JP2018064944A

JP2018064944A - 実験動物心電図用電極装置

Info

Publication number: JP2018064944A
Application number: JP2017212248A
Authority: JP
Inventors: 尚英笠原; Hisahide Kasahara
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2018-04-26

Abstract

【課題】薬効などを調べるのに心電図を記録する時、実験動物を何らかの拘束やストレスを与えながら記録していたが、平静の状態での心電図とは異なり、本来の適正な結果が得られにくい。【解決手段】実験動物が無拘束で平静な状態で、心電図記録をとる為には、快適な環境であるところが用意されていれば、実験動物自身の行動によって、心電図電極に乗り心身の安定した状態での本来の心電図記録できる。その環境を本装置が提供することにより解決可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、薬理実験、研究において、先天性や後天性の障害対策への投薬における薬の効果を心電図により確かめる為、実験動物の心電図を記録する補助装置として利用する。

心電図から得られるデータには心拍数、心拍変動、心拍変動より呼吸数解析、心房波解析刺激伝導系解析、心室収縮から拡張終了までの解析、心室肥大、心筋障害などの解析に役立つ波形記録が得られる。

現在は薬の効果を確かめる為の心電図記録は動物実験が先に行われている。対象動物には一般には心電図記録用の装置を背負わせ、心電図電極等は動物に記録装置などと一緒に動物が破損出来ないようにチョッキなどを着せて記録を行う。

ところが、最初の実験を行う動物としては、ラットやマウスを用いる。だが心電図記録の心電図電極、コード、心電図記録計などはかみ切るなどして破損されてしまう。そこで現在は麻酔下のもとで心電図電極を貼り付け、または針電極を刺し心電図を記録する。この様な拘束状態では弊害としてストレスを受けた状態では本来の状態とはいえず正確な心電図記録ではない。

無拘束ではあるが、心電図用送信機を皮下に埋込み手術を行い無線にて心電図を記録する方法があるが手術での完治や金銭的負担などの弊害がある。その他にも、無拘束の心電図記録装置も存在するが、実験動物の行動が自由すぎて、安定した記録がとりにくいと考えられる。

特開２００６−１４１４６７特開２０００−２３７１５７特願２００８−５０７８３８

ラットやマウスにおいて、投薬の効果を検証する為の心電図記録をしようとするときには動物の動きを押さえる為に麻酔などを施し、動物を保定装置に固定し手足に、挟み電極で挟むか、針電極を刺しで記録する。これでは拘束状態での心電図記録となり真のデータとは異なる場合がある。

あるいは手術によりテレメータ送信機を動物に埋込み無線で心電図を送受信し、受信後の心電図を記録する。この方法では動物に麻酔をかけ、昏睡中に表の皮膚を切開し、心電図送信機を皮下に埋込まなければならない。それには動物に麻酔注射をするか、ガス麻酔によって昏睡状態にしなければならない。麻酔注射においては動物が人間を怖がり以後の取り扱いがむずかしくなる。ガス麻酔では設備投資等が必要であり、手術中は麻酔管理が必要となる。

手術後は皮膚の傷の安定とともに、電極が安定するまでの時間、数日から一週間程度必要となる。動物の一生の長期間データが必要の時埋込みで送信機の電池が動作するように管理しなければ、新しい送信機と交換するには再度手術が必要になる。それに送信機の体内固定がしっかり固定されないと長時間経過後では送信機自体の位置がずれてしまうことがある。

このような動物に負荷を与えての心電図記録及び解析には本来の自発行動時における状態とは異なり、ストレス状態なので正確な心電図記録データ及び解析とはならず、かつ簡単な実験には不向きである。また、現在市販されている心電図記録装置は無拘束な状態での記録できる装置があるが、定位置で自発行動により決められた電極に長時間手足を乗せることが難しい。

本発明の課題は、本来の覚醒状態で自発行動時において無拘束にてける心電図を記録することにより記録した心電図から体の状態や投薬における効果を正確に検証できるようにすることにある。

本発明による実験動物心電図用電極装置は、筒状に形成された本体１と、前記本体の内側に配置された加熱素子２と、前記本体の底部には実験動物の手足の対応位置に配置された手足用電極７，８，９，１０と、前記実験動物の頭部の顎の対応位置に配置された顎用電極１６と、前記加熱素子により前記本体内を適温に保持するための制御装置１９と、前記手足用電極と顎用電極の出力信号を増幅する増幅装置２５とを備えたことを要旨としている。

また、前記顎用電極１６は、前記実験動物の顎が載せられる枕状に形成され、さらに前記実験動物の頭部の左右に頭部左右制限板１５を設け、前記実験動物の頭部を位置決めするとともに前記顎を前記顎用電極に対応させようにしている。

