CN103340629B - 一种呼吸耗氧动态缺氧测定装置及其测定方法 - Google Patents

Abstract

一种呼吸耗氧动态测定方法及其专有缺氧装置，所述的方法包括以下步骤：从通气口中加入蒸馏水至挡水条后关闭三通阀，在预先放入钠石灰的缺氧瓶中装入小鼠，盖紧瓶塞；缺氧瓶产生0.5cmH₂O负压时，耗氧测定通道中的水流使得压力恒为-0.5cmH₂O，读出耗氧量；高敏张力换能器自动监测缺氧实验小鼠呼吸频率、幅度及压力；重复实验时，排除耗氧测定通道中的空气后重复上述操作；按照本发明所述的测定方法构建的专有缺氧装置，包括装置本体、缺氧瓶、生物信号采集处理系统。本发明的有益效果是：压力恒定，动态监测缺氧小鼠的呼吸频率、幅度、耗氧量和缺氧环境的压力值，避免人工监测引起的误差，适于耗氧量和乏氧性实验的测定。

Description

一种呼吸耗氧动态缺氧测定装置及其测定方法

技术领域

本发明涉及一种呼吸耗氧动态缺氧测定装置及其测定方法。

背景技术

缺氧实验是机能学实验和抗缺氧保护作用研究中的常规实验项目，由125ml广口瓶、50ml量筒、25ml胖肚吸管及管道系统组成的常规耗氧测定装置，由125ml广口瓶和密闭瓶塞组成的乏氧性缺氧装置，其结构简单、易得，是当前“全国高等院校医学实验规划教材”中缺氧实验必备的实验工具。常规耗氧测定装置的缺陷是耗氧量越多，缺氧环境中的压力越低，导致耗氧量测定结果产生系统性误差；乏氧性缺氧装置的缺陷是缺氧时间越长，缺氧环境中压力越低，用目视法数小鼠的呼吸频率，因小鼠呼吸弱而快(>200次/min)，无法精确准时数出小鼠的呼吸频率而影响实验进程和结果的准确性。

近年来虽有小鼠呼吸换能放大器产品、运用生物信号采集处理系统及普通压力换能器在密闭环境中测量小鼠呼吸频率、小鼠常压急性缺氧模型装置和小鼠耗氧量动态变化测定装置等与缺氧实验装置有关的报道，这些装置大多实现了呼吸频率的动态监测功能，存在的缺陷是：“在缺氧过程中缺氧环境不能达到恒压状态，而采用生物信号采集处理系统的时间常数为交流信号记录呼吸曲线，使记录的呼吸曲线中，常并入小鼠躁动不安的干扰信号无法分辨，造成实验结果产生误差，也无法实时动态监测缺氧环境压力和耗氧量；如果改用直流信号记录呼吸曲线，发现记录的呼吸曲线不断地向下倾斜，无法用软件直接测量呼吸频率和幅度。

发明内容

为了解决现有缺氧装置用目视法数小鼠的呼吸频率、耗氧量测定过程中耗氧量越高、耗氧环境中压力越低、乏氧性缺氧时间越长、缺氧环境中压力越低等影响实验结果准确性的问题，本发明提出了一种在缺氧过程中使缺氧环境压力始终处于恒定状态，并能自动动态监测缺氧小鼠的呼吸频率、幅度、耗氧量和缺氧环境的压力值，避免人工监测引起的误差，并同时适用于耗氧量和乏氧性实验的呼吸耗氧动态缺氧测定装置及其测定方法。

本发明所述的一种呼吸耗氧动态缺氧测定装置，包括装置本体、缺氧瓶、生物信号采集处理系统，其特征在于：所述的装置本体设置耗氧容量槽、耗氧测定通道、排气通道，所述的耗氧容量槽与所述的耗氧测定通道的末端连通；所述的排气通道与所述的耗氧测定通道连通；位于装置本体尾部的所述的耗氧测定通道、位于装置本体头部的所述的排气通道和所述的耗氧容量槽分别对应设置相应的通气孔、排气口和换能器连接口，所述的换能器连接口分别与所述的生物信号采集处理系统的高敏张力换能器直口、所述的缺氧瓶相连。

