يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

دراسة تأثير الملوثات البيئية المستنشقة على وظيفة حاسة الشم في الفئران

1.6K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/66818

⸱

سبتمبر 13, 2024

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Environmental and Occupational Health, School of Public Health, Qingdao University

في هذه المقالة

ملخص

تقدم هذه الورقة وصفا مفصلا لاختبار الطعام المدفون وتجربة تمييز الرائحة الاجتماعية لتقييم آثار التعرض للملوثات البيئية المستنشقة على وظيفة الشم في الفئران.

الملخص

ضعف حاسة الشم هو مشكلة صحية عامة كبيرة ويتنبأ بشكل مستقل بخطر الإصابة بالأمراض التنكسية العصبية. قد يؤدي التعرض للملوثات البيئية المستنشقة إلى إضعاف حاسة الشم ؛ وبالتالي، هناك حاجة ملحة إلى أساليب لتقييم آثار التعرض للملوثات البيئية المستنشقة على حاسة الشم. الفئران هي نماذج مثالية للتجارب الشمية بسبب نظامها الشمي المتطور للغاية وخصائصها السلوكية. لتقييم آثار التعرض للملوثات البيئية المستنشقة على وظيفة حاسة الشم في الفئران ، يتم توفير اختبار مفصل للأغذية المدفونة وتجربة تمييز الرائحة الاجتماعية ، بما في ذلك إعداد التجربة ، واختيار وبناء المرافق التجريبية ، وعملية الاختبار ، ومؤشرات الوقت. وفي الوقت نفسه ، تتم مناقشة معدات ضبط الوقت والتفاصيل التشغيلية والبيئة التجريبية لضمان نجاح الفحص. تستخدم كبريتات الزنك كعلاج لإثبات جدوى النهج التجريبي. يوفر البروتوكول عملية تشغيلية بسيطة وواضحة لتقييم آثار الملوثات البيئية المستنشقة على وظيفة حاسة الشم في الفئران.

المقدمة

برز ضعف حاسة الشم كمصدر قلق جدير بالملاحظة للصحة العامة ويرتبط بشكل مستقل بزيادة خطر الإصابة بالأمراض التنكسية العصبية. يمكن أن تؤثر هذه الحالة سلبا على الرفاه العام ، وتساهم في تطور أعراض الاكتئاب ، وتؤدي إلى انخفاض نوعية الحياة. لوحظ تأثيره بشكل بارز في التصور المتغير للطعام ، وإعاقة التواصل الاجتماعي ، والمشاعر السلبية المتزايدة1. تم اعتبار عوامل مختلفة ، بما في ذلك مرض الجيوب الأنفية ، وعدوى الجهاز التنفسي العلوي ، وإصابات الدماغ الرضحية ، من المساهمين في ضعف حاسة الشم لدى البشر2. والجدير بالذكر أن الملوثات البيئية القابلة للاستنشاق مثل PM2.5 ، والتي تقدر بتراوحها من 2٪ إلى 16٪ ، تدخل الجسم من خلال الهواء المستوحى ، وتجتاز تجويف الأنف ، وتصل إلى مناطق محددة مخصصة لحاسة الشم حيث يتم ترسبها3،4،5،6،7. تشير النتائج الحديثة إلى أن الملوثات البيئية القابلة للاستنشاق ، بما في ذلك PM2.5 والأمونيا ، يمكن أن تضر بالفعل بالخلايا العصبية الحسيةالشمية 8،9،10. ومع ذلك ، هناك حاجة إلى مزيد من التحقق للتأكد مما إذا كان هذا الضرر يؤدي مباشرة إلى خلل في حاسة الشم. ومن ثم، فإن التقييم الدقيق لآثار الملوثات البيئية القابلة للاستنشاق على وظيفة حاسة الشم له أهمية خاصة.

حاليا ، تستخدم العديد من مختبرات الأبحاث الفئران كنموذج فقاري بديل للتجارب السلوكية التي تهدف إلى فهم التغيرات في وظيفة حاسة الشم11،12،13،14. تم اختيار الفئران كنظام نموذجي مفضل للتحقيق في الاتصالات الكيميائية للفقاريات ، ويظهر حساسية شمية ملحوظة حاسمة للبحث عن الطعام والتواصل الاجتماعي15. علاوة على ذلك ، فإن مجموعة الأدوات المتطورة باستمرار لمراقبة سلوك الفئران والتأثير عليه جعلت هذا النوع جذابا بشكل استثنائي للبحث في وظيفة حاسة الشم16.

