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慢性间断性缺氧伴二氧化碳潴留小鼠模型的建立

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2012年1月 中国比较医学杂志 CHINESE JOURNAL OF COMPARATIVE MEDICINE January,2012 Vo1.22 NO.1 第22卷第1期 慢性间断性缺氧伴二氧化碳潴留小鼠模型的建立 刘海林,张子彦,郭云云,李景春,宋永斌,徐江涛 (兰州军区乌鲁木齐总医院神经内科,乌鲁木齐830000) 【摘要】 目的 建立慢性间断性缺氧伴二氧化碳潴留(chronic intermittent hypoxia with carbon dioxide retention, CIH—CR)小鼠模型。方法选取雄性昆明小鼠22只,随机分为常氧组(normal control group,NC)和CIH—CR组,每 组11只。CIH—CR组小鼠每天CJH—CR处理8 h,共4周,实验期间监测箱内0:和CO:浓度及小鼠尾部末端血氧饱 和度(s0,)。实验终点测定右室肥厚指数并观察心、肺、肾、脑组织病理改变。结果 CIH—CR组箱内O 浓度、CO 浓度和小鼠尾部末端SO,随实验仓的关闭和开启出现周期性的变化;与NC组相比C1H—CR组右心室明显肥大(P <0.O1);小鼠心、肺、肾和脑组织均出现明显缺氧改变。结论 成功建立了CIH-CR小鼠模型。 【关键词】 慢性间断性缺氧;二氧化碳潴留;睡眠呼吸暂停综合征;模型,动物 【中图分类号】R332 【文献标识码】A 【文章编号】1671—7856(2012)O1—0062—04 doi:10.3969/j.issn.1671.7856.2012.01.Ol4 A Mice Mode of Chronic Intermittent Hypoxia with Carbon Dioxide Retention LIU Hai—lin,ZHANG Zi—yan,GUO Yun—yun,LI Jing—chun,SONG Yong—bin,XU Jiang—tao (Department of Neurology,Urumqi General Hospital,Lanzhou Command,PI A,Urumqi 830000,China) 【Abstract】 Objective To establish a chronic intermittent hypoxia with carbon dioxide retention(CIH—CR)model in mice.Methods 22 male Kun Ming mice were divided into the normal control(NC)group and Cltt—CR group.The mice of CIH—CR group suffered 8 hours intermittent hypoxia everyday for 4 weeks.The concentration of 02 and CO2 in the 技一 , 术 cabin was detected by oxygen analyzer and Carbon dioxide detector,meanwhile,the blood oxygen saturation were detected 方 by blood oximeter.At the end of the experiment,weight of right and left ventricles was measured.The general pathological 法 changes of myocardium,pulmonary,kidney and brain were observed by HE staining.Result The concentration of 02 and CO2 in the cabin and the SO2in the empennage of mouse accord with the cyclical change process.Compared with the NC group,the right ventricular hypertrophy were increased in the CIH—CR groups(P<0.01).The tissue of myoeardium, pulmonary,kidney and brain were showen obvious hypoxic change in CIH—CR group.Conclusion A CIH—CR animal model were be established successfully. 