李銘鑫，孫瑞佼，郭大志，潘樹義，潘曉雯，胡慧軍

簡易氣體動式染毒裝置的研制與應(yīng)用

李銘鑫，孫瑞佼，郭大志，潘樹義，潘曉雯，胡慧軍

目的：根據(jù)實驗需求，研制一種簡易氣體動式染毒裝置。方法：染毒裝置由水箱、配氣箱、染毒盒和排氣瓶4個部分組成。使用有機玻璃板制作箱體，利用排水法精確配氣，利用重力作用和調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氣流大小。結(jié)果：該裝置設(shè)計簡單合理，經(jīng)實際使用，染毒效果良好。結(jié)論：該簡易氣體動式染毒裝置成本低廉、制作簡單、配氣精確，可以重復(fù)使用，能夠滿足動式染毒實驗需求。

氣體；動式染毒；染毒裝置

0　引言

社會生產(chǎn)實踐及日常生活中常發(fā)生有害氣體中毒，常見的有一氧化碳、二氧化碳、氯氣、硫化氫等[1]。為研究有害氣體中毒機制及驗證治療方法的有效性，需要建立動物染毒模型。目前，國內(nèi)外的動物染毒方法包括靜式吸入法、動式吸入法、注射染毒法等。動式吸入法是指實驗動物處于空氣流動的染毒柜中，將含毒的空氣以恒定速度持續(xù)輸入柜內(nèi)，同時以恒速從柜內(nèi)排出氣體[2]。因為動式吸入法更符合氣體中毒的自然過程，對其的相關(guān)研究具有較大的參考價值。常用的動式氣體染毒裝置雖然性能優(yōu)越，但價格高昂，對操作要求高，僅有一些大型研究中心能夠配備[3-4]。因此，我們在參考相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，自制了一種簡易氣體動式染毒裝置，花費小、操作簡單、可重復(fù)性強，能實現(xiàn)動物染毒的要求，可使小型研究機構(gòu)及個人在因經(jīng)費、場地等因素不能滿足使用相關(guān)設(shè)備時，也能夠開展動式氣體吸入染毒研究。

1　設(shè)計原理

動式吸入染毒實驗裝置一般由機械通風(fēng)系統(tǒng)、毒氣發(fā)生裝置和染毒柜3個部分組成，部分產(chǎn)品配備溫濕度調(diào)節(jié)設(shè)備及廢氣回收裝置。設(shè)備大多為金屬或玻璃材質(zhì)，使用微型電子計算機自動化控制系統(tǒng)。我們研制的簡易氣體動式染毒裝置使用有機玻璃板制作配氣箱和染毒箱，箱體間使用導(dǎo)管連接。采用排水集氣方法配置有毒氣體，并利用重力壓縮作用使氣體從配氣箱流向染毒箱，達(dá)到動式氣體染毒的效果。

2　結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1材料

有機玻璃板（厚＞4 mm，以減少受壓變形）；玻璃膠；醫(yī)用塑料連接管；針管、500 mL燒杯等。

2.2染毒裝置的制作

染毒裝置由水箱、配氣箱、染毒盒和排氣瓶4個部分組成。各部分之間使用排氣管道連接。各部分的大小規(guī)格由實驗需求決定。下面以制作40 L容積的一氧化碳?xì)怏w染毒箱為例，介紹各部分的結(jié)構(gòu)。

2.2.1水箱

使用有機玻璃制作一無蓋箱體，內(nèi)徑長45 cm、寬30 cm、高45 cm，用玻璃膠粘牢。水箱容積＞60 L，使用時盛清水55L左右。水箱內(nèi)側(cè)壁粘貼長45cm、寬2 cm的限制欄6根，將配氣箱置于限制欄之間，用來保持配氣箱的位置和防止側(cè)傾（如圖1所示）。

2.2.2配氣箱

使用有機玻璃制作一無蓋箱體，內(nèi)徑長40 cm、寬25cm、高42cm，容積＞40L。長、寬均較水箱小5cm，可使配氣箱置入水箱時與限制欄間存在1 mm左右的縫隙。使用時為底在上倒扣狀態(tài)。在底面中線位置相距20 cm左右開直徑5 mm的2個孔，一為進氣孔，一為出氣孔，均連接可夾閉軟管。進氣孔軟管短，可與注射器緊密連接；出氣孔軟管連接至染毒盒，軟管與開孔處使用玻璃膠粘接。在水箱內(nèi)高40 cm處劃線。配氣箱使用時倒扣于水箱中，水平面至40 cm劃線處時箱內(nèi)氣體體積即為40 L（如圖2所示）。為固定箱體位置，制作固定器2個（如圖3所示）。使用普通帶孔夾子及S型鐵鉤，使用尼龍線連接，用來臨時固定配氣箱位置。

