机能实验教学中一氧化碳致小鼠缺氧装置的改进

董晓敏，孙笑语，童学红，崔艳秋，李利生

（首都医科大学，北京 100069）

很多高等院校以及科研机构需要使用一氧化碳（CO）气体进行专业实验，尤其是医学、药学、预防医学、毒理学以及环境科学等专业。在医学机能学“缺氧与病因学观察”实验中，目前普遍采用传统CO气体中毒装置，该装置效果可靠，但实际操作不方便，一次只能复制一只ICR小鼠动物模型，消耗CO气体较多，对环境污染较大[1-2]。

本组成员长期从事实验开发及辅助工作，对该装置的不足进行了分析，拟设计一种新型实验装置。通过新型实验装置，预期能简化操作过程，一次复制多只CO致ICR小鼠缺氧模型，一次允许多个实验小组共同实验，并有望实现缩短实验时间、减少有毒气体消耗及环境污染、节约实验耗材等目的。现报告如下。

1 材料与方法

1.1 实验动物

ICR小鼠24只，5周龄，在标准ICR小鼠笼内饲养，给予标准食物和水，饲养温度（22.00±2.00）℃。动物由北京维通利华实验动物技术有限公司提供，医学动物合格证书号为S CXK（京2012—0001）。

1.2 设计改进实验装置

改进后的实验装置见图1，包括外桶、内桶、密封盖。外桶是立方体，外桶内4个角落距底部处按有3厘米高支柱，用于支撑内桶，下层可放置蒸馏水；外桶右侧壁下部嵌入进气管，进气管一端与下层液体相通，另一端通过流量调量阀与CO气瓶相连接，外桶右侧壁上部嵌入出气管。内桶被置于外桶上层，其内部被十字形隔板分为4个独立的空间，各侧面有一个约2厘米的圆孔；底部有多个小孔。密封盖下方设有密封圈，封闭外桶。

图1 改进后的实验装置

1.3 方法

将24 只ICR 小鼠分成改进组和传统组，分别进行CO 致ICR小鼠缺氧造模。改进组将4 只ICR小鼠放入改进后的实验 装置同时进行实验，12 只ICR小鼠分3 次进行实验。传统组将 1 只ICR 小鼠放入传统装置的广口瓶中，每次1 只ICR 小鼠进 行实验。两组实验中CO通气速率为40 气泡/分。

1.4 评价指标

统计两组造模成功率、平均造模时间、CO 气体消耗量。造 模成功的标准：ICR 小鼠均死亡，出现皮肤黏膜樱桃红、脏器与 血液颜色鲜红色，认定造模成功。两组造模时间为每只小鼠存 活时间。传统组消耗气体量计算方法：消耗气体量（气泡）=造模 时间（秒）×40/60。改进组消耗气体量计算方法：无法单独计算 每只ICR小鼠消耗的气体量，只能根据总的气体消耗量及每只 ICR 小鼠的造模时间进行计算。比如，1 号ICR 小鼠造模时间 190 秒，总造模时间为2 163 秒，占总造模时间的比例为190/ 2 163，再乘以实际总的气体消耗量，即这只ICR 小鼠实际的气体消耗量，将这一新的指标定义为“矫正消耗气体”。按照该计 算方法，12 只ICR 小鼠的矫正消耗气体相加即为总的造模时 间（秒）×40/60。

1.5 统计学方法

实验数据运用SPSS17.0软件进行统计分析，两组造模成功率以百分比表示，组间比较用卡方检验；平均造模时间以均数±标准差（±s）表示，采用独立样本t检验或秩和检验；CO气体消耗量以均数±标准差（±s）表示，采用独立样本t检验或秩和检验。

2 结果

2.1 两组造模成功率比较

改进组ICR小鼠体重为（18.60±0.45）克，传统组ICR小鼠体重为（18.56±0.34）克，两组比较无显著性差异（见表1）。CO中毒实验中所有24只ICR小鼠均死亡，出现皮肤黏膜樱桃红、脏器与血液颜色为鲜红色，表明两组造模成功率均为100%，组间比较无显著性差异。

2.2 两组平均造模时间比较

改进组总操作时间11.08分钟，平均造模时间（180.25±41.77）秒；传统组总操作时间22.73分钟，平均造模时间（113.66±33.50）秒。改进组平均造模时间长于传统组，组间比较差异有显著性（见表1）。

2.3 两组CO气体消耗量比较

改进组平均消耗气体量（36.90±8.55）气泡，传统组平均消耗气体量（75.77±22.33）气泡，改进组平均消耗气体量明显少于传统组，组间比较差异有显著性（见表1）。

