CN111345245A - 一种用于矽肺动物模型的建立装置及其评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于矽肺动物模型的建立装置及其评价方法，该装置由上至下分为相通的三部分，上部为矽尘气溶胶发生装置，中部为动物染尘柜；下部为废气处理装置；矽尘气溶胶发生装置用于矽尘发生，包含罐体以及设置在罐体内的矽尘搅拌装置，与设置在罐体底部的漏板；染尘柜内部设有上层和下层，上层为矽尘气溶胶混匀装置，下层为大鼠固定吸尘装置；废气处理装置设有开口，连接过滤除尘袋；各连接处均作密封处理。本发明还提供了通过该装置建立矽肺动物模型并进行评价的方法。本发明提能够方便简单地建立有效的矽肺动物模型，为矽肺发病机制及治疗方面的研究提供良好的工作基础，同时为矽肺动物模型提供了客观、直接、可靠的标准。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于矽肺研究的装置及方法，具体地，涉及一种用于矽肺动物模型的建立装置及其评价方法。
背景技术
矽肺(Silicosis)是一种肺部吸入石英粉尘引起的职业疾病，并有炎症和疤痕的形式上部叶的肺结节病变，其病症是肺叶的上部以结节状病灶出现炎症和疤痕，是尘肺病的一个类型。肺器官是人体主要内脏之一。吸入的空气在肺泡内进行气体交换，排出二氧化碳，使血液带氧，再送回心脏。借着心脏的跳动，含氧的血液输送到体内各部位。患上肺尘病的人，因为交换气体的作用受阻，使得血液中的氧气不足，二氧化碳过多，这种现象若长期持续，会导致右心室肥大或肺性心或心不全等现象。因右心室肥大、肺性心或心不全等症，患者出现全身性的衰弱现象，抵抗力随之减弱，如果再并发急性肺炎，病情严重会死亡。
矽肺是发病率较高，也是危害劳动者健康最严重的一种职业病。但是目前对矽肺的治疗缺乏特效的方法。在当前和今后相当长的时期内对矽肺这一严重的职业病的防治，仍将是职业病防治的工作重点。矽肺病发病机制十分复杂，至今还未完全阐明清楚。许多研究人员都致力于矽肺纤维化机制的研究，而其中大部分的研究方法是使用动物模型来模拟肺纤维化的过程以探讨其机制。经典理论认为粉尘导致肺纤维化是一个慢性、有诸多生物学因素参与的生理病理过程，完整的矽肺动物模型的建立可以为发病机制及治疗方面的研究提供良好的工作基础。
建立动物疾病或损伤模型的意义在于最大程度地模仿致病因素引发疾病或损伤的病理过程。因此判断动物模型优劣的决定因素在于与人体实际患病的近似程度。矽肺系因通过呼吸道吸入游离二氧化硅粉尘而致病，必然会出现一定的临床表现和病理形态学改变，并可能出现功能异常和代谢异常，其中病理改变最为客观、直接、可靠的标准。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于矽肺研究的装置及方法，解决现有的问题，方便简单地建立有效的矽肺动物模型，为矽肺发病机制及治疗方面的研究提供良好的工作基础，同时为矽肺动物模型提供了客观、直接、可靠的标准。
