生物遙測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)清醒狀態(tài)下普通棉耳狨猴的心電生理特性

李　娜， 王文譽(yù)， 何　巍， 丁爽爽， 奚劍飛， 徐　皓， 張　周

（中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所， 上海 201203）

生物遙測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)清醒狀態(tài)下普通棉耳狨猴的心電生理特性

李娜， 王文譽(yù)， 何巍， 丁爽爽， 奚劍飛， 徐皓， 張周

（中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所， 上海 201203）

目的 采用生物遙測(cè)法監(jiān)測(cè)清醒狀態(tài)下狨猴心率、體溫、血壓及心電圖各項(xiàng)指標(biāo)。方法 在普通棉耳狨猴體內(nèi)埋置生物傳感器， 恢復(fù)兩周后， 采用Dataquest A.R.T. 4.3系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測(cè)24 h的心率、體溫、血壓和心電圖指標(biāo)， 并于第二周、第三周各重復(fù)一次。結(jié)果 在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，該方法所監(jiān)測(cè)指標(biāo)基本維持正常水平，心率為（148.12±15.94）～（256.85±25.67） 次/min，體溫為（35.60±0.23）～（38.67±0.75） ℃，平均動(dòng)脈壓為（67.45±8.96）～（94.95±11.62） mmHg，白天的各項(xiàng)心電指標(biāo)高于夜間，且三次實(shí)驗(yàn)及平均值間比較無(wú)顯著差異（P＞0.05）。結(jié)論 成功建立了生物遙測(cè)方法， 可以準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)清醒狀態(tài)下普通棉耳狨猴的心電生理指標(biāo)。

普通棉耳狨猴； 傳感器； 生物遙測(cè)； 心電生理指標(biāo)

非人靈長(zhǎng)類(lèi)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與人類(lèi)生理反應(yīng)特性極其相似，研究領(lǐng)域涉及人類(lèi)腦發(fā)育、畸胎學(xué)、內(nèi)分泌學(xué)、行為學(xué)、免疫學(xué)、病毒學(xué)、腫瘤學(xué)和生殖生物學(xué)等生命科學(xué)， 特別是普通棉耳狨猴（Common Cotton-eared Marmoset， Callithrix Jacchus），由于其體型小、繁殖率高、實(shí)驗(yàn)研究用量小，是生命科學(xué)研究領(lǐng)域很有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)材料。同時(shí)，新藥開(kāi)發(fā)研究中，心血管系統(tǒng)指標(biāo)也是藥物安全性評(píng)價(jià)和藥效學(xué)評(píng)價(jià)研究的重要參數(shù)。進(jìn)行心血管指標(biāo)監(jiān)測(cè)方法的研究成為熱點(diǎn)，特別是生物遙測(cè)技術(shù)（Telemetry）是通過(guò)手術(shù)將生物傳感器植入動(dòng)物體內(nèi)，再由接收、轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)和處理等一系列裝置測(cè)定動(dòng)物在清醒且自由活動(dòng)狀態(tài)下的體溫、血壓、心率和心電圖等生理指標(biāo)，這樣所得到的數(shù)據(jù)更加貼近動(dòng)物正常生理學(xué)指標(biāo)，避免了動(dòng)物應(yīng)激造成的誤差。目前，國(guó)內(nèi)已采用生物遙測(cè)技術(shù)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)犬和大鼠的心血管指標(biāo)，但未見(jiàn)有狨猴生物遙測(cè)技術(shù)的報(bào)道。作者采用在普通棉耳狨猴體內(nèi)埋置生物傳感器，在動(dòng)物清醒、自由活動(dòng)的狀態(tài)下測(cè)定其心率、體溫、血壓以及心電圖，為生命科學(xué)研究提供一系列可靠、真實(shí)的數(shù)據(jù)。

