不同动脉血采集方法对小鼠血气分析结果的影响

吴佩亮，王良兴，黄晓颖

（温州医科大学附属第一医院 呼吸内科 呼吸循环重点实验室，浙江 温州 325015）

不同动脉血采集方法对小鼠血气分析结果的影响

吴佩亮，王良兴，黄晓颖

（温州医科大学附属第一医院 呼吸内科 呼吸循环重点实验室，浙江 温州 325015）

目的：对比研究不同动脉血采集方法对小鼠动脉血气、电解质及生化指标的影响，以期筛选出小动物血气分析的理想采血途径。方法：将90只雄性Balb/c小鼠按体质量随机分为颈总动脉插管组、腹主动脉穿刺组、经皮左心室穿刺组，分别采集动脉血，记录成功率、动物损伤程度，并经微量血气分析仪检测血气、电解质及生化指标，观察不同动脉血采集方法对上述指标的影响。结果：经皮左心室穿刺组切口长度、动脉血采集时间、成功率、血氧分压（PaO2）、血氧饱和度（SaO2）、氧合血红蛋白（O2Hb）均显著低于颈总动脉插管组和腹主动脉穿刺组，去氧血红蛋白（RHb）显著高于颈总动脉插管组和腹主动脉穿刺组（P＜0.05）。腹主动脉穿刺组血K+浓度显著高于颈总动脉插管组和经皮左心室穿刺组，而血Na+浓度、血Cl-浓度显著低于颈总动脉插管组和经皮左心室穿刺组（P＜0.05）。腹主动脉穿刺组血糖（Glu）、血乳酸（Lac）浓度显著高于颈总动脉插管组（P＜0.05）。经皮左心室穿刺组血红蛋白总浓度（tHb）、碱剩余（cBase）显著低于腹主动脉穿刺组，标准碳酸氢根（SBC）浓度显著高于腹主动脉穿刺组（P＜0.05）。结论：有创右侧颈总动脉插管法采集动脉血对血气、电解质、生化指标影响较小，且操作方便、用时较短、插管稳定性强、成功率高、创伤小、重复性好，值得推广应用。

颈总动脉；腹腔动脉；心脏；血气分析；小鼠

动脉血气分析所测的血气、电解质、生化是呼吸系统疾病中最常见的观察指标之一[1-4]，可以反映机体通气功能、换气功能（主要是缺氧和二氧化碳潴留情况）、电解质紊乱程度及机体的酸碱状态。动脉血气分析及生化检测对于评估动物模型复制是否成功、评价药效和机体呼吸功能具有重要意义。查阅国外文献，大小鼠动脉血气分析多采用机械通气开胸采集动脉血[5]、股动脉采血[6-7]、腹主动脉穿刺采血[8]，其中开胸采集动脉血具有创伤大、设备要求高等缺点，并且既往文献未见详细介绍操作步骤。本研究采用有创右侧颈总动脉插管、有创腹主动脉穿刺、经皮左心室穿刺3种方法分别测定Balb/c小鼠的动脉血气指标，详细阐述操作方法，并对比分析研究3种不同方法的操作难易程度、成功率、动物损伤程度及其对动脉血气、电解质及相关生化指标的干扰和影响，以期筛选出小动物血气分析的理想采血途径。

1　材料和方法

1.1实验动物及分组 健康清洁级雄性Balb/c小鼠90只，体质量20～25 g，购于上海斯莱克实验动物有限责任公司，动物合格证号：SCXK（沪）2012-0002，饲养于温州医科大学实验动物中心，按体质量随机分成3组，每组30只：颈总动脉插管组、腹主动脉穿刺组、经皮左心室穿刺组。本研究通过动物实验伦理委员会批准。

1.2实验器械、药品、仪器 显微镊，显微剪，自制PE微导管（内径0.28 mm，外径0.61 mm），自制动脉血气采血针套装，三通阀，直镊，弯镊，眼科剪，动脉夹，肝素钠生理盐水（10 U/mL）[9]，20%乌拉坦，III- 0丝线，NIKON SMZ745T解剖显微镜，Radiometer ABL90微量血气分析仪，血气-电解质试剂包（批号：YZB/DEN 1889-2014），血气-电解质试剂卡（批号：YZB/DEN 3691-2014）。

