海马结构在学习和记忆中起着重要作用。衰老引起的海马结构功能的退化最初认为与海马神经元的死亡有关。但是,已有研究表明衰老并不会引起海马结构内显著的神经元死亡。由此推断,空间记忆能力的减退可能与神经纤维的退化有关。大量的研究表明,丰富生存环境可以提高动物的空间记忆能力、增加树突分支、促进胶质细胞生成、促进海马齿状回新生神经元形成和增加神经营养因子mRNA表达等。动物的空间记忆能力在中老年时期开始下降,因此,在此阶段采取行为学手段的干预可能有助于预防或延缓记忆能力的下降。丰富生存环境干预是所有行为学干预手段中最简单易行的,那么丰富生存环境干预对于中老年时期空间记忆能力降低是否有帮助,同时丰富生存环境干预对中老年海马结构有髓神经纤维是否有影响,国内外尚未见报道。本研究旨在探讨丰富生存环境对中老年雌、雄性大鼠空间记忆能力、海马结构及其内有髓神经纤维的影响。本实验首先运用Morris水迷宫探讨丰富生存环境干预对中老年雌、雄性大鼠行为学的作用,然后运用透射电子显微镜和体视学方法定量研究丰富生存环境下中老年雌、雄性SD大鼠海马结构总体积、海马内有髓神经纤维总长度、总体积和平均直径的改变。1材料与方法1.1清洁级14个月Sprague-Dawley雌性大鼠22只。随机分为丰富生存环境组12只和标准环境组10只。清洁级14个月Sprague-Dawley雄性大鼠22只。随机分为丰富生存环境组12只和标准环境组10只。丰富生存环境干预后,随机抽取丰富生存环境组雌、雄各5只和标准环境组雌、雄各5只进行后续行为学测试以及形态学分析。1.2丰富生存环境组(enriched environment group, EE组)大鼠饲养于大箱子中(120 cm×60 cm×50 cm)饲养, 12只/箱,室温21±2℃,12 h光照与12 h黑夜交替,给予足够的食物和水。箱内设有各式各样的物体,每周更换保持新奇感。短期干预时间为4个月。将标准环境组(standard environment group,SE组)大鼠在普通标准箱中(40 cm×30 cm×30 cm)饲养,5只/箱,给予足够的食物和水。箱内不设任何物体。饲养时间为4个月。1.3干预结束后,用Morris水迷宫进行连续5天的空间记忆能力的测试。前四天为隐藏平台实验,第五天为可见平台实验。记录动物的寻台时间(从入水到找到平台且四肢爬上平台的时间,即潜伏期)。1.4每只大鼠随机抽取一侧大脑半球,再从海马结构中随机抽取4~6个组织块做成超薄切片,在透射电镜下每张切片上随机抽取15个视野放大9000倍拍照,每只动物拍得75张电镜照片。1.5运用体视学方法分别计算出中老年雌、雄组大鼠大脑海马结构总体积、海马结构内有髓神经纤维长度密度和总长度、体积密度和总体积以及有髓神经纤维的平均直径。2结果2.1在隐藏平台实验中,18月龄SD雌性大鼠的EE组的潜伏期比SE组显著缩短(P<0.05),雄性大鼠的EE组与SE组的潜伏期之间不存在显著性差异(P>0.05)。在可见平台试验中,18月龄雌、雄性大鼠EE组与SE组的潜伏期均没有显著性差异(P>0.05)。2.2雌性EE组海马结构总体积比SE组增加了11.7%,但两组之间不存在显著性差异(P>0.05)。雄性EE组海马结构总体积比SE组增加了4.6%,两组之间也无显著性差异(P>0.05)。2.3雌性EE组海马结构内有髓神经纤维总长度比SE组显著增加了47.4% (P<0.01)。雄性EE组海马结构内有髓神经纤维总长度比SE组显著增加了71.8% (P<0.05)。雌性EE组海马结构内有髓神经纤维总体积比SE组显著增加了43.4% (P<0.01)。雄性EE组海马结构内有髓神经纤维总体积比SE组显著增加了102.9% (P<0.05)。雌性EE组海马结构内有髓神经纤维的平均直径比SE组减少了5.2%,但两组之间不存在显著性差异(P>0.05)。雄性EE组海马结构内有髓神经纤维的平均直径比SE组增加了33.1%,且差异具有显著性(P<0.01)。雌、雄性EE组和SE组大鼠海马结构内有髓神经纤维直径分布图表明雌、雄性EE组大鼠有髓神经纤维总长度的显著性增加主要是由于细小直径的有髓神经纤维增加所致。全文结论1.本实验首次利用透射电子显微镜和体视学方法定量研究丰富生存环境下中老年雌、雄性SD大鼠海马结构总体积、海马内有髓神经纤维总长度、总体积和平均直径的改变,并同时利用Morris水迷宫进一步探讨了短期丰富生存环境下雌、雄性中老年大鼠的行为学改变。2.本研究发现短期丰富生存环境可明显提高中老年雌性大鼠的空间记忆能力,但不能提高中老年雄性大鼠的空间记忆能力。这一结果为将来寻找延缓大脑衰老进程的行为学手段提供了重要的理论依据。3.本研究首次发现短期丰富生存环境能增加中老年雌、雄性大鼠大脑海马结构内有髓神经纤维总长度、总体积,增加中老年雄性大鼠大脑海马结构内有髓神经纤维的平均直径。雌、雄性丰富生存环境组大鼠海马结构内有髓神经纤维总长度的显著性增加主要是由于细小直径的有髓神经纤维增多所致,这一研究结果为进一步认识丰富生存环境改善大脑功能的机制提供了重要的形态学基础。