常压低氧小鼠氧耗量测定新装置的研究及应用*

段瑞峰，曾祥芝，纪佳丽，张志清，张雁芳，龙超良，刘 卫，崔文玉，汪 海

在缺氧实验和抗心肌缺氧药物筛选中常需要测定小鼠氧耗量。曹守义等建立了同时测定小鼠抗缺氧和耗氧量的简便实验方法，该方法能够观察药物延长小鼠存活时间的两种作用：降低氧耗量和提高机体对缺氧的耐受力［1］。蒋志文等利用自制的数字可读式小鼠氧耗检测仪进行小鼠整体氧耗的动态测定，通过对动物分钟氧耗的连续读数，实现了对于常压环境中动物耗氧情况的动态观察，表明它可以作为一种抗心肌缺血缺氧药物筛选的有效方法［2］。但是小鼠氧耗量测定过程需要密切观察及人工记录与动物舱相连的长管中液体流动的距离来反映动物消耗的氧气体积，人力投入多且不能长时间纪录［1-3］。为了解决以上问题，本实验建立了一种小鼠氧耗量记录方法，能够同时纪录多个小鼠的耗氧过程，观测数据自动录入电脑，实现了同时对多个动物氧耗量的动态观察。利用该装置观察了急性重复低氧小鼠的氧耗量特征。

1 材料与方法

1.1 材料

550ml塑料瓶，储水瓶，液位继电器控制系统；水检计，电子天平（EPS-2001，长沙湘平科技发展有限公司），天平数据输出线，软管，电脑，钠石灰，计时器，生理盐水。钠石灰购自上海五四化学试剂有限公司；雄性昆明小鼠由军事医学科学院动物中心提供。

1.2 实验装置

本实验装置由动物舱（内放二氧化碳吸附剂钠石灰）、储水瓶、液位继电器控制系统、水检计、天平、天平数据输出线、软管、装有记录重量变化软件的电脑等组成（图1）。动物舱由550 ml儿童吸管水壶（Disney，广州冠昕尔贸易有限公司）改装而成。该水壶由四部分组成：盖子、杯体、盖子上面的一个小饮水杯（带杯柄）、与杯体底部相扣的一个小水杯。将杯体底部用电烙铁钻多个小孔以和下部的小杯通气并用胶水将下部的小杯和杯体粘紧密封，下部的小杯将用于储存补偿舱内气体压力而进入的水。去除上部小水杯的小杯柄并放入杯子中，在小水杯中放入钠石灰后再将小鼠放入其中作为动物舱。在下部的小杯和杯体上各开一个小孔并分别连接进水管和与水压计连接的管子。用量水法测定动物舱和储水小水杯的总体积为550ml。

工作原理简述如下：动物舱（9）中由于动物（10）不断吸入氧气，产生的二氧化碳被动物舱（9）中的钠石灰（11）吸收而使水检压计（7）水柱向动物舱内部方向流动，全部浸入生理盐水液面下的液位继电器控制系统（6）的两个电极（8）中较短的一个电极脱离液面使液位继电器的电路触发，接通控制自动进气装置的进气阀门打开通过水管（5）向动物舱（9）供水；当补偿了动物消耗的氧气的相同体积的水后动物舱内气压将升高从而使水检压计（7）水柱向动物舱舱外方向流动，液位继电器控制系统（7）的两个电极（8）又全部浸入生理盐水液面下，液位继电器控制系统（7）关闭进水阀门停止向动物舱供水；此过程周而复始从而实现动物舱（9）内气体压力保持与动物舱（9）外大气压相同。动物舱和储水小水杯间有气孔（12）相通。

流入动物舱（9）的水是由放于天平（3）上的储水瓶（4）进行供给，其流失量将实时的通过天平数据输出线（2）被安装有重量变化记录软件的电脑（1）自动连续地记录进Microsoft Office Excel文档中便于数据处理和作图。

通过以上过程动物舱中动物的氧耗量及氧耗速率过程就可以自动连续的记录进Microsoft Office Excel文档中。

记录软件为自编重量记录软件WeightRecorder v1.2.0，所使用的电子天平精度为 0.1 g，可以连续以一定时间间隔记录数据，也可以只在进水时储水瓶重量有变化时记录数据。电脑时间与当时的储水瓶重量记录严格同步。本实验一台电脑同时连接2台记录天平，从而可以同时记录2套氧耗量测定装置中的动物氧耗过程，本实验均以15 s的间隔连续记录数据。

Fig.1 The sketch map of an oxygen consumption real-time recording device1：Computer；2：Balance data output line；3：Balance；4：Water reservoir；5：Water pipe；6：The liquid level relay control system；7：Watermanometer；8：Electrode；9：Animal cabin；10：Animal；11：Soda lime；12：Air hole

1.3 动物分组及饲养

急性重复低氧小鼠实验，选择健康雄性昆明小鼠，按照体重相近两两配对，分为两个组（n＝6）：对照组和处理组。

1.4 实验方法

利用10ml注射器检验仪器的精准度。用注射器从动物舱抽气体积分别为 1 ml、2 ml、3 ml、4 ml、5 ml和6 ml，记录进入储氧舱的补水量，对抽气量（ml）和补水量（g）两组数据进行配对 t检验，评价装置的准确度。利用10 ml注射器抽1 ml氧气6次，记录进入储氧舱的补水量，计算补水量的平均值和方差及变异系数，评价装置的精密度。

