一种用于啮齿类实验动物被动吸烟染毒的装置及实验方法与流程

[0001]
本发明涉及动物实验器械技术及方法领域，具体涉及一种用于啮齿类实验动物被动吸烟染毒的装置及实验方法。


背景技术：

[0002]
慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease, copd）是全球范围内危害人类健康的常见疾病，显著增加了医疗卫生的经济负担，同时也是继心血管疾病之后的第三大死因，降低copd的发病率和死亡率对人类健康意义重大。然而由于copd发病机制复杂，如何有效地干预防治这一疾病成为了摆在临床工作者和科研人员面前的难题。copd疾病动物模型为copd的发生转归机制研究提供了重要的实验载体，极大地助力了copd疾病干预防治措施的研究。
[0003]
目前，常使用啮齿类动物（大鼠/小鼠）被动吸入香烟主流烟雾的方法来建立copd疾病动物模型。而现有的香烟暴露染毒装置存在体积大、结构复杂、价格昂贵、难以清洁、装置不易随意移动、烟雾需靠外接电源动力诱导来实现扩散、烟雾扩散不均匀、以及需长时间固定动物等缺点，极大地限制了这些装置的普适性。


技术实现要素：

[0004]
本发明所要解决的技术问题是现有的动物实验用的香烟暴露染毒装置存在体积大、结构复杂、价格昂贵、难以清洁、装置不易随意移动、烟雾需靠外接电源动力诱导来实现扩散、烟雾扩散不均匀、以及需长时间固定动物等缺点，极大地限制了这些装置的普适性，目的在于提供一种用于啮齿类实验动物被动吸烟染毒的装置及实验方法，实现其简易普适、造价低廉、易于清洁、能灵活移动位置、依靠装置的结构来实现无需外接电源即可染毒动物、烟雾扩散均匀、动物在被动吸烟染毒时能自由活动不受约束，避免了因保定动物时间过长造成生理应激而影响实验数据质量、同时能实时观察到动物状态。
[0005]
本发明通过下述技术方案实现：一种用于啮齿类实验动物被动吸烟染毒的装置，用于使啮齿类实验动物进行被动吸烟染毒，包括下箱体、上箱体和阻燃板，所述下箱体与上箱体均由透明材料制作而成的无底箱体，所述下箱体至少一个侧面设有通风孔，下箱体的箱顶设有烟雾扩散部，所述烟雾扩散部设有通气的若干扩散孔；所述上箱体的顶面至少一个角部设有上箱体通风孔；所述阻燃板用于放置燃烟；所述下箱体罩住阻燃板，上箱体放置于下箱体上并将烟雾扩散部罩住；阻燃板上放置的燃烟的烟雾经过下箱体顶部的烟雾扩散部扩散到上箱体内。
[0006]
通过以上技术设计，使用时，选取合适的地方，铺放阻燃板，然后将下箱体罩住阻燃板，将上箱体放置于下箱体上，并罩住下箱体的烟雾扩散部，将实验动物放置于上箱体内，此时，阻燃板上的香烟产生的烟雾，自然上升，经过下箱体的烟雾扩散部，烟雾从烟雾扩散部的若干扩散孔中扩散到上箱体中，充分利用了烟雾扩散部的结构特点，将一缕烟雾变成若干缕烟雾，烟雾得以均匀扩散到上箱体内，使得上箱体内的实验动物进行被动吸烟，同
时，被放置于上箱体内的实验动物未进行保定，使其能够在自由活动不受约束的状态下实现其染毒，同时，可以通过透明的上箱体观察动物的受试状态，以及通过透明的下箱体观察内部的燃烟燃烧情况，若燃烟熄灭时，即可搬动下箱体，重新点燃香烟或增加燃烟即可。实验完毕后，搬开上箱体，取出实验动物，对其进行各项指标检测。然后即可分离下箱体、上箱体、阻燃板，对其进行清洗。因此，通过以上技术设计，实现其简易普适、造价低廉、易于清洁、能灵活移动位置、依靠装置的结构来实现无需外接电源即可染毒动物、烟雾扩散均匀、动物在染毒时能自由活动不受约束，避免了因保定动物时间过长造成生理应激而影响实验数据质量、同时能实时观察到动物状态。
