简易气体动式染毒装置的研制与应用

李铭鑫，孙瑞佼，郭大志，潘树义，潘晓雯，胡慧军

简易气体动式染毒装置的研制与应用

李铭鑫，孙瑞佼，郭大志，潘树义，潘晓雯，胡慧军

目的：根据实验需求，研制一种简易气体动式染毒装置。方法：染毒装置由水箱、配气箱、染毒盒和排气瓶4个部分组成。使用有机玻璃板制作箱体，利用排水法精确配气，利用重力作用和调节阀调节气流大小。结果：该装置设计简单合理，经实际使用，染毒效果良好。结论：该简易气体动式染毒装置成本低廉、制作简单、配气精确，可以重复使用，能够满足动式染毒实验需求。

气体；动式染毒；染毒装置

0　引言

社会生产实践及日常生活中常发生有害气体中毒，常见的有一氧化碳、二氧化碳、氯气、硫化氢等[1]。为研究有害气体中毒机制及验证治疗方法的有效性，需要建立动物染毒模型。目前，国内外的动物染毒方法包括静式吸入法、动式吸入法、注射染毒法等。动式吸入法是指实验动物处于空气流动的染毒柜中，将含毒的空气以恒定速度持续输入柜内，同时以恒速从柜内排出气体[2]。因为动式吸入法更符合气体中毒的自然过程，对其的相关研究具有较大的参考价值。常用的动式气体染毒装置虽然性能优越，但价格高昂，对操作要求高，仅有一些大型研究中心能够配备[3-4]。因此，我们在参考相关文献的基础上，自制了一种简易气体动式染毒装置，花费小、操作简单、可重复性强，能实现动物染毒的要求，可使小型研究机构及个人在因经费、场地等因素不能满足使用相关设备时，也能够开展动式气体吸入染毒研究。

1　设计原理

动式吸入染毒实验装置一般由机械通风系统、毒气发生装置和染毒柜3个部分组成，部分产品配备温湿度调节设备及废气回收装置。设备大多为金属或玻璃材质，使用微型电子计算机自动化控制系统。我们研制的简易气体动式染毒装置使用有机玻璃板制作配气箱和染毒箱，箱体间使用导管连接。采用排水集气方法配置有毒气体，并利用重力压缩作用使气体从配气箱流向染毒箱，达到动式气体染毒的效果。

2　结构设计

2.1材料

有机玻璃板（厚＞4 mm，以减少受压变形）；玻璃胶；医用塑料连接管；针管、500 mL烧杯等。

2.2染毒装置的制作

染毒装置由水箱、配气箱、染毒盒和排气瓶4个部分组成。各部分之间使用排气管道连接。各部分的大小规格由实验需求决定。下面以制作40 L容积的一氧化碳气体染毒箱为例，介绍各部分的结构。

2.2.1水箱

使用有机玻璃制作一无盖箱体，内径长45 cm、宽30 cm、高45 cm，用玻璃胶粘牢。水箱容积＞60 L，使用时盛清水55L左右。水箱内侧壁粘贴长45cm、宽2 cm的限制栏6根，将配气箱置于限制栏之间，用来保持配气箱的位置和防止侧倾（如图1所示）。

2.2.2配气箱

使用有机玻璃制作一无盖箱体，内径长40 cm、宽25cm、高42cm，容积＞40L。长、宽均较水箱小5cm，可使配气箱置入水箱时与限制栏间存在1 mm左右的缝隙。使用时为底在上倒扣状态。在底面中线位置相距20 cm左右开直径5 mm的2个孔，一为进气孔，一为出气孔，均连接可夹闭软管。进气孔软管短，可与注射器紧密连接；出气孔软管连接至染毒盒，软管与开孔处使用玻璃胶粘接。在水箱内高40 cm处划线。配气箱使用时倒扣于水箱中，水平面至40 cm划线处时箱内气体体积即为40 L（如图2所示）。为固定箱体位置，制作固定器2个（如图3所示）。使用普通带孔夹子及S型铁钩，使用尼龙线连接，用来临时固定配气箱位置。

图1　水箱示意图（单位：cm）

图2　配气箱示意图（单位：cm）

图3　固定器示意图

2.2.3染毒盒

使用有机玻璃制作一带盖小盒，以能够放入染毒动物为限，内容积尽量小，两对应侧壁开直径5 mm孔，一为进气孔，一为排气孔。进气孔连接配气箱的出气导管，出气孔导管带输液器调节阀，置入排气瓶（如图4所示）。

