外環(huán)境濕度和換氣次數(shù)對獨(dú)立通風(fēng)籠盒微環(huán)境濕度和氨濃度的影響

趙維波，閔凡貴，劉香梅，鄺慧文，張 鈺，劉年雙，薩曉嬰

(1. 廣東省實驗動物重點(diǎn)實驗室，廣東省實驗動物監(jiān)測所，廣州 510663；2. 江蘇省實驗動物質(zhì)量檢測二站，南京 210008；3. 浙江省醫(yī)學(xué)科學(xué)院，杭州 310013)

研究報告

外環(huán)境濕度和換氣次數(shù)對獨(dú)立通風(fēng)籠盒微環(huán)境濕度和氨濃度的影響

趙維波1，閔凡貴1，劉香梅1，鄺慧文1，張 鈺1，劉年雙2，薩曉嬰3

(1. 廣東省實驗動物重點(diǎn)實驗室，廣東省實驗動物監(jiān)測所，廣州 510663；2. 江蘇省實驗動物質(zhì)量檢測二站，南京 210008；3. 浙江省醫(yī)學(xué)科學(xué)院，杭州 310013)

目的 評估在獨(dú)立通風(fēng)籠盒(IVC)所處環(huán)境不同濕度條件下，IVC不同換氣次數(shù)時,大、小鼠IVC微環(huán)境濕度和氨濃度的變化。 方法 屏障環(huán)境內(nèi)，以7 d為換籠周期，分別設(shè)定室內(nèi)環(huán)境低濕(40%)、中濕(50%)、高濕(60%)，IVC換氣次數(shù)為40次/h、60次/h時，對3個品牌大、小鼠IVC微環(huán)境進(jìn)行測定，觀察籠盒內(nèi)濕度和氨濃度的變化。結(jié)果 當(dāng)室內(nèi)環(huán)境為低濕條件，小鼠和大鼠IVC換氣次數(shù)設(shè)置為40次/h時；當(dāng)室內(nèi)環(huán)境為中濕條件，小鼠換氣次數(shù)設(shè)置為40次/h、大鼠換氣次數(shù)設(shè)置為60次/h時；當(dāng)室內(nèi)環(huán)境為高濕條件，小鼠換氣次數(shù)設(shè)置為60次/h時，籠盒內(nèi)微環(huán)境均基本能夠滿足GB14925-2010對濕度和氨濃度的要求。而在高濕情況下，即使大鼠IVC換氣次數(shù)置為60次/h也不能滿足要求。結(jié)論 室內(nèi)環(huán)境濕度和IVC換氣次數(shù)是影響IVC微環(huán)境的關(guān)鍵指標(biāo)，只有依據(jù)室內(nèi)環(huán)境條件合理設(shè)置IVC換氣次數(shù)才能較好地維護(hù)IVC微環(huán)境和達(dá)到有效管理的目的。

IVC, 外環(huán)境，微環(huán)境，換氣次數(shù)，濕度，氨濃度

近年來，獨(dú)立通風(fēng)籠盒(Individually ventilated cage, IVC)因其獨(dú)立微環(huán)境控制和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，開始廣泛應(yīng)用于嚙齒類實驗動物的動物試驗研究、免疫缺陷動物和轉(zhuǎn)基因動物等的保種或繁育等[1，2]。目前， IVC一般不配備溫濕度調(diào)節(jié)功能，因此，IVC所在外部環(huán)境的溫度、濕度與單位時間內(nèi)IVC進(jìn)風(fēng)量的大小(交換)則直接影響IVC微環(huán)境的相應(yīng)指標(biāo)[3]。而IVC籠盒作為實驗動物的飼養(yǎng)(實驗)場所，其微環(huán)境指標(biāo)也均應(yīng)滿足GB14925-2010中的相關(guān)要求[4]。目前，對于IVC的使用以及相關(guān)技術(shù)參數(shù)要求暫無相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范或說明，僅僅只有江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)DB32/T972-2006對IVC進(jìn)行了相關(guān)技術(shù)參數(shù)的規(guī)范，例如在DB32/T972-2006中規(guī)定了IVC換氣次數(shù)必須要達(dá)到10次以上[5]。但是，不管是按照生產(chǎn)廠家推薦以及實際使用，大部分的IVC在實際使用中的換氣次數(shù)的設(shè)置均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10次/h，甚至達(dá)到60次/h、80次/h。因此，研究并探討IVC換氣次數(shù)、IVC所處環(huán)境參數(shù)的設(shè)置和換籠周期的選擇等有利于提高動物福利和保證實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

