排氣通風(fēng)籠具微環(huán)境的動態(tài)檢測

王貴平, 薛智謀, 周正宇, 吳 強(qiáng), 華 晨, 王 婧

(1. 蘇州大學(xué)實驗動物中心, 蘇州215123; 2. 江蘇蘇凈集團(tuán)有限公司, 蘇州 215122)

排氣通風(fēng)籠具微環(huán)境的動態(tài)檢測

王貴平1, 薛智謀1, 周正宇1, 吳 強(qiáng)2, 華 晨2, 王 婧1

(1. 蘇州大學(xué)實驗動物中心, 蘇州215123; 2. 江蘇蘇凈集團(tuán)有限公司, 蘇州 215122)

目的 動態(tài)檢測屏障環(huán)境中用于小鼠的新型排氣通風(fēng)籠具(EVC)的微環(huán)境指標(biāo)。方法 測定兩種飼養(yǎng)小鼠的EVC籠盒內(nèi)通風(fēng)風(fēng)速和籠盒體積，計算籠盒換氣次數(shù)。使用刨花墊料時換籠周期設(shè)置為7 d，使用玉米芯墊料時換籠周期設(shè)置為14 d，分別在每種換籠周期內(nèi)每日連續(xù)檢測籠盒內(nèi)的噪聲、壓差、溫度、相對濕度和氨濃度指標(biāo)。結(jié)果 兩種EVC籠盒內(nèi)噪聲分別為54.2± 3.4 db和55.6±4.1 db，籠盒與屏障環(huán)境壓差分別為-23.1±9.2 Pa和-27.5±11.6 Pa。從換籠周期第1日起，飼養(yǎng)小鼠的EVC籠盒內(nèi)的溫度差、相對濕度和氨濃度都呈現(xiàn)逐步升高的趨勢; 使用刨花墊料的兩種EVC籠盒其第6日的氨濃度分別達(dá)到1.28±0.08 mg/m3和1.33±0.15 mg/m3，籠盒內(nèi)溫度分別為23.5±0.27 ℃和22.8±0.15 ℃，濕度分別為67.8%±2.2%和70.2%±1.1%;而使用玉米芯墊料的兩種EVC籠盒內(nèi)第12日達(dá)到氨濃度分別為1.95±0.46 mg/m3和2.17± 0.33 mg/m3，籠盒內(nèi)溫度分別為23.8±0.4 ℃和24.1±0.2 ℃，濕度分別為70.3%±1.8%和69.6%±1.8%。結(jié)論 使用EVC籠盒飼養(yǎng)小鼠時，刨花墊料采取每6日換籠及玉米芯墊料采取每12日換籠的方案，可以使籠盒內(nèi)的微環(huán)境指標(biāo): 噪聲、壓差、溫度、濕度和氨濃度，均符合國標(biāo)GB14925-2010要求。提示EVC與玉米芯墊料相結(jié)合，有助于維持籠盒內(nèi)微環(huán)境穩(wěn)定，可用于實驗動物的生產(chǎn)和相關(guān)研究中。

溫度; 相對濕度; 氨濃度; 微環(huán)境

實驗動物科學(xué)已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)生命科學(xué)等眾多領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)和條件。嚙齒動物是被廣泛使用的實驗動物，其質(zhì)量和環(huán)境的良好控制對實驗結(jié)果的準(zhǔn)確可靠性具有重要影響。根據(jù)實驗動物質(zhì)量的國家標(biāo)準(zhǔn)要求[1]，將動物飼養(yǎng)在密閉籠盒內(nèi)，并輸送經(jīng)過高效過濾的空氣以保證動物免受微生物的污染，可為動物提供有利的生存環(huán)境保障[2]。目前常用的兩種籠具為：排氣通風(fēng)籠具系統(tǒng)(exhaust ventilated closed-system cage rack，簡稱EVC)及獨(dú)立通風(fēng)籠具(individually ventilated cages, IVC), 兩者的結(jié)構(gòu)既有相似又有區(qū)別。EVC利用空調(diào)凈化系統(tǒng)排氣通道的負(fù)壓使凈化過的室內(nèi)空氣通過籠盒過濾器進(jìn)入籠盒, 再由籠架排氣腔和排氣通道排出，籠盒內(nèi)空氣呈現(xiàn)單層流通，有效地利用了籠內(nèi)橫截面的通流能力, 縮短了通道的長度(圖1), 避免了紊流[3], 理論上能夠避免籠盒間及籠盒與環(huán)境間的交叉污染。同樣的通氣量時，籠內(nèi)殘留的廢氣少得多[4]。

