CN110882086A

CN110882086A - 阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征动物模型造模装置

Info

Publication number: CN110882086A
Application number: CN201811059645.7A
Authority: CN
Inventors: 吴昊; 魏永祥; 房芳
Original assignee: Beijing Anzhen Hospital
Current assignee: Cuiying Technology Beijing Co ltd
Priority date: 2018-09-11
Filing date: 2018-09-11
Publication date: 2020-03-17
Anticipated expiration: 2038-09-11
Also published as: CN110882086B

Abstract

一种阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症动物模型造模装置，包括：动物造模容器、开闭机构、手套箱和麻醉装置；其中，所述动物造模容器设置在所述手套箱内，包括造模容器卡槽、头罩和气囊；所述造模容器卡槽用于实验动物的身体；所述头罩用于容纳实验动物的头部，所述头罩的一端与所述造模容器卡槽连通，另一端具有通气孔；所述气囊位于所述头罩与所述造模容器卡槽相连通的位置处，所述气囊具有供实验动物的头部穿过的通孔；所述开闭机构设置在所述手套箱内，并与所述通气孔配合，用于控制所述通气孔的开闭；所述麻醉装置用于麻醉所述实验动物。本发明操作简便，设备体积小，无需人员实时监控值守，无易燃易爆相关风险，成本低。

Description

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征动物模型造模装置

技术领域

本发明涉及一种阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAHS)的实验动物模型造模装置，尤其适用于利用动物研究OSAHS的基础研究。

背景技术

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAHS)发病率高、危害大，与全身多个系统疾病如高血压、冠心病、糖尿病、脑卒中等均密切相关。有研究认为，OSAHS患者睡眠期间反复缺氧、微觉醒和睡眠剥夺是造成机体损害的重要因素，但其具体的发病机制仍不十分清楚。为此，人们不断地研究探索各种动物模型，以期模拟睡眠呼吸暂停患者的病理生理过程如上气道塌陷、间歇缺氧等，从而深入研究该病的发病机制，寻找有效的药物及其它治疗手段。睡眠呼吸紊乱的发病机制复杂，目前仍未建立一个可以全面模拟睡眠呼吸紊乱病理生理过程的动物模型。在过去的20多年中，针对OSAHS的某一或某几方面的病理生理，人们已经开发出各种类型的OSAHS动物模型，其中包括经过实验诱导的阻塞性睡眠呼吸暂停动物模型。

无论何种实验动物，都无法完全表现与人类一致的自发性阻塞性呼吸暂停。国内外学者发明了许多OSAHS实验动物模型来研究人类阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征和其对心血管、代谢、心理及其他健康问题的影响。主要包括利用缺氧仓制造的动物模型和人工上气道狭窄动物模型。

利用缺氧仓制造的动物模型是通过不同程序设定的缺氧仓，模拟OSAHS患者睡眠状态下反复间断性缺氧及复氧这一特点，以探讨OSAHS的发病机制、病理生理过程以及药物研发等。此造模方法最为常用且相对稳定、可靠，同时对实验动物损伤小、简便易行。

需要注意的是，由于慢性间断性缺氧设备的客观特点，在设定缺氧频率、最低氧浓度及持续时长上各研究有所不同。这些不同有可能会出现病理生理过程的差异。越来越多对慢性间断性缺氧的研究表明，在一定的暴露时间下，慢性间断性缺氧会使机体产生代偿机制而非病理改变。该类模型的缺点是仅能模拟OSAHS的一个病理生理特点，即：慢性间断性低氧。故应用其进行的造模研究并不能称之为OSAHS动物模型，而是慢性间歇性缺氧模型。且设备及维护昂贵，并且大量应用纯氧及液氮等易引发危险的气体。

根据缺氧仓模型改进的睡眠状态供氧模型，是对动物进行前置手术，颅内安装电极，由计算机监测、判断动物的睡眠状态，仅在睡眠期给予低氧环境，在微觉醒和清醒状态下供给正常浓度氧的缺氧仓。虽然此模型更接近临床OSAHS患者状态，但是此装置对单次造模数量存在一定限制，并且不适用于长期造模研究。

事实上，人类OSAHS是一个多因素疾病，在低氧血症的程度和低氧的频率也有差异。所以，虽然慢性间断性缺氧模型可以代表OSAHS部分病理生理过程，但必需建立一个标准化、可重复的慢性间断性缺氧模型。