本試驗選用與換氣次數(shù)及IVC所處環(huán)境密切相關(guān)的濕度和氨濃度作為監(jiān)控指標(biāo)，評估外環(huán)境濕度及換氣次數(shù)對IVC微環(huán)境濕度和氨濃度的影響，為優(yōu)化IVC的使用和管理提供參考。

1 材料和方法

1.1 儀器與設(shè)備

MES氣體質(zhì)量流量計(廣州迪川)、TEST0425風(fēng)速儀(德國德圖)、TEST0625溫濕度儀(德國德圖)、PN-2000氨濃度檢測儀(深圳鵬雷)，均經(jīng)過校準(zhǔn)；大、小鼠IVC為國內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的有代表性的三種品牌。其中包括進(jìn)口品牌1種、國內(nèi)江蘇和廣東品牌各1種，隨機(jī)編號標(biāo)識為品牌1、品牌2、品牌3。3種品牌IVC均為不銹鋼籠架，主機(jī)與籠架各自獨(dú)立，籠盒材料為PSU/PC，籠盒內(nèi)均采用上送上排的送排風(fēng)方式。小鼠IVC放置于一個房間，大鼠IVC放置于另一房間，房間內(nèi)均無其他IVC或動物飼養(yǎng)。

1.2 環(huán)境條件與控制

1.2.1 外環(huán)境：大、小鼠IVC均放置于本機(jī)構(gòu)屏障環(huán)境飼養(yǎng)室內(nèi)。IVC所處環(huán)境濕度通過設(shè)施控制系統(tǒng)(實驗動物使用許可證號【SYXK(粵)2012-0122】)，分別設(shè)置為低濕(40%)、中濕(50%)、高濕(60%)。

1.2.2 IVC微環(huán)境：以流量計測定籠盒進(jìn)風(fēng)口風(fēng)量，換算數(shù)據(jù)為實際的IVC換氣次數(shù)，分別設(shè)定為40次/h，60次/h(其中品牌2最大為50次/h，實際只有品牌1和3滿足要求)。

1.3 實驗動物的飼養(yǎng)

SPF級ICR小鼠，(18～26)g；SPF級Wistar大鼠，(220～280)g。依據(jù)“Guide for the Care and Use of Laboratory Animails(8thEdition)”中動物數(shù)量設(shè)置原則，小鼠在三種品牌均放置5只/盒(品牌1、品牌2、品牌3底面積分別為480 cm2、462 cm2、520 cm2)；大鼠品牌1和3為4只/盒(底面積為720 cm2)，品牌2為5只/盒(底面積為1086 cm2)，每個IVC品牌放置5盒用于測量。墊料為玉米芯，均勻覆蓋籠盒底，高度為2 cm。飼養(yǎng)周期(換籠周期)為7 d。

1.4 濕度與氨濃度的測定

1.4.1 檢測方法的比較：一是對測量盒進(jìn)行開孔，使溫濕度計和氨濃度檢測儀的檢測端口進(jìn)入籠盒直接測量；二是打開籠盒迅速將儀器放入籠盒內(nèi)測量，測量時先穩(wěn)定5 min后再記錄，記錄平均值。在進(jìn)行比對實驗時，先直接測量，后盒內(nèi)測量。