为了达到上述目的，本发明提供了一种用于矽肺动物模型的建立装置，其中，所述的装置由上至下分为相通的三部分，上部为矽尘气溶胶发生装置，中部为动物染尘柜；下部为废气处理装置；所述的矽尘气溶胶发生装置用于矽尘发生，包含罐体以及设置在罐体内的矽尘搅拌装置，与设置在罐体底部的漏板；所述的染尘柜内部设有上层和下层，上层为矽尘气溶胶混匀装置，下层为大鼠固定吸尘装置；所述的废气处理装置设有开口，该开口连接过滤除尘袋；该用于矽肺动物模型的建立装置的各连接处均作密封处理。
上述的用于矽肺动物模型的建立装置，其中，所述的矽尘气溶胶发生装置内的矽尘搅拌装置设有不锈钢刮板，刮板顶部与矽尘气溶胶发生装置外设置的电机连接。
上述的用于矽肺动物模型的建立装置，其中，所述的矽尘气溶胶发生装置，其罐体为有机玻璃材质的圆柱形外壳，其内装入石英砂，按质量百分比计其游离二氧化硅的含量大于99％，粒径为8000目，通过电机调节刮板转速得到染尘浓度为1000mg/m3的矽尘气溶胶。
上述的用于矽肺动物模型的建立装置，其中，所述的漏板为设有若干通孔的圆形不锈钢平板，通孔直径为2mm，落尘通过通孔进入下方的染尘柜；漏板的直径与罐体的内径相适配。
上述的用于矽肺动物模型的建立装置，其中，所述的染尘柜为有机玻璃材质的中空圆柱形结构，上层的矽尘气溶胶混匀装置在圆柱形的外壳侧壁上沿圆周均匀设有若干通气孔，通气孔的直径范围为8～10mm；外界压缩空气通过通气孔进入染尘柜上层的矽尘气溶胶混匀装置，将矽尘气溶胶发生装置的落尘混匀为矽尘气溶胶。
上述的用于矽肺动物模型的建立装置，其中，所述的染尘柜，其下层的大鼠固定吸尘装置由上至下也分为两层，每层设有若干大鼠染尘口，每个染尘口分别外接单个动物固定瓶。
上述的用于矽肺动物模型的建立装置，其中，所述的大鼠固定吸尘装置，每层在圆柱形的外壳侧壁上沿圆周均匀设有7个大鼠染尘口；所述的大鼠染尘口也作为采样口。
上述的用于矽肺动物模型的建立装置，其中，所述的废气处理装置为中空的圆柱形，其侧壁上设有开口，开口外接过滤除尘袋，将含尘空气净化后排放。
本发明还提供了一种通过所述的装置建立矽肺动物模型并进行评价的方法，其中，所述的方法包含矽肺发生炎性阶段动物模型建立与评价，以及矽肺发生纤维化阶段动物模型建立与评价两部分；其均包含将实验动物分别放入动物固定瓶中，以游离二氧化硅含量大于99％的、浓度为1000mg/m3的矽尘，通过自然吸入途径进行染尘。
上述的建立矽肺动物模型并进行评价的方法，其中，所述的矽肺发生炎性阶段动物模型染尘14～28天，然后通过检测包含肺组织羟脯胺酸含量、肺组织转化生长因子β1含量、肺组织苏木精-伊红染色以及天狼猩红染色肺组织I型胶原的指标，确定该矽肺炎性阶段动物模型建立；所述的矽肺发生纤维化阶段动物模型染尘60天，然后通过检测包含肺组织羟脯胺酸含量、肺组织苏木精-伊红染色、肺组织Masson染色及天狼猩红染色肺组织I型胶原与III型胶原纤维的指标，确定该矽肺纤维化阶段动物模型建立。
本发明提供的用于矽肺动物模型的建立装置及其评价方法具有以下优点：
该装置结构简单合理，成本低廉，材料易得，便于制备和操作。通过本发明能够方便地建立有效的矽肺动物模型，其与人体实际患病的近似程度高，用来模拟肺纤维化的过程以探讨其机制，可以最大程度地模仿致病因素引发疾病或损伤的病理过程，为矽肺发病机制及治疗方面的研究提供良好的工作基础，对预防矽肺的发生发展、预后及治疗具有重要意义。本发明同时还为矽肺动物模型提供了客观、直接、可靠的评价标准。
附图说明
