NO840907L - Pusteapparat - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører apparater for animalsk forsk-ning for utsettelse av animalia i laboratorier hvor kontroller-te enviroxnentale contaminanter og mer spesielt forsøksapparat benyttet i inhalasjonstoksikologiforskning hvor små laborator-animalia utsettes for toksiske aerosoler for determinasjon av deres effekt.

Moderne teknologi har økt virkningen av en stor mengde forbindelser i omgivelsen. Virkningen av å bli utsatt for slike forbindelser kan til en viss grad forutsies ved toksikologisk evaluering. Utsetting av respiratorveiene for slike forbindelser er mindre forstått enn direkte ingestion. En spesiell teknologi med sikte på å øke kunnskapen om utsetting av luftveiene for forurensninger er utviklet.

Forskjellige apparater for inhaleringseksposisjon er blitt utviklet med den hensikt å tilveiebringe styrt forurensnings-nivå i forbindelse med dyr for å bestemme .deres innvirkning på disse dyr. Typisk plasseres flere dyr i et enkelt eksposisjons-kammer som fylles med en testatmosfære. Dyrene plasseres vanligvis i adskilte bur som ofte er stablet vertikalt. Denne anordningstype kalles ofte "whole body exposure"-teknikk.

En "bare nese-inhalering"-eksposisjonsteknikk byr på mange fordeler like overfor "whole-body exposure"-teknikk. Ved bare å eksponere dyrets nese for testmaterialet reduseres dermal eksposisjon og gastro-intestinal eksposisjon som skylles foring med forurenset f6r. Dermal eksposisjon og gastrointéstinal eksposisjon introduseres andre eksperimentelle variabler som ofte maskerer virkningen av ren inhalasjon, og derved fordel-aktig påvirker forståelsen av luftveienes ingestion. I tillegg tillater bare nese-inhalasjon eksposisjonteknikken bruken av mindre kammer for testatmosfæren. Denne størrelsesreduksjon tillater store konsentrasjoner av testmaterialet under anvendel-se av små mengder av samme. Disse høye konsentrasjoner er ofte påkrevet i forbindelse med evalueringsprotokoller som er opp-rettet ved de forskjellige reguleringsinstitusjoner såsom Environmental Protection Agency. Redusjon i antallet foruren-sede kamre, reduksjon i mengden av toksisk testmateriale som benyttes og redusert skinnforurensning tillater lettere ren-gjøring og større sikkerhet ved håndtering av toksiske test-materialer.

Et primert design kriterium for inhaleringseksposisjons - systemer benyttet i toksikologisk testing er at konsentrasjonen av testmaterialet som tilføres fra eksposisjonsplenum skal være den samme som konsentrasjonen ved forsøksdyrets åndesone.

Dette tillater at de biologiske effekter som observeres i for-søksdyret kan relateres til de aktuelle konsentrasjoner målt i eksposis jonsplenum for disse systemer. Annet hovedkriterium er at teknikken som benyttes resulterer i minst mulig stress og andre forhold som kan forandre den biologiske reaksjon fra for-søksdyret på det toksiske testmaterialet.

Mange forsøk er blitt gjort for å møte disse konstruksjons-kriteria, men ikke noe spesielt utkast er blitt funnet å være fullstendig aksepterbart. En gummikrave eller diafragma festet rundt halsen på dyret har blitt forsøkt. Et slikt diafragma er lite effektiv ettersom den alltid lekker og det er vanskelig å oppnå ordentlig tetning og det er også ubekvemt slik at stressnivået for dyret øker. Diafragma er vanligvis vanskelig i bruk og betøver ofte utskiftning fordi konstruksjonsmaterialet vanligvis er et tynt, bøyelig gummimateriale, f.eks. latex som revner lett, særlig når det utsettes i lengre tid for aerosoler, spesielt slike som inneholder oljer og fremskynder forråtnelse og annen destruksjon av latex.