1.4.2 檢測程序：測量日，先記錄房間內(nèi)的濕度與氨濃度，然后測定IVC籠盒內(nèi)的濕度和氨濃度。

2 結(jié)果

2.1 直接測量和盒內(nèi)測量濕度和氨濃度比較

直接測量和盒內(nèi)測量兩種方法連續(xù)測定結(jié)果比較顯示(圖1)，兩種方法測定的濕度和氨濃度的結(jié)果基本一致。在后續(xù)的研究中，為保證穩(wěn)定性，均采用盒內(nèi)測量。

圖1 濕度、氨濃度兩種檢測方法結(jié)果比較Fig.1 Comparison of the humidity and ammonia concentration measured by two methods

2.2 IVC不同換氣次數(shù)及不同外環(huán)境濕度條件下籠盒內(nèi)濕度和氨濃度的變化

2.2.1 IVC換氣次數(shù)40次/h，所處環(huán)境為低濕:小鼠IVC籠盒內(nèi)濕度從第1天開始高于房間，并逐步升高，至換籠周期結(jié)束，籠盒內(nèi)的濕度均小于60%；籠盒內(nèi)氨濃度從第2天開始檢測出并緩慢升高，籠盒內(nèi)的氨濃度極低(均小于1.5 ppm)；三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖2A)。

大鼠IVC籠盒內(nèi)濕度從第1天開始高于房間，并逐步升高，至換籠周期結(jié)束，籠盒內(nèi)的濕度均小于70%；籠盒內(nèi)氨濃度從第2天開始檢測出并升高，換籠周期結(jié)束時籠盒內(nèi)的氨濃度最高接近20 ppm；三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖2,B)。

換籠周期內(nèi)的大、小鼠IVC所處房間濕度介于38%～46%，房間氨濃度也較低(圖2A、B)。

2.2.2 IVC換氣次數(shù)40次/h，所處環(huán)境為中濕;小鼠IVC籠盒內(nèi)濕度從第1天開始高于房間，并逐步升高，至換籠周期結(jié)束，籠盒內(nèi)的濕度均小于65%；籠盒內(nèi)氨濃度從第2天開始檢測出并緩慢升高，籠盒內(nèi)的氨濃度較低(均小于9 ppm)；三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖3A)。

大鼠IVC籠盒內(nèi)濕度從第1天開始高于房間，第3天開始超過70%，至換籠周期結(jié)束，籠盒內(nèi)的濕度最高到86.7%；籠盒內(nèi)氨濃度從第1天開始檢測出并升高，第4天開始就超過20 ppm，換籠周期結(jié)束時最高達(dá)29.52 ppm；三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖3B)。

換籠周期內(nèi)的大、小鼠IVC所處房間濕度介于46%～54%，房間氨濃度也較低(圖3A、B)。

圖2 外環(huán)境低濕下IVC40次/h微環(huán)境指標(biāo)變化。A為小鼠；B為大鼠Fig.2 The changes of microenvironmental indices under conditions of macroenvironmental low-humidity and 40 times/h ventilation. A: Mouse IVC; B: Rat IVC.

圖3 外環(huán)境中濕下IVC40次/h微環(huán)境指標(biāo)變化。A為小鼠；B為大鼠Fig.3 The changes of microenvironmental indices under conditions of macroenvironmental moderate-humidity and 40 times/h ventilation. A: Mouse IVC; B: Rat IVC.

圖4 外環(huán)境高濕下IVC40次/小時微環(huán)境指標(biāo)變化。A為小鼠；B為大鼠Fig.4 The changes of microenvironmental indices under conditions of macroenvironmental high-humidity and 40 times/h ventilation. A: Mouse IVC; B: Rat IVC.