1　材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物雄性普通棉耳狨猴6只（普通級(jí)， 年齡2～2.5歲， 體質(zhì)量350 g左右）， 引自南非（非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物出口-國(guó)際獸醫(yī)檢查證書(shū)： P12070076/268），飼養(yǎng)在中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所［SYXK（滬）2010-0049］。飼養(yǎng)環(huán)境的溫度21～25 ℃，日溫差≤4℃；相對(duì)濕度40%～70%； 每日12 h光照維持，晝夜循環(huán)（6∶00～18∶00為光照時(shí)間）； 每日上午飼喂狨猴飼料，下午飼喂紅薯、雞蛋、面包、酸奶、水果等（每日1～2種），自由飲水，飼料購(gòu)自上海仕林生物科技有限公司［滬飼審（2008）04031］。

1.1.2藥物、試劑異氟烷（Baxter Healthcare of Puerto Rico， 批號(hào)： N031F315），帕瑞昔布鈉（輝瑞制藥， 批號(hào)： G70221），青霉素（華北制藥股份有限公司， 批號(hào)：F3046205），Dataquest A.R.T. 4.3系統(tǒng)（Data Sciences International， USA），Ponemah分析軟件，Data Analysis分析軟件，DSI無(wú)線遙測(cè)系統(tǒng)生物傳感器（HD-S11），手術(shù)器械，麻醉機(jī)，手術(shù)無(wú)影燈，滅菌器等。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1手術(shù)操作無(wú)菌操作狀態(tài)下，在狨猴腹部切口4～5 cm，暴露腹腔，生物傳感器的壓力導(dǎo)管通過(guò)腹股溝插入腹主動(dòng)脈，縫合肌肉，再將電極二導(dǎo)聯(lián)分別埋置在胸部和腹部的皮下，與肌肉縫合固定。手術(shù)過(guò)程中采用異氟烷吸入麻醉，誘導(dǎo)麻醉時(shí)異氟烷濃度為體積分?jǐn)?shù)5%，維持麻醉濃度為3%； 術(shù)后采用帕瑞昔布鈉鎮(zhèn)痛，3 mg/kg體質(zhì)量肌肉注射，連續(xù)3 d； 肌肉注射青霉素抗菌消炎，8萬(wàn)單位每日1次，連續(xù)10 d。

1.2.2數(shù)據(jù)采集與分析狨猴手術(shù)后恢復(fù)兩周，從12∶00開(kāi)始連續(xù)監(jiān)測(cè)24 h內(nèi)的心率、體溫、血壓和心電圖； 每隔4.5 min連續(xù)采集30 s數(shù)據(jù)（心率、體溫、血壓）， 并將每小時(shí)段內(nèi)的12組30 s數(shù)據(jù)取平均值作圖， 分析各項(xiàng)指標(biāo)的變化； 另每小時(shí)段內(nèi)取安靜狀態(tài)下2段心電圖，分析心電圖間期（PR間期，RR間期， QRS間期， QT間期， QTcb等）； 分別于第二周和第三周重復(fù)監(jiān)測(cè)該6只狨猴連續(xù)24 h的各項(xiàng)心電指標(biāo)，并取三次實(shí)驗(yàn)各時(shí)間段的數(shù)據(jù)平均值。

1.3數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)均采用Dataquest A.R.T. 4.3系統(tǒng)記錄，再分別用Ponemah和 Data Analysis軟件進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，所有數(shù)據(jù)用±s表示， 采用SPSS19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。差異顯著性采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)和單因子方差分析， P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1心率

同一時(shí)間段內(nèi)，三次監(jiān)測(cè)結(jié)果及平均值間的心率相比基本一致，無(wú)顯著差異（P＞0.05），白天（6∶00～18∶00）活動(dòng)狀態(tài)下的平均心率值明顯高于夜間（18∶00～06∶00）（P＜0.01）， 7∶00最高， 為 256.85±25.76次/min，夜間22∶00最低值為148.12±15.94次/min（圖1）。

2.2體溫

平均體溫在35.60±0.23 ℃～38.67±0.75 ℃，白天體溫高于夜間體溫， 基本維持在37.25～38.67 ℃；且三周及平均體溫間無(wú)顯著差異（P＞0.05）（圖2）。

2.3平均動(dòng)脈壓

白天的平均動(dòng)脈壓平均值（89.11±9.74 mmHg）高于夜間（71.74±9.77 mmHg）（P＜0.01）， 7∶00時(shí)達(dá)到最高， 為94.95±11.62 mmHg， 夜間22∶00最低值為67.45±8.96 mmHg，且三次監(jiān)測(cè)結(jié)果及平均值間無(wú)顯著差異（P＞0.05）（圖3）。