I bedre utførelser har hovedproblemet vært forsøksdyrets evne til å ta nesen bort fra testmaterialet, særlig et spesielt obnoksisk testmaterialet og å puste inn på ny tidligere utpustet materiale isteden for den friske testatmosfæren. Enhver gjen-tatt pusting, enten frembragt ved testdyret som fjerner nesen fra materialet eller ved at tidligere ekshalert materiale foru-renser tilførselen av testatmosfæren, fører til feilaktige for-søksresultater ettersom eksposisjonskonsentrasjoner av test-materialer ikke lar seg bestemme med brukbar grad av pålitelig-het og nøyaktighet.

Denne oppfinnelse overvinner de forskjellige problemer som teknikkens stand er beheftet med ved å tilveiebringe et apparat og en fremgangsmåte for å eksponere dyr for testatmos-færer på en slik måte at dyrene utsettes for ensartet konsentrasjon av testatmosfære som i det vesentlige ikke inneholder ekshalert materiale.

I samsvar med oppfinnelsen er det tilveiebragt et inhale ringsapparat for å eksponere små laboratoriedyr til en testatmosfære som omfatter en holderrørinnretning for dyret som kan posisjonere dyrets nese i et bestemt punkt i rørinnretningen og hvor rørinnretningen er forsynt med innløpsinnretninger for testatmosfæren plassert i nærheten av den nevnte nese, og .hvor eksosutløpsinnretningen er plassert slik at testatmosfæren kan inhaleres av dyret og deretter ekshaleres bakenfor dyrets nese, slik at dyret utsettes for en ensartet konsentrasjon av testatmosfære som i det vesentlige ikke inneholder noe ekshalert materiale.

Oppfinnelsen tilveiebringer videre et system for eksponering av flere små laboratoriedyr samtidig for en testatmosfære som omfatter i kombinasjon flere holderrørinnretninger for dyr som nevnt ovenfor, en første fordelingskanal som forbinder hver rørinnretning slik at en kilde for testatmosfæren er i fluidforbindelse med innløpsinnretningene til hver rørinnretning og en annen plenumkanal som forbinder hver rørinnretning som er plassert slik at eksosUtløpsinnretninger av hver rørinnretning er i fluidforbindelse med den andre plenumkanalen slik at i det vesentlige alt ekshalert materiale og overskytende testatmosfære kan fjernes. Fortrinnsvis tilveiebringer en aerosolgenerator testatmosfærekilden og vakuuminnretninger i forbindelse med den andre plenumkanal opprettholder undertrykk i kanalen.

Oppfinnelsen omfatter videre en fremgangsmåte for å utsette nesen av et lite laboratoriedyr til testatmosfæren og som går ut på at dyret holdes i et rør slik at dyrets nese plasseres på et fiksert punkt, at testatmosfæren tilføres i nærheten av dyrets nese og at overskytende testatmosfære og respirasjonsprodukter ekshausteres bakenfor nesen av dyret etter at dyret har fått anledning til å puste inn testatmosfæren slik at testatmosfæren for dyrets nese inneholder i det vesentlige ingen ekshalerte materialer.

Fig. 1 viser hovedsakelig i: snitt et inhaleringsapparat for forsøksdyr utført i samsvar med oppfinnelsen,

fig. 2 viser et snitt gjennom et holderrør for dyr som kan brukes i apparatet ifølge fig. 1 og

fig. 3 viser et snitt gjennom rørets nesestykke.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen.

Fig. 1 viser et inhaleringsapparat 10 for forsøksdyr omfattende et antall holderrør 12 for forsøksdyrene, en fordelingskanal 14 og en samlekanal 16. Inhaleringsapparatet 10 transporterer testatmosfæren inn i holderrørene 12, forbi for-søksdyrets nese og ut gjennom utløp 18 og inn i samlekanalen 16. Strømningsbanen for testatmosfæren er vist med piler på fig. 1.