2.2.3 IVC換氣次數(shù)40次/h，所處環(huán)境為為高濕：小鼠IVC籠盒內(nèi)濕度從第3天開始即超過70%，至換籠周期結(jié)束時，籠盒內(nèi)的濕度最高到80%，；籠盒內(nèi)氨濃度從第2天開始檢測出并緩慢升高，4 d后開始迅速升高，籠盒內(nèi)的氨濃度最高超過10 ppm；三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖4,A)。

大鼠IVC籠盒內(nèi)濕度從第2天開始即超過70%，至換籠周期結(jié)束時，籠盒內(nèi)的濕度最高到90%；氨濃度均從第4天開始就超過20 ppm，換籠周期結(jié)束時最高達(dá)40 ppm，三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖4B)。

換籠周期內(nèi)的大、小鼠IVC所處房間濕度介于59%～63%，房間氨濃度也較低(圖4A、B)。

圖6 外環(huán)境高濕下IVC60次/小時微環(huán)境指標(biāo)變化。A為小鼠；B為大鼠Fig.6 The changes of microenvironmental indices under conditions of macroenvironmental high-humidity and 60 times/h ventilation. A: Mouse IVC; B: Rat IVC.

2.2.4 IVC換氣次數(shù)60次/h，所處環(huán)境為為中濕：大鼠IVC所在房間濕度為46%～48%，大鼠IVC籠盒內(nèi)濕度從第4天開始接近70%，最高到71.6%；氨濃度均從第2天開始檢出，籠盒內(nèi)的氨濃度最高達(dá)7.24 ppm，2個品牌大鼠IVC籠盒內(nèi)濕度和氨濃度變化趨勢基本一致(圖5)。

圖5 外環(huán)境中等濕度條件下大鼠IVC60次/h 微環(huán)境指標(biāo)變化Fig.5 The changes of microenvironmental indices in the rat IVC.under conditions of macroenvironmental moderate-humidity and 40 times/h ventilation

2.2.5 IVC換氣次數(shù)60次/h，所處環(huán)境為為高濕：小鼠IVC籠盒內(nèi)濕度從第5天開始即超過70%，至換籠周期結(jié)束時，最高到75%，；但氨濃度均小于5 ppm；三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖6A)。

大鼠IVC籠盒內(nèi)濕度從第3天開始即超過70%，至換籠周期結(jié)束時，最高到79%；氨濃度均從第2天開始檢出，且超過20 ppm，換籠周期結(jié)束時最高達(dá)40 ppm，三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖6B)。

換籠周期內(nèi)的大、小鼠IVC所處房間濕度介于58%～63%，房間氨濃度較低(圖6A、B)。

3 討論

在IVC實際使用過程中，影響微環(huán)境的因素不僅包括IVC所處環(huán)境的因素、IVC的設(shè)定，IVC的調(diào)控范圍，還包括動物飼養(yǎng)數(shù)量、動物體重、墊料材料的選取及數(shù)量等。因此，有必要對上述影響因素進(jìn)行研究，有助于IVC的使用和管理，使其微環(huán)境更加適合于實驗動物或使實驗動物的環(huán)境更為舒適。

國內(nèi)外科技工作者對IVC飼養(yǎng)實驗動物的生活習(xí)性、微環(huán)境的物理指標(biāo)、體內(nèi)健康指數(shù)等進(jìn)行了一定的研究，包括在換氣次數(shù)的選擇與設(shè)定上也進(jìn)行了一定的研究。Krohn等研究換氣頻率分別在50、80和120次/h對大鼠的影響，監(jiān)測指標(biāo)為心率和血壓，50、80次/h沒有影響[6-7]；Reeb-Whitaker等[9]研究30、60和100次/h換氣頻率對小鼠的影響，證實小鼠在60次/h時最為適宜[8]；并且，對于氨濃度的降低，換氣次數(shù)需要達(dá)到30～40才能夠達(dá)到最佳效果。田小蕓等[10]研究結(jié)果顯示，大鼠IVC換氣次數(shù)20次/h，籠盒內(nèi)氨濃度在第3天就達(dá)到約130 ppm。上述研究重點(diǎn)解決了IVC使用中換氣次數(shù)的選擇對實驗動物的健康、行為學(xué)影響，或者對環(huán)境指標(biāo)的部分等進(jìn)行了研究，但還不能完全對IVC的日常使用提供明確的指導(dǎo)，包括外環(huán)境濕度不同條件下的IVC使用。