所述的装置本体为长方体结构。

所述的生物信号采集处理系统为RM6240等普通生物信号采集处理系统。

所述的耗氧测定通道由若干条平行的管路首尾两两相连共同形成一条连通的管道，并且沿所述的耗氧测定通道侧面均匀刻有刻度。

所述的排气通道为底宽顶窄结构，并且所述的排气通道设有与耗氧测定通道连通的排气侧口。

所述的耗氧容量槽与所述的耗氧测定通道的末端的连接处设置挡水条。

所述的排气通道和所述的耗氧容量槽设置在所述的装置本体的头部，所述的耗氧测定通道位于所述的装置本体的尾部。

所述的装置本体的头部覆盖开有与通气孔、排气口和换能器连接口对应的圆孔的面板，并在通气孔、排气口和换能器连接口均连接相应的圆管。

利用上述的缺氧测定装置进行的测定方法，包括以下步骤：

1)将装置本体的头部朝上，从通气口中加入蒸馏水至挡水条后水平放置在桌面上，排气口接三通阀，装置本体的换能器连接口与生物信号采集处理系统的高敏张力换能器直口相连，缺氧瓶的出口与高敏张力换能器侧口相连；

2)关闭排气口的三通阀，在预先放入钠石灰的缺氧瓶中装入小鼠，盖紧瓶塞；

3)缺氧瓶的出口与换能器连接口相连，缺氧瓶中的小鼠呼吸消耗氧气产生0.5cmH₂O负压时，抽动耗氧测定通道中的水流向耗氧容量槽填补消耗的氧容量，使整个缺氧装置内的压力始终恒定在-0.5cmH₂O；

4)通过耗氧测定通道旁的刻度读出耗氧测定通道中流向耗氧容量槽中水的毫升数即是小鼠的耗氧量；

5)与换能器连接口相连的高敏张力换能器将小鼠呼吸时肺的扩张和收缩引起缺氧瓶内的压力波动转变成电信号传给生物信号采集处理系统，用直流信号描记出呼吸曲线，动态监测缺氧装置中的压力，呼吸频率和幅度，实现缺氧实验小鼠呼吸频率、幅度及压力的自动监测；

6)重复实验时，把装置本体的头部在上，尾部在下并稍向右倾斜排除耗氧测定通道中的空气后，再水平放置在桌面上，即可重复步骤2)～步骤5)的操作。

具体的，所述的装置本体为380×105×15mm的长方体结构，且所述的装置本体的圆孔直径分别为10mm、10mm和20mm；所述的面板尺寸为105×50×5mm，且所述的面板上的圆孔直径均为10mm；所述的耗氧测定通道总容量为50mL，所述的耗氧测定通道的总宽度为10mm，每条所述的管路深度为5mm；所述的排气通道为底宽顶窄的靴形结构，靴形头部宽≥20mm、尾部宽≥30mm、顶部宽度10mm；所述的耗氧容量槽的容积为45mL，并且所述的通气孔、排气口和换能器连接口所处。

本发明的有益效果是：实现缺氧过程中缺氧环境压力始终处于恒定状态，并能自动动态监测缺氧小鼠的呼吸频率、幅度、耗氧量和缺氧环境的压力值，避免人工监测引起的误差，并同时适用于耗氧量和乏氧性实验的测定。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的右视图。