Testatmosfæren kommer inn i fordelingskanalen 14 gjennom innløp 20. Testatmosfæren kan tilføres ved hjelp av forskjellige innretninger, f.eks. nebulisatorer som fremstiller væske-dråpe aerosoler, støvgeneratorer, gassgeneratorer, gass-sylindre og ved å utsettes for omgivende atmosfære som opptrer naturlig eller dannet kunstig såsom automobileksos eller røk-pipe utslipp. Kilden for testatmosfæren er fortrinnsvis en aerosolgenerator (ikke vist) som inkorporerer testmaterialet, vanligvis en toksisk kjemisk forbindelse, inn i aerosolen. Aerosolgeneratoren kan være av forskjellige typer slik at en detaljert beskrivelse av samme ikke sees nødvendig for for-ståelse av oppfinnelsen. I en typisk aerosolgenerator, f.eks. Babbington nebulisator;strømmer renset, tørret, filtrert og komprimert luft gjennom en dyse som bringer den i forbindelse med testmaterialet for dannelse av en aerosol. Såsnart aerosolen er dannet, strømmer den vanligvis til og gjennom en aero-solavlader for å fjerne eventuell elektrisk ladning som kunne gjøre at aerosolpartiklene festes til hverandre under transport hvilket ville forårsake uønsket reduksjon av konsentrasjon og/eller økning av partikkelstørrelsen. Denne kondisjonerte aerosol utgjør den testatmosfære som gjennom passende ledninger føres til innløpet 20.

Innløpet 20 kan være festet til en trakt 22 som sikrer jevnere og ikke-turbulente utløp for testatmosfæren til fordelingskanalen 14. Traktvinkelen for trakten 22 velges slik at turbulensen blir minst mulig.

Ved den viste utførelse er fordelingskanalen 14 dannet mellom vegger 24, 26, trakten 22, en bunn 28 og et deksel 30 som tildels er vist i snitt.

Samlekanalen eller utløpskanalen 16 er dannet av veggene 24, 32, 34 og 36 på fig. 1. Utløpsledning 38 eller ledninger i forbindelse med et utløpskammer 16 er plassert nær enden av utløpskanalen, dvs. lengst borte fra innløpet 20. Utløpsled-ningen 38 er forbundet med en vanlig sugekilde (ikke vist).

Fig. 2 viser et holderrør 12 for forsøksdyr som kan brukes i apparatet ifølge oppfinnelsen. Røret inneholder et stempel 42 hvor plassering av dyret i riktig stilling og som brukes for å innstille lengden av rommet i røret 12 slik at forsøksdyrets nese vil befinne seg på et fiksert sted i røret, f.eks. direkte ved innløpet 40 for testatmosfæren. Innløpet danner forbindelsen mellom fordelingskanalen for testatmosfæren og rørets 12 indre.

Stemplet 42 brukes ikke til aktiv skyving av forsøksdyret fremover, men bare til innstilling av rørets indre dimensjon. Skyving av forsøksdyret vil føre til økning av stresspåkjenningen.

Innløpet 40 for testatmosfæren omfatter ifølge fig. 2 en flat maskeduk. På fig. 3 er innløpet vist som et konisk nesestykke 41. Maskeduken sikrer mere hoderom for dyret slik at stresspåkjenningen kan bli mindre. Det koniske nesestykket sikrer imidlertid videre styringen på dyrets nese. Dyret for-søker å gnage på det koniske nesestykket og gjør det ru og skarpt på innsiden. Denne oppgnagede overflate kan lage sår på dyrets lepper med den følge at stressnivået øker. Den flate maskeduk av tråd kan ikke tygges opp så lett slik at den elimi-nerer dette problem. Begge utførelser kan imidlertid brukes som tilfredsstillende innløp for testatmosfæren.

Holderrøret 12 som er vist på fig. 2 omfatter dessuten en avfallssamler 44. Veggene 45 og 46, stemplet 48 og holder-rørets bunn danner eller begrenser avfallssamleren 44. Samleren 44 er gjennom åpninger 50 og 52 i forbindelse med holder-rørets 12 indre, slik at urin og annet materiale kan renne av derfra og samle; seg i samleren 44. Stemplet 48 benyttes til lufttett avlukking av røret 12. Samlerinnretningen 44 reduse-rer muligheten for at forsøksdyret blir våt av sin egen urin, slik at stressnivået blir lavere og dermalabsorbsjon av testatmosfæren reduseres.