さらに、前記本体内の左右の壁や天井部は、前記実験動物の体格に合わせて拡幅変更可能の構成することが望ましい。

ラットやマウス等の実験動物が無拘束の心電図記録の装置が存在するが、心電図検出装置の上に同一位置及び姿勢で一定時間とどまっての心電図記録が難しい。そこで動物にとって、適温で、快適環境であると、十分な時間、落ち着くことができる。動物は一般に横になり、丸くなって寝ることが多いが、本体１は体全体が上下左右の壁と共に顎が載せられる台により、腹ばいの姿勢になり易い。長時間安定させるには、顔の下に顎を乗せる台があれば、ストレスを与えることがなく、本来の自然状態での心電図が記録できる。
心電図検出には心電図電極に毛皮で覆われていない手足の皮膚で直接心電図の検出する手足用電極７〜１０に乗ることにより、心電図の記録が取れる。動物それぞれの個体により、前足を顎の下にする場合が有り、顎用電極１６の設置により、両前足共通とした頭部から足方向の人間で言うＹ垂直軸方向の心電図としての入力もできる様にした回路を組み込むことにより、長時間好みの姿勢で留まることが出来、心電図も常に検出来る。本体には心電図の増幅装置２５の一部として前置増幅器を搭載することにより、電気的な外部雑音が混入しにくくなる。

顎を顎用電極１６に載せた時、頭部の左右ガイドを設置することにより体が前に出すぎることを防止し、体の位置が決まり、前足、後足の位置が決まりやすい。

ケージ入りの動物進入口側からの本体（カバー蓋なしの図）動物頭部側からの本体心電図検出装置本体の（動物進入口から見た）断面図体格差による内部拡幅変更可能とする本体心電図増幅装置内蔵の制御装置２チャンネル心電図増幅装置の構成１チャンネル心電図増幅装置の構成

動物は本来快適な気温のところ好む。それぞれの動物によって適温はある。ラット、マウスなどの実験動物にとっても周囲温度が快適な温度のところにとどまりたい傾向があるので、周囲の温度を少し寒くかじられる温度まで低い方が良く、自分の身を隠すところがあれば安心をするのでその性質を利用し、トンネル状の本体１を設け、内部を適度に温めることにより、自発的に適温のところに入り込む。図１本体の様な枠で囲まれた空洞のある装置で、その内部が快適であればその中にとどまりやすい。

本体１の内部が好みの快適温度を体験すれば記憶する。このような行動は人間になれたマウスが寒い時期に人間の手が暖かい状態で何回か包み込むと人間の手から逃れたいので外を覗くしぐさするが、寒い外気には当たりたくないので手の中に入り込む行動をする。この様な行動を参考にして、自発行動を利用した心電図検出装置（本体１）である。

内部温度としてはラット、マウスなどの場合は、体温が少し高く３７〜３９℃であるので、少し低い温度で３５℃〜３９℃程度が良いと思われる、外部はできるだけ寒さを感じる温度ならさらに快適な環境に入り込みやすい。

このような環境を構成するため、図１のケージ１３内に本体１の様な構造のトンネル状の装置を設置し、左右壁面に加温素子２としてペルチェ素子を埋込み、内部を温め、外部を冷やす様に電流を流し、内部を快適な温度まで加温する。内部加温にヒーターを用いた場合内外共に温度が上がるのでケージ内温度に注意をする。

本体の底部にはラットやマウスが入ったとき、手足が心電図用に配置した導電体の手足用電極７〜１０を踏むように配置しておく。動物は手足の接地部は皮膚が直接出ており、人間の心電図測定と同様皮膚表面から直接心電図が検出できる。

心電図はある程度長時間記録しないと結果が得られない計測項目があるので、内部に留まりやすくするには、昼寝の様な睡眠環境も整えかつ、心電図検出が出来る必要がある。
実験的に、観察したところ、直接顔を両手の重ねた上に乗せるかあるいは、顔を壁面の隅のところなどに当て、顔を立てた状態で休んでいることがある。

そこで顎を乗せる少し高めな台１６を用意すると、その台１６に両前足を乗せ、その上に顎を乗せる行動が有り、この場所には休息場所あるいは睡眠場所として一定時間は留まっていることが分かった。それに顎をのせる台１６を用意すると体の前後位置が決まり、心電図の手足用電極位置７〜１０も決定しやすい。

顎をのせる台１６つまり、顎用電極１６を設置したときには頭部は左右の角度にあまり回らない様に、制限するため左右にガイド板の様な制限板を設ける。これにより頭部位置が定位置での姿勢が保ちやすい。

動物の入るトンネル状の本体部１は例えば、図１に示す角状にし、内側の大きさを対象動物によって寸法を左右幅、高さを合わせられる様にし、本体の左右の壁３，４の部分は２重壁とし、例えば、その２重壁の間に加熱素子２としてペルチェ素子２等を挟み込む。ペルチェ素子２には、内部は加温し、外部は冷却するように電流を流す。温度制御のため内側壁面に温度センサーを取り付け、温度信号を図５の制御装置１９に送り動物にとっての適温に温度制御を行う。

本体内の底面の前後左右の位置に心電図検出用の手足用電極７〜１０を取り付け、動物が足を乗せることにより、心電図の検出記録が出来るようにする。また、頭部に動物が過ごしやすい様に顎台１６を設置し、左右に頭部の制限板１５を設けることにより頭部位置が決まり、自然と全部の足位置が決まることになる。この装置を心電図検出装置本体１とする。