1.3小鼠动脉血采集套装的制作及使用 取一段10 cm长PE微导管，尾端连接5号注射器针头以方便连接三通阀，保证导管畅通。三通阀的一端连接5 mL注射器，另一端连接1 mL注射器。具体使用方法：在使用自制动脉血气套装采集动脉血以前，将关闭阀（OFF）指向5 mL注射器，然后将PE微导管置于肝素钠生理盐水中，用1 mL注射器抽取肝素钠生理盐水0.5～1 mL，完全湿润整个针管后弃去肝素稀释液，使1 mL注射器的活塞位于1 mL刻度线位置，再将关闭阀（OFF）指向微导管位置，随后用5 mL注射器反复抽吸，将1 mL注射器抽成预真空状态待用，见图1。

1.4小鼠动脉血标本采集方法

图1　自制小鼠动脉血采集装置

1.4.1右侧颈总动脉插管法：小鼠腹腔注射20%乌拉坦溶液（1 mL/100 g），用胶布将小鼠四肢仰卧固定在木板上。酒精消毒皮肤后，沿颈部正中线由上至下剪开皮肤约1.5 cm，用组织镊沿胸骨乳突肌前缘分离胸骨舌骨肌与胸骨甲状肌之间的结缔组织，在气管旁右深侧即可见到搏动的颈总动脉，用玻璃分针将伴行的神经分离，沿血管走行方向分离出长约1.5 cm颈总动脉，远心端丝线结扎，近心端用动脉夹夹住并穿一根丝线备用，将鼠板移至解剖显微镜下，用显微剪在动脉靠近远心端轻剪一“V”字形向心切口，长度约为动脉直径的1/2，与血管长轴约成30～45°角，左手持显微镊提起切口，右手持已肝素化的预真空动脉血采集装置，将PE微导管插入动脉并用备用丝线打结固定，松开动脉夹，将预真空动脉血采集套装关闭阀（OFF）打至5 mL注射器位置，立即用1 mL注射器抽吸0.1～0.2 mL动脉血，再次将关闭阀（OFF）转至微导管位置，撤下1 mL注射器，堵住注射器头端，立即在Radiometer ABL90微量血气分析仪上检测，见图2。

1.4.2腹主动脉穿刺法：小鼠腹腔注射20%乌拉坦溶液（1 mL/100 g）麻醉后固定于鼠板，消毒皮肤后，沿腹正中线自剑突下至耻骨上剪开皮肤约2.5 cm。剪开壁腹膜，持皮肤拉钩将腹壁拉向左右两侧，充分暴露腹腔。右手持无齿镊自左向右推移肠管，肠管表面给予覆盖0.9%氯化钠溶液湿润的纱布，暴露出腹后壁，将鼠板移至解剖显微镜下，小心清除腹膜后脂肪组织，在脊柱前方可见到腹主动脉与腹腔静脉。双手持玻璃分针小心剥离动脉管壁上的筋膜组织，待腹主动脉表面的筋膜组织剥离干净后，右手持已肝素化的1 mL注射器，针尖斜面朝上，入针角度约45～60°，向近心端方向刺入，抽取0.1～0.2 mL动脉血，封堵注射器端口，立即检测，见图3。

1.4.3经皮左心室穿刺术：小鼠腹腔注射20%乌拉坦溶液（1 mL/100 g），将四肢固定在鼠板上。先大体确定心脏穿刺位置（左侧第3至第4肋间，双上肢连线与正中线交点偏下偏左0.5 cm），随后用右手食指触及心脏搏动最明显处，右手持已肝素化的1 mL注射器，使针尖角度与胸部垂直，快速进针，刺入深度约1 cm，随即缓慢调整进针深浅，当针头正确刺入心脏左心室时，由于心脏快速跳动的力量，可见到鲜红的血液自动流入注射器，抽取0.1～0.2 mL血标本，封堵注射器，立即检测，见图4。