利用该装置观察了6只急性重复低氧小鼠和6只不低氧处理的正常对照小鼠的常压密闭低氧过程的氧耗量特征。急性重复低氧小鼠放入含有新鲜空气的动物舱内，瓶内盛有10 g钠石灰（用以吸收二氧化碳和水），旋紧瓶盖后计时，35 min后立即将小鼠取出，并随即转移到另一相同容积、含有新鲜空气的动物舱内密闭，如此重复3次，第四次旋紧瓶盖后开始计时，以小鼠停止呼吸为死亡指标，记录存活时间。用本实验装置记录氧耗过程，按照15 s的间隔记录储水瓶重量到Microsoft Office Excel文档。正常对照组小鼠在急性重复低氧小鼠第四次开始计时同步测定。

1.5 统计学处理

实验数据以均数 ±标准差（¯x±s）表示，利用SPSS 13.0软件进行统计学分析。仪器精度检验数据采用两组数据成对 t检验，两组动物的氧耗量数据比较采用 t检验。

2 结果

2.1 氧耗量测定装置准确度和精密度检测

用注射器从动物舱抽气体积分别为1 ml、2 ml、3ml、4ml、5ml和 6ml，进入储氧舱的补水量分别相当于气体体积为 1ml、1.9ml、3 ml、4 ml、5ml和 6.1 ml，两组数据配对 t检验P＝1，说明装置的测量数值准确度较高。利用10ml注射器从动物舱抽1 ml气体6次，进入储氧舱的补水量分别相当于气体体积为 1ml、1.1 ml、1 ml、1 ml、1 ml和 1 ml，¯x±s为1.01±0.04，变异系数为 0.04，说明装置测量数据精密度较高。

2.2 急性重复低氧处理组及对照组小鼠的存活时间和总耗氧量

处理组及对照组小鼠的体重、存活时间和总耗氧量数据见表1。处理组小鼠的存活时间为（58.8±6.8）min，显著高于对照组（46.0±8.7）min（P＜0.05）。处理组小鼠的总氧耗量为（85.1±8.5）ml，显著高于对照组（73.6±5.4）ml（P＜0.05）。

Tab.1 Effectofacute repetitive hypoxia on survival time and oxygen consumption（¯x±s，n＝6）

3 讨论

小鼠常压耐缺氧实验是抗缺氧药物评价中常用的一种方法。不断开发相关装置来实现同时测定小鼠抗缺氧和耗氧量指标以发现更详细的药理作用机制，其中以动物舱连接补水装置进行气液联动实现动物舱气压恒定法最为简单实用［1-3］。但是这些方法在补水量的监测上大多利用水通过一定长度直径恒定的细管的长度来计算，费力而且仪器允许检测的时间短（低于30 min），这样就不容易实现同时对多个动物氧耗量的检测，实现补水量的自动监测、记录及同时检测多个动物氧耗量的功能将提高实验效率，节省人力。本文制作了一种小鼠氧耗量动态变化实时监测和记录装置，可以将检测数据直接导入Excel中进行作图计算。本装置可以同时检测多个小鼠的氧耗量，仪器允许检测的时间长。实验表明装置检测的准确性和精度高，为小鼠常压耐缺氧实验提供了一种比较理想的实验工具。

急性重复缺氧是一种多次急性缺氧-复氧的过程。研究急性重复缺氧对于临床医学、运动医学及航天医学均有理论和实际意义［4，5］。本研究结果表明，小鼠在含有520ml空气（含104ml O2）的密闭瓶中35 min后会因缺氧而烦躁不安，但无动物死亡，因此本实验采用将小鼠在密闭瓶中放置35 min的方法进行低氧处理。实验表明，经过3次各35 min急性重复低氧处理的小鼠与对照组小鼠相比存活时间显著延长，其总氧耗量也显著增加，这说明3次急性重复低氧预处理提高了动物从密闭动物舱中摄取氧气的能力从而存活时间延长。

从本装置的准确度和精密度实验结果表明，本文使用的常压缺氧小鼠氧耗量测定装置准确性和精密度均较高，可用于低氧研究中动物氧耗量的测定。

［1］ 曹守仪，李宝华.同时测定小鼠抗缺氧和耗氧量的简便实验方法［J］.中国药理学通报，1995，11（1）：85-86.

［2］ 蒋志文，徐淑秀，吴克余，等.小鼠整体氧耗的动态测定［J］.中国药理学通报，1996，12（6）：567-569.

［3］ 蒋志文，徐淑秀，吴克余，等.常压密闭条件下小鼠的氧耗特征［J］.蚌埠医学院学报，1996，21（4）：213-214.

［4］ 吕国蔚主编.缺氧预适应：一种缺氧防治的新理念与新策略［M］.北京：北京大学医学出版社，2005.

［5］ Lu GW，Cui XY，Zhao BM.Alteration of oxygen consumption and energymetabolism during repetitive exposure ofmice to hypoxia［J］.Neurochem Res，1999，24（5）：625-628.