人工上气道狭窄动物模型是另一类主要的OSAHS造模方法。OSAHS的另一重要特点是上气道塌陷阻塞和胸腔内负压增高。因此，对咽部组织(包括口咽和舌咽)的干预成为建立OSAHS模型的另一主要方法和选择。该种模型包括模拟上气道塌陷-重开放的建模方法和通过气管插管接三通阀制作模型。这类模型通常将实验动物进行上气道置管或插管手术，在麻醉模拟睡眠的状态下，外接自动化装置来模拟OSAHS的间断性缺氧和胸内负压，该模型与OSAHS的病理生理改变更接近，但对实验者手术技能有一定要求，手术对动物副损伤较大，且不适用于长期造模研究。

间歇性缺氧模型仅代表OSAHS部分病理生理过程(慢性间断性缺氧)，由于慢性间断性缺氧设备的客观特点，在设定缺氧频率、最低氧浓度及持续时长上各研究有所不同。这些不同有可能会出现病理生理过程的差异。需要使用氧气等较危险气体；人工上气道狭窄动物模型需将动物反复麻醉、不可长时间模拟疾病状态、手术易引起副损伤，需要操作者较高的技术及稳定性。发明人曾提出一种阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征鼠模型造模装置，在实施过程中发现，超长期(大于4周)给大鼠进行腹腔注射麻醉易造成动物体重下降，可疑肠道受损；模型体积较大，占用空间多；另外，麻醉持续时长有限，在镇静剂量下通常维持时间为90分钟左右，需要专人值守并追加麻醉剂量来保证造模时间，较耗费人力。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症动物模型造模装置，用于提供良好的OSAHS动物模型。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症动物模型造模装置，包括：动物造模容器、开闭机构、手套箱和麻醉装置；

其中，所述动物造模容器设置在所述手套箱内，包括造模容器卡槽、头罩和气囊；所述造模容器卡槽用于实验动物的身体；所述头罩用于容纳实验动物的头部，所述头罩的一端与所述造模容器卡槽连通，另一端具有通气孔；所述气囊位于所述头罩与所述造模容器卡槽相连通的位置处，所述气囊具有供实验动物的头部穿过的通孔，当所述气囊充气时，所述气囊能将实验动物的颈部定位并隔断所述造模容器卡槽与所述头罩之间的空气流通；

所述开闭机构设置在所述手套箱内，并与所述通气孔配合，用于控制所述通气孔的开闭；

所述麻醉装置用于麻醉所述实验动物。

在一些实施例中，所述动物造模容器的数量为多个，多个所述动物造模容器排成一排或多排。

在一些实施例中，所述气囊为一环形气囊，其中间具有一供实验动物的头部穿过的通孔。

在一些实施例中，所述气囊通过一通气管与一输气装置连通，以实现气囊的充气和放气。

在一些实施例中，所述麻醉装置为气麻装置，所述麻醉装置设置在所述手套箱外部，并与所述手套箱通过进气孔和出气孔连通。

在一些实施例中，所述开闭机构为自动活塞装置，所述自动活塞装置的活塞用于打开或封闭所述通气孔。

在一些实施例中，还包括控制器，所述控制器用于控制所述自动活塞装置的运动。

在一些实施例中，所述手套箱的数量为一个或多个。

在一些实施例中，所述手套箱设置有内部环境检测器。

在一些实施例中，所述内部环境检测器选自氧浓度检测器、CO₂浓度检测器、温度传感器和湿度传感器中的一种或多种。

在一些实施例中，所述实验动物为小鼠、大鼠或兔子。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明中模拟的OSAHS状态可涵盖慢性间歇性缺氧和胸内负压增高；

2.本发明可随时监测OSAHS造模动物血氧变化情况，反映造模有效性；

3.本发明对造模用实验动物无手术副损伤、气麻模拟睡眠状态、持续时间更长，更有利于对OSAHS这类慢性疾病的研究；

4.本发明可实现同箱体内不同条件批量造模，占用空间大大缩小，有利于对疾病不同亚型的机制研究；

5.本发明操作简便，设备体积小，无需人员实时监控值守，无易燃易爆相关风险，成本低。

附图说明

图1为本发明一实施例中的动物模型造模装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中动物模型造模装置的外观示意图；