图1为本发明的用于矽肺动物模型的建立装置的示意图。
图2为本发明的用于矽肺动物模型的建立装置的三部分示意图。
图3为本发明的用于矽肺动物模型的建立装置的矽尘气溶胶发生装置示意图。
图4为本发明的用于矽肺动物模型的建立装置的矽尘气溶胶混匀装置示意图。
图5为本发明的用于矽肺动物模型的建立装置的大鼠固定吸尘装置示意图。
图6为本发明的用于矽肺动物模型的建立装置的废气处理装置图。
图7为本发明的建立矽肺动物模型并进行评价的方法中肺组织苏木精-伊红染色图。
图8为本发明的建立矽肺动物模型并进行评价的方法中肺组织Masson染色图。
图9为本发明的建立矽肺动物模型并进行评价的方法中肺组织天狼猩红染色图。
其中：1、矽尘气溶胶发生装置；2、染尘柜；3、废气处理装置；4、罐体；5、矽尘搅拌装置；6、漏板；7、刮板；8、电机；9、矽尘气溶胶混匀装置；10、通气孔；11、压缩空气泵；12、大鼠固定吸尘装置；13、隔板；14、染尘口；15、动物固定瓶；16、开口；17、过滤除尘袋。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
如图1～6所示，本发明提供的用于矽肺动物模型的建立装置，该装置由上至下分为相通的三部分，上部为矽尘气溶胶发生装置1，中部为动物染尘柜2；下部为废气处理装置3；矽尘气溶胶发生装置1用于矽尘发生，包含罐体4以及设置在罐体4内的矽尘搅拌装置5，与设置在罐体4底部的漏板6；染尘柜2内部设有上层和下层，上层为矽尘气溶胶混匀装置9，下层为大鼠固定吸尘装置12；废气处理装置3设有开口16，该开口16连接过滤除尘袋17；该用于矽肺动物模型的建立装置的各连接处均作密封处理。
矽尘气溶胶发生装置1内的矽尘搅拌装置5设有不锈钢刮板7，刮板7顶部与矽尘气溶胶发生装置1外设置的电机8连接。刮板7优选为竖直设置的等腰三角形不锈钢板，其中间对称轴处设有纵向的转轴，转轴向上延伸出罐体4顶部，并与罐体4外设置的电机8连接，电机8优选为无极变速电机，为搅拌器即矽尘搅拌装置5提供动力。
矽尘气溶胶发生装置1的罐体4为有机玻璃材质的圆柱形外壳，其内装入石英砂，按质量百分比计其游离二氧化硅的含量大于99％，粒径为8000目，根据染尘柜2下层的大鼠固定吸尘装置12上设置的采样口处的采样浓度，通过电机8调节刮板7转速，得到染尘浓度为1000mg/m3的矽尘气溶胶。圆形罐体4优选为直径15cm，高度20cm。
漏板6为设有若干通孔的圆形不锈钢平板，通孔直径为2mm，落尘通过通孔进入下方的染尘柜2；漏板6的直径与罐体4的内径相适配。即，漏板6将矽尘气溶胶发生装置1和动物染尘柜2隔开，漏板6上的通孔设置在刮板7一侧，漏板6是带不同直径通孔的不锈钢板，漏板6的直径同透明罐体4。矽尘发生装置罐体4中，通过漏板6，借助刮板7作用，将定量粉尘落入下层。搅拌刮板7紧贴底面，转速越高，从通孔落尘越多，呈正比例关系。
染尘柜2为有机玻璃材质的中空圆柱形结构，上层的矽尘气溶胶混匀装置9在圆柱形的外壳侧壁上沿圆周均匀设有若干通气孔10，通气孔10的直径范围为8～10mm；采用外接的压缩空气泵11，使外界压缩空气通过通气孔10进入染尘柜2上层的矽尘气溶胶混匀装置9，将矽尘气溶胶发生装置1的落尘混匀为矽尘气溶胶。通气孔10作为压缩空气入口，连接空气压缩机，提供气溶胶空气来源，通气孔10数量优选为6个。矽尘气溶胶混合装置的作用是制作矽尘气溶胶。矽尘气溶胶混匀装置9与大鼠固定吸尘装置12之间优选地设有透明玻璃隔板13，隔板13上均匀布满直径2mm的孔，隔板13中间为直径8mm孔连接压缩空气，作用是进一步均匀化气溶胶。