图3是本发明的左视图。

图4是本发明的前视图。

图5是本发明的后视图。

图6是动态和常规耗氧测定装置描计的呼吸运动曲线。

图7是动态和常规耗氧测定装置缺氧全程平均压力变化趋势图

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1本发明所述的一种呼吸耗氧动态缺氧测定装置，包括装置本体1、缺氧瓶、生物信号采集处理系统，所述的装置本体1设置耗氧容量槽11、耗氧测定通道12、排气通道13，所述的耗氧容量槽11与所述的耗氧测定通道12的末端连通；所述的排气通道13与所述的耗氧测定通道12连通；位于装置本体1尾部的所述的耗氧测定通道12、位于装置本体1头部的所述的排气通道13和所述的耗氧容量槽11分别对应设置相应的通气孔121、排气口131和换能器连接口111，所述的换能器连接口111分别与所述的生物信号采集处理系统的高敏张力换能器直口、所述的缺氧瓶相连。

所述的装置本体1为长方体结构。

所述的生物信号采集处理系统为RM6240等普通生物信号采集处理系统。

所述的耗氧测定通道12由若干条平行的管路首尾两两相连共同形成一条连通的管道，并且沿所述的耗氧测定通道12侧面均匀刻有刻度122。

所述的排气通道13为底宽顶窄结构，并且所述的排气通道13设有与耗氧测定通道12连通的排气侧口132。

所述的耗氧容量槽11与所述的耗氧测定通道12的末端的连接处设置挡水条112。

所述的排气通道13和所述的耗氧容量槽11设置在装置本体1的头部14，所述的耗氧测定通道12位于装置本体1的尾部15。

所述的装置本体1的头部覆盖开有与通气孔121、排气口131和换能器连接口111对应的圆孔的面板2，并在通气孔121、排气口131和换能器连接口111均连接相应的圆管。

具体的，所述的装置本体为380×105×15mm的长方体结构，且所述的装置本体的圆孔直径分别为10mm、10mm和20mm；所述的面板尺寸为105×50×5mm，且所述的面板上的圆孔直径均为10mm；所述的耗氧测定通道总容量为50mL，所述的耗氧测定通道的总宽度为10mm，每条所述的管路深度为5mm；所述的排气通道为底宽顶窄的靴形结构，靴形头部宽≥20mm、尾部宽≥30mm、顶部宽度10mm；所述的耗氧容量槽的容积为45mL，并且所述的通气孔、排气口和换能器连接口所处。

实施例2利用实施例2的装置进行的测定方法，包括以下步骤：

1)将装置本体的头部朝上，从通气口中加入蒸馏水至挡水条后水平放置在桌面上，排气口接三通阀，装置本体的换能器连接口与生物信号采集处理系统的高敏张力换能器直口相连，缺氧瓶的出口与高敏张力换能器侧口相连；

2)关闭排气口的三通阀，在预先放入钠石灰的缺氧瓶中装入小鼠，盖紧瓶塞；

3)缺氧瓶的出口与换能器连接口相连，缺氧瓶中的小鼠呼吸消耗氧气产生0.5cmH₂O负压时，抽动耗氧测定通道中的水流向耗氧容量槽填补消耗的氧容量，使整个缺氧装置内的压力始终恒定在-0.5cmH₂O；

4)通过耗氧测定通道旁的刻度读出耗氧测定通道中流向耗氧容量槽中水的毫升数即是小鼠的耗氧量；

5)与换能器连接口相连的高敏张力换能器将小鼠呼吸时肺的扩张和收缩引起缺氧瓶内的压力波动转变成电信号传给生物信号采集处理系统，用直流信号描记出呼吸曲线，动态监测缺氧装置中的压力，呼吸频率和幅度，实现缺氧实验小鼠呼吸频率、幅度及压力的自动监测；