[0007]
进一步地，所述烟雾扩散部由若干烟雾扩散层组成；所述若干烟雾扩散层中任意一个烟雾扩散层由一块板材制成而成，板材上设有若干扩散孔，所述若干烟雾扩散层间隔设置于下箱体上，任意两个相邻烟雾扩散层之间所形成的空腔用于烟雾弥散。
[0008]
通过将烟雾扩散部设计若干烟雾扩散层，来进一步提高烟雾的快速均匀扩散，其扩散原理是：燃烟开始为一缕，随着其上升，烟雾达到最下面一层的烟雾扩散层，被其阻挡，使得烟雾在最下面一层的烟雾扩散层的底面沿着底面蔓延，然后经过最下面一层的烟雾扩散层若干扩散孔，烟雾通过若干扩散孔中的部分扩散孔，扩散为若干缕烟雾；若干缕烟雾进入到最下面一层烟雾扩散层与其上面一层烟雾扩散层之间的空腔内进行弥散，弥散后的烟雾达到上面一层烟雾扩散层，被其阻挡，使得烟雾在该烟雾扩散层的底面沿着底面蔓延，然后经过该烟雾扩散层的若干扩散孔，使得烟雾扩散的缕数进一步增加，以此，烟雾继续向上面一层的烟雾扩散层上升，每升一层烟雾扩散层，其缕数不断增加，直到穿过最上面的一层烟雾扩散层，使得烟雾扩散到相当多缕数的烟雾，进入到上箱体内，对实验动物进行快速均匀染毒。
[0009]
进一步地，所述若干烟雾扩散层中任意一个烟雾扩散层的任意一个扩散孔与相邻的烟雾扩散层的任意一个扩散孔在竖直方向上相互错开。
[0010]
通过将任意相邻的两侧的烟雾扩散层的扩散孔在竖直方向上相互错开布置，使得上一层烟雾扩散层将下一层烟雾扩散层扩散的烟雾缕数进一步增加，因为烟雾的物理特性是趋于竖直直线上升，下面一层的烟雾扩散层中的一个扩散孔出来的一缕烟雾主体部分烟雾趋于竖直直线上升到上面一层的烟雾扩散层，由于该层的扩散孔错开，使得该缕烟雾不能直接穿过该层烟雾扩散层，然后该缕烟雾在该层烟雾扩散层底面阻挡点域四处弥散，弥散到该点域周围的多个扩散孔，然后烟雾穿过多个扩散孔，因此变成了多缕烟雾。因而进一步实现了烟雾的扩散缕数增加。
[0011]
进一步地，所述若干烟雾扩散层中任意一个烟雾扩散层设有的若干扩散孔的数量为18乘以20，且呈18乘以20的阵列分布；任意一个扩散孔为直径为2cm的圆孔，任意一个扩散孔与相邻的扩散孔的中心距为3cm。
[0012]
通过将每一个烟雾扩散层的扩散孔数量设计为18乘以20的阵列分布，扩散孔为直径为2cm的圆孔，任意一个扩散孔与相邻的扩散孔的中心距为3cm，可以满足大部分实验需求，在短时间实现多烟雾缕数的迅速均匀扩散，实现让实验动物迅速染毒。
[0013]
优选的，所述若干烟雾扩散层中任意一个烟雾扩散层固定安装于下箱体上。
[0014]
将每个烟雾扩散层固定安装于下箱体，使其成为整体，更加稳固，不用对其进行经常调整，使用更加高效、快捷。
[0015]
优选的，所述若干烟雾扩散层中最上面的烟雾扩散层固定安装于下箱体上，下面的任意一个烟雾扩散层可拆卸的安装于下箱体上。
[0016]
将下面任意一个烟雾扩散层可拆卸的安装于下箱体，可以将其拆卸下来，对各个烟雾扩散层进行清洗，使得清洗更加方便。
[0017]
进一步地，所述若干烟雾扩散层的数量设有3层，从下到上分别为第一层烟雾扩散层、第二层烟雾扩散层和第三层烟雾扩散层。
[0018]
将烟雾扩散层设计为3层，将一缕烟雾，快速均匀扩散为若干缕烟雾，扩散的烟雾缕数基本上满足使用要求。