染尘柜2下层的大鼠固定吸尘装置12由上至下也分为两层，每层设有若干大鼠染尘口14，每个染尘口14分别外接单个动物固定瓶15。
大鼠固定吸尘装置12每层在圆柱形的外壳侧壁上沿圆周均匀设有7个大鼠染尘口14；大鼠染尘口14也作为采样口。即，大鼠固定吸尘装置12共2层，每层均匀分布7个大鼠染尘口14或粉尘浓度采样口，作用是作为动物固定瓶15(动物染尘瓶)接口和用于粉尘浓度浓度采样。
废气处理装置3即废气净化装置，为中空的圆柱形罐状，用于过滤含尘尾气，其侧壁上设有开口16，开口16外接过滤除尘袋17，将含尘空气净化后排放。收集净化处理后的空气过滤回用。
本发明还提供了通过该装置建立矽肺动物模型并进行评价的方法，该方法包含矽肺发生炎性阶段动物模型建立与评价，以及矽肺发生纤维化阶段动物模型建立与评价两部分；其均包含将实验动物分别放入动物固定瓶15中，以游离二氧化硅含量大于99％的、浓度为1000mg/m3的矽尘，通过自然吸入途径进行染尘。
矽肺发生炎性阶段动物模型染尘14～28天，然后通过检测包含肺组织羟脯胺酸(HYP)含量、肺组织转化生长因子β1(TGF-β1)含量、肺组织苏木精-伊红(HE)染色以及天狼猩红染色肺组织I型胶原的指标，确定该矽肺炎性阶段动物模型建立；矽肺发生纤维化阶段动物模型染尘60天，然后通过检测包含肺组织羟脯胺酸含量、肺组织苏木精-伊红染色、肺组织Masson染色及天狼猩红染色肺组织I型胶原与III型胶原纤维的指标，确定该矽肺纤维化阶段动物模型建立。Masson染色是用两种或三种阴离子染料混合，胶原纤维呈蓝色，肌纤维呈红色，是用来显示组织中纤维以及炎性因子的染色方法之一。
下面结合实施例对本发明提供的用于矽肺动物模型的建立装置及其评价方法做更进一步描述。
实施例1
一种用于矽肺动物模型的建立装置，主要由3部分组成，上部为矽尘气溶胶发生装置1，中部为动物染尘柜2，下部为废气处理装置3。
矽尘气溶胶发生装置1为矽尘发生装置，由带不锈钢刮板7的矽尘搅拌装置5、底部带孔的不锈钢漏板6及圆柱形罐体4组成，受试物为游离二氧化硅含量大于99％的石英砂组成，粒径为8000目，染尘浓度为1000mg/m3，根据采样口浓度调整刮板7转速得到该浓度水平的矽尘气溶胶；不锈钢板上孔为直径2mm，位置在刮板7一侧；圆形罐体4为有机玻璃材质，直径为15cm，高度为20cm。
染尘柜2为有机玻璃材质，直径15cm，高30cm圆柱形结构，内部分为上、下两层。上层为矽尘气溶胶混匀装置9，由外界压缩空气通过四周6个直径为10mm的孔进入上层柜体，将矽尘气溶胶发生装置1落尘混匀为矽尘气溶胶；下层为大鼠固定吸尘装置12，也分为上下2层，每层设置7个染尘口14，大鼠染尘口14兼顾采样口。每个染尘口14外接单个动物固定瓶15。
废气处理装置3设置有开口16，连接过滤除尘袋17，将含尘空气净化后排放；收集净化处理后过滤回用。
实施例2