Utløp 18 kan omfatte flere lufteåpninger eller utløps-åpnihger anordnet rundt holderrøret 12 i nærheten.av dyrets hode. I det minste en slik åpning er nødvendig for at holder-rørets indre forbindes med samlekanalen 16 slik at overskytende testmateriale og annet ekshalert materiale kan fjernes fra holderrøret 12.

Samlekanalens 16 vegger 24 og 32 er fortrinnsvis forsynt med O-ring tetninger 54 og 56 rundt åpningen for innføring av holderrøret 12. Disse tetninger gjør forbindelsen lufttett og

gjør lettere uttagning og utskiftning av holderrøret 12 slik at dette kan være demonterbart. O-ring tetningene 62 og 64 sikrer lufttett anlegg mellom stemplet 42 og røret. Tilsvarende O-ring 70 tetter lufttett et plungerstempel 48. Gummikraver kan brukes likegodt som O-ring tetninger.

Flere holderrør for dyr er fortrinnsvis anordnet i avstand fra hverandre i et forskjøvet mønster med en avstand fra 40 til 70 mm mellom rørene som fastholdes i veggene 24, 32 av samlekanalen 16, slik at det er i det minste noe mellomrom mellom rørene og dermed en viss luftsirkulasjon og dermed mindre opp-samling av varme. En vifte kan benyttes for å forbedre luft-sirkulasjonen.

Materialene som brukes for bygging av apparatet ifølge oppfinnelsen er fortrinnsvis så inerte som mulig ovenfor test-materialene. Forskjellige glassmaterialer, plastmaterialer og metall-legeringer.er vanligvis materialer som benyttes.

Strømningsbanen for testatmosfæren som antydet med piler på fig.ler som følger: Testatmosfæren kommer inn i fordelingskanalen 14 gjennom innløpet 20 og deretter suges inn i holder-røret 12 for forsøksdyret gjennom innløpet 40 og til slutt suges ut av holderrøret inn i samlekanalen 16 gjénnom utløpet 18 som herfra gjennom utløpskanalen 38 er i forbindelse med undertrykkskilden. Testatmosfære-strømmen kan ytterligere effektiviseres ved tilføring av overtrykk ved innløpet 20 eller ved å opprettholde en trykkdifferanse mellom innløpet 20 og ut^løpet 38 eller ved kombinasjon av disse forskjellige midler.

I en foretrukket utførelse benyttes vakuumkilde til å suge testatmosfæren gjennom systemet. Når atmosfæren tømmes gjennom utløpet 18, strømmer den bakenfor dyrets nese og fortrinnsvis på tvers av i det minste dyrets hode, slik at dyret kan bare inhalere stadig skiftende frisk tilført testatmosfære som kan være representativ for en jevn konsentrasjon av testatmosfære som gjennom innløpet 20 kommer inn i fordelingskanalen 14. I det vesentlige alt ekshalert materiale suges ut av holderrøret 12 inn i samlekanalen 16 gjennom utløpsinnretningen 18. Strøm-men av både testatmosfære og ekshalert materiale går i det vesentlige samme véi fra innløpet 40 eller nesen av forsøksdyret og deretter over dyrets hode til utløpet 18 og videre til samle-kammeret 16. Av denne grunn kan ikke dyret påny puste inn det ekshalerte materiale i steden for det vanligvis mer obnoksiøse forsøksmaterialet, og videre nedsettes til minimum dermal-eksposisjon av testdyret med bare den delen av dyret plassert mellom innløpet 40 og utløpet 18 for testatmosfæren som er effektivt utsatt for samme. Holderrørets dimensjoner velges slik at avstanden mellom innløpet 40 og utløpet IB for testatmosfære holdes minimalt/mens forsøksdyrets nese fikseres ved minimalt stress for dyret.