[0019]
进一步地，所述的一种用于啮齿类实验动物被动吸烟染毒的装置，还包括钢网格架，所述钢网格架放置于下箱体内部，阻燃板上面，钢网格架用于放置燃烟；所述下箱体的其中一个侧面还设有用于放置燃烟的下箱体门；所述上箱体的其中一个侧面上设有用于放置实验动物的上箱体门。
[0020]
通过增加钢网格架用于放置燃烟，使得燃烟的燃烧更加充分；同时在下箱体设置下箱体门，通过该门向下箱体内添加燃烟更加方便；在上箱体设置上箱体门，通过该门放置实验动物更加方便。
[0021]
进一步地，所述下箱体的顶面的四个角部还设有卡挡；所述上箱体放置于四个卡挡之间，由四个卡挡对其进行限位。
[0022]
通过设置卡挡将上箱体限位，避免内部的实验动物对其产生滑动位移。
[0023]
一种用于啮齿类实验动物被动吸烟染毒的实验方法，应用上述的一种用于啮齿类实验动物被动吸烟染毒的装置，其步骤如下：（一）组装装置：选取合适的位置（地面或者物体表面），先放阻燃板，将钢网格架放置于阻燃板，将下箱体罩住阻燃板和钢网格架；将上箱体放置到下箱体上，并罩住下箱体的烟雾扩散部；（二）放置动物：选取实验动物，打开上箱体门，然后将实验动物从上箱体门放入上箱体内，再关闭上箱体门；（三）放置燃烟：点燃八支香烟，打开下箱体门，即刻将点燃的香烟从下箱体门放入下箱体内的钢网格架上，关闭下箱体门；若发现香烟熄灭，可打开下箱体门，重新点燃香烟或加入新的点燃的香烟；（四）进行实验：将点燃的八支香烟放入下箱体内时，开始计时，达到所设置的染毒时间时，初始将染毒时间设置为1小时，达到1小时时即可掀开上箱体，取出实验动物，将实验动物放回其原来生活的笼中；（五）持续实验：每天重复步骤（二）~（四）2次，两次时间间隔4小时以上，持续实验进行60天后，获得copd疾病动物模型，在完成第60天实验后的24小时后，对所有实验动物的相关指标进行检测。
[0024]
（六）清洁实验装置：每日完成实验动物被动吸烟实验后，即可将下箱体、上箱体、钢网格架、阻燃板各个零部件分离开来，进行清洗，以便为进行下一次实验做准备。
[0025]
通过以上方法，采取简易普适、造价低廉、易于清洁的装置，依靠该装置结构特点实现无需外接电源即可染毒动物，烟雾扩散均匀，并且使动物在染毒时能自由活动不受约束，避免了因保定动物时间过长造成生理应激而影响实验数据质量，同时能灵活移动装置
的位置进行实验，该实验方法简单、快捷、高效，可以准确获得实验动物在自由活动状态下被动吸烟染毒的实验数据，避免了因保定引起其生理应激反应，造成数据失真的情况。
[0026]
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：一种用于啮齿类实验动物被动吸烟染毒的装置及实验方法，实现其简易普适、造价低廉、易于清洁、能灵活移动位置、依靠装置的结构来实现无需外接电源即可染毒动物、烟雾扩散均匀、动物在被动吸烟染毒时能自由活动不受约束，避免了因绑定动物时间过长造成生理应激而影响实验数据质量、同时能实时观察到动物状态。
附图说明
[0027]
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1为本发明结构装配透视图。
[0028]
图2为本发明装配爆炸图。
[0029]
图3为本发明零件1的结构示意图。
[0030]
