不停地运动，从而达到睡眠剥夺的目的，该种睡眠剥夺的方法包括单纯程控转棒睡眠剥夺、通过监测动物活动度进行摇床式睡眠剥夺和在脑电监护下的睡眠剥夺。此方法既有简单易行的实验方案，也有通过动物的睡眠反馈进行精准剥夺的方案，而且剥夺方式比较温和，并可通过调整旋转速度改变睡眠干扰频率，是目前科研领域采用最为广泛的睡眠剥夺方法。其缺点是长时间不停运动可能会引起运动性应激及身体疲劳，成为干扰睡眠剥夺的因素。

2.水上平台法可以造成实验鼠快速眼动睡眠（REM）睡眠剥夺。主要原理是利用鼠类畏水及在水中无法进行睡眠的特性，通过在盛水的水槽中放置小平台，实验鼠站立在小平台上时，若进入REM，全身肌张力降低引起节律性低头，头触到水面而清醒，以此来达到剥夺REM的目的。此方法存在环境隔离、活动限制、体力疲劳、反复落水等多种应急因素存在，干扰结果的可靠性。

3.药物刺激剥夺是定时给动物注射一些中枢兴奋药，造成动物部分或全部睡眠的剥夺。此方法简单易行，操作方便，不需要特殊仪器，缺点是实验鼠存在个体差异，睡眠剥夺的效果及程度不易掌握，多用在研究某些特殊药物药理作用的实验中。

4.物理方法剥夺是当观察到动物即将进入睡眠时，通过拍打笼子或木棒拨动等物理刺激促使其保持清醒，采用这种方法需要实验人员在旁不间断地观察动物行为，易产生较大地误差，故较适合短时间地睡眠剥夺实验。

针对睡眠剥夺方面的研究，上海玉研科学仪器有限公司推荐以下解决方案：(一) Pinnacle转棒式睡眠剥夺系统；(二) Signal Solutions无创反馈摇笼式睡眠剥夺系统；(三) 玉研水上平台式睡眠剥夺系统和转棒式睡眠剥夺系统。

Pinnacle转棒式睡眠剥夺系统

美国Pinnacle公司转棒式睡眠剥夺系统是一款不需要对动物进行训练，以温和的方式对动物进行睡眠限制的仪器，参数设定完成后，不再需要人为的干预即可对大鼠或小鼠进行睡眠剥夺的实验。该系统有两个型号：Feedback型和 StandAlone型。

Feedback 型睡眠剥夺系统该系统可以通过EEG/EMG系统实时监测动物脑电肌电信号来进行睡眠剥夺，系统可以预先设置动物的睡眠状态的脑电肌电参数值，当实时监测的EEG和EMG与预设置的睡眠状态参数值相匹配时，系统控制击打棒转动，以此方式保持动物时刻处于清醒状态。

产品特点
√ Feedback 型号由电脑和控制器触屏控制。
√ 系统根据实时监测的脑电肌电信号控制击打棒，打击棒会以5-15 RPM的速度转动，并且可以通过程序编制改变转棒转动方向。
√ 系统提供食物、水和睡眠场所，动物笼分大鼠笼和小鼠笼。
√ 可根据脑电肌电设定睡眠剥夺阈值，阈值设定符合自定义调节。

自定义设置脑电肌电睡眠剥夺阈值

主要优势
√ 基于EEG/EMG的反馈型睡眠剥夺方式只有在动物即将进入睡眠时才会对动物进行干扰，避免长时间不停地剥夺造成动物体力疲劳，影响实验；
√ 温和的睡眠剥夺操作方式，减少了对动物的伤害；
√ 程控的转棒剥夺方式多样，避免动物出现睡眠适应和产生睡眠依赖；
√ 比手动剥夺睡眠操作更为简便，而且不需要对动物进行训练；
√ 可选配睡眠监测系统和同步视频采集系统，在睡眠剥夺的同时监测动物的脑电肌电信号分析睡眠或者同时进行行为学方面的研究

睡眠分析软件同步视频采集系统

Stand Alone 型睡眠剥夺系统，该系统旋转棒以时间为参数进行控制，从秒到小时、日、周或月间隔不等。旋转棒可设置为随机方向，以尽量减少动物对睡眠剥夺环境产生适应。使用主机上的触屏LCD控件进行操作时完全不需要电脑控制。