في هذه الدراسة ، استخدمنا اختبار الطعام المدفون وتجربة تمييز الرائحة الاجتماعية لتقييم ضعف حاسة الشم في نموذج فأر معرض لملوثات بيئية قابلة للاستنشاق. لتعزيز دقة التقييم ، اخترنا الطريقة الأكثر تمثيلا لتقييم الوظيفة الشمية. قمنا بتحسين هذه الطريقة بشكل منهجي لضمان البساطة والوضوح ، مما يسمح لنا بقياس مدى الخلل الشمي الناجم عن الملوثات البيئية القابلة للاستنشاق بشكل فعال.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

استخدمنا ذكور الفئران C57BL / 6J (العمر: 6-8 أسابيع ؛ الوزن: 20-22 جم) لجميع الاختبارات السلوكية. تعرضت الفئران لظروف ثابتة (أي درجة الحرارة ، 23 ± 1 درجة مئوية ؛ الرطوبة ، 55٪ ± 5٪ ، ودورة الضوء والظلام 12/12 ساعة مع إضاءة الأضواء في الساعة 7:00). تم إجراء جميع الاختبارات السلوكية بين الساعة 10:00 و 17:00. تمت الموافقة على جميع التجارب على من قبل لجنة الأخلاقيات التابعة للجنة المهنية للتجارب على بجامعة تشينغداو. بعد فترة تأقلم لمدة أسبوع 1 ، تعرضت جميع الفئران للملوثات البيئية القابلة للاستنشاق.

1. التعرض للملوثات

  1. الإدارة عن طريق الأنف عن طريق التقطير
    1. حل الملوثات البيئية القابلة للاستنشاق في محلول ملحي 0.9٪. استخدم محلول كبريتات الزنك بنسبة 5٪ مرة واحدة ، والذي ثبت أنه يسبب اختلال وظيفي في حاسة الشم17. بالنسبة للفئران الضابطة، يتم تطبيق محلول ملحي طبيعي بنسبة 0.9٪.
    2. تخدير الفأر عن طريق الحقن داخل الصفاق من 1 ٪ بنتوباربيتال الصوديوم18 وتقييم عمق التخدير باستخدام منعكس قرصة إصبع القدم. ضع مرهم الطبيب البيطري على عيون الفأر لمنع الجفاف. ضع الماوس على ظهره على سطح مائل ، مع توجيه الرأس لأسفل.
    3. باستخدام مسدس ماصة ، قم بتطبيق 10 ميكرولتر من المحلول في فتحة أنف واحدة من الماوس ، مما يسمح باستنشاق المحلول بشكل طبيعي في تجويف الأنف.
    4. لضمان رفاهية الماوس ومنع أي إزعاج محتمل ، كرر استنشاق فتحة الأنف الأخرى بعد فاصل زمني مدته 10 دقائق.
    5. في 3 أيام بعد تناوله عن طريق الأنف عن طريق التقطير في الفئران ، قم بإجراء اختبار الطعام المدفون.

