上篇公眾號文章介紹了昆士蘭大學腦研究所elizabeth coulson 教授關(guān)于睡眠時大腦缺氧和阿爾茨海默病之間的因果關(guān)系的研究。該研究團隊采用注射uii- sap誘導膽堿能（ 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）對模型動物的睡眠呼吸的情況進行了詳細的分析。
實驗方法
將c57bl/6小鼠麻醉后，注射uii- sap誘導膽堿能（ cmpt）病變。為了測量睡眠狀態(tài)，采用無線遙測技術(shù)測量腦電圖（eeg）、肌電圖（emg）和活動節(jié)律。
實驗時，小鼠被放置在一個全身體積描記器中。使用全身體積描記系統(tǒng)對小鼠進行連續(xù)4小時的評估，期間記錄呼吸，同時記錄其他不受限制、自由運動的小鼠的腦電圖。這種方法提供了一種間接的潮氣量測量，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小時數(shù)據(jù)。每2秒記錄一次的呼吸測量數(shù)據(jù)與腦電圖預(yù)測的睡眠狀態(tài)關(guān)聯(lián)。只有確定的睡眠/覺醒狀態(tài)的數(shù)據(jù)點被納入分析，沒有應(yīng)用其他數(shù)據(jù)排除標準。然而，腦電圖標準偏差>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。
對每只小鼠，對睡眠期間的每個呼吸測量值（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）的方差分析對每只小鼠的睡眠和覺醒狀態(tài)進行分析。每只小鼠的每個參數(shù)的可變性也使用levene的方差相等檢驗的方法計算，對于每只小鼠，從所有的值中減去每個參數(shù)的平均值，并通過單因素方差分析對 cmpt損傷組或?qū)φ战M之間的結(jié)果數(shù)據(jù)進行比較。
實驗結(jié)果
cmpt損傷導致睡眠呼吸中斷
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)，損傷小鼠在睡眠時由于上呼吸道阻力而減少氣流，吸氣峰值流速（pif）將會減少，吸氣時間（eip）將會增加，呼吸間隔時間將會增加，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上述呼吸測量參數(shù)有顯著影響。
與預(yù)期的一樣，與對照組動物相比，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照組，并且與清醒時的呼吸頻率沒有顯著差異（圖2a-e）。然而，兩個性別的損傷小鼠中，睡眠期間的呼吸時間，無論平均頻率如何，顯著大于睡眠對照小鼠（圖2c）。
對人類來說，呼吸暫停（apnea）是指氣流停止10秒，這是一個人通常進行三次呼吸的時間（睡覺時的頻率為12-20次/分鐘）。在睡眠期間，對照組小鼠平均每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損傷小鼠和對照組小鼠中，分別有54%和17%的低頻率呼吸周期持續(xù)時間超過4s。有趣的是，在損傷小鼠中，有一種在長低頻呼吸期之后是清醒期的趨勢，而在對照組小鼠中，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比對照組小鼠短，相當于它們在清醒階段的平均eip。然而，在睡眠期間， cmpt損傷小鼠的pif和eip比對照組小鼠的變化更大。這表明，雖然平均吸氣流量較慢，花費的時間較長，但 cmpt損傷小鼠在睡眠期間同時有非常大和非常小的峰值流量測量和吸氣時間。
至于睡眠時的對照組小鼠，兩個性別的損傷小鼠的pef都降低了，這表明呼氣期較慢。然而，雄性（圖2e）和雌性（補充圖2）小鼠呼氣時的呼吸模式與睡眠無關(guān)，特別是在對呼氣總時間的平均測量方面（eep；睡眠-覺醒配對，雙向方差分析）和呼氣時峰值流量占總呼氣時間的一部分（rpef）；對照組雄性小鼠在睡眠期間的平均測量值明顯大于雌性，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，雙向方差分析)。
盡管如此，睡眠損傷小鼠的平均eep明顯低于睡眠對照組小鼠，并且與清醒小鼠相當。然而，在雄性損傷小鼠中，睡眠時eep的變化明顯高于對照組（圖2c）。盡管如此，睡眠時雄性和雌性損傷小鼠達到65%的呼氣時間的變化小于對照組小鼠（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)出一個高度可變的時間長度之間的65%的呼氣和下一個吸入的開始。
我們還注意到，除rt外，病變組小鼠在睡眠期間的呼吸測量均有顯著差異。此外，不同的小鼠在呼吸測量中變化不同，平均對照組和損傷動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的低頻呼吸周期。這表明，不同的動物可能通過不同的生理機制補償了 cmpt損傷誘導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)測改變相一致，呼吸對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，當 cmpt損傷小鼠在睡眠期間血氧測量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）期間注射對照空白sap（a、c）或uii-sap（b、d），采用全身體積描記記錄和對應(yīng)的eeg記錄下進行靜態(tài)呼吸測量。統(tǒng)計數(shù)據(jù)是指對雄性和雌性小鼠的睡眠-覺醒配對雙向方差分析和levene方差檢驗。
e uii-sap組或?qū)φ战M空白-sap組雄性小鼠的平均多導睡眠測量（睡眠-覺醒配對雙向方差分析）f頻率，pif峰值吸氣流量，pef峰值呼氣流量，eip吸氣時間，eep呼氣時間，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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