Stand Alone型睡眠剥夺系统是FeedBack反馈型系统的简化版，无需对动物进行有创植入电极操作，不会对动物造成物理伤害，但也不能通过脑电信号进行精准的睡眠剥夺操作，只能通过设置剥夺时间无差别进行睡眠干扰，易使动物产生疲劳。

Signal Solutions无创反馈摇笼式睡眠剥夺系统

美国Signal Solutions公司的Qwake睡眠剥夺系统可通过压电传感器在实时检测动物活动度、呼吸频率等参数的同时获得动物睡眠状态的信息，并能够借助配套软件实施在线自动评分功能，从而反馈性控制相应设备进行睡眠剥夺造模。系统在监测到动物睡着的时候会通过振动笼子将动物唤醒以达到睡眠剥夺的目的。

Qwake反馈型睡眠剥夺系统最大的优势是能够无创对动物睡眠进行精准地剥夺，实验环境贴近动物正常饲养状态，清醒活动无拘束。专利的压电传感器技术对动物睡眠状态监测非常灵敏，独特的摇笼式干扰方式不会对动物造成伤害，既能反馈性剥夺动物睡眠，又不会主动强制造成动物运动。

Mouse Qwake Rat Qwake

上海玉研仪器睡眠剥夺系统

水槽式睡眠剥夺箱

上海玉研仪器推出的大小鼠水槽式睡眠剥夺箱是水上平台式睡眠剥夺系统的典型代表，该系统利用大小鼠畏水及在水中无法进入睡眠的生活习性，通过在盛水的水槽中放置平台，让动物站立在平台上，因平台直径足够小当大小鼠进入快速眼动睡眠（REM）时，因全身肌张力降低引起节律性低头触水以此来达到剥夺 REM 的目的，此类方法简单易行无需复杂昂贵的设备，在不同条件的实验室均能开展因而应用广泛。

小动物转棒式睡眠剥夺仪

上海玉研小动物转棒式睡眠剥夺仪是一款专门用于对大小鼠进行睡眠干预、睡眠剥夺造模的转棒式睡眠剥夺系统。该仪器具有常开、定时、间歇、正反转四种操作模式，可以完成自动化的睡眠剥夺任务。转棒转动温和，不会对动物造成任何机械损伤。在睡眠剥夺激发器上方配有大鼠或小鼠的清醒活动笼和水瓶，可完成在正常饲养状态下的睡眠剥夺实验。该仪器可用于睡眠研究、时差研究和间断性睡眠模型模拟。

主要特色及优势

√ 大小鼠通用，具备饮食饮水设计

√ 正反转设计，能够防止实验动物对于环境的适应

√ 转速可调节设计，能够以不同的速度对老鼠进行击打，更大程度的使老鼠无法进行正常睡眠

√ 定时功能，能够在一定时间内间隔相同的时间进行打击

√ 温和进行操作，减少对动物的伤害

√ 不需要对动物进行训练

√ 比手动剥夺睡眠操作更方便

√ 避免出现睡眠适应和产生睡眠习惯

√ 适合短期、长期和慢性研究

上海玉研仪器为广大脑科学研究者提供上述睡眠剥夺模型建立的解决方案，可以满足不同需求的实验设计。其中反馈型睡眠剥夺系统对动物睡眠干扰更为精准，动物不会被一直刺激或强制运动，只有在动物快要进入睡眠时才会加以干扰。

Pinnacle Feedback和Signal solutions Qwake均为反馈型睡眠剥夺系统，在刺激方式上Qwake更加温和、更贴近动物正常饲养状态，Pinancle Feedback型是有创式实验，对动物有一定伤害。如果对睡眠剥夺要求不必非常精确，可以选择Pinnacle StandAlone型或者玉研生产的小动物转棒式睡眠剥夺仪和睡眠剥夺水箱，Pinnacle StandAlone和玉研小动物睡眠剥夺仪均为转棒式睡眠剥夺系统，会根据时间设定对动物持续进行睡眠干扰，玉研睡眠剥夺水箱主要对大小鼠快速动眼时相的睡眠进行干扰。