2.4心電圖

在整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中各心電間期指標(biāo)基本維持正常水平，且同時(shí)間段內(nèi)三次監(jiān)測(cè)結(jié)果及其平均值相比均無(wú)顯著差異（P＞0.05）（圖4）。

3　討論

國(guó)外很多生命科學(xué)研究機(jī)構(gòu)都將測(cè)量動(dòng)物清醒狀態(tài)下的生理指標(biāo)作為新技術(shù)、新方法研究的基礎(chǔ)［1］，而測(cè)定生理指標(biāo)的方法有很多種，如動(dòng)物體內(nèi)插入導(dǎo)管后連接到外置的Matrix顯示法、尾套加壓法、穿夾克遙測(cè)方法、探頭植入體內(nèi)的生物遙測(cè)技術(shù)等。但前三種方法都有它們各自的缺點(diǎn)， 如：從動(dòng)物體內(nèi)接出的導(dǎo)管跟外置Matrix連接，雖然記錄的是正常動(dòng)物的生理指標(biāo)，但動(dòng)物不能自由活動(dòng)， 而且由于傷口不能完全封閉， 存在感染問(wèn)題［2］； 而尾套加壓法由于束縛和應(yīng)激會(huì)使指標(biāo)高于正常數(shù)值，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性差； 穿夾克遙測(cè)方法的主要缺點(diǎn)是夾克設(shè)備易損環(huán)，且不能進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)。探頭植入體內(nèi)生物遙測(cè)技術(shù)所測(cè)得的結(jié)果更加真實(shí)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)性好、研究者能夠長(zhǎng)時(shí)間記錄動(dòng)物生理數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物可以重復(fù)使用、實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加符合于疾病本身的發(fā)展變化規(guī)律、更好的維護(hù)動(dòng)物福利［3］。

圖1　清醒普通棉耳狨猴心率值Figure 1 The heart rate of conscious common cotton-eared marmosets

圖2　清醒普通棉耳狨猴體溫值Figure 2 The body temperature of conscious common cotton-eared marmosets

圖3　清醒普通棉耳狨猴平均動(dòng)脈壓監(jiān)測(cè)值Figure 3 The mean arterial blood pressure of conscious common cotton-eared marmosets

生物遙測(cè)技術(shù)是通過(guò)手術(shù)方法將生物傳感器植入動(dòng)物體內(nèi)，再由接收和顯示等一系列裝置來(lái)測(cè)定實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的體溫、血壓、心率和心電圖等生理指標(biāo)，是目前藥物安全性評(píng)價(jià)和藥效學(xué)評(píng)價(jià)的先進(jìn)技術(shù)，目前我國(guó)還未見(jiàn)在狨猴應(yīng)用生物遙測(cè)技術(shù)的報(bào)道。1993年，Schnell等［4］利用生物遙測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)了狨猴在無(wú)束縛狀態(tài)下的血壓、心率等值。此后科學(xué)家們陸續(xù)驗(yàn)證了該方法的可靠性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性， 并應(yīng)用此方法進(jìn)行藥物對(duì)機(jī)體的影響研究， 如Honda 等［5］利用狨猴體內(nèi)埋置傳感器的方法研究了交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)功能對(duì)于QT間期的影響。同時(shí)Tabo等［6］、Honda等［7］和Horri 等［8］均用此方法開(kāi)展藥物對(duì)于血壓、心率、體溫、QT間期和運(yùn)動(dòng)晝夜節(jié)律的影響研究。本實(shí)驗(yàn)即用該方法來(lái)監(jiān)測(cè)自由活動(dòng)狀態(tài)下普通棉耳狨猴的心電生理指標(biāo)，為生命科學(xué)研究提供一系列基礎(chǔ)心電生理參數(shù)。