Ekshalerte materialer og overskytende testatmosfære, dvs. atmosfære som ikke er inhalert av forsøksdyret, strømmer gjennom utløpet 18 til samlekanalen 16 og ut av utløpet 38. På denne måte kan ikke holderrøret forurenses eller på noen måte påvirkes av de tidligere benyttede materialer.

Dyr som benyttes ved toksikologisk testing og spesielt i et inhalerings eksposisjonsapparat som beskrevet her, er vanligvis små laboratoriedyr, såsom rotter, mus, hamstere, katter, marsvin, gerbiler og kaniner. Andre dyr kan også testes, men apparatet ifølge oppfinnelsen er spesielt for små laboratoriedyr såsom nevnt ovenfor. Disse små laboratoriedyr blir hverken tvangsholdt eller bundet (tjoret). Dyrenes nese holdes omtrent-lig på samme punkt som følge av dimensjonene på holderrøret. Dyrene holdes ikke fast eller stivt og sovemidler eller beroli-gende midler benyttes heller ikke. Derfor er stressnivået på forsøksdyrene redusert.

De følgende eksempler på forsøk viser effektiviteten ved eksponeringsapparatet ifølge oppfinnelsen sammenlignet med det som er tidligere kjent på området.

Forsøkseksempel.

Mortaliteten av Spraque-Dawley deriverte rotter utsatt i fire timer for ammoniakk ble målt. Rottene ble delt i to grupper for testing. Den første gruppe ble holdt for seg i holder-rør for dyr av den art som beskrevet i artikkelen "A Method for Chronic Nose-only Exposures of Laboratory Animals to Inhale . Fibrous Aerosols" ved David M. Smith et al., proceedings of the Inhalation Toxicology and Technology Symposium satt opp av Upjohn Co., Kalamazoo, Michigan, 23. oktober og 24 oktober, 1980, ISBN 0250-40414-1, side 89 -K 105, utgitt ved Basil K. J. Leong, Ann Arbor Science Publishers Inc., 1981. Disse holder-rør for dyr er utstyrt med traktformede nesestykker for konven-sjonell bare nese eksponering. Den andre gruppen rotter ble holdt for seg i holderrøret fremstilt i samsvar med oppfinnelsen. Disse rør ligner de førstnevnte, men ble modifisert ved at de ble utstyrt med utløpsinnretninger i form av flere utløps-åpninger. Disse åpninger var hull med en diameter på ca. 3 mm boret langs omkretsen av hvert rør i nærheten av rottens nakke.

Begge grupper ble plassert i deres respektive rør og rørene ble plassert samtidig i fordelingskammeret i et inhaleringsapparat som lignet apparatet ifølge fig. 1.

Resultatene av forsøket fremgår av den følgende tabell.

Resultatene viser lav mortalitet hos den første gruppe rotter som ble holdt i vanlige bare nese-rør sammenlignet med gruppen holdt i modifiserte rør med avløpsåpninger. Den redu-serte mortalitet hos den første gruppe skyldes redusert konsentrasjon av testatmosfære i innåndingssonen for rottene forår-saket ved gjeninnånding av ekshalert luft med redusert NH^kon sentrasjon. Mere ensartet kontroll av testatmosfæren inhalert ved forsøksdyrene, presenterer en mere nøyaktig indikasjon av testatmosfærens toksitet.

Ettersom denne oppfinnelse kan varieres på mange måter, modifiseres og detaljene kan forandres, idet et antall av dem her er blitt beskrevet, forutsettes at alt materiale beskrevet i denne beskrivelse eller vist på tegningene må tolkes som bare illustrativt og ikke begrensende.