图3为本发明另一实施例中动物模型造模装置的局部结构示意图；

图4为本发明另一实施例中动物模型造模装置的结构示意图；

图5为本发明一实施例中动物造模容器和自动活塞装置细节示意图；

图6为本发明实施例OSAHS小鼠模型检测结果；

其中，A：OSAHS小鼠模型血氧变化；B：重度OSAHS患者睡眠监测血氧变化；C：OSAHS小鼠模型膈肌肌电变化；

图7为本发明实施例两组小鼠体重及血脂改变结果；

其中，A：两组小鼠体重；B：两组小鼠空腹血清甘油三酯；C：两组小鼠空腹血清总胆固醇；

Weight：体重；TG：甘油三酯；Chol：胆固醇；OSAHS：造模组；Sham：假造模组。

附图标记说明：

1、手套箱；2、控制器；3、进气孔；4、出气孔；5、数据线；6、自动活塞装置；7、动物造模容器；8、隔板；9、手套；10、实验动物；11、活塞；12、通气孔；13、气囊；14、造模容器卡槽；15、头罩；16、单向阀门；17、通气管；18、气麻装置

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1-5，本发明实施例中的一种阻塞性睡眠呼吸暂停综合症动物模型造模装置包括动物造模容器7、开闭机构、控制器2、手套箱1和麻醉装置。开闭机构可以为自动活塞装置6，麻醉装置可以为气麻装置18。其中动物造模容器7用于放置实验动物10(例如小鼠、兔子等)，并与自动活塞装置6相连，动物造模容器7和自动活塞装置6设置在手套箱1内，自动活塞装置6通过数据线5与手套箱外部的控制器2相连。手套箱1与气麻装置18通过进气孔3和出气孔4连通。

为了监测箱体内气体环境，手套箱1内可安装一中或多种检测器，例如氧浓度检测器、CO₂浓度检测器、温度传感器、湿度传感器等。同时，动物造模容器7可以设置多个传感器，用于监测实验动物10的生命体征，传感器可以通过数据线与数据接收装置(例如血氧探测仪)相连。

在一个实施例中，动物模型造模装置包括多个手套箱1，气麻装置18可以与多个手套箱1相连。

动物造模容器7可以为一个或多个，每两个或两个以上的动物造模容器7可以在手套箱1内排成一排(如图1所示)，一排中的动物造模容器7可以与同一自动活塞装置6相连，或者每个动物造模容器7分别与其对应的一个自动活塞装置6相连，并且手套箱1内还可以设置多排动物造模容器7从而形成一个动物造模容器阵列(如图3所示)。各排动物造模容器7之间可以利用隔板8间隔开来(如图4所示)。

根据动物造模容器7的数量，手套箱1可以一副或多副手套9。

在一个实施例中，动物造模容器7包括造模容器卡槽14、头罩15、气囊13；其中造模容器卡槽14用于实验动物10的身体；头罩15用于容纳实验动物10的头部，造模容器卡槽14与头罩15连通；气囊13位于造模容器卡槽14与头罩15相连通的位置处，气囊13具有供实验动物10的头部穿过的通孔，当气囊13充气时，气囊13能将实验动物10的颈部定位并隔断造模容器卡槽14与头罩15之间的空气流通；头罩15的一端具有通气孔12，自动活塞装置6的活塞11与通气孔12配合，用于控制通气孔12的开闭。

在一个实施例中，气囊13为一环形带通孔的气囊，其固定于造模容器卡槽14的内部且位于造模容器卡槽14靠近头罩15的一端，气囊13可供动物头部穿过，且在气囊13充气时，将动物颈部定位并隔断造模容器卡槽14与头罩15之间的空气流通。气囊13通过一单向阀门16与一通气管17相连，并利用一输气装置对气囊13进行充气。

在利用本发明的动物模型造模装置进行动物模型造模时，首先在控制器2的循环设置面板中设定自动活塞装置密闭头罩和开放头罩的时间循环程序，每组装置可分别设定不同程序，时间单位包括：秒、分钟、0.1小时和小时。动物造模容器7和自动活塞装置6固定于手套箱1内，并通过数据线与箱外控制器2连接。将实验动物10放置于手套箱1内，关闭手套箱1，开启气麻装置18，将箱内实验动物10麻醉后，从手套箱1外部将双手插入手套9中，将箱内实验动物10置入动物造模容器7中，将动物头部放入头罩15内，应用输气装置(例如注射器)通过单向阀16门向气囊13打气，使动物头部卡入头罩15内，头罩15与动物头部形状及大小契合，形成仅有头罩15的通气孔12与外界进行气体交换。连接控制器2与自动活塞装置6，打开开关即可按照设定的循环程序完成模拟动物反复间断呼吸暂停。