圖1　水箱示意圖（單位：cm）

圖2　配氣箱示意圖（單位：cm）

圖3　固定器示意圖

2.2.3染毒盒

使用有機玻璃制作一帶蓋小盒，以能夠放入染毒動物為限，內(nèi)容積盡量小，兩對應(yīng)側(cè)壁開直徑5 mm孔，一為進氣孔，一為排氣孔。進氣孔連接配氣箱的出氣導(dǎo)管，出氣孔導(dǎo)管帶輸液器調(diào)節(jié)閥，置入排氣瓶（如圖4所示）。

2.2.4排氣瓶

使用500 mL量杯，盛水后將染毒盒排氣導(dǎo)管通入水中（如圖5所示）。

圖4　染毒盒示意圖

3　使用方法

3.1使用箱配氣

如圖6所示，在水箱中裝滿清水，配氣箱倒扣入水，底部開孔處導(dǎo)管開放。配氣箱與限制欄間距離1 mm左右，被限制欄限制，可豎直下沉，不會出現(xiàn)搖擺、側(cè)翻等情況。下降至超過配氣箱40 cm處定位線后，用手穩(wěn)定箱體，使水線與40 cm定位線重合，使用S型鉤勾住配氣箱水下的側(cè)壁，將有孔夾夾在對應(yīng)水箱壁頂端，用尼龍線拉直后纏繞固定在有孔夾上。此時配氣箱被拉線控制，自身重力不作用于箱內(nèi)氣體。夾閉配氣箱底部開孔的連接導(dǎo)管，配氣箱內(nèi)即為當(dāng)?shù)卮髿鈮合?0 L氣體。

圖5　排氣瓶示意圖

圖6　配氣箱配氣示意圖

隨后根據(jù)需要體積分?jǐn)?shù)計算需要加入一氧化碳的量。設(shè)一氧化碳量為X mL，需要配置體積分?jǐn)?shù)為Y%，則X/（X+40 000）=Y%，即X=400Y/（1-Y%）。計算出一氧化碳使用量后，用注射器從進氣孔導(dǎo)管注入一氧化碳，每次注入后均需夾閉導(dǎo)管。可用注射器在連接進氣管時反復(fù)抽吸，使配氣箱內(nèi)氣體混勻，此時箱內(nèi)氣體為當(dāng)?shù)卮髿鈮合耏%體積分?jǐn)?shù)的一氧化碳混合氣。再松開有孔夾與S型鉤的固定，配氣箱因自身重力下沉，此時箱內(nèi)氣體被壓縮，其總量為40 L左右。當(dāng)混合氣壓力升高時，氣體體積減小，但體積分?jǐn)?shù)仍為Y%。

3.2染毒過程

將配氣箱進氣孔封閉、出氣孔開放，配氣箱依靠自身重力逐漸下沉，其內(nèi)混合氣體的壓力超過外界氣壓，從出氣孔排出，沿導(dǎo)管輸送至染毒盒。氣體從染毒盒一側(cè)開孔通入染毒盒，由另一側(cè)開孔排入排氣瓶，形成動式氣流。在染毒盒放入實驗動物后，加蓋密封，通氣5 min左右作為“洗艙”，即將染毒盒內(nèi)的原有空氣盡量置換為設(shè)定體積分?jǐn)?shù)的一氧化碳?xì)怏w，其后的持續(xù)通氣時間作為染毒時間。

3.3排氣調(diào)節(jié)

排氣瓶應(yīng)置于窗外等空氣流通處，排氣管置入排氣瓶液面下5 mm左右。通氣正常時，可見液面下有氣泡排出。根據(jù)實驗需要，在配氣箱上壓重物可使通氣流速增大，使用染毒盒排氣管上的輸液調(diào)節(jié)閥可使通氣流速減小。通過排氣管排出氣泡的大小和速度可直觀判斷通氣流量大小，可據(jù)此調(diào)節(jié)通氣流量。

4　實驗結(jié)果

我們運用此裝置進行了大鼠一氧化碳?xì)怏w動式吸入研究。首先進行單純空氣通氣實驗，通過觀察排氣管在排氣瓶中的氣泡大小、氣泡生成速度和染毒箱在水箱中的下沉速度，尋找到對染毒箱的合適配重，使40 L空氣在約1 h內(nèi)排空。在染毒盒內(nèi)置入2只SD大鼠，通氣1 h后均無明顯異常，證明大鼠可在裝置中正常呼吸，未發(fā)生通氣異常。

接著參考Thom等[5]的研究，配置使用3 000×10-6體積分?jǐn)?shù)的一氧化碳?xì)怏w進行動式吸入染毒實驗。通過前述公式計算，使用40 L空氣，需120.4 mL純品一氧化碳?xì)怏w混合。在配氣箱中完成混合配氣后，使用之前對染毒箱的配重，使染毒時間持續(xù)1 h左右。使用安帕爾AP-G-CO-2一氧化碳檢測儀對配氣箱出氣口及染毒盒出氣口分別進行氣體收集檢測，一氧化碳體積分?jǐn)?shù)實測值與設(shè)定值誤差范圍在6%以內(nèi)。

