一种用于啮齿动物睡眠剥夺和跑步干预的实验装置及方法

本发明涉及动物实验仪器，具体涉及一种用于啮齿动物睡眠剥夺和跑步干预的实验装置及方法。

背景技术：

1、睡眠是维持精力、保持和促进身体健康的重要生理活动，是恢复脑力、体力所必须的行为，占据人类生命中约1/3的时间。睡眠障碍会影响大脑思维，并导致疾病发生，从而使人体从健康状态转向亚健康状态，甚至是疾病状态。为了研究睡眠障碍及研制抗疲劳药物或保健品，需要前期动物模型实验，因此睡眠剥夺设备是必不可少的仪器。现有睡眠剥夺设备基本采用电动机带动水平剥夺杆持续转动，其中的动物也被动跟随运动而达到睡眠剥夺的目的。这类睡眠剥夺设备能实现睡眠剥夺，但传统的睡眠剥夺仪器在电机控制主控轴带动睡眠剥夺杆进行睡眠剥夺过程中，由于啮齿动物不断活动及剥夺杆的转动导致啮齿动物垫料活动极易导致饲料下漏入机器运转内部的问题，垫料进入转动操控轴与底盘的间隙，及下漏引起机器卡顿而停止运作的问题，在使用期间，需要实验者多次清扫处理卡顿饲料，增加了研究者时间和精力成本。并且，现有睡眠剥夺机器厚重难以搬运，体型巨大占用实验地点较多的问题迫切需要解决。并且，该剥夺仪器只能用于睡眠剥夺使用，闲置时间较多，给研究者带来了众多负担。如何改善现有的睡眠剥夺仪器的弊端并使用成为啮齿动物睡眠剥夺及研究者研究睡眠问题方面亟待解决的问题。

2、另外，运动，是大家公认的健康生活方式。体育运动通过促进心脏健康、调节血糖水平以及减轻精神压力等机制，已被证明是一种有效的非药物性干预措施。深入理解运动如何影响人体的生理和心理健康，对于开发基于证据的公共健康指导和个性化治疗计划至关重要。为了研究跑步运动的作用及对疾病的改善作用及其机制，需要前期动物模型实验，因此跑步运动设备是必不可少的仪器。现有跑步运动设备基本采用电动机带动水平跑步机皮带持续转动，其中的动物也被动跑步而实现跑步运动干预的目的。这类跑步运动设备能实现跑步运动干预，但现有的啮齿动物跑步干预设备在进行跑步干预过程中经常出现啮齿动物跑步不及时或跑步速度慢而出现啮齿动物被跑步机皮带末尾旋转处和后壁夹住，出现动物后脚及屁股被夹甚至出现动物被夹死状态、浪费研究者人力资源及时间成本问题。且现有的跑步机体型巨大，不易挪动，在动物跑步期间需要实验人员持续注视观察，极大地浪费了空间及研究者的时间等问题亟待解决。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于啮齿动物睡眠剥夺和跑步干预的实验装置及方法，能够同时实现睡眠剥夺实验和跑步干预实验，提高了装置的适用性。

2、本发明的技术方案如下：

3、在本发明的第一方面，提供了一种用于啮齿动物睡眠剥夺和跑步干预的实验装置，包括实验舱、进水机构、进食机构和驱动机构；所述实验舱安装在驱动机构的主动轴上，所述实验舱上设置有进水口和进食口，所述进水口通过磁吸结构与进水机构相连，所述进食口通过磁吸结构与进食机构相连；所述主动轴能够带动实验舱在低速旋转下进行睡眠剥夺实验，在高速旋转下进行跑步干预实验。

4、在本发明的一些实施方式中，所述实验舱采用多边形的箱体结构，所述实验舱的中心位置设置从动轴，所述从动轴为中空结构，所述从动轴的内部固定安装有内齿轮，所述内齿轮通过变速齿轮组与主动轴上的齿轮啮合，以实现主动轴和从动轴之间的变速传动。

5、在本发明的一些实施方式中，所述变速齿轮组包括变速齿轮箱，所述变速齿轮箱上设置有第一变速齿轮和第二变速齿轮，所述第一变速齿轮与主动轴上的齿轮相啮合，所述第二变速齿轮与从动轴上的内齿轮相啮合。