2.2.4排气瓶

使用500 mL量杯，盛水后将染毒盒排气导管通入水中（如图5所示）。

图4　染毒盒示意图

3　使用方法

3.1使用箱配气

如图6所示，在水箱中装满清水，配气箱倒扣入水，底部开孔处导管开放。配气箱与限制栏间距离1 mm左右，被限制栏限制，可竖直下沉，不会出现摇摆、侧翻等情况。下降至超过配气箱40 cm处定位线后，用手稳定箱体，使水线与40 cm定位线重合，使用S型钩勾住配气箱水下的侧壁，将有孔夹夹在对应水箱壁顶端，用尼龙线拉直后缠绕固定在有孔夹上。此时配气箱被拉线控制，自身重力不作用于箱内气体。夹闭配气箱底部开孔的连接导管，配气箱内即为当地大气压下40 L气体。

图5　排气瓶示意图

图6　配气箱配气示意图

随后根据需要体积分数计算需要加入一氧化碳的量。设一氧化碳量为X mL，需要配置体积分数为Y%，则X/（X+40 000）=Y%，即X=400Y/（1-Y%）。计算出一氧化碳使用量后，用注射器从进气孔导管注入一氧化碳，每次注入后均需夹闭导管。可用注射器在连接进气管时反复抽吸，使配气箱内气体混匀，此时箱内气体为当地大气压下Y%体积分数的一氧化碳混合气。再松开有孔夹与S型钩的固定，配气箱因自身重力下沉，此时箱内气体被压缩，其总量为40 L左右。当混合气压力升高时，气体体积减小，但体积分数仍为Y%。

3.2染毒过程

将配气箱进气孔封闭、出气孔开放，配气箱依靠自身重力逐渐下沉，其内混合气体的压力超过外界气压，从出气孔排出，沿导管输送至染毒盒。气体从染毒盒一侧开孔通入染毒盒，由另一侧开孔排入排气瓶，形成动式气流。在染毒盒放入实验动物后，加盖密封，通气5 min左右作为“洗舱”，即将染毒盒内的原有空气尽量置换为设定体积分数的一氧化碳气体，其后的持续通气时间作为染毒时间。

3.3排气调节

排气瓶应置于窗外等空气流通处，排气管置入排气瓶液面下5 mm左右。通气正常时，可见液面下有气泡排出。根据实验需要，在配气箱上压重物可使通气流速增大，使用染毒盒排气管上的输液调节阀可使通气流速减小。通过排气管排出气泡的大小和速度可直观判断通气流量大小，可据此调节通气流量。

4　实验结果

我们运用此装置进行了大鼠一氧化碳气体动式吸入研究。首先进行单纯空气通气实验，通过观察排气管在排气瓶中的气泡大小、气泡生成速度和染毒箱在水箱中的下沉速度，寻找到对染毒箱的合适配重，使40 L空气在约1 h内排空。在染毒盒内置入2只SD大鼠，通气1 h后均无明显异常，证明大鼠可在装置中正常呼吸，未发生通气异常。

接着参考Thom等[5]的研究，配置使用3 000×10-6体积分数的一氧化碳气体进行动式吸入染毒实验。通过前述公式计算，使用40 L空气，需120.4 mL纯品一氧化碳气体混合。在配气箱中完成混合配气后，使用之前对染毒箱的配重，使染毒时间持续1 h左右。使用安帕尔AP-G-CO-2一氧化碳检测仪对配气箱出气口及染毒盒出气口分别进行气体收集检测，一氧化碳体积分数实测值与设定值误差范围在6%以内。

分5次对10只SD大鼠进行染毒，结果为10只SD大鼠中1 h内死亡5只，死亡率达到50%。死亡大鼠经尸体解剖可见肝、脾呈典型一氧化碳中毒“樱桃红色”。对存活大鼠立即解剖，抽取腹主动脉血，使用分光光度法进行碳氧血红蛋白测定，其值为（80.35±7.56）%。

5　讨论

建立动物模型是进行动物实验的基础。针对气体染毒，现有造模方法主要有腹腔注射染毒法和吸入染毒法。腹腔注射法为直接将染毒气体注入动物腹腔，利用大网膜的吸收造成中毒。该方法操作简单，不需要特殊装置，易于检测，可以排除缺氧，方便观察动物行为学变化和进行动态碳氧血红蛋白的测定，同时有效节约一氧化碳气体的用量，减少环境污染和实验员的安全风险。但与正常中毒途径不同，中毒过程、吸收机制与状态机制不符[6-8]。吸入染毒法符合正常中毒机制，但需要特殊染毒装置，对设备要求高。吸入染毒法可分为静式和动式吸入染毒法。区别在于静式染毒法是将动物置于密闭环境中，直接充入一定量的染毒气体。染毒气体、氧气体积分数随时间逐渐减少，而二氧化碳、水蒸气等体积分数逐渐增加[9-10]。动式染毒法主要是将实验用动物置于染毒柜中，通过毒物发生系统制备染毒气体，并应用机械通风系统保证装置内的温度、湿度和一定量的新鲜空气，能即时补入新鲜空气和排出污浊空气，氧分压、二氧化碳分压、温度、湿度、染毒气体体积分数保持恒定，是与自然中毒过程最接近的染毒方式。但该方法所用设备复杂、消耗气体量大、费用较高，小型单位及个人的研究开展不宜使用[2]。