2. اختبار الطعام المدفون

  1. نفذ الحرمان من الطعام في 18-24 ساعة قبل الاختبار عن طريق إزالة جميع كريات تشاو من قادوس الطعام في القفص المنزلي. تغيير مواد الفراش للفئران. لا تقم بإزالة زجاجة الماء.
  2. رتب جدول التشغيل كما هو موضح أدناه.
    1. في 1 ساعة قبل بدء الاختبار ، خذ القفص الذي يحتوي على الفئران إلى غرفة العمليات للراحة.
    2. ترتيب غرفة العمليات خلال هذه الفترة. استخدم أقفاص الفئران القياسية البلاستيكية الشفافة وقم بتمييزها على أنها A لأنها تخلق بيئة مألوفة. استخدم قفص الاختبار وقم بتمييزه على أنه B ، وهو قفص سنجاب قياسي شفاف PVC. ضع علامة على القفص الشائع المستخدم لوضع الفئران بعد التجربة على أنه القفص C.
    3. قم بتغطية الأقفاص A و B ب 3 سم من مواد الفراش وقم بقياسها بمسطرة. رتب الأقفاص جنبا إلى جنب ، بمسافة 0.5 متر بين كل قفص (الشكل 1).
    4. حدد المنطقة التجريبية على أنها منطقة نصف قطرها 2 m، ويكون المركز هو مركز الأقفاص. حدد المنطقة خارج نطاق 2 م كمنطقة مراقبة.
    5. احتفظ بالقفص C والأقفاص التي تحتوي على فئران غير مختبرة بعيدا عن المنطقة التجريبية قدر الإمكان.
  3. سجل الوقت للعثور على الطعام كما هو موضح أدناه.
    1. حدد موقعا عشوائيا في القفص B ، ودفن الطعام 1 سم تحت سطح الفراش ، وقم بتنعيم سطح الفراش.
    2. ضع الماوس في القفص A لمدة 4 دقائق. انقل الفئران إلى القفص B في نهاية التوقيت ، وقم بتشغيل جهاز الفيديو ، والعودة إلى منطقة المراقبة.
    3. عندما يلتقط الماوس كتلة الطعام بمقدمة مقدمته ، أوقف تسجيل الفيديو. في بعض الحالات ، يمكن رؤية الفئران تأكل ورؤوسها منحنية فوق الطعام. يشير هذا السلوك أيضا إلى نجاح التجربة ، حتى لو كان الماوس لا يحمل الطعام بمقدمة قدمه.
    4. تسجيل البيانات. سجل الوقت من ملامسة الحصيرة الموجودة أسفل القفص B حتى يتم العثور على طعام لكل ماوس. إذا لم تجد الفئران الطعام بعد 4 دقائق ، فقم بتسجيل وقت البحث كوقت تأخير قدره 240 ثانية.
    5. ضع الماوس في القفص C بعد الاختبار.
    6. أخرج العلف من القفص B وضعه في كيس مغلق. استبدل الطعام في القفص B واختبر الماوس التالي بعد تغيير مادة الفراش ، كما هو موضح أدناه.
      1. بالنسبة للفئران الموجودة في نفس القفص ، اختبر بنفس مجموعة مواد الفراش في القفص B. بالنسبة للفئران في أقفاص مختلفة ، قم بتنظيف القفص بالكحول واستبدل مواد الفراش.
    7. أضف العلف والماء إلى الفئران بعد التجربة. أداء تجربة التمييز رائحة الاجتماعية 1 يوم في وقت لاحق.
      ملاحظة: يجب ارتداء الأقنعة طوال العملية ، ويجب تغيير القفازات الشفافة بعد انتهاء كل فأر من التجربة لتجنب انتقال الرائحة قدر الإمكان. حافظ على سعة الحركات صغيرة قدر الإمكان لتجنب إجهاد الماوس.

3. تجربة التمييز بين الرائحة الاجتماعية

  1. جمع البول
    1. جمع بشكل منفصل البول من الفئران الذكور الناضجة جنسيا والفئران الإناث والقسمة في أنابيب بأحجام متساوية19. حزمة في أنابيب الطرد المركزي الدقيقة 2 مل مع 300 ميكرولتر من البول في كل أنبوب.
    2. تخزين العينات في -80 درجة مئوية حتى الاستخدام. هز الأنابيب لتوزيع العينة بالتساوي بعد الذوبان. لا تذوب العينة وتجمدها بشكل متكرر.
  2. رتب جدول التشغيل كما هو موضح أدناه.
    1. في 1 ساعة قبل بدء الاختبار ، خذ القفص الذي يحتوي على الفئران إلى غرفة العمليات للراحة.
    2. رتب غرفة العمليات خلال هذه الفترة كما هو موضح في الخطوات 2.2.2-2.2.5.
  3. سجل الوقت للعثور على البول كما هو موضح أدناه.
    1. اصنع أخدودا بشريط لاصق حول كل من الجانبين العريضين للقفص B كبيرا بما يكفي لحمل أنبوب الطرد المركزي الدقيق الذي يحتوي على 300 ميكرولتر من بول الذكور والإناث. ضع الأنابيب واحتفظ بغطاءي الأنبوب مغلقين في الوقت الحالي.
    2. ضع الماوس في القفص A واضبط العد التنازلي لمدة 4 دقائق. افتح أنبوبي القفص B في نهاية التوقيت.
    3. انقل الماوس إلى الموضع الأوسط للقفص B ، على نفس المسافة من الأنبوبين ، ثم قم بتشغيل معدات تسجيل الفيديو وتراجع برفق وببطء إلى منطقة المراقبة.
    4. عندما يشم الماوس جدار الأنبوب / الفم أو حتى داخل الأنبوب ، يتم شم رائحة الأنبوب بنجاح. في هذا الوقت ، اضغط على ساعة الإيقاف وسجل الوقت كوقت شم الأنبوب (M s) ، ثم استمر في تسجيل وقت الإقامة (X s) حتى يتحرك الماوس بعيدا عن الأنبوب.
    5. استمر في توقيت الوقت الذي تستنشق فيه الأنبوب الآخر. عندما يشم الماوس جدار الأنبوب / الفم أو حتى داخل الأنبوب ، يتم شم رائحة الأنبوب بنجاح. اضغط على ساعة الإيقاف وسجل الوقت المستغرق لشم رائحة الأنبوب الآخر (N s) ، ثم استمر في تسجيل وقت الإقامة (Y s) حتى يتحرك الماوس بعيدا عن الأنبوب.
    6. انقل الماوس إلى القفص C في نهاية التجربة.
    7. قم بتغيير أنابيب البول ومواد الفراش في القفص B بعد كل اختبار للفأر. ضع بول الفئران المستخدم في كيس نظيف حسب الجنس.
    8. قم بتغيير القفازات واختبر الماوس التالي كما هو موضح أعلاه.
  4. قم بإجراء التجربة في المختبر بدون رائحة واضحة. تجنب المنتجات الشخصية التي تنبعث منها روائح قوية. ارتد القفازات والأقنعة طوال العملية لتجنب عبور الرائحة قدر الإمكان. حافظ على سعة الحركات صغيرة قدر الإمكان لتجنب إجهاد الماوس.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

