睡眠不足指的是总睡眠时间不足、睡眠质量差、睡眠片段化或这些因素的任何组合。睡眠不足的后果包括但不限于身体和认知能力下降、某些疾病风险增加、内分泌功能紊乱以及体重失调[23,37,44,47,56,80]。
目前关于人类睡眠不足影响的研究主要集中在急性睡眠剥夺（连续清醒超过24小时）或睡眠不足（每天少于7小时）上。急性睡眠剥夺会损害认知功能，包括决策能力和情绪评估能力，并导致多种生理变化，如血压升高和循环皮质醇水平上升[1,32,45,64,84]。睡眠不足还与不良心理后果和代谢功能障碍密切相关[4,8,53,55,66,71]。另有研究报告指出睡眠不足还会带来其他健康风险[24,33,81]。实验室中的啮齿动物模型允许进行控制实验，从而能够进行因果推断。经历24小时完全睡眠剥夺的小鼠表现出短期记忆受损[57,87]，这可能是由于海马体蛋白质合成受到干扰[79]。大鼠的部分或慢性睡眠剥夺会导致类似焦虑的行为和代谢紊乱，包括血浆葡萄糖升高和胰岛素抵抗[34,83]。睡眠剥夺还会影响能量平衡，通常会导致食物摄入量增加[51]。
许多受睡眠剥夺负面影响的特征可以通过体育锻炼得到改善[21,59,65]。在人类中，运动可以提升认知表现，并与更好的心理健康相关[2,11,28,46]。类似的研究也发现，运动可以改善啮齿动物的认知能力、血糖控制、抑郁样行为和炎症状态[10,16,18,54]。重要的是，运动可以缓解睡眠剥夺的一些负面影响。在人类中，中等强度和高强度运动都可以对抗睡眠剥夺引起的执行功能和陈述性记忆障碍[22,82]，并可能减轻代谢紊乱[19]。在啮齿动物中，强迫性或自愿性运动可以改善睡眠剥夺引起的认知缺陷[61,86]。总体而言，运动似乎可以缓解睡眠剥夺的多种后果[89]。然而，自愿运动与睡眠剥夺在影响啮齿动物行为和代谢结果方面的相互作用机制尚不清楚。
在这里，我们研究了在有无自愿运动的情况下，睡眠剥夺对实验室小鼠轮跑行为、其他行为和能量平衡的影响。为了提高检测自愿运动效应的统计功效，我们使用了4个经过选择性培育的高运动量品系小鼠，在它们成年后的第5和第6天进行轮跑测试，同时还有4个未选择的对照品系[25,73,74]。与对照品系相比，高运动量品系的小鼠每天跑步的圈数大约是对照组的3倍，主要是因为它们的跑步速度更快[9,15,26]。高运动量小鼠的总体质量较小，瘦体重较少，在6天的轮跑测试中脂肪量减少也较少[31]。此外，高运动量小鼠的最大有氧能力也高于对照组[62,68]。在跑步机上强制运动时，高运动量小鼠的耐力更强[52]。除了其他内分泌差异外[27]，高运动量小鼠的基线皮质醇水平约为对照组的2倍[49,72]。已经发现了一些神经生物学差异，包括它们的动机/奖励系统（例如[5,78]）以及多巴胺信号系统和内源性大麻素系统的差异（例如[63,76]）。只有一项在第13代小鼠中的研究尝试评估了它们的睡眠行为，但未发现高运动量品系和对照品系之间存在显著差异[40]。然而，在第16代小鼠中的研究发现，无论性别如何，高运动量小鼠的自由奔跑时间都比对照组短，这一结果是在恒定光照和恒定黑暗条件下通过轮跑测量得出的，即使考虑了它们更高的轮跑量[41]。
尽管关于睡眠剥夺和运动的研究很多，但关于自愿运动如何影响睡眠剥夺的生理和行为反应知之甚少，尤其是在极高运动强度的情况下。与以往研究中的标准实验室啮齿动物品系不同，高运动量小鼠模型具有极高的（并且基于基因的）活动水平，为研究睡眠剥夺与运动之间的相互作用提供了独特的机会。我们研究了在允许自愿轮跑的情况下，完全睡眠剥夺对高运动量品系和对照品系的轮跑行为、行为模式、体重、身体组成和食物消耗的影响。我们假设高运动量小鼠对睡眠剥夺的行为和生理反应会与对照组不同。具体来说，我们预测高运动量小鼠的日跑步距离（主要结果变量）会更能抵抗睡眠剥夺的影响，因为它们在有氧运动能力上优于对照组（参见前一段的参考文献），并且显然对轮跑有更高的积极性[67,77]。对于次要结果（跑步速度和持续时间），我们预测其中一项或两项差异可以解释高运动量小鼠和对照组之间的任何观察到的差异。我们还探讨了其他行为、食物消耗和身体组成的变化。虽然我们预计这些结果的差异在高运动量小鼠和对照组之间可能存在，但由于跑步距离的差异，方向性预测较为困难。对于高运动量小鼠和对照组小鼠，我们都预期睡眠剥夺后它们的睡眠行为会增加。