1. Et inhaleringsapparat for eksponering av små laboratoriedyr for en testatmosfære, omfattende holderrørinnretninger for dyr som kan posisjonere et dyrs nese på et bestemt punkt i rør-innretningen,karakterisert vedat rørinnret-ningen er utstyrt med innløpsinnretninger for testatmosfære plassert i nærheten av nevnte nese, og eksosutløpsinnretninger plassert slik at testatmosfæren kan inhaleres av dyret og deretter fjernes bakenfor dyrets nese, slik at dyret utsettes for jevn konsentrasjon av testatmosfære som i det vesentlige ikke inneholder ekshalert materiale. 2. Apparat ifølge krav 1,karakterisert vedat innløpsinnretninger er et konisk nesestykke festet til rør-innretningens ende. 3. Apparat ifølge krav 1,karakterisert vedat innløpsinnretningen er en maskeduk. 4. Apparat ifølge krav 1,karakterisert vedat rørinnretningen omfatter innretninger for posisjonering av dyret i rørinnretningen. 5. Apparat ifølge krav 1,karakterisert vedat rørinnretningen omfatter en avfallssamleinnretning. 6. Apparat ifølge krav 4,karakterisert vedat rørinnretningen omfatter en avfallssamleinnretning. 7. Apparat ifølge krav 1,karakterisert vedat eksosutløpsinnretningen består av i det minste en utløps-åpning plassert i røret på et sted bakenfor dyrets nese. 8. System for å utsette flere små laboratoriedyr samtidig for en testatmosfærekarakterisert vedat systemet omfatter et antall holderrør for dyr som angitt i krav 1, en første kanal eller fordelingskanal som forbinder hvert rør slik at en kilde for testatmosfære er i fluid forbindelse med innløpsinnretningen til hver rørinnretning og en annen kanal eller samlekanal som forbinder hver rørinnretning og er anordnet slik at eksosutløpsinnretningen av hver rør-innretning er i fluid forbindelse med den andre kanal slik at i det vesentlige alt ekshalert materiale og overskytende test-

atmosfære kan fjernes.

9. System ifølge krav 8,karakterisert vedat rørinnretningen ytterligere omfatter innretninger for posisjonering av dyret i rørinnretningen. 10. System ifølge krav 8,karakterisert vedat rørinnretningen ytterligere omfatter en avfallssamleinnretning . 11. System ifølge krav 9,karakterisert vedat rørinnretningen omfatter en avfallssamleinnretning. 12. System ifølge krav 8,karakterisert vedat rørinnretningen er avtagbar. 13. System ifølge krav 8,karakterisert vedat kilden for testatmosfæren er en aerosolgenerator som omfatter en gasskilde under trykk, innretninger for å lede gassen til innløpsinnretningen og innretninger for å lede testmaterialet inn i gassens bane for å mottas av gassen slik at testatmosfære dannes. 14. System ifølge krav 8,karakterisert vedat samlekanalen i forbindelse med undertrykkinnretningen for opprettholdelse av undertrykk i samlekanalen. 15. System ifølge krav 13, karakteriisert ved at samlekanalen er i forbindelse med undertrykkinnretninger for å opprettholde negativt trykk i samlekanalen. 16. Fremgangsmåte for å eksponere nesen av et lite laboratoriedyr for en testatmosfære,karakterisert vedat dyret holdes i et rør slik at dyrets nese posisjoneres ved et fast punkt, at testatmosfære tilføres i nærheten av deres nese, og at overskytende testatmosfære og respirasjonsprodukter fjernes bakenfor dyrets nese etter at dyret har fått anledning til å puste inn testatmosfæren slik at testatmosfæren som til-føres dyrets nese stort sett inneholder ingen ekshalerte materialer. 17. Fremgangsmåte ifølge krav 16,karakterisertved at innføringen av testatmosfære skjer ved at et gass-forråd under trykk ledes mot røret og at testmaterialet ledes inn i banen for gassen for å oppfanges av samme for dannelse

av testatmosfære.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 16,karakterisertved at overskytende testatmosfære og respirasjonsprodukter fjernes ved utsuging. 19. Fremgangsmåte ifølge krav 17,.karakterisertved at overskytende testatmosfære og respirasjonsprodukter fjernes ved utsuging.