الملوثات البيئية القابلة للاستنشاق تضعف وظيفة حاسة الشم في الفئران. ثبت أن الزنك الجوي المنبعث من المحارق والسيارات هو ملوث مستنشق يمكن أن يؤدي إلى التهاب الرئة التحسسي20. تعتبر كبريتات الزنك أحد المركبات النموذجية التي تسبب اختلال وظيفي في حاسة الشم21. لذلك ، نستخدم كبريتات الزنك كعلاج لتعريض الفئران عن طريق تقطير الأنف واختباره باستخدام اختبار الطعام المدفون وتجربة تمييز الرائحة الاجتماعية. في اختبار دفن الطعام ، استغرق الأمر أكثر من 240 ثانية للفئران المعرضة لكبريتات الز...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

تقدم هذه المقالة بروتوكولين أساسيين مصممين للتقييم السريع لضعف حاسة الشم في الفئران. تؤدي الملوثات البيئية المتنوعة القابلة للاستنشاق إلى مستويات متميزة من الخلل الوظيفي الشمي في الفئران. يتم استخدام اختبار الطعام المدفون لتقييم القدرة على اكتشاف الروائح المتطايرة ، بينما تقوم تجربة التمييز الاجتماعي للرائحة بتقييم قدرة على تمييز الروائح الاجتماعية المختلفة وتمييزها. يعمل البروتوكول هنا على تقييم الآثار السامة للملوثات البيئية على وظيفة حاسة الشم.

تمتلك الملوثات البيئية المستنشقة ، بما في ذلك ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

يعلن أصحاب البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

تم دعم هذا العمل ماليا من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (82204088 ، 82273669) ومؤسسة العلوم الطبيعية في مقاطعة شاندونغ ، الصين (ZR2021QH209).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
0.5-10 مو ؛ L  ماصة دقيقة قابلة للتعديلEppendorf ، ألمانيا3123000225تقطير داخل الأنف
0.9٪ محلول ملحيSolarbio7647-14-5إذابة الملوثات
كبريتات الزنك اللامائيةMacklin7733-02-0
أنبوب الطرد المركزي للفئران (2 مل)Biosharp IncorporatedBS-20-Mمكان
البول التوازن الإلكترونيChangzhou Ohaus Co. EX125DZHالوزن التخدير والملوثات
GraphPad PrismGraphPad Software8.0.1التحليل الإحصائي
كاشف الغبار المحمولTSI & nbsp ؛ مدمجDuatTrak figure-materials-18532الفئران المعرضة للاستنشاق
معدات تسجيل الفيديوApple Inc.iPhone 6s Plusتم تسجيل وقت نشاط الفئران
Vortex خلاطHaimen Kylin-Bell Lab Instruments Co.Vortex-5 مزيج الحل
كشف