6、在本发明的一些实施方式中，所述进水机构包括依次连接的储水瓶、进水软管、进水伸缩管，所述进水软管上设置有进水阀门，所述进水伸缩管的端部设置有第一进水磁环。

7、在本发明的一些实施方式中，所述实验舱上的进水口处设置有第二进水磁环，所述第一进水磁环与第二进水磁环通过磁力吸合。

8、在本发明的一些实施方式中，所述进食机构包括依次连接的储食箱、进食软管、进食伸缩管，所述进食软管上设置有进食阀门，所述进食伸缩管的端部设置有第一进食磁环。

9、在本发明的一些实施方式中，所述实验舱上的进食口处设置有第二进食磁环，所述第一进食磁环与第二进食磁环通过磁力吸合。

10、在本发明的一些实施方式中，所述实验舱采用透明结构且设置有多个，多个实验舱之间相隔一定的距离，所述实验舱内设置有垫料，所述垫料利用重力始终保持在实验舱的底部。

11、在本发明的一些实施方式中，所述进水机构、进食机构和驱动机构均与控制系统进行电连接，通过控制系统控制进行进水、进食和实验。

12、在本发明的第二方面，提供了一种用于啮齿动物睡眠剥夺和跑步干预的实验装置的使用方法，包括以下步骤：

13、当进行睡眠剥夺实验时，控制实验舱的转速为0.5-1r/min，转动时间为10-12h，在转动过程中，以1-2min的间隔间歇转动，转动持续10-60s，通过间歇式转动模式以模拟人体睡眠障碍状态，在间歇过程中通过进水机构和进食机构给小鼠提供水和食物；

14、当进行跑步干预实验时，控制实验舱的转速为6-10r/min，转动时间为1h/day；

15、进一步地，在主动轴上安装多个实验舱，多个实验舱通过变速齿轮组调节不同的转速，以同时进行睡眠剥夺和跑步干预实验。

16、本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

17、(1)本发明提供的实验装置，通过主动轴的旋转带动多个实验舱旋转，通过设置的变速齿轮组，可以使多个实验舱之间的转速不同，进而进行相应的实验，在低速旋转状态下，啮齿动物在实验舱舱体内，由于实验舱舱体的转动而导致啮齿动物不断运动从而保持平衡，以此实现了睡眠剥夺干预实验。在高速旋转状态下，啮齿动物在实验舱内快速跑步运动，实现了跑步干预实验。实现了该装置的多功能使用，同时，一轴带动多个实验舱旋转，简化了实验装置，减少了占地面积，提高了实验效率。

18、(2)本发明提供的实验装置，将实验舱设置成多边形形状，能够为啮齿动物提供一定的运动平台，实验舱舱体转动可以使少量啮齿动物垫料不断下滑，而使垫料一直保持在底层，由于垫料不会与主动轴接触，因此不会出现卡顿机器的现象，相较于传统睡眠剥夺机器，该装置不会出现垫料卡顿现象，垫料的更换也更方便。

19、(3)本发明提供的实验装置，通过变速齿轮组实现主动轴和从动轴之间的变速传动，这样即使多个实验舱安装在同一主动轴上，也能实现各个实验舱之间按照不同的转速旋转，因此多个实验舱可以根据需要调成不同的转速，既实现了一个实验舱多用又实现了多个实验舱同时满足不同方式使用，能够同时进行睡眠干预和跑步干预的实验，节省了空间和人力时间成本，同时降低了研究者科研经费消耗。

20、(4)本发明提供的实验装置，由于睡眠剥夺的时间较长，因此实验舱上设置了进水机构和进食机构，在实验过程中可以为啮齿动物提供水和食物，使得进食进水也更加便利，该装置整体简单，实验舱系统与进食系统及进水系统分开，该装置更轻便易于搬运，放置简单。相比于传统跑步机设备，该装置可以实现调节啮齿动物跑步速度，不会出现啮齿动物被夹死现象，可以自主完成跑步运动干预。

21、(5)由于研究过程中存在需要同时进行睡眠剥夺实验又对小鼠进行跑步干预的研究情况，本发明提供的实验装置，可以在不用挪动小鼠的状态下，实现夜晚时间的睡眠剥夺及白天的跑步运动干预实验，减少了实验动物挪动等问题，大量节省了研究者的时间精力。

22、(6)本发明提供的实验装置，通过运动进行啮齿动物的睡眠干预实验，与现有的其他睡眠剥夺方式相比，啮齿动物在实验过程中不会产生应激反应，能够保证啮齿动物在最自然的状态下实现睡眠剥夺，能够确保后续实验结果的准确性。