图2　颈总动脉插管法采血步骤

图3　腹主动脉穿刺法采血步骤

图4　经皮左心室穿刺术采血步骤

1.5测定指标 ①小鼠剪开皮肤或经皮穿刺开始至成功采集动脉血所需的时间；②皮肤切口长度；③血气指标：pH，血氧分压（PaO2），血二氧化碳分压（PaCO2），血红蛋白总浓度（tHb），血氧饱和度（SaO2），半饱和氧分压（P50），氧合血红蛋白（O2Hb），一氧化碳血红蛋白（COHb），去氧血红蛋白（RHb），血K+、Na+、Ca2+、Cl-，血糖（Glu），血乳酸（Lac），碱剩余（cBase），标准碳酸氢根浓度（SBC）；④采集动脉血成功率。

1.6统计学处理方法 采用SPSS21.0统计软件进行分析。实验数据以±s表示，多样本均数比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD法或Tamhane’s T2检验，率的比较采用卡方检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.13组小鼠皮肤切口长度、成功采集动脉血所需时间、成功率比较 经皮左心室穿刺组切口长度、动脉采集时间、成功率均显著低于颈总动脉插管组和腹主动脉穿刺组（P＜0.05），见表1。颈总动脉插管组成功采集动脉血28例，2例死于动脉微导管脱出颈动脉；腹主动脉穿刺组成功采集动脉血25例，1例死于麻醉时腹腔出血，1例死于注射器脱出腹主动脉，3例死于剥离腹部血管筋膜时大出血；经皮左心室穿刺组成功采集动脉血20只，6例因注射器穿透室间隔至右心室所采集的标本为静脉血，4例持续经皮心脏穿刺超过5 min仍未成功采集动脉血或触及小鼠心脏搏动减弱，给予开胸解剖，发现其中1例心包积血，3例心脏破裂胸腔大量积血。

表1　3组小鼠皮肤切口长度、采集动脉血所需时间、成功率比较（±s）

表1　3组小鼠皮肤切口长度、采集动脉血所需时间、成功率比较（±s）

与颈总动脉插管组比：aP＜0.05；与腹主动脉穿刺组比：bP＜0.05

组别例数体质量（g）切口长度（cm）动脉血采集时间（s）成功率（%）颈总动脉插管组2823.69±1.091.29±0.08125.57±16.0693.3腹主动脉穿刺组2523.29±0.882.45±0.10a193.40±19.99a83.3经皮左心室穿刺组2023.39±0.780.00±0.00ab14.87± 4.95ab66.7ab

2.23组不同采集动脉血方法对小鼠动脉血电解质、生化指标的影响 腹主动脉穿刺组的血K+浓度显著高于颈总动脉插管组和经皮左心室穿刺组（P＜0.05），腹主动脉穿刺组的血Na+、Cl-浓度均显著低于颈总动脉插管组和经皮左心室穿刺组（P＜0.05），腹主动脉穿刺组的Glu、Lac浓度显著高于颈总动脉插管组（P＜0.05），见表2。

2.33组不同采集动脉血方法对小鼠动脉血气的影响 经皮左心室穿刺组的PO2、SaO2、O2Hb均显著低于颈总动脉插管组和腹主动脉穿刺组（P＜0.05），RHb显著高于颈总动脉插管组和腹主动脉穿刺组（P＜0.05），tHb、cBase显著低于腹主动脉穿刺组，SBC显著高于腹主动脉穿刺组（P＜0.05），见表3。

表2　3组不同采集动脉血方法对小鼠动脉血电解质、生化指标的影响（±s）

表2　3组不同采集动脉血方法对小鼠动脉血电解质、生化指标的影响（±s）

与颈总动脉插管组比：aP＜0.05；与腹主动脉穿刺组比：bP＜0.05

组别例数K+（mmol/L）Na+（mmol/L）Cl-（mmol/L）Ca2+（mmol/L）Glu（mmol/L）Lac（mmol/L）颈总动脉插管组283.54±0.41149.89±2.39119.57±3.211.23±0.0511.66±1.571.19±0.41腹主动脉穿刺组254.01±0.61a146.16±1.74a116.95±2.30a1.22±0.0512.81±1.92a1.75±0.91a经皮左心室穿刺组203.63±0.44b149.10±2.23b120.80±2.78b1.21±0.0411.93±1.281.59±0.75