实施例1

开始造模第一天前，测量12只C57小鼠基线血压水平并记录。OSAHS造模组，设定循环周期为90s，呼吸暂停时间为60s，启动程序，持续造模4小时，连续造模4周。造模期间手套箱内通2％异氟烷以此状态模拟睡眠状态。造模过程中实时监测鼠尾微循环血氧水平及膈肌肌电变化。假造模组同样将小鼠气麻，置入造模装置中，但不启动活塞开闭装置系统，即不产生呼吸暂停。4周后测量两组小鼠鼠尾收缩压、平均血压、舒张压、血清甘油三酯和总胆固醇测定。

结果显示，12只小鼠进食水正常，排便排尿正常，对外界刺激反应灵敏，活动正常。造模后4周动物均成活，未见异常征象，没有对其造成任何生理极限条件下的压迫。

在每日4小时造模过程中，实时监测鼠尾微循环血氧饱和度。如图6所示为本造模装置设定每循环90秒造成呼吸暂停60秒的OSAHS小鼠模型的血氧变化(A)与人类重度OSAHS患者睡眠监测血氧变化(B)的比较图。从图中可以看出，本造模装置可完全复制OSAHS状态下的反复呼吸暂停引起的慢性间断性低氧血症的血氧变化。

同时，观察到呼吸暂停时(图6C，框线所示)小鼠的胸腹反常运动，并且在呼吸暂停时记录到了增强的膈肌肌电(图6C，框线所示)，从而复制了OSAHS状态下反复的呼吸努力。

基线血压及4周后两组小鼠血压情况如表1所示，可见经OSAHS造模4周后，造模组与假造模组和基线相比，OSAHS造模鼠收缩压(129.1±3.0vs.111.6±8.4vs.108.2±5.6mmHg，p＜0.05)、平均血压(100.9±6.3vs.85.7±8.1vs.86.4±5.9mmHg，p＜0.05)和舒张压(88.3±6.6vs.72.4±11.3vs.75.0±7.0mmHg，p＜0.05)均明显升高。

表1-小鼠血压变化

*P＜0.05vs.基线，#P＜0.05vs.对照组。

4周后两组小鼠体重、空腹血甘油三酯及总胆固醇水平如表2和图7所示，两组间体重和空腹甘油三酯未见明显差异。OSAHS造模组空腹总胆固醇水平明显高于假造模组(106.6±3.8vs.92.7±10.5mg/dl，p＝0.021)。

表2-两组小鼠体重及血脂改变

#P＜0.05vs.假造模组

该实施例建立了OSAHS小鼠模型，可实现无人值守，可无创并且长期应用造模装置模拟OSAHS反复间断低氧血症和呼吸努力，并经过造模一段时间成功诱导出OSAHS的确切并发疾病特点，即：血压升高和血清总胆固醇升高。以上结果表明，本发明可以在OSAHS基础研究中提供良好的OSAHS动物模型。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症动物模型造模装置，其特征在于，包括：动物造模容器、开闭机构、手套箱和麻醉装置；

所述麻醉装置用于麻醉所述实验动物。

2.根据权利要求1所述的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症动物模型造模装置，其中，所述动物造模容器的数量为多个，多个所述动物造模容器排成一排或多排。

3.根据权利要求1所述的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症动物模型造模装置，其中，所述气囊为一环形气囊，其中间具有一供实验动物的头部穿过的通孔。

4.根据权利要求1所述的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症动物模型造模装置，其中，所述气囊通过一通气管与一输气装置连通，以实现气囊的充气和放气。

5.根据权利要求1所述的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症动物模型造模装置，其中，所述麻醉装置为气麻装置，所述麻醉装置设置在所述手套箱外部，并与所述手套箱通过进气孔和出气孔连通。

6.根据权利要求1所述的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症动物模型造模装置，其中，所述开闭机构为自动活塞装置，所述自动活塞装置的活塞用于打开或封闭所述通气孔。

7.根据权利要求1所述的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症动物模型造模装置，其中，还包括控制器，所述控制器用于控制所述自动活塞装置的运动。

8.根据权利要求1所述的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症动物模型造模装置，其中，所述手套箱的数量为一个或多个。

9.根据权利要求1所述的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症动物模型造模装置，其中，所述手套箱设置有内部环境检测器，优选地，所述内部环境检测器选自氧浓度检测器、CO₂浓度检测器、温度传感器和湿度传感器中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症动物模型造模装置，其中，所述实验动物为小鼠、大鼠或兔子。