المراجع

  1. Schäfer, L., Schriever, V. A., Croy, I. Human olfactory dysfunction: causes and consequences. Cell Tissue Res. 383 (1), 569-579 (2021).
  2. Keller, A., Malaspina, D. Hidden consequences of olfactory dysfunction: a patient report series. BMC Ear Nose Throat Disord. 13 (1), 8(2013).
  3. Schroeter, J. D., et al. Application of physiological computational fluid dynamics models to predict interspecies nasal dosimetry of inhaled acrolein. Inhal Toxicol. 20 (3), 227-243 (2008).
  4. Schroeter, J. D., Garcia, G. J., Kimbell, J. S. A computational fluid dynamics approach to assess interhuman variability in hydrogen sulfide nasal dosimetry. Inhal Toxicol. 22 (4), 277-286 (2010).
  5. Keyhani, K., Scherer, P. W., Mozell, M. M. Numerical simulation of airflow in the human nasal cavity. J Biomech Eng. 117 (4), 429-441 (1995).
  6. Hahn, I., Scherer, P. W., Mozell, M. M. Velocity profiles measured for airflow through a large-scale model of the human nasal cavity. J Appl Physiol. 75 (5), 2273-2287 (1993).
  7. Zhang, Z., et al. Exposure to particulate matter air pollution and Anosmia. JAMA Netw Open. 4 (5), e2111606(2021).
  8. Ekström, I. A., et al. Environmental air pollution and olfactory decline in aging. Environ Health Perspect. 130 (2), 27005(2022).
  9. Adams, D. R., et al. Nitrogen dioxide pollution exposure is associated with olfactory dysfunction in older U.S. adults. Int Forum Allergy Rhinol. 6 (12), 1245-1252 (2016).
  10. Prah, J. D., Benignus, V. A. Decrements in olfactory sensitivity due to ozone exposure. Percept Mot Skills. 48 (1), 317-318 (1979).
  11. Shi, Z., et al. Chronic exposure to environmental pollutant ammonia causes damage to the olfactory system and behavioral abnormalities in mice. Environ Sci Technol. 57 (41), 15412-15421 (2023).
  12. Hernández-Soto, R., et al. Chronic intermittent hypoxia alters main olfactory bulb activity and olfaction. Exp Neurol. 340, 113653(2021).
  13. Islam, S., et al. Odor preference and olfactory memory are impaired in Olfaxin-deficient mice. Brain Res. 1688, 81-90 (2018).
  14. Wang, H., et al. Inducible and conditional activation of ERK5 MAP kinase rescues mice from cadmium-induced olfactory memory deficits. Neurotoxicology. 81, 127-136 (2020).
  15. Chamero, P., Leinders-Zufall, T., Zufall, F. From genes to social communication: molecular sensing by the vomeronasal organ. Trends Neurosci. 35 (10), 597-606 (2012).
  16. Mohrhardt, J., et al. Signal detection and coding in the accessory olfactory system. Chem Senses. 43 (9), 667-695 (2018).
  17. Liu, X., et al. Type 3 adenylyl cyclase in the MOE is involved in learning and memory in mice. Behav Brain Res. 383, 112533(2020).
  18. Li, X., et al. Polyhexamethylene guanidine aerosol triggers pulmonary fibrosis concomitant with elevated surface tension via inhibiting pulmonary surfactant. J Hazard Mater. 420, 126642(2021).
  19. Yang, M., Crawley, J. N. Simple behavioral assessment of mouse olfaction. Curr Protoc Neurosci. , Chapter 8, Unit 8.24 (2009).
  20. Huang, K. L., et al. Zinc oxide nanoparticles induce eosinophilic airway inflammation in mice. J Hazard Mater. 297, 304-312 (2015).
  21. Burd, G. D. Morphological study of the effects of intranasal zinc sulfate irrigation on the mouse olfactory epithelium and olfactory bulb. Microsc Res Tech. 24 (3), 195-213 (1993).
  22. Zou, J., et al. Methods to measure olfactory behavior in mice. Curr Protoc Toxicol. 63, 1-21 (2015).
  23. Ryalls, J. M. W., et al. Anthropogenic air pollutants reduce insect-mediated pollination services. Environ Pollut. 297, 118847(2022).
  24. Schiffman, S. S. Livestock odors: implications for human health and well-being. J Anim Sci. 76 (5), 1343-1355 (1998).
  25. Albrechet-Souza, L., Gilpin, N. W. The predator odor avoidance model of post-traumatic stress disorder in rats. Behav Pharmacol. 30, 2 and 3-Spec Issue 105-114 (2019).
  26. Davies, D. A., et al. Inactivation of medial prefrontal cortex or acute stress impairs odor span in rats. Learn Mem. 20 (12), 665-669 (2013).
  27. Landers, M. S., Sullivan, R. M. The development and neurobiology of infant attachment and fear. Dev Neurosci. 34 (2-3), 101-114 (2012).
  28. Drobyshevsky, A., et al. Antenatal insults modify newborn olfactory function by nitric oxide produced from neuronal nitric oxide synthase. Exp Neurol. 237 (2), 427-434 (2012).
  29. Arbuckle, E. P., et al. Testing for odor discrimination and habituation in mice. J Vis Exp. (99), e52615(2015).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

استكشف المزيد من المقالات

الملوثات المستنشقةنموذج الفأراختبار الطعام المدفونتمييز الروائح الاجتماعيةالعلاج بكبريتات الزنكالاختبارات السلوكيةالقصور الشميأبحاث السموم
دراسة تأثير الملوثات البيئية المستنشقة على وظيفة حاسة الشم في الفئران
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.