表3　3组不同采集动脉血方法对小鼠动脉血血气的影响（±s）

表3　3组不同采集动脉血方法对小鼠动脉血血气的影响（±s）

与颈总动脉插管组比：aP＜0.05；与腹主动脉穿刺组比：bP＜0.05

组别例数pHPaCO2（mmHg）PaO2（mmHg）SaO2（%）tHb（g/dL）O2Hb（%）RHb（%）COHb（%）P50cBase（mmol/L）SBC（mmol/L）颈总动脉插管组287.34±0.0636.09±7.39120.36±13.1595.47±1.4615.93±0.8793.83±1.134.75±1.812.18±0.1041.19±7.98-7.51±2.3618.95±1.56腹主动脉穿刺组257.32±0.0738.08±6.84116.49±10.5694.11±1.75a16.77±0.86a92.23±1.75a5.77±1.712.14±0.0745.77±4.21a-9.15±2.14a17.40±1.45a经皮左心室穿刺组207.32±0.0634.54±3.41 90.34±12.17ab91.75±3.22ab15.37±0.99b89.61±2.97ab8.07±3.17ab2.41±0.5842.78±1.15-7.75±2.32b18.72±1.64b

2.4与Thal等的研究结果比较 颈总动脉插管组、腹主动脉穿刺组、经皮左心室穿刺组的pH、PaCO2分别与Thal等[10]的研究结果[pH：7.35±0.04，PaCO2：（36±4.8）mmHg]比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。经皮左心室穿刺组的PaO2显著低于Thal等的研究结果[（133±46）mmHg]（P＜0.05），而颈总动脉插管组、腹主动脉穿刺组的PaO2与Thal等的研究结果比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。

3　讨论

3.1不同动脉血采集方法对小鼠动脉血电解质、生化指标的影响 研究表明，应激能使血中的肾上腺素、胰高血糖素等浓度升高[11]，创伤应激能使机体释放大量的炎症介质[12]，能促进糖原分解和糖异生。同时，机体处于应激状态时能释放大量内源性儿茶酚胺，与肾上腺素能受体结合后，激活cAMP信号通路，诱导Na+、K+离子通道构型发生改变，导致Na+内流增加，K+外流增加，从而导致低钠血症、高钾血症发生[13]。创伤应激也能引起钠钾泵工作异常，使细胞内Na+浓度增加，最终导致低钠血症发生[14]。本研究结果显示，腹主动脉穿刺组的Glu、Lac显著高于颈总动脉插管组，K+浓度显著高于颈总动脉插管组和经皮左心室穿刺组，Na+、Cl-浓度显著低于颈总动脉插管组和经皮左心室穿刺组，切口长度、动脉血采集时间显著高于颈总动脉插管组和经皮左心室穿刺组，表明大的创伤更易使机体处于应激状态，更容易发生电解质、能量代谢、内环境紊乱。因此对于需要采集动脉血做血气分析的动物模型，有创右侧颈总动脉插管法对血糖、乳酸、电解质影响最小，有利于研究者对动物模型的呼吸功能、酸碱平衡、生化指标等做出可靠的评估。

