上篇公眾號(hào)文章介紹了昆士蘭大學(xué)腦研究所elizabeth coulson 教授關(guān)于睡眠時(shí)大腦缺氧和阿爾茨海默病之間的因果關(guān)系的研究。該研究團(tuán)隊(duì)采用注射uii- sap誘導(dǎo)膽堿能（ cmpt）病變，開發(fā)了一種小鼠sdb模型。研究中利用了全身體積描記技術(shù)（whole-body plethysmograph，wbp）對(duì)模型動(dòng)物的睡眠呼吸的情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析。
實(shí)驗(yàn)方法
將c57bl/6小鼠麻醉后，注射uii- sap誘導(dǎo)膽堿能（ cmpt）病變。為了測(cè)量睡眠狀態(tài)，采用無線遙測(cè)技術(shù)測(cè)量腦電圖（eeg）、肌電圖（emg）和活動(dòng)節(jié)律。
實(shí)驗(yàn)時(shí)，小鼠被放置在一個(gè)全身體積描記器中。使用全身體積描記系統(tǒng)對(duì)小鼠進(jìn)行連續(xù)4小時(shí)的評(píng)估，期間記錄呼吸，同時(shí)記錄其他不受限制、自由運(yùn)動(dòng)的小鼠的腦電圖。這種方法提供了一種間接的潮氣量測(cè)量，它與密封腔室呼吸過程中產(chǎn)生的循環(huán)腔室壓力信號(hào)成正比。
首先讓小鼠30 min適應(yīng)環(huán)境，然后持續(xù)記錄3小時(shí)數(shù)據(jù)。每2秒記錄一次的呼吸測(cè)量數(shù)據(jù)與腦電圖預(yù)測(cè)的睡眠狀態(tài)關(guān)聯(lián)。只有確定的睡眠/覺醒狀態(tài)的數(shù)據(jù)點(diǎn)被納入分析，沒有應(yīng)用其他數(shù)據(jù)排除標(biāo)準(zhǔn)。然而，腦電圖標(biāo)準(zhǔn)偏差>3的小鼠被排除在分析之外。一只損傷的小鼠在睡眠中呼吸頻率降低了10倍（與所有其他小鼠相比）被排除在分析之外。
對(duì)每只小鼠，對(duì)睡眠期間的每個(gè)呼吸測(cè)量值（rem+nrem）和清醒期的值取平均值。數(shù)據(jù)通過兩種方式（性別、損傷）的方差分析對(duì)每只小鼠的睡眠和覺醒狀態(tài)進(jìn)行分析。每只小鼠的每個(gè)參數(shù)的可變性也使用levene的方差相等檢驗(yàn)的方法計(jì)算，對(duì)于每只小鼠，從所有的值中減去每個(gè)參數(shù)的平均值，并通過單因素方差分析對(duì) cmpt損傷組或?qū)φ战M之間的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
cmpt損傷導(dǎo)致睡眠呼吸中斷
在光照期間使用無約束的全身體積描記技術(shù)，通過腦電圖（eeg）測(cè)定 cmpt損傷和非損傷小鼠在睡眠和清醒期間的呼吸模式的影響。假設(shè)，損傷小鼠在睡眠時(shí)由于上呼吸道阻力而減少氣流，吸氣峰值流速（pif）將會(huì)減少，吸氣時(shí)間（eip）將會(huì)增加，呼吸間隔時(shí)間將會(huì)增加，就像阻塞性睡眠呼吸暫停（osa）患者發(fā)生的情況一樣。由于性別、睡眠-覺醒和損傷的可能影響，以及構(gòu)成呼吸周期的體積描記術(shù)變量的數(shù)量，我們總結(jié)了合并數(shù)據(jù)（圖2a-d），其中使用雄性（圖2e）和雌性（圖2b）小鼠的平均測(cè)量值來繪制典型的呼吸。重要的是，在清醒狀態(tài)下，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)照組和 cmpt損傷小鼠之間的任何呼吸參數(shù)的平均值都沒有顯著差異（圖2a、c、e）。相比之下，損傷鼠在睡眠期間對(duì)上述呼吸測(cè)量參數(shù)有顯著影響。
與預(yù)期的一樣，與對(duì)照組動(dòng)物相比，睡眠期間的平均呼吸頻率(f)下降（圖2c-e）。然而，呼吸頻率在雄性和雌性之間也有顯著性差異。令人驚訝的是，受損小鼠在睡眠期間的呼吸頻率平均低于對(duì)照組，并且與清醒時(shí)的呼吸頻率沒有顯著差異（圖2a-e）。然而，兩個(gè)性別的損傷小鼠中，睡眠期間的呼吸時(shí)間，無論平均頻率如何，顯著大于睡眠對(duì)照小鼠（圖2c）。
對(duì)人類來說，呼吸暫停（apnea）是指氣流停止10秒，這是一個(gè)人通常進(jìn)行三次呼吸的時(shí)間（睡覺時(shí)的頻率為12-20次/分鐘）。在睡眠期間，對(duì)照組小鼠平均每2秒呼吸5次（150次/分鐘）。然而， cmpt損傷小鼠明顯更有可能出現(xiàn)呼吸頻率降低的相鄰周期（<100次呼吸/分鐘），在 cmpt損傷小鼠和對(duì)照組小鼠中，分別有54%和17%的低頻率呼吸周期持續(xù)時(shí)間超過4s。有趣的是，在損傷小鼠中，有一種在長(zhǎng)低頻呼吸期之后是清醒期的趨勢(shì)，而在對(duì)照組小鼠中，低頻呼吸期和睡眠/覺醒轉(zhuǎn)變之間沒有明顯的關(guān)聯(lián)。