實驗動物質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)中包含的籠盒內(nèi)環(huán)境參數(shù)有: 溫濕度、壓差、空氣流動速度、噪音、氨氣(NH3)濃度等，都是大家的關(guān)注點和控制點。不同的設(shè)施設(shè)備、外界環(huán)境、以及飼養(yǎng)密度和換籠次數(shù)，都可能造成上述這些環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)波動[5]。了解籠盒內(nèi)外環(huán)境的參數(shù)，可以有效控制日常監(jiān)測和質(zhì)量管理的關(guān)鍵因素[6]。本文通過檢測屏障環(huán)境中排氣通風(fēng)籠具(EVC)的動態(tài)微環(huán)境指標(biāo)，為其應(yīng)用于相關(guān)研究和實驗動物生產(chǎn)提供依據(jù)。

圖 1 EVC籠盒內(nèi)氣流方向示意圖

1 材料與方法

1.1 主要儀器設(shè)備

國產(chǎn)和進(jìn)口兩種小鼠用EVC分別由蘇州猴皇動物實驗設(shè)備科技有限公司和美國ACS公司提供，型號分別為HH-A-4和M.I.C.E.System, Optimice?；\盒呈梯形，每臺設(shè)備均有100個籠位(10層)。國產(chǎn)籠盒底面積為58 700 mm2，高135 mm，容積為0.007 9 m3; 進(jìn)口籠盒底面積為48 400 mm2, 高155 mm, 容積為0.007 5 m3。

TEST0625溫濕度計，吉大小天鵝氨氣測試儀，微型風(fēng)速儀，噪聲儀，精密電子稱。

1.2 環(huán)境條件與控制

實驗全程均于蘇州大學(xué)實驗動物中心SPF屏障環(huán)境內(nèi)[SCXK(蘇)2012-0005]進(jìn)行。房間內(nèi)溫度范圍設(shè)定為22±2 ℃，相對濕度設(shè)定為40%～60%，全新風(fēng)高效過濾，每個房間均有兩套籠具。

1.3 實驗動物及其飼養(yǎng)

6周齡SPF級封閉群ICR小鼠60只，由上海斯萊克實驗動物有限責(zé)任公司提供[SCXK(滬)2012-0002]。實驗開始當(dāng)日稱重，雄性體質(zhì)量26.1± 3.3 g，雌性體質(zhì)量22.4±1.8 g，雌雄分開，隨機(jī)分配飼養(yǎng)于SPF屏障環(huán)境中的兩種EVC籠盒內(nèi)，均飼養(yǎng)在第五層。每籠5只，共12籠。每個籠盒重復(fù)檢測3周。采用滅菌顆粒飼料，自由采食;高壓滅菌水加鹽酸酸化至pH為2.5～3.0后供給自由飲水;刨花墊料經(jīng)高壓滅菌后使用，更換周期為7 d;玉米芯墊料更換周期為14 d。

1.4 指標(biāo)測定

分別對測試籠盒打孔，使得各儀器的探頭可以伸入籠盒內(nèi)，使用軟橡膠塞進(jìn)行密封，保證測試過程及日常飼養(yǎng)過程，籠盒除回風(fēng)口和排風(fēng)口外，其余部位仍密封。

溫度計、濕度計可放入籠盒內(nèi)3 min，待讀數(shù)較穩(wěn)定后記錄。室內(nèi)溫濕度直接通過讀取房間內(nèi)溫濕度計讀數(shù)獲得，每日均在上午十點左右讀取。

噪聲儀的探頭可以從孔伸入籠盒，取前、中、后三個位置進(jìn)行讀數(shù)。壓差儀的軟管可以從軟橡膠塞中心打孔穿過，然后伸入籠盒內(nèi)，利用軟橡膠塞的彈性，保持孔周圍的密閉。

EVC的換氣參數(shù)不可調(diào)節(jié)[3]。使用風(fēng)速儀測定籠盒內(nèi)進(jìn)風(fēng)口風(fēng)量, 每一層隨機(jī)選取兩個進(jìn)風(fēng)口, 得到整臺籠具的平均進(jìn)風(fēng)量。根據(jù)公式R=3 600 sv/V,可以通過S進(jìn)風(fēng)口橫截面積、平均風(fēng)速v和籠盒總?cè)莘eV，計算換氣次數(shù)R。