3.2不同采集动脉血方法对小鼠动脉血气的影响 本研究结果显示，腹主动脉穿刺组代谢性指标cBase负值增大、SBC减少，提示腹主动脉穿刺术更易使小动物机体发生酸中毒，并且腹主动脉穿刺组Hb对O2的亲和力降低，提示小动物术中对O2的需求量较颈动脉插管组显著增加，同时比较3种方式采集动脉血所需时间及创口大小，表明腹主动脉穿刺术最容易发生机体缺氧和酸碱平衡紊乱。而右侧颈总动脉插管法能较好地维持Hb对O2的亲和力，能保持内环境的酸碱平衡稳定。血气分析显示腹主动脉穿刺组小鼠的tHb较颈总动脉插管组和经皮左心室穿刺组显著升高，表明小鼠出现较明显的应激变化。研究[15]表明，剧烈运动或应激反应时，脾脏内受体被激动，使脾脏内高浓缩血液被排出，从而使血红蛋白浓度升高。此外，长时间持续的外科操作，易导致机体细胞外液的丢失，从而造成血容量减少，血液浓缩，tHb升高。经皮左心室穿刺组的RHb显著高于颈总动脉插管组和腹主动脉穿刺组，表明经皮心脏盲目穿刺采集的动脉血中可能混有静脉血，同时经皮左心室穿刺组的PO2、SaO2显著低于颈总动脉插管组和腹主动脉穿刺组，也说明动脉血中可能混合有静脉血。经皮心脏盲穿动脉血采集成功率低，并且由于小鼠个体小，采血后死亡率高。Thal等[10]采用的方法是小鼠麻醉，予气管插管行机械通气后采集动脉血。虽然机械通气能让小动物在术中的肺通气更加符合生理状态及所测的指标能减少呼吸因素的影响，但是该方法同时存在机械性肺损伤的风险，并且该法对实验器材要求高，价格昂贵，难以普及。我们将3种方法所测得的pH、PaCO2、PaO2与其比较，发现颈总动脉插管法、腹主动脉穿刺法测得的数据与Thal等的研究结果较接近，经皮左心室穿刺法测得的PaO2显著低于Thal等的方法。

综上所述，有创右侧颈总动脉插管法是一种操作方便、用时较短、插管稳定性强、成功率高、创伤小、重复性好的动脉血采集方法，能够实现不同时间点的动脉血采集，对实验动物血气、电解质及生化指标的影响小、准确性高、可重复性好。

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（本文编辑：丁敏娇）

Effect of different arterial blood collecting methods on the accuracy of blood gas analysis in mice

WU Peiliang, WANG Liangxing, HUANG Xiaoying. Pulmonary Division, Key Laboratory of Heart and Lung, the First Aff liated Hospital of Wenzhou Medical University, Wenzhou, 325015

Objective: To explore ideal arterial blood collecting method in order to monitor blood gas analysis. Methods: Ninety male Balb/c mice were randomly divided into three groups: carotid artery cannula group, celiac artery puncture group, and cardiac punture group. 0.5-1.0 mL arterial blood samples were collected from carotid artery, celiac artery and left ventricle. These samples were tested in a Radiometer ABL90 Flex blood gas analyzer (Radiometer, Denmark) at 37 ℃ for pH, PaO2, SaO2, hemoglobin concentration tHb, oxyhemoglobin O2Hb, base excess cBase, standard bicarbonate SBC, P50, carboxyhemoglobin (COHb), reduced hemoglobin (RHb), K+, Na+, Cl-, Ca2+, as well as lactate and glucose concentrations. Results: There was signifi cant difference in success rate, either in operative incision length or collection time among the three groups. Compared with the carotid artery cannula and celiac artery puncture group respectively, the parameters of PO2, SaO2, O2Hb were decreased, while RHb was signifi cantly increased in cardiac punture group (P＜0.05). And cBase, tHb in cardiac punture group were sharply lower than those in celiac artery puncture group (P＜0.05). Increased K+concentration, decreased Na+, Cl- concentration were found in the celiac artery puncture group compared with other two groups (carotid artery cannula group and cardiac punture group) (P＜0.05). The concentrations of lactic acid, glucose in celiac artery puncture group were higher than those in carotid artery cannula group (P＜0.05). Conclusion: Carotid artery cannula is a good and feasible method for arterial blood collecting, by which blood gas analysis, electrolytes and energy metabolism can be detected more accurately.

carotid artery; celiac artery; heart; blood gas analysis; mice

R446.1

A

10.3969/j.issn.2095-9400.2016.11.003

2016-05-31

浙江省医药卫生科技计划项目（2016DTA005，2012ZD A033）；国家自然科学基金资助项目（81473406，81470250，81 270110）。

吴佩亮（1989-），男，浙江温州人，硕士生。

黄晓颖，教授，主任医师，Email：zjwzhxy@126. com。