图4为本发明零件1的主视透视图。
[0031]
图5为本发明零件1的俯视图。
[0032]
图6为图5的a-a剖视图。
[0033]
图7为图5的b-b剖视图。
[0034]
图8为现有的实验装置所获得的典型的染毒实验老鼠肺组织的病理形态光镜图。
[0035]
图9 为现有的实验装置所获得的典型的染毒实验老鼠肺组织的超微结构透射电镜图。
[0036]
图10为采用本发明的一种用于啮齿类实验动物被动吸烟染毒的装置所获得的典型的染毒实验老鼠肺组织的病理形态光镜图。
[0037]
图11 为采用本发明的一种用于啮齿类实验动物被动吸烟染毒的装置所获得的典型的染毒实验老鼠肺组织的超微结构透射电镜图。
[0038]
附图中标记及对应的零部件名称：1-下箱体，11-烟雾扩散部，111-第一层烟雾扩散层，112-第二层烟雾扩散层，113-第三层烟雾扩散层，1110-扩散孔，12-下箱体门，13-通风孔，14-卡挡，2-上箱体，21-上箱体门，22-上箱体通风孔，3-钢网格架，4-阻燃板，5-地面或物体表面。
具体实施方式
[0039]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0040]
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
[0041]
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。
因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0042]
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例
[0043]
如图1~7所示，本发明一种用于啮齿类实验动物被动吸烟染毒的装置，用于使啮齿类实验动物进行被动吸烟染毒，包括下箱体1、上箱体2和阻燃板4，所述下箱体1与上箱体2均由透明材料制作而成的无底箱体，所述下箱体1至少一个侧面设有通风孔13，下箱体1的箱顶设有烟雾扩散部11，所述烟雾扩散部11设有通气的若干扩散孔1110；所述上箱体2的顶面至少一个角部设有上箱体通风孔22；所述阻燃板4用于放置燃烟；所述下箱体1罩住阻燃板4，上箱体2放置于下箱体1上并将烟雾扩散部11罩住；阻燃板4上放置的燃烟的烟雾经过下箱体1顶部的烟雾扩散部11扩散到上箱体2内。
[0044]
使用时，将阻燃板4放置于合适的底面或者物体表面5上，然后放置燃烟，将上箱体2放置于下箱体1上并罩住下箱体1的烟雾扩散部，然后整体搬动下箱体1和上箱体2，将其移动至阻燃板4，使下箱体1罩住阻燃板4；然后搬动上箱体2将实验动物放入上箱体2中，放下上箱体2，即可进行实验。
[0045]
在一些实施例中，所述烟雾扩散部11由若干烟雾扩散层组成；所述若干烟雾扩散层中任意一个烟雾扩散层由一块板材制成而成，板材上设有若干扩散孔1110，所述若干烟雾扩散层间隔设置于下箱体2上，任意两个相邻烟雾扩散层之间所形成的空腔用于烟雾弥散。作为优选的实施方式，将烟雾扩散部11设计为若干烟雾扩散层，每一个烟雾扩散层设置若干扩散孔，从而使得烟雾的扩散缕数进一步增加，每经过一个烟雾扩散层后，烟雾的缕数逐步增加，从而使得最终进入上箱体2内的烟雾具有足够的缕数，使其快速而均匀地弥散于上箱体2内，使动物能够在自由活动的状态下，快速染毒。
[0046]
