Реакция ныряния состоит из набора вегетативных рефлексов, наблюдаемых у животных всех классов позвоночных 1. В ответ на погружение в воду эта рефлекторно индуцированная реакция состоит из апноэ, брадикардии и изменения кровотока, который поддерживает приток к сердцу, мозгу и тренирующимся мышцам, ограничивая приток к внутренним органам и мышцам, не выполняющим упражнения. Многие метаболические и кардиореспираторные аспекты реакции млекопитающих на дайвинг были хорошо изучены 2,3, в том числе у человека 4,5. Тем не менее, до недавнего времени относительно не хватало исследования центральных интегративных аспектов реакции дайвера. Что происходит в стволе мозга и каков нейронный поэтапный путь, который соединяет афферентные входы с эфферентными выходами во время этого вегетативного рефлекса? Чтобы ответить на эти вопросы, потребуется соответствующая модель животного 6. Принцип 7 сравнительной физиологии Крога гласит, что на каждый исследовательский вопрос есть какое-то животное, на котором наиболее удобно изучать проблему. Наиболее подходящим животным для изучения центральных аспектов реакции ныряния является крыса 6,8. В значительной степени это связано с тем, что мозг крыс был очень хорошо охарактеризован, как анатомически, так и функционально, и существует множество атласов мозга крыс. Кроме того, крыса особенно полезна в кардиореспираторных исследованиях, потому что физиология крысы хорошо известна по всем основным системам органов, и крыса хорошо рассматривается как животная модель в системной биологии. Наконец, лабораторная крыса является одомашненной версией дикого Rattus norvegicus, животного, которое регулярно плавает и ныряет под воду 6. Исходя из этих соображений, крыса является хорошим выбором для исследований, изучающих центральные аспекты реакции млекопитающих на дайвинг. Для сравнения, использование морских животных для исследования центральных аспектов реакции млекопитающих на дайвинг было бы гораздо более сложным. В значительной степени это связано с тем, что морские животные имеют сравнительно большой и неравномерный по размеру мозг, а также с относительной сложностью и высокой стоимостью содержания этих животных.
Крысы ранее использовались для исследования многих аспектов реакции млекопитающих на дайвинг, в первую очередь в ситуациях, связанных с вынужденным погружением под воду 9-12. Тем не менее, многие исследования морских и водных животных показали, что может быть дифференцированная реакция на погружение в зависимости от того, было ли погружение вынужденным или добровольным. У ныряющих животных может наблюдаться чрезвычайно интенсивная брадикардия во время вынужденного погружения, но гораздо менее интенсивная брадикардия во время добровольного погружения. «Стресс» от вынужденного погружения может значительно изменить сердечно-сосудистые реакции на дайвинг у многих животных 14. Мелкие грызуны, такие как ондатры, также демонстрируют более интенсивную реакцию погружения во время вынужденного погружения, чем во время добровольного погружения 15,16. Таким образом, если крысы будут использоваться для исследования центральных аспектов реакции млекопитающих на ныряние, следователи должны знать, что крыса, принудительно погруженная под воду, может вызывать реакцию, отличную от реакции крысы, добровольно ныряющей.
Цель этой статьи - предоставить подробные инструкции о том, как научить крыс добровольно нырять под воду. Эти процедуры не являются технически сложными, но могут быть трудоемкими. Тренировки проводятся таким образом, чтобы снизить стресс, который в противном случае мог бы быть связан с вынужденным подводным погружением. Эта добровольная техника погружения должна свести к минимуму активацию центральных путей напряжения и, таким образом, лучше позволить исследовать центральные аспекты реакции при погружении. Само по себе обучение крыс добровольному погружению под воду не дает никаких данных, которые можно было бы использовать для исследования центральных аспектов реакции млекопитающих на дайвинг. Поэтому также приводятся примеры того, как добровольные ныряющие крысы использовались в сочетании с другими физиологическими и нейроанатомическими методами исследования, и как базовая подготовка к дайвингу может нуждаться в модификации для адаптации к этим другим методам.