通过用于矽肺动物模型的建立装置，建立矽肺动物模型并进行评价的方法，包含矽肺发生炎性阶段动物模型建立与评价，以及矽肺发生纤维化阶段动物模型建立与评价两部分；其均包含将实验动物分别放入动物固定瓶中，以游离二氧化硅含量大于99％的、浓度为1000mg/m3的矽尘，通过自然吸入途径进行染尘。
模型建立评价指标如下。
1、评价指标选择。
肺组织羟脯胺酸(HYP)含量：对肺组织第3、14、28、60天的HYP含量进行检测，随着染尘时间延长，含量呈上升趋势，含量最高点为60天。
肺组织转化生长因子β1(TGF-β1)含量：对肺组织第3、14、28、60天的TGF-β1含量进行检测，随着染尘时间延长，含量呈先上升后降低趋势，在28天达到最高值。
肺组织苏木精-伊红(HE)染色：第3d时肺泡间隔增厚，肺泡壁及局部周围血管可见少量炎性细胞浸润；第14d时支气管上皮细胞水肿变性，细胞肿胀，支气管周围可见大量炎性细胞浸润；第28d时局部肺泡结构紊乱，肺泡壁及肺泡结构不清，并伴有少量出血，局部肺泡腔内可见大量巨噬细胞聚集，肺泡壁广泛增厚；第60d时大部分肺泡结构紊乱，肺泡壁广泛增厚，腔内有大量巨噬细胞浸润，有炎性结节并融合。参见图7所示。
肺组织Masson染色：第3d时局灶性肺泡腔内巨噬细胞聚集，胶原纤维沿着肺泡壁分布，肺泡腔内未见明显的胶原纤维；第14d时肺泡腔内巨噬细胞聚集，肺泡腔内见少量胶原纤维增生；第28d时肺泡腔内巨噬细胞大量聚集，肺泡腔内大量胶原纤维增生，肺泡结构紊乱。第60d时大量胶原纤维增生，出现明显的纤维结节。参见图8所示。
肺组织天狼猩红染色：随着时间延长，I型胶原呈现先升高后降低趋势，在第28天达到最高值；随着时间延长，III型胶原呈现上升趋势，到28天趋于稳定；随着时间延长，I/III胶原纤维比值呈增加趋势。参见图9所示。
2、模型建立评价指标组合。
矽肺发生炎性阶段动物模型建立指标：以1000mg/m3浓度矽尘(游离二氧化硅含量大于99％)通过自然吸入途径染尘14～28天，通过检测肺组织羟脯胺酸、TGF-β1含量、肺组织HE染色及天狼猩红染色肺组织I型胶原，即可建立该矽肺炎性阶段动物模型。
矽肺发生纤维化阶段动物模型建立指标：以1000mg/m3浓度矽尘(游离二氧化硅含量大于99％)通过自然吸入途径染尘60天，通过检测肺组织羟脯胺酸含量、肺组织HE染色、肺组织Masson染色及天狼猩红染色肺组织I型胶原与III型胶原纤维，即可建立该矽肺纤维化阶段动物模型。
本发明提供的用于矽肺动物模型的建立装置及其评价方法，该装置由上至下分为相通的三部分，上部为矽尘气溶胶发生装置，中部为动物染尘柜；下部为废气处理装置。该方法包含矽肺发生炎性阶段动物模型建立与评价，以及矽肺发生纤维化阶段动物模型建立与评价两部分；其均包含将实验动物分别放入动物固定瓶中，以游离二氧化硅含量大于99％的、浓度为1000mg/m3的矽尘，通过自然吸入途径进行染尘，再通过对评价指标选择和检测，确定矽肺动物模型的建立。本发明能够方便简单地建立有效的矽肺动物模型，为矽肺发病机制及治疗方面的研究提供良好的工作基础，同时为矽肺动物模型提供了客观、直接、可靠的标准。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种用于矽肺动物模型的建立装置，其特征在于，所述的装置由上至下分为相通的三部分，上部为矽尘气溶胶发生装置，中部为动物染尘柜；下部为废气处理装置；