在一些实施例中，所述若干烟雾扩散层中任意一个烟雾扩散层的任意一个扩散孔1110与相邻的烟雾扩散层的任意一个扩散孔1110在竖直方向上相互错开。作为优选的实施方式，将相邻两个烟雾扩散层的若干扩散孔相互错开布置，以实现进一步增加烟雾扩散的缕数，提高其扩散性；如果不错开，烟雾从下面的烟雾扩散层中的某一个扩散孔出来的一缕烟雾，该缕烟雾的大部分呈区域直线上升，直接穿过上面的烟雾扩散层的扩散孔，仅仅只有该缕烟雾的小部分被扩散；若将其错开布设，则该缕烟雾的大部分都会被扩散为多缕烟雾，使得烟雾扩散的缕数进一步增加。
[0047]
在一些实施例中，所述若干烟雾扩散层中任意一个烟雾扩散层设有的若干扩散孔1110的数量为18乘以20，且呈18乘以20的阵列分布；任意一个扩散孔1110为直径为2cm的圆孔，任意一个扩散孔1110与相邻的扩散孔1110的中心距为3cm。作为优选的实施方式，采用
该实施技术，可以将一缕烟雾扩散到所需缕数的烟雾，使其快速均匀扩散到上箱体2内。
[0048]
在一些实施例中，所述若干烟雾扩散层中任意一个烟雾扩散层固定安装于下箱体1上。作为优选的实施方式，采用固定安装方式，使得成为整体，更具有稳定性，操作搬运更加方便。
[0049]
在一些实施例中，所述若干烟雾扩散层中最上面的烟雾扩散层固定安装于下箱体1上，下面的任意一个烟雾扩散层可拆卸的安装于下箱体1上。作为优选的实施方式，采用可拆卸的方式，便于对其拆卸进行清洗。
[0050]
在一些实施例中，所述若干烟雾扩散层的数量设有3层，从上到下分别为第一层烟雾扩散层111、第二层烟雾扩散层112和第三层烟雾扩散层113。作为优选的实施方式，将烟雾扩散层的数量设置为3层，可以将一缕烟雾扩散到足够烟雾的缕数，快速均匀扩散至上箱体2内，同时，采用3层就能够满足要求，使得结构更加简单。
[0051]
在一些实施例中，所述的一种用于啮齿类实验动物被动吸烟的装置，还包括钢网格架3，所述钢网格架3放置于下箱体2内部，阻燃板4上面，钢网格架3，用于放置燃烟；所述下箱体1的其中一个侧面还设有用于放置燃烟的下箱体门12；所述上箱体2的其中一个侧面上设有用于放置实验动物的上箱体门21。作为优选的实施方式，增加钢网格架3，将燃烟放置于钢网格架3上，使得燃烟燃烧更加充分；在下箱体1上设置下箱体门12，便于通过下箱体门12增加燃烟到下箱体1内，在上箱体2上设置上箱体门21，便于放置实验动物。
[0052]
在一些实施例中，所述下箱体1的顶面的四个角部还设有卡挡14；所述上箱体2放置于四个卡挡14之间，由四个卡挡14对其进行限位。作为优选的实施方式，增加卡挡14，用于防止上箱体2产生滑移，保持其稳定性。
[0053]
一种用于啮齿类实验动物被动吸烟染毒的实验方法，应用权利要求上述的一种用于啮齿类实验动物被动吸烟染毒的装置，其步骤如下：（一）组装装置：选取合适的位置（地面或者物体表面），先放阻燃板4，将钢网格架3放置于阻燃板4，将下箱体1罩住阻燃板4和钢网格架3；将上箱体2放置到下箱体1上，并罩住下箱体1的烟雾扩散部11；（二）放置动物：选取实验动物，然后打开上箱体门21，然后将实验动物从上箱体门21放入上箱体2内，再关闭上箱体门21；（三）放置燃烟：点燃八支香烟，打开下箱体门12，即刻将点燃的香烟从下箱体门12放入下箱体1内的钢网格架3上，关闭下箱体门12；若发现香烟熄灭，可打开下箱体门12，重新点燃香烟或加入新的点燃的香烟；（四）进行实验：将点燃的八支香烟放入下箱体1内时，开始计时，达到所设置的染毒时间时，初始将染毒时间设置为1小时，达到1小时时即可掀开上箱体2，取出实验动物，将实验动物放回其原来生活的笼中；（五）持续实验：每天重复步骤（二）~（四）2次，两次时间间隔4小时以上，持续实验进行60天后，获得copd疾病动物模型，在完成第60天实验后的24小时后，对所有实验动物的相关指标进行检测。