【Key words】 Chronic intermittent hypoxia;Carbon dioxide retention;Sleep apnea syndrome;Model,animal 睡眠呼吸暂停综合征(sleep apnea syndrome, SAS)的病理生理机制本质上是一个慢性间断性缺 氧伴二氧化碳潴留(chronic intermittent hypoxia with carbon dioxide retention,CIH-CR)的过程 大量的 研究表明,SAS是多种疾病的独立危险因素,可导致 心、肺、肾、脑及血液等器官或系统损害 。建立理 [基金项目】兰州军区医药卫生科研项目(LXH-2009024)。 [作者简介]刘海林,男,(1982一)硕士研究生,研究方向:睡眠医学,E—mail:liuhailin0516@126.com。 [通讯作者】徐江涛,男,(1959一),主任医师。E-mail:xujiangtao1959@163.com。 中国比较医学杂志2012年1月第22卷第1期Chin J Comp Med,January 2012,Vo1.22.No.1 63 想的SAS动物模型对研究其发病机制及治疗有重 S,每天8 h(10:00~18:00),其余时间置小鼠饲养 笼,室温、空气、正常饮食。NC组每日同时置相同 规格有机玻璃箱内,箱内开放,不形成缺O 和CO: 要意义。本研究旨在建立一种成本低廉、操作简 便、易于推广、符合SAS病理生理学特征CIH.CR的 动物模型。 1材料和方法 潴留。间断性缺氧实验过程中箱内气体浓度由二 氧化碳检测仪和测氧仪监测。 为了验证实验仓的效果,测定10只小鼠在此间 断缺氧条件下尾部末端SO 变化情况,方法为:先将 小鼠用苯巴比妥钠30 mg/kg腹腔注射麻醉,放入实 验仓中,尾部通过预留孔伸出仓外,使用血氧饱和 1.1 实验动物及分组 SPF级健康雄性昆明种小白鼠,购自新疆医科 大学实验动物中心,动物合格证[SCXK(新)2003— 0001],体重18~22g,共22只。分为常氧(normal control,NC)及CIH—CR组,每组11只。 1.2实验仪器 度仪测尾部末梢SO 。 1.3.2右室肥厚指数计算:实验小鼠腹腔内注射戊 巴比妥钠30 mg/kg体重,直接开胸切取心脏,在房 室瓣水平去除心房、大血管和心包组织,沿室间隔 分离左心室(包括室间隔)和右心室,冰盐水冲洗干 净,清洁滤纸吸干水份后称左心室(含室间隔)湿重 和右心室湿重,计算右心室湿重/左心室(含室间 隔)湿重(RV/LV+S),即为右心室心肌肥厚 指数 。 1.3.3病理观察:实验终点取小鼠心、肺、肾、脑组 织以10%的甲醛固定、石蜡切片、常规HE染色,光 镜观察。 1.4统计学处理 自制实验仓(包括:有机玻璃、继电器、微动电 极、牵引器、不锈钢套管);CY212C型测氧仪(浙江 电化分析仪器厂),EM.21型便携式二氧化碳检测 仪(连云港金升科技有限公司),PC一68B血氧饱和 度仪(深圳市科瑞康实业有限公司)。 1.3实验方法 1.3.1 CIH—CR实验仓及其工作原理:本实验仓规格 为45.3×22.0×4.9 cm。仓底部有通气孑L并与打好 孔的不锈钢套管相连,通过两个牵引器控制通气孔的 开启与关闭,关闭(缺氧处理)与开启(复氧处理)时 间由两个继电器控制,开启与关闭时间可依实验需要 调整,达到给予小鼠反复缺氧/复氧自动循环的目的。 实验数据应用SPSS16.0统计软件处理,采用均 数±标准差(x±s)表示,两独立样本t检验,以P< 0.05为差异有显著性。 2 实验结果 二氧化碳检测仪固定于仓内,实验仓顶端预留测氧 孔。实验期间小鼠活动自如,自由饮食。 实验仓工作原理:关闭实验仓时,小鼠呼吸仓 内有限的O 排出CO 造成低O 和CO 潴留,然后 2.1 CIH-CR实验仓内o:浓度、CO:浓度和小鼠 尾部末端SO:周期性变化动态测定结果 使实验仓与外界相通形成复氧,O 和CO 浓度迅速 恢复正常水平。循环时间由继电器自动控制,每 次循环150 S,其中关闭时间为120 S,开启时间为3O 实验仓内0 浓度、CO:浓度和小鼠尾部末端 SO 见表1及图1,图2,图3。 