分5次對10只SD大鼠進行染毒，結(jié)果為10只SD大鼠中1 h內(nèi)死亡5只，死亡率達(dá)到50%。死亡大鼠經(jīng)尸體解剖可見肝、脾呈典型一氧化碳中毒“櫻桃紅色”。對存活大鼠立即解剖，抽取腹主動脈血，使用分光光度法進行碳氧血紅蛋白測定，其值為（80.35±7.56）%。

5　討論

建立動物模型是進行動物實驗的基礎(chǔ)。針對氣體染毒，現(xiàn)有造模方法主要有腹腔注射染毒法和吸入染毒法。腹腔注射法為直接將染毒氣體注入動物腹腔，利用大網(wǎng)膜的吸收造成中毒。該方法操作簡單，不需要特殊裝置，易于檢測，可以排除缺氧，方便觀察動物行為學(xué)變化和進行動態(tài)碳氧血紅蛋白的測定，同時有效節(jié)約一氧化碳?xì)怏w的用量，減少環(huán)境污染和實驗員的安全風(fēng)險。但與正常中毒途徑不同，中毒過程、吸收機制與狀態(tài)機制不符[6-8]。吸入染毒法符合正常中毒機制，但需要特殊染毒裝置，對設(shè)備要求高。吸入染毒法可分為靜式和動式吸入染毒法。區(qū)別在于靜式染毒法是將動物置于密閉環(huán)境中，直接充入一定量的染毒氣體。染毒氣體、氧氣體積分?jǐn)?shù)隨時間逐漸減少，而二氧化碳、水蒸氣等體積分?jǐn)?shù)逐漸增加[9-10]。動式染毒法主要是將實驗用動物置于染毒柜中，通過毒物發(fā)生系統(tǒng)制備染毒氣體，并應(yīng)用機械通風(fēng)系統(tǒng)保證裝置內(nèi)的溫度、濕度和一定量的新鮮空氣，能即時補入新鮮空氣和排出污濁空氣，氧分壓、二氧化碳分壓、溫度、濕度、染毒氣體體積分?jǐn)?shù)保持恒定，是與自然中毒過程最接近的染毒方式。但該方法所用設(shè)備復(fù)雜、消耗氣體量大、費用較高，小型單位及個人的研究開展不宜使用[2]。

我們研制的簡易染毒裝置利用市售有機玻璃板和醫(yī)院常見醫(yī)療器械制作，材料花費在200元左右；制作簡單，無復(fù)雜工藝，個人也可完成制作，并可根據(jù)實際需要調(diào)整大小參數(shù)；可重復(fù)使用，基本無耗材；完成品占地面積小，不需要將有害氣體氣源進行動態(tài)連接，安全系數(shù)較高。利用排水集氣的原理，可靈活調(diào)整至需要氣體量。我們在一氧化碳染毒實驗中，將純品一氧化碳與空氣混合，可配制不同體積分?jǐn)?shù)的一氧化碳混合氣體。通過配氣箱配重、輸液調(diào)節(jié)閥以及排氣管在水面下的深度，可調(diào)節(jié)染毒氣體流速。在染毒過程中可實時觀察、記錄動物的中毒癥狀。

簡易氣體動式染毒裝置仍存在通氣流量控制精度不高、持續(xù)通氣維持時間短、無溫濕度調(diào)節(jié)等問題。但通過一氧化碳染毒實驗的實際驗證，動式吸入染毒效果較好，可達(dá)到實驗的需求。整個裝置結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、實用性強、成本低廉，適合多學(xué)科醫(yī)學(xué)研究使用。

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（收稿：2014-06-29修回：2014-10-19）

Development and application of simple gas dynamic exposure device

LI Ming-xin1,SUN Rui-jiao2,GUO Da-zhi1,PAN Shu-yi1,PAN Xiao-wen1,HU Hui-jun1
(1.Center for Hyperbaric Oxygen Therapy of the PLA,Navy General Hospital,Beijing 100048,China; 2.No.91991 Unit of the PLA,Zhoushan 316000,Zhejiang Province,China)

Objective To develop a gas dynamic exposure device with a simple structure.Methods The device was composed of a water tank,an gas chest,an exposure kit and an gas-out bottle.The chest body was made of organic glass pane,drainage method was used to distribute the gas properly,and airflow was regulated with the gravity and valve. Results The device was proved to have simple structure and high effects.Conclusion The device has low cost,simple structure and properly distributed gas,and can be reused for exposure test.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（5）：31-33]

gas;dynamic exposure;exposure device

[中國圖書資料分類號]R318.6；TH776A

1003-8868（2015）05-0031-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.05.031

海軍總醫(yī)院創(chuàng)新培育基金（CXPY201303）

專利：國家實用新型專利（ZL 201420406527.X）

李銘鑫（1978—），男，主治醫(yī)師，主要從事高壓氧醫(yī)學(xué)臨床工作，E-mail:phosphor96@163.com。

100048北京，海軍總醫(yī)院全軍高壓氧治療中心（李銘鑫，郭大志，潘樹義，潘曉雯，胡慧軍）；316000浙江舟山，解放軍91991部隊（孫瑞佼）

胡慧軍，E-mail:huhuijunvip@139.com