氨濃度測定: 將大氣采樣儀的軟管通過軟橡膠塞中心伸入籠盒內(nèi)，收集5 L籠盒內(nèi)氣體，采用納氏比色法，利用分光光度計進(jìn)行讀數(shù)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖2)，得到氨濃度值。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

2 結(jié)果

2.1 EVC籠盒進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速及換氣次數(shù)

經(jīng)測量, 在飼養(yǎng)動物的情況下, 換籠周期內(nèi)國產(chǎn)和進(jìn)口兩種EVC籠盒的進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速分別為0.054 ±0.013 m/s和0.049±0.01 m/s (P＞0.05)。換氣次數(shù)分別為24.06次/h和23.85次/h(P＞0.05)。

圖 2 氨濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 EVC籠盒內(nèi)噪聲

經(jīng)測量，換籠周期內(nèi)，EVC房間內(nèi)的噪聲為52.2±0.8 db，國產(chǎn)和進(jìn)口兩種EVC籠盒內(nèi)的噪聲分別為54.2±3.4 db和55.6±4.1 db(P＞0.05)。均符合國標(biāo)GB14925-2010要求。

2.3 EVC籠盒與屏障環(huán)境呈負(fù)壓差

經(jīng)測量，換籠周期內(nèi)，EVC籠盒與屏障環(huán)境呈負(fù)壓差, 分別為-23.1±9.2 Pa和-27.5±11.6 Pa (P＞0.05)，均符合國標(biāo)GB14925-2010要求。

2.4 EVC籠盒內(nèi)溫度

實驗期間EVC房間內(nèi)的溫度為20.6±0.48 ℃。換籠后第一日開始籠盒內(nèi)溫度均高于室內(nèi)溫度，并逐漸升高。國產(chǎn)和進(jìn)口兩種籠盒內(nèi)溫度無顯著性差異(P＞0.05)。使用刨花墊料的EVC籠盒第6日籠盒內(nèi)溫度為23.5±0.3℃和22.8±0.2℃(表1); 使用玉米芯墊料的EVC籠盒第12日籠盒內(nèi)溫度為23.8± 0.4℃和24.1±0.2℃(表2)。

2.5 EVC籠盒內(nèi)相對濕度

實驗期間EVC房間內(nèi)的相對濕度為44.4%± 5.9%。籠盒內(nèi)濕度在換籠周期的第一日開始均高于室內(nèi)濕度, 并逐步升高。國產(chǎn)和進(jìn)口兩種籠盒內(nèi)相對濕度無顯著性差異(P＞0.05)。使用刨花墊料的EVC籠盒第6日籠盒內(nèi)濕度為67.8%±2.2%和70.2% ±1.1%(表1); 而使用玉米芯墊料的EVC籠盒第12日籠盒內(nèi)濕度為70.3%±1.8%和69.6%±1.8%(表2)。

2.6 EVC籠盒內(nèi)氨濃度

總體而言，實驗期間房間內(nèi)和籠盒內(nèi)的氨濃度都呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢。國產(chǎn)和進(jìn)口兩種籠盒內(nèi)氨濃度無顯著性差異(P＞0.05)。使用刨花墊料的EVC籠盒第6日的氨濃度達(dá)到1.28±0.08 mg/m3和1.33±0.15 mg/m3(表1); 使用玉米芯墊料的EVC籠盒內(nèi)第12日氨濃度達(dá)到1.95±0.46 mg/m3和2.17 ±0.33 mg/m3(表2)，均低于國標(biāo)要求的不高于14 mg/m3。

表 1 使用刨花墊料EVC籠盒內(nèi)溫濕度及氨濃度

表 2 使用玉米芯墊料EVC籠盒內(nèi)溫濕度及氨濃度

3 討論

除遺傳因素外，環(huán)境控制是影響實驗動物質(zhì)量的關(guān)鍵因素，諸如溫濕度、氣流風(fēng)速、壓差、氨氣、籠器具、飼墊料、飲水，以及動物的飼養(yǎng)密度等因素[7]，影響著實驗動物的諸如激素分泌、睡眠、體質(zhì)量變化、形態(tài)、性成熟、繁育、哺乳、妊娠等方面，從而影響實驗的結(jié)果[8]。

本實驗中，當(dāng)屏障環(huán)境內(nèi)條件因