6)重复实验时，把装置本体的头部在上，尾部在下并稍向左倾斜排除耗氧测定通道中的空气后，再水平放置在桌面上，即可重复步骤2)～步骤5)的操作。

实施例3按实施例2连接好呼吸耗氧动态缺氧装置和常规耗氧测定装置，调节连接管道长度使两种耗氧装置容量相等，加入等量的钠石灰(H₃Ca₂NaO₄，购自上海顺强生物科技有限公司)，设置RM6240(成都仪器厂)的记录采集参数：时间常数直流，滤波频率30Hz，灵敏度5ml/s，采样频率800Hz，扫描速度1s/div，低通滤波30Hz，并用水压计定标。将60只小鼠(购于浙江大学动物中心，体重21.0±27g，雌雄各半),称重，标记，随机挑选性别、体重相同的2只小鼠配成1对，将其中1只放入常规耗氧装置的缺氧瓶中，盖紧瓶塞，缺氧瓶出口管道立即与胖肚吸管相连并开始计时，每隔5分钟数呼吸频率(次/10秒)一次，直至小鼠死亡，停止计时，记录小鼠的存活时间，从量筒读出液面下降的体积(ml)，即为小鼠的总耗氧量，根据公式：总耗氧率＝总耗氧量(ml)÷小鼠体重(g)÷存活时间(min)，计算出总耗氧率；另一只放入呼吸耗氧动态缺氧装置缺氧瓶中，盖紧瓶塞，缺氧瓶出口高敏换能器侧口相连，即用RM6240生物信号采集处理系统采集记录小鼠的呼吸运动曲线，并按每隔0.5分钟自动标记，直至小鼠死亡，记录小鼠的存活时间和总耗氧量，按公式算出小鼠的总耗氧率；通过测量呼吸运动曲线获得呼吸频率和幅度值，重复以上实验18次。

实施例4设置RM6240生物信号采集处理系统为1、2双通道记录界面，采集参数为：时间常数直流，滤波频率30Hz，灵敏度5ml/s，采样频率800Hz，扫描速度500ms/div，低通滤波30Hz，1通道的高敏换能器直口与呼吸耗氧动态缺氧装置相连，2通道的高敏换能器直口与常规耗氧装置的管道接连，调节常规和呼吸耗氧动态缺氧装置的容量相等，选中一对小鼠，分别放入常规和呼吸耗氧动态缺氧装置的缺氧瓶中，盖紧瓶塞，缺氧瓶出口与高敏换能器的侧口相连，即用RM6240生物信号采集处理系统描记小鼠的呼吸运动曲线，并按每隔0.5分钟自动标记一次，记录小鼠在缺氧的整个过程中耗氧装置内压及呼吸的改变情况，重复以上实验8次，并将实验数据用excel2007软件处理，数据以均数±标准差()表示，组间比较采用双侧t检验分析。

实施例5在温度22℃，湿度60％的环境下，常规耗氧装置和呼吸耗氧动态缺氧装置中的小鼠存活时间分别为22.16±3.84min和22.64±4.16min，两者无显著差异(P>0.05)；耗氧量、耗氧率分别为22.44±2.66和27.81±3.38、0.044±0.008和0.053±0.008,两者有显著差异(P<0.01),见表1。

表1 常规和新型耗氧装置的耗氧率测定

^▲▲表示与常规组比较(P<0.01)。

呼吸耗氧动态缺氧装置(简称：动态)描记的呼吸运动曲线，在缺氧的0～3.5min时段可捕捉到较多的小鼠躁动不安信号，3.5min以后躁动信号减少，描记的呼吸曲线除刚开始克服阻力前的一过性压力波动外，平均压力基本处于-0.5cmH₂O水平，除躁动不安信号外，曲线平整光滑，通过软件直接测量即可得到小鼠的呼吸频率和幅度。常规耗氧装置用人工方法监测呼吸频率，经常数到几秒钟，小鼠一转动身体就无法继续，得重新开始，无法在准点时间内得到准确的数据，接上RM6240描记的呼吸运动曲线，在缺氧的0～3.5min时段可捕捉到较多的小鼠躁动不安信号，装置内压力波动性下降到-20cmH₂O左右，3.5min以后小鼠躁动信号减少，下降趋势减缓，最大降幅低于-25cmH₂O，软件测量显示为“不能正确测量”，即无法用软件直接测量出小鼠的呼吸频率；