在對(duì)照組和 cmpt損傷的小鼠中，平均pif在睡眠期間均降低（圖2d）。然而，在損傷小鼠中，睡眠期間的平均eip比對(duì)照組小鼠短，相當(dāng)于它們?cè)谇逍央A段的平均eip。然而，在睡眠期間， cmpt損傷小鼠的pif和eip比對(duì)照組小鼠的變化更大。這表明，雖然平均吸氣流量較慢，花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，但 cmpt損傷小鼠在睡眠期間同時(shí)有非常大和非常小的峰值流量測(cè)量和吸氣時(shí)間。
至于睡眠時(shí)的對(duì)照組小鼠，兩個(gè)性別的損傷小鼠的pef都降低了，這表明呼氣期較慢。然而，雄性（圖2e）和雌性（補(bǔ)充圖2）小鼠呼氣時(shí)的呼吸模式與睡眠無關(guān)，特別是在對(duì)呼氣總時(shí)間的平均測(cè)量方面（eep；睡眠-覺醒配對(duì)，雙向方差分析）和呼氣時(shí)峰值流量占總呼氣時(shí)間的一部分（rpef）；對(duì)照組雄性小鼠在睡眠期間的平均測(cè)量值明顯大于雌性，由于損傷組中雄性而非雌性的值顯著降低，在eep中觀察到與性和睡眠狀態(tài)的顯著交互作用(睡眠-覺醒配對(duì)，雙向方差分析)。
盡管如此，睡眠損傷小鼠的平均eep明顯低于睡眠對(duì)照組小鼠，并且與清醒小鼠相當(dāng)。然而，在雄性損傷小鼠中，睡眠時(shí)eep的變化明顯高于對(duì)照組（圖2c）。盡管如此，睡眠時(shí)雄性和雌性損傷小鼠達(dá)到65%的呼氣時(shí)間的變化小于對(duì)照組小鼠（圖2c）。eep包括任何呼吸之間的暫停，這些結(jié)果占損傷老鼠平均更頻繁的呼吸，也表明損傷老鼠，尤其是雄性，表現(xiàn)出一個(gè)高度可變的時(shí)間長(zhǎng)度之間的65%的呼氣和下一個(gè)吸入的開始。
我們還注意到，除rt外，病變組小鼠在睡眠期間的呼吸測(cè)量均有顯著差異。此外，不同的小鼠在呼吸測(cè)量中變化不同，平均對(duì)照組和損傷動(dòng)物在潮氣量或及其衍生物方面沒有顯著差異，并不是所有小鼠都顯示出延長(zhǎng)的低頻呼吸周期。這表明，不同的動(dòng)物可能通過不同的生理機(jī)制補(bǔ)償了 cmpt損傷誘導(dǎo)的上呼吸道氣流的減少。
總之，這些數(shù)據(jù)表明， cmpt損傷的小鼠在睡眠期間具有高度可變的呼吸模式，平均而言，這與由于上呼吸道阻力而發(fā)生的吸入和呼氣措施的預(yù)測(cè)改變相一致，呼吸對(duì)呼吸的變化表明了由缺氧引發(fā)的恢復(fù)反應(yīng)。大多數(shù)受損小鼠在睡眠中也表現(xiàn)出幾秒鐘的呼吸頻率下降，隨后是覺醒，這可以被解釋為呼吸暫停事件。此外，與最常見的sdb形式一致，在休息時(shí)，當(dāng) cmpt損傷小鼠在睡眠期間血氧測(cè)量30 min，發(fā)現(xiàn)血氧飽和度在80-90%左右，顯著低于空白小鼠的>95%（圖2f，g）。該結(jié)果表明， cmpt損傷影響呼吸模式，導(dǎo)致睡眠期間的輕度缺氧，這與氣道阻塞相一致。
在清醒（a、b）或睡眠（c、d）期間注射對(duì)照空白sap（a、c）或uii-sap（b、d），采用全身體積描記記錄和對(duì)應(yīng)的eeg記錄下進(jìn)行靜態(tài)呼吸測(cè)量。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是指對(duì)雄性和雌性小鼠的睡眠-覺醒配對(duì)雙向方差分析和levene方差檢驗(yàn)。
e uii-sap組或?qū)φ战M空白-sap組雄性小鼠的平均多導(dǎo)睡眠測(cè)量（睡眠-覺醒配對(duì)雙向方差分析）f頻率，pif峰值吸氣流量，pef峰值呼氣流量，eip吸氣時(shí)間，eep呼氣時(shí)間，rt。
參考資料
qian, l., rawashdeh, o., kasas, l.et al.cholinergic basal forebrain degeneration due to sleep-disordered breathing exacerbates pathology in a mouse model of alzheimer’s disease.nat commun13, 6543 (2022).
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