在本試驗中，以GB14925-2010中實驗動物生活環(huán)境的的濕度和氨濃度指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)要求，在IVC所處環(huán)境低濕及中濕條件下，小鼠IVC在40次/h換氣次數(shù)就能基本保證較好的微環(huán)境條件，而大鼠在40次/h只有在低濕條件下才能基本保證較好的微環(huán)境條件；在高濕條件下，大鼠IVC即使60次/h也不能完全滿足GB14925-2010對濕度的要求。三種IVC的檢測數(shù)據(jù)與趨勢基本相同。對IVC的使用有一定的參考意義。同時，因三種IVC進(jìn)風(fēng)口均不是直接吹風(fēng)，設(shè)置了導(dǎo)流板而向四周發(fā)散，IVC內(nèi)動物活動(生存)高度氣流速度均≤0.2m/s。換氣次數(shù)在40次/小時和60次/h均合格(數(shù)據(jù)未列出)。

由此可見，IVC所處環(huán)境濕度是影響IVC微環(huán)境的關(guān)鍵指標(biāo)之一，而相應(yīng)的需要在IVC的換氣次數(shù)設(shè)定上進(jìn)行一定的調(diào)整，方能保障良好IVC微環(huán)境或延長換籠周期。

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Effect of environmental humidity and ventilation rate on the microenvironmental humidity and ammonia concentration in individually ventilated cages (IVC)

ZHAO Wei-bo1，MIN Fan-gui1，LIU Xiang-mei1，KUANG Hui-wen1， ZHANG Yu1, LIU Nian-shuang2, SA Xiao-ying3

(1. Guangdong Key Laboratory of Laboratory Animals, Guangdong Laboratory Animals Monitoring Institute,Guangzhou 510663, China; 2. Station Ⅱ of the Jiangsu Laboratory Animal Quaility Test Station, Nanjing 210008;3. Zhejiang Academy of Medical Sciences, Hangzhou 310013)

Objective To assess the changes of humidity and ammonia concentration in rat and mouse individually ventilated cages (IVC) based on macroenvironmental humidity and air ventilation changes. Methods Three kinds of rat and mouse IVC in barrier facilities were set as research objective. The changes of micronvironmental humidity and ammonia concentration at 40 times/h and 60 times/h air changes were detected continuously for a 7-days-cycle relative to low (40%), moderate (50%), and high (60%) macroenvironmental humidity. Results Mouse and rat IVC with 40 times/h air changes under low macroenvironmental humidity condition, mouse IVC with 40 times/h and rat IVC with 60 times/h air changes under moderate macroenvironmental humidity condition, mouse IVC with 60 times/h air changes under high macroenvironmental humidity condition, basically meet the GB14925-2010 requirements. While under macroenvironmental high humidity condition, the microenvironments of rat and mouse IVC with 60 times/h air changes could not satisfy the requirements. Conclusions The environmental humidity and ventilation frequency are the key index of IVC microenvironment. Only on the basis of external environment conditions to set up reasonable IVC ventilation frequency in order to better maintain the IVC microenvironment so that to achieve the goal of effective management.

Individually ventilated cage (IVC); Macroenvironment; Microenvironment; Air Changes；Humidity; Ammonia concentration; Rat; Mouse

廣東省科技計劃項目，項目編號[2011B060300034]。

趙維波(1976-)，男，助理研究員，主要從事實驗動物檢測及研究。

薩曉嬰(1952-)，男，研究員，主要從事實驗動物科研和管理。

R33

A

1671-7856(2014) 08-0036-05

10.3969.j.issn.1671.7856. 2014.008.009

2014-06-09