表1 两组ICR小鼠体重、平均造模时间、平均消耗气体量比较（±s）

表1 两组ICR小鼠体重、平均造模时间、平均消耗气体量比较（±s）

组别 体重（克）18.60±0.45 18.56±0.34 0.724改进组传统组P值平均造模时间（秒）180.25±41.77 113.66±33.50 0.000平均消耗气体量（气泡）36.90±8.55 75.77±22.33 0.000

3 讨论

CO为无色、无味、无刺激性气体。大气中CO含量甚微，仅有0.04 ppm，当含量超过12.5%时有爆炸的危险，当吸入气中CO含量超过5×10-4（即0.05%）或30m g/m3时，就可使人中毒[3]。急性CO中毒时，吸入的CO进入肺泡，通过弥散与血液中的血红蛋白结合，形成比较稳定的碳氧血红蛋白，CO与血红蛋白的亲和力比氧与血红蛋白的亲和力大240倍（37.0℃时）。空气中的CO浓度越高，接触时间越长，血液中形成的碳氧血红蛋白就越多。碳氧血红蛋白既不能携带氧，又不易解离，其解离速度是氧合血红蛋白解离速度的1/3 600，因此阻碍了氧的运输，造成血液性缺氧[4-5]。急性CO中毒可致全身缺氧，脑缺氧症状最为突出，可出现脑梗死、迟发性脑病等并发症[6-8]。心肌损伤也是中、重度CO中毒常见的临床并发症，可评估患者死亡率[9-10]。医学实验教学中ICR小鼠是复制病理模型较常用的实验动物[11-12]。

3.1 改进装置能观察ICR小鼠呼吸变化，提高实验教学效率

目前，医学机能实验教学中有用两个广口瓶经橡皮塞和硅胶管连接组成传统装置，将ICR小鼠放入广口瓶中吸入CO气体。一个广口瓶盛有蒸馏水用来计算气泡，另一个广口瓶内放1只ICR小鼠，通气后ICR小鼠快速中毒并死亡。在实验过程中，一个班级学生需要做4组实验，每组1只ICR小鼠，依次进行。此实验装置1次只能复制1只ICR小鼠动物模型，ICR小鼠死亡较快不利于观察呼吸变换指标，同时广口瓶为玻璃材质易破损影响实验，故实验时间较长。本实验中这种传统装置使得ICR小鼠迅速出现躁狂蹦跳后四肢瘫软甚至大小便失禁，平均造模时间（113.66±33.50）秒，所以ICR小鼠死亡时间太快，未出现呼吸代偿即死亡，不利于观察ICR小鼠的呼吸变化。针对该装置的不足，我们设计了一种新型实验教学装置——密闭桶，分为外桶、内桶与密封盖。内桶设有4个隔断，4只ICR小鼠同时进行实验。ICR小鼠先出现兴奋，呼吸急促，爬动频繁，之后再出现躁狂，最后四肢瘫软，大小便失禁死亡。改进组平均造模时间（180.25±41.77）秒，ICR小鼠死亡时间延长，可出现呼吸代偿，有利于观察ICR小鼠呼吸变化。实验中两组ICR小鼠均死亡，出现皮肤黏膜樱桃红、脏器与血液颜色鲜红色，造模成功率均为100%，说明改进组能够成功复制CO中毒模型。改进组总操作时间11.08分钟，传统组总操作时间22.73分钟，改进组总操作时间减少，提高了实验教学效率。

3.2 改进装置能减少有毒气体使用，保证实验教学的安全性

传统实验装置1次复制1只ICR小鼠动物模型，实验时间较长，每只ICR小鼠消耗气体量为（75.77±22.33）气泡，消耗的CO气体较多，对环境污染较大。改进组中4只ICR小鼠同时进行实验，根据总的气体消耗量及每只ICR小鼠的造模时间计算“矫正消耗气体”，每只ICR小鼠消耗气体量为（36.90±8.55）气泡。改进组消耗气体量明显少于传统组，说明改进装置能减少有毒气体的使用，减少学生有毒气体暴露时间，保证实验教学的安全性。

总之，实践证明，改进装置用于机能实验教学，有利于观察小鼠的呼吸变化，提高实验效率，减少有毒气体使用量，保证实验教学的安全性。另外，此装置也可向密封桶内通氮气复制动物低氧模型。但是也有不足之处，如不能监测密封桶内CO气体与氧气浓度，需进一步完善。