我们研制的简易染毒装置利用市售有机玻璃板和医院常见医疗器械制作，材料花费在200元左右；制作简单，无复杂工艺，个人也可完成制作，并可根据实际需要调整大小参数；可重复使用，基本无耗材；完成品占地面积小，不需要将有害气体气源进行动态连接，安全系数较高。利用排水集气的原理，可灵活调整至需要气体量。我们在一氧化碳染毒实验中，将纯品一氧化碳与空气混合，可配制不同体积分数的一氧化碳混合气体。通过配气箱配重、输液调节阀以及排气管在水面下的深度，可调节染毒气体流速。在染毒过程中可实时观察、记录动物的中毒症状。

简易气体动式染毒装置仍存在通气流量控制精度不高、持续通气维持时间短、无温湿度调节等问题。但通过一氧化碳染毒实验的实际验证，动式吸入染毒效果较好，可达到实验的需求。整个装置结构简单、操作方便、实用性强、成本低廉，适合多学科医学研究使用。

[1]周荣斌，程霞.常见有害气体中毒的急救及药物应用[J].中国实用内科杂志，2007，27（15）:1 162-1 164.

[2]张文宇，孔祥环，赵西龙，等.动式吸入染毒系统在烹调油烟毒性研究中的应用[J].卫生毒理学杂志，1999，13（4）:272-274.

[3]Watanabe S，Matsuo H，Koayashi Y，et al.Transient degradation of myelin basic protein in the rat hippocampus following acute carbon monoxide poisoning[J].Neuroscience Research，2010，68:232-240.

[4]曹小彪，陈同欣，李金声，等.急性一氧化碳中毒大鼠脑组织脱髓鞘病变及高压氧干预后的变化[J].中华航海医学与高气压医学杂志，2012，19（3）:171-175.

[5]Thom S R，Bhopale V M，Fisher D，et al.Delayed neuropathology after carbon monoxide poisoning is immune-mediated[J].Proc Natl A-cad Sci，2004，101:13 660-13 665.

[6]王耀宏，赵金垣.急性一氧化碳中毒迟发性脑病的动物模型制备研究[J].中国职业医学，2004，31（1）:5-10.

[7]陈富春，刘凤超，郭述苏，等.一氧化碳中毒迟发性脑病大鼠模型复制方法[J].中国病理生理杂志，2004（2）:286-288.

[8]宋孟龙，唐晋，程飞，等.急性一氧化碳中毒迟发性脑病大鼠模型的建立[J].世界科技研究与发展，2010，32（5）:684-686，690.

[9]李金声，常耀明，李清波，等.高压氧对急性一氧化碳中毒大鼠迟发型脑损伤影响的组织病理学特点[J].中国临床康复，2006，10（46）:205-208，插2.

[10]赵天智，常耀明，李金声，等.大鼠急性一氧化碳中毒后迟发性脑病模型的建立[J].第四军医大学学报，2006，27（11）:1 023-1 026.

（收稿：2014-06-29修回：2014-10-19）

Development and application of simple gas dynamic exposure device

LI Ming-xin1,SUN Rui-jiao2,GUO Da-zhi1,PAN Shu-yi1,PAN Xiao-wen1,HU Hui-jun1
(1.Center for Hyperbaric Oxygen Therapy of the PLA,Navy General Hospital,Beijing 100048,China; 2.No.91991 Unit of the PLA,Zhoushan 316000,Zhejiang Province,China)

Objective To develop a gas dynamic exposure device with a simple structure.Methods The device was composed of a water tank,an gas chest,an exposure kit and an gas-out bottle.The chest body was made of organic glass pane,drainage method was used to distribute the gas properly,and airflow was regulated with the gravity and valve. Results The device was proved to have simple structure and high effects.Conclusion The device has low cost,simple structure and properly distributed gas,and can be reused for exposure test.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（5）：31-33]

gas;dynamic exposure;exposure device

[中国图书资料分类号]R318.6；TH776A

1003-8868（2015）05-0031-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.05.031

海军总医院创新培育基金（CXPY201303）

专利：国家实用新型专利（ZL 201420406527.X）

李铭鑫（1978—），男，主治医师，主要从事高压氧医学临床工作，E-mail:phosphor96@163.com。

100048北京，海军总医院全军高压氧治疗中心（李铭鑫，郭大志，潘树义，潘晓雯，胡慧军）；316000浙江舟山，解放军91991部队（孙瑞佼）

胡慧军，E-mail:huhuijunvip@139.com