由动态和常规耗氧装置缺氧存活时间对比没有统计学差异，说明容量相同的耗氧装置对小鼠的存活时间没有影响；耗氧量的测定结果出现明显的差异，可能是与装置中压力不同有关，因为缺氧瓶中的小鼠不断消耗氧气，产生CO₂又被缺氧瓶中的钠石灰所吸收，装置内氧分压逐渐降低而产生负压，常规耗氧装置中的负压吸引胖肚吸管内侧液面上升填补消耗的氧，至小鼠死亡时水柱可达到25cm以上，水柱的重力作用使耗氧装置的压力<-25cmH₂O；动态装置只要克服0.5cm厚度水的粘滞性和表面张力，即能抽吸水进入近端耗氧槽中填补消耗的氧，使装置内压力保持在-0.5cmH₂O柱的压力；根据波以耳定律：“在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比关系，即V＝C/P(V是指气体的体积，P指压强，C为一常数)”，说明耗氧率的差异是与两种耗氧装置缺氧时的压力不同有关，常规耗氧装置由于负压的作用导致测定的耗氧量比实际偏低；新型耗氧装置测定总耗氧量明显高于常规耗氧装置，说明新型耗氧装置纠正了常规耗氧装置对耗氧量测定的偏差。

生物信号采集处理系统采集参数：时间常数改为交流，其它参数不变，使用常规耗氧装置也能描记出平整光滑的呼吸运动曲线，但这种记录方法无法显示装置内压力，非呼吸运动因素如小鼠躁动不安信号均整合到平整光滑的呼吸运动曲线中，分不出哪些曲线有小鼠的躁动不安信号，哪些没有躁动不安信号，如果测定这种呼吸曲线作为实验结果会出现比较大的误差；而动态装置的记录模式则避免了以上问题的发生，解决了目视法无法准时精确数出小鼠呼吸频率和常规耗氧装置描记的呼吸运动曲线随时间推移不断向下倾斜，无法用软件直接测量的问题。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.一种呼吸耗氧动态缺氧测定装置，包括装置本体、缺氧瓶、生物信号采集处理系统，其特征在于：所述的装置本体设置耗氧容量槽、耗氧测定通道、排气通道，所述的耗氧容量槽与所述的耗氧测定通道的末端连通；所述的排气通道与所述的耗氧测定通道连通；位于装置本体尾部的所述的耗氧测定通道、位于装置本体头部的所述的排气通道和所述的耗氧容量槽分别对应设置相应的通气孔、排气口和换能器连接口，所述的换能器连接口分别与所述的生物信号采集处理系统的高敏张力换能器直口、所述的缺氧瓶相连。

2.如权利要求1所述的缺氧测定装置，其特征在于：所述的装置本体为长方体结构。

3.如权利要求2所述的缺氧测定装置，其特征在于：所述的耗氧测定通道由若干条平行的管路首尾两两相连共同形成一条连通的管道，并且沿所述的耗氧测定通道侧面均匀刻有刻度。

4.如权利要求3所述的缺氧测定装置，其特征在于：所述的排气通道为底宽顶窄结构，并且所述的排气通道设有与耗氧测定通道连通的排气侧口。

5.如权利要求4所述的缺氧测定装置，其特征在于：所述的耗氧容量槽与所述的耗氧测定通道的末端的连接处设置挡水条。

6.如权利要求5所述的缺氧测定装置，其特征在于：所述的排气通道和所述的耗氧容量槽设置在所述的装置本体的头部，所述的耗氧测定通道位于所述的装置本体的尾部。

7.如权利要求6所述的缺氧测定装置，其特征在于：所述的装置本体的头部覆盖开有与通气孔、排气口和换能器连接口对应的圆孔的面板，并在通气孔、排气口和换能器连接口均连接相应的圆管。