部分用户名单
中国人民解放军总医院	济南瑞丰国际贸易有限公司	北京脑中心和类脑研究中心
北京中医药大学	新华医院	厦门大学
江南大学	扬州大学	重庆医科大学附属口腔医院
上海健康医学院	重庆捷伦科技贸易发展有限公司	武汉市中创悟空生命科技有限公司
中国林业科学研究院经济林研究所	北京英联恒达生物科技有限公司	济南格因生物技术有限公司
广东省第二人民医院

参考文献

1. Cordeira, J., Kolluru, S.S., Rosenblatt, H., Kry, J., Strecker, R.E., McCarlet, R.W. (2017). Learning and memory are impaired in the object recognition

task during metestrus/diestrus and after sleep deprivation. Behavioural Brain Research, 339, 124-129. doi: 10.1016/j.bbr.2017.11.033

2. Hines, D.J., Schmitt, L.I., Hines, R.M., Moss, S.J., & Haydon, P.G. (2013). Antidepressant effects of sleep deprivation require astrocyte-dependent adenosine mediated signaling. Translational Psychiatry, 3, e212. doi: 10.1038/tp.2012.136

3. Lee, D., Lee, S., & Sohn, D. (2016). MP86-19 effect of sleep deprivation on hormonal axis and erectile function. Journal of Urology, 195(4), e1113. doi:10.1016/j.juro.2016.02.2327

4. Lee, D.S., Sohn, D.W., Yoon, B.I., & Yoo, J.M. (2017). 383 effect of sleep deprivation on hormonal axis and erectile function. Journal of Sexual Medicine, 14(1), S113-S114. doi: 10.1016/j.jsxm.2016.11.264

5. Naidoo, N., Davis, J.G., Zhu, J., Yabumoto, M., Singletary, K., Brown, M., … & Baur, J.A. (2014). Aging and sleep deprivation induce the unfolded protein response in the pancreas: implications for metabolism. Aging Cell, 13(1), 131-141. doi: 10.1111/acel.12158

6. Schmidt, M.A. & Wisor, J.P. (2012). Interleukin 1 receptor contributes to methamphetamine- and sleep deprivation-induced hypersomnolence. Neuroscience Letters, 513(2), 209-213. doi: 10.1016/j.neulet.2012.02.040

7. Ward, C.P., Wooden, J.I., & Kieltyka, R. (2017). Effects of sleep deprivation on spatial learning and memory in juvenile and young adult rats. Psychology & Neuroscience, 10(1), 109-116. doi: 10.1037/pne0000075

8. Wooden, J., Pido, J., Mathews, H., Kieltyka, R., Montemayor, B., & Ward, C. (2014). Sleep deprivation impairs recall of social transmission of food preference in rats. Nature and Science of Sleep, 2014(6), 129-135. doi: 10.2147/NSS.S68611

9. Duncan, M. J., L. E. Guerriero, K. Kohler, L. E. Beechem, B. D. Gillis, F. Salisbury, C. Wessel, J. Wang, S. Sunderam, A. D. Bachstetter, B. F. O’Hara and M. P. Murphy, 2022. Chronic Fragmentation of the Daily Sleep-Wake Rhythm Increases Amyloid-beta Levels and Neuroinflammation in the 3xTg-AD Mouse Model of Alzheimer’s Disease. Neuroscience 481: 111-122.

10. Robinson-Junker, A., O’Hara, B., Durkes, A., Gaskill, B., 2019. Sleeping through anything: The effects of unpredictable disruptions on mouse sleep, healing, and affect. PloS one 14, e0210620.

关于玉研

上海玉研科学仪器有限公司是专业为动物实验、动物研究领域提供科学仪器和技术服务的公司。我们着力引进国外的先进科学仪器和实践经验，选择使用广泛、应用成熟、性能先进的实验仪器和实验方法，为国内实验室建设、研究课题进展提供科学、合理的解决方案。

上海玉研仪器科学有限公司十多年来坚持自主研发，掌握核心技术，为国内外研究者带来技术创新福音。更多产品信息，欢迎来电咨询021-35183767