心電図は基本的に、両手足で計測する。図１及び図６で示す、手足電極７〜１０は、右前足はＲＡ、左前足はＬＡ、とする。右後足はＲＦ，左後足はＬＦで示している。そこに足をのせ、１チャンネル出力には左右の前足からの心電図の第Ｉ誘導心電図を、２チャンネル出力には右前足と左後足からの心電図の第ＩＩ誘導心電図をそれぞれ検出できる。各チャンネルの心電図出力は、前置増幅器等の増幅装置により図５の１ｃｈ、２ｃｈのＥＣＧＯＵＴ端子２２で出力する。Ｒ３は過電流保護抵抗とし、手足用電極（右後足用ＲＦ）９を心電図アースとして用いる。

ところが顎台１６に両前足を乗せる場合が有り左右前足用電極７，８では第Ｉ誘導心電図検出が出来なくなるので顎用電極（ＣＴ）１６、ともう一方の手足用電極（左後足用ＲＦ）９にて検出する。その場合図６で示した様な高抵抗Ｒ１，Ｒ２を組み込んだ回路構成にしておけば１チャンネルの第Ｉ誘導心電図の出力は出なくなるが、２チャンネルの出力は体の垂直方向つまり心電図の頭部から足方向の第ＩＩ誘導心電図に近いＹ軸方向心電図出力が得られる。

簡易心電図出力方法として、図７で示した回路構成通り左右前足、顎用電極１６は共通入力とし、後左足との信号をもう一方の信号として１チャンネルの心電図前置増幅器１１を通して１チャンネルとしてＹ軸方向心電図出力とすることも可能である。Ｒ４は過電流保護抵抗とし、手足用電極（右後足用ＲＦ）９を心電図アースとして用いる。

本体１の心電図出力としては電気的な外来雑音を減らすため、前置増幅器１１を内蔵させて増幅し、インピーダンスも下げて、さらに温度制御装置１９内の増幅装置２５にて、心電図出力として、心電図出力コネクター２２より出力する。

この本体の温度コントロールには図５のような制御装置１９で用いて行う。温度は制御装置の温度設定にはそれほど正確さは必要ないので、ケージ内温度及び心電図検出装置内の温度設定が簡単に行える様に可変抵抗器２０の目盛で温度設定する。

手足用心電図電極板７〜１０は左右内壁３と同じ様に暖まる構造にしておくと、動物がなじみやすい。本体１の左右壁内３に加熱素子２としてヒーターを用いた場合には特にケージ内の温度が上り過ぎることがあるので周囲の温度は上げ過ぎない様に注意を要する。

ラットやマウスは成長して、体も大きくもなり、餌によっては太ることがある。その場合、円筒状の心電図検出装置であるならば円筒部を大きなものに変更しなければならない。図４の様に本体１においては左右壁３，４の取り付け部をネジ１７、１８の位置のスライドや位置変更などにより左右の幅や天井板１４の高さが変更出来ることにより動物の体格が少し異なる場合にも適用できる。

動物にとって、周囲が寒さを感じる様にするため、ケージ１３内に簡単な冷却器を設置し、温度を下げるか、本体とケージの周囲を実験動物用の恒温槽で冷やす方法もある。ラットやマウスがケージ内で少し寒く間感じられる温度に下げた方がよい。

１本体（心電図検出装置）
２加熱素子（ペルチェ素子又はヒーター）
３ペルチェ素子使用時では冷却カバー（外側）
４加温カバー（内側）
５四肢誘導心電図電極内臓ベース台
６動物進入方向
７手足用電極（右前足用ＲＡ）
８手足用電極（左前足用ＬＡ）
９手足用電極（右後足用ＲＦ）
１０手足用電極（左後足用ＬＦ）
１１前置増幅器
１２制御信号ケーブル
１３プラスチック製透明ケージ
１４動物高さ制限板
１５頭部左右制限板
１６顎台用電極（ＣＴ）
１７ネジ位置による内部幅変更ネジ
１８ネジ位置による内部高さ変更ネジ
１９制御装置
２０本体内の温度制御器
２１制御信号接続コネクター
２２心電図出力コネクター
２３電源スイッチ
２４電源ランプ
２５増幅装置（心電図前置増幅器含む）

Claims

筒状に形成された本体と、前記本体の内側に配置された加熱素子と、前記本体の底部には実験動物の手足の対応位置に配置された手足用電極と、前記実験動物の頭部の顎の対応位置に配置された顎用電極と、前記加熱素子により前記本体内を適温に保持するための制御装置と、前記手足用電極と顎用電極の出力信号を増幅する増幅装置とを備えたことを特徴とする実験動物の心電図用電極装置。
前記顎用電極は、前記実験動物の顎が載せられる枕状に形成され、さらに前記実験動物の頭部の左右にガイド板を設け、前記実験動物の頭部を位置決めするとともに前記顎を前記顎用電極に対応させた請求項１に記載の実験動物の心電図用電極装置。
前記本体内の左右の壁や天井部は、前記実験動物の体格に合わせて拡幅変更可能の構成した請求項１に記載の実験動物の心電図用電極装置。