[0054]
（六）清洁实验装置：每日完成实验动物被动吸烟实验后，即可将下箱体1、上箱体2、钢网格架3、阻燃板4各个零部件分离开来，进行清洗，以便为进行下一次实验做准备。
[0055]
末次被动吸烟染毒完成后，对实验动物的相关指标进行检测，将10mg/ml戊巴比妥
钠（50mg/kg）腹腔注射麻醉安乐死实验动物；取新鲜右肺下叶组织，经10%中性甲醛固定48小时，梯度酒精脱水，二甲苯透明，石蜡包埋，切片，he染色，光镜下观察肺组织病理形态的改变。
[0056]
快速取出右肺上叶，pbs缓冲液冲洗组织周围的血液等污物，留取右肺门1mm3大小组织块，2. 5%戊二醛固定，1%锇酸后固定，乙醇-丙酮系列梯度脱水后epin812包埋，超薄切片机常规切片，醋酸铅及枸橼酸铅双重染色，透射电镜下观察肺组织超微结构的改变。
[0057]
分别采用本发明的实验装置和目前所使用的实验装置进行实验，将两批老鼠分别放置于两个实验装置进行被动吸烟染毒，分别得到其肺组织形态结构图，如图8，9所示，分别为目前现有的实验装置所获得典型的实验动物肺组织的病理形态光镜图和超微结构透射电镜图，图10，11分别为本发明的实验装置所获得典型的的实验动物肺组织的病理形态光镜图和超微结构透射电镜图，通过对比可见，本发明的实验装置，在相同时间、相同实验方法下，其染毒效果明显好于现有的实验装置，通过本发明的实验装置所建立的copd动物模型更为典型，能更好地复制临床copd疾病特征。即本发明的实验装置在相同时间、方法下所获得的染毒实验动物的病理形态改变更为严重，具体表现为：肺组织支气管纤毛柱状上皮细胞部分剥脱，纤毛粘连倒伏变性和坏死，杯状细胞增生，黏膜下层及肌层大量炎性细胞浸润，可见支气管平滑肌明显增厚，管腔内充满大量中性粒细胞，肺泡巨噬细胞及乱液分泌物，肺泡扩张融合，有明显的肺气肿和肺大疱形成，部分肺泡隔明显增厚，其中可见炎性细胞浸润和毛细血管扩张充血；终末细支气管远端气囊腔膨胀，异常扩张，肺泡间隔变窄，弹力纤维变细或断裂；部分肺泡壁变薄，肺泡表面积减少，肺泡壁组织密度减低，肺泡孔扩大，肺泡附着破坏，肺泡破裂或相互融合形成较大的囊腔（肺大疱）。由于肺泡破裂和炎症的侵蚀破坏，其内的毛细血管闭塞，数目及横断面积均显著减少或消失；此外，肺气肿使尚可见到与细支气管伴行的非小动脉炎症，内膜增生肥厚，中膜平滑肌肥大、增生、水肿、变性、坏死，管腔狭窄甚至闭塞，小支气管和细支气管伴有的慢性炎症等改变；小支气管和肺小动脉旁可见大量吞噬了烟尘颗粒的巨噬细胞（尘细胞），部分巨噬细胞崩解破坏；终末细支气管远端狭窄，呼吸细支气管及肺泡管囊状扩张，肺泡腔不规则扩大，肺泡壁变薄、胀大、破裂或融合形成大泡。同时，其超微结构改变更为明显，具体表现在：肺i型上皮和ii型上皮细胞细胞核染色质固缩，细胞浆变空的程度更严重。
[0058]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。