所述的矽尘气溶胶发生装置用于矽尘发生，包含罐体以及设置在罐体内的矽尘搅拌装置，与设置在罐体底部的漏板；
所述的染尘柜内部设有上层和下层，上层为矽尘气溶胶混匀装置，下层为大鼠固定吸尘装置；
所述的废气处理装置设有开口，该开口连接过滤除尘袋；
该用于矽肺动物模型的建立装置的各连接处均作密封处理。
2.如权利要求1所述的用于矽肺动物模型的建立装置，其特征在于，所述的矽尘气溶胶发生装置内的矽尘搅拌装置设有不锈钢刮板，刮板顶部与矽尘气溶胶发生装置外设置的电机连接。
3.如权利要求2所述的用于矽肺动物模型的建立装置，其特征在于，所述的矽尘气溶胶发生装置，其罐体为有机玻璃材质的圆柱形外壳，其内装入石英砂，按质量百分比计其游离二氧化硅的含量大于99％，粒径为8000目，通过电机调节刮板转速得到染尘浓度为1000mg/m3的矽尘气溶胶。
4.如权利要求1所述的用于矽肺动物模型的建立装置，其特征在于，所述的漏板为设有若干通孔的圆形不锈钢平板，通孔直径为2mm，落尘通过通孔进入下方的染尘柜；漏板的直径与罐体的内径相适配。
5.如权利要求1所述的用于矽肺动物模型的建立装置，其特征在于，所述的染尘柜为有机玻璃材质的中空圆柱形结构，上层的矽尘气溶胶混匀装置在圆柱形的外壳侧壁上沿圆周均匀设有若干通气孔，通气孔的直径范围为8～10mm；外界压缩空气通过通气孔进入染尘柜上层的矽尘气溶胶混匀装置，将矽尘气溶胶发生装置的落尘混匀为矽尘气溶胶。
6.如权利要求5所述的用于矽肺动物模型的建立装置，其特征在于，所述的染尘柜，其下层的大鼠固定吸尘装置由上至下也分为两层，每层设有若干大鼠染尘口，每个染尘口分别外接单个动物固定瓶。
7.如权利要求6所述的用于矽肺动物模型的建立装置，其特征在于，所述的大鼠固定吸尘装置，每层在圆柱形的外壳侧壁上沿圆周均匀设有7个大鼠染尘口；所述的大鼠染尘口也作为采样口。
8.如权利要求1所述的用于矽肺动物模型的建立装置，其特征在于，所述的废气处理装置为中空的圆柱形，其侧壁上设有开口，开口外接过滤除尘袋，将含尘空气净化后排放。
9.一种通过如权利要求1～8中任意一项所述的装置建立矽肺动物模型并进行评价的方法，其特征在于，所述的方法包含矽肺发生炎性阶段动物模型建立与评价，以及矽肺发生纤维化阶段动物模型建立与评价两部分；其均包含将实验动物分别放入动物固定瓶中，以游离二氧化硅含量大于99％的、浓度为1000mg/m3的矽尘，通过自然吸入途径进行染尘。
10.如权利要求9所述的建立矽肺动物模型并进行评价的方法，其特征在于，所述的矽肺发生炎性阶段动物模型染尘14～28天，然后通过检测包含肺组织羟脯胺酸含量、肺组织转化生长因子β1含量、肺组织苏木精-伊红染色以及天狼猩红染色肺组织I型胶原的指标，确定该矽肺炎性阶段动物模型建立；所述的矽肺发生纤维化阶段动物模型染尘60天，然后通过检测包含肺组织羟脯胺酸含量、肺组织苏木精-伊红染色、肺组织Masson染色及天狼猩红染色肺组织I型胶原与III型胶原纤维的指标，确定该矽肺纤维化阶段动物模型建立。
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