本實(shí)驗(yàn)中普通棉耳狨猴白天活動(dòng)狀態(tài)下平均心率值為220.29±25.28次/min， 與Schnell等［9］報(bào)道的采用生物遙測(cè)法監(jiān)測(cè)的心率（230±26次/min）無(wú)較大差異， 本實(shí)驗(yàn)中心率最高值為256.85±25.76次/min，夜間平均心率值為157.80±17.36次/min。同時(shí)， 實(shí)驗(yàn)得出狨猴的體溫在（35.60±0.23）～（38.67±0.75） ℃，白天體溫高于夜間體溫，與Hoffmann等［10］報(bào)道的溫度范圍（36～39℃）基本相符。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)所得的平均動(dòng)脈壓的數(shù)值也與Schnell 等［9］報(bào)道結(jié)果基本一致。晝夜間各指標(biāo)的比較結(jié)果可以說(shuō)明動(dòng)物在光照周期的活動(dòng)較光暗周期頻繁，導(dǎo)致各項(xiàng)指標(biāo)的晝夜差異。

研究結(jié)果得出三周間各項(xiàng)心電指標(biāo)基本無(wú)差異變化，說(shuō)明該方法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性高、可重復(fù)性高。同時(shí)生物遙測(cè)技術(shù)可以有效避免對(duì)動(dòng)物造成應(yīng)激，得到一系列穩(wěn)定的、準(zhǔn)確的心電指標(biāo)。Holzgrefe等［11］認(rèn)為生物遙測(cè)技術(shù)可以準(zhǔn)確、便捷監(jiān)測(cè)狨猴的各項(xiàng)心電指標(biāo)。我國(guó)目前還沒(méi)有關(guān)于普通棉耳狨猴心血管及心電指標(biāo)的系統(tǒng)研究報(bào)道，更沒(méi)有關(guān)于狨猴生物遙測(cè)技術(shù)的報(bào)道，本文方法的建立及其監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可為我國(guó)生命科學(xué)研究提供一系列可靠的、真實(shí)的數(shù)據(jù)。

生物傳感器植入體內(nèi)的生物遙測(cè)技術(shù)能夠準(zhǔn)確的提供實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在正常的、自由活動(dòng)的、非麻醉狀態(tài)下的一系列心電指標(biāo)， 能夠長(zhǎng)時(shí)間記錄動(dòng)物生理指標(biāo)、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物可重復(fù)使用、實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加符合于動(dòng)物本身的發(fā)展變化規(guī)律、更好的維護(hù)動(dòng)物福利。

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Monitoring on Cardiovascular and Physiology Characteristics of Conscious Common Cotton-eared Marmoset by Telemetry

LI Na， WANG Wen-yu， HE Wei， DING Shuang-shuang， XI Jian-fei， XU Hao， ZHANG Zhou （Shanghai Institution of Materia Medica Chinese Academy of Science， Shanghai 201203， China）

Objective To monitor the heart rate， body temperature， blood pressure and electrocardiogram of conscious common cotton-eared marmosets by telemetry. Methods After two weeks of surgery with implanting the sensor in marmosets， the heart rate， body temperature， blood pressure and electrocardiogram were monitored on continuous 24 hours by Dataquest A.R.T. 4.3， then repeated in the second and third week. Results During the monitoring process， all the monitored index were maintained at the normal level， the heart rate was between 148.12±15.94 and 256.85±25.67 beat/min，while the body temperature ranged from 35.60±0.23 ℃ to 38.67±0.75 ℃， and the mean arterial blood pressure ranged from 67.45±8.96 mmHg to 94.95±11.62 mmHg. The data of cardiovascular and physiology during the daytime were higher than those of at night， and no differences were found among the three monitoring results （P＞0.05）. Conclusions The telemetry was successfully established for exactly monitoring the cardiovascular and physiology data in conscious marmosets.

Common cotton-eared marmoset； Sensor； Telemetry；Data of cardiovascular and physiology

Q95-33

A

1674-5817（2015）06-0490-05

10.3969/j.issn.1674-5817.2015.06.012

2015-04-20

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物專(zhuān)項(xiàng)（12140900100）

李娜（1982-）， 女， 高級(jí)工程師， 碩士， 主要從事實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型和獸醫(yī)護(hù)理的研究。E-mail： nali@simm.ac.cn

張周（1963-）， 男， 研究員， 主要從事實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科學(xué)管理及動(dòng)物模型的研究。E-mail： zzhang@simm.ac.cn