表1 10个循环周期中缺氧箱内各个时问点0:浓度(%)、CO 浓度(‰)及小鼠尾部末端s0:(%) Tab.1 The concentration of O2,CO2 and the SO2 in the empennage of mouse in the cabin in 10 cycle 中国比较医学杂志2012年1月第22卷第1期Chin J Comp Med,January 2012,Vo1.22.No.1 一 一 ∽释怅雅嘤 。异它=5 LLIu LI】= 0∽ 一 一 星一20 m ∞ ∞ 舯 加 ∞ 遁差岂 菩l t。 0 50 10O 150 200 时间(s)time(s) 图1箱内0 浓度变化趋势 Fig.1 The change trend of O2 concentration in the cabin 0 50 lOO  l50 200 时间(s)time(s) 图3小鼠尾部末端血SO,变化趋势 Fig.3 The change trend of the SO2 in the empennage of mouse in the cabin 2.2 CIH-CR组小鼠右室肥厚指数的影响 NC组和CIH—CR组小鼠右室肥厚指数分别为 0.21±0.03和0.30±0.02,与NC组相比,CIH—CR 组小鼠右心肥厚指数明显升高(P<0.O1)。 2.3心、肺、肾和脑组织HE染色结果 2.3.1 小鼠心肌组织病理学改变:NC组小鼠心肌 组织结构正常,肌纤维排列规则,间质无明显水肿。 CIH.CR组小鼠心肌细胞可见核肿胀,问质水肿,偶 见轻度嗜酸性变,见封3图4~5。 2.3.2小鼠心组织病理学改变:NC组组胞壁薄,血 管壁较光滑,与对照组比较,CIH—CR组小鼠肺泡腔 体积变小,血管扩张充血,肺间质增多,肺泡间质毛 细血管增多,见封3图6~7。 2.3.3小鼠肾脏组织病理学改变:NC组肾小球、肾 小管细胞及上皮细胞排列整齐,胞浆均匀;CIH-CR 组肾小球肾小管上皮肿胀,管腔消失,部分肾小管 内有蛋白管型,见封3图8~9。 2.3.4 小鼠脑组织病理学改变:NC组神经元大 小、形态正常;CIH.CR组性神经元明显增加,细胞 肿胀突出,胞浆空泡增大,细胞皱缩,胞体深染,见 封3图10~l 1 魏 。 琴l 0一s 0 O 0 0 50 100 l 50 200 时间(s)time(S) 图2箱内CO 浓度变化趋势 Fig.2 The change trend of CO2 concentration in the cabin 目前,在已发表的SAS动物模型中,不同的实 验缺氧.复氧循环时问30~300 S不等,每天总缺氧 时间5~8 h不等,缺氧累计天数l4~70 d不等,最 低0,浓度3%~10%不等。对二氧化碳是否潴留 观点不一 ,不同研究者的实验方案重复性和可 比性较差。造成低氧的方式主要是向缺氧装置中 冲人氮气或压缩空气与混合气体" ,可以对缺氧 时间及程度精确控制,但仪器成本较高,不利于 推广。 本实验采用小鼠作为CIH—CR模型的实验动 物,根据小鼠昼伏夜出的习性,每天间断缺氧在日 问进行(10:O0~18:O0)。在问断缺氧箱密闭后,南 于小鼠呼吸箱内有限0,,排出CO,,箱内0,浓度逐 渐降至10%±1 3%,CO,浓度逐渐升至 979.7±39.8%。给予通气后箱内0,浓度在120 S 左右迅速升高至20%±0.9%,CO,浓度降至 343.6±12.8%。同时检测血氧饱和度发现,缺氧最 低点时SO 为71.2±2.1%,当恢复至正常氧浓度 时SO,为93.5±2.2%,类似于SAS患者血氧浓度 变化曲线,说明该模型能模拟SAS的血氧特点。本 实验结果显示,4周后模型组小鼠右心室明显肥大 (P<0.01),提示4周的CIH—CR循环可模拟SAS。 并且组织病理学表现符合低氧后改变,进一步从形 态学角度说明本研究制备了可靠的SAS小鼠模型。 我们的实验是通过小鼠的自主呼吸耗竭O ,产 生CO ,符合SAS逐渐缺氧和高CO 的生理过程。 本实验箱通过电控阀控制箱的开启和闭合,町调节 缺氧时间,从而可根据需要制作不同程度的SAS模 型。实验箱在电极转换渊控阀门时产生一定的卢 3 讨论 中国比较医学杂志2012年1月第22卷第1期 Chin J Comp Med,January 2012,Vo1.22.No.1 65 (上接第68页) [2] 张石革,孙定人.治疗勃起功能障碍药物的研究与应用进展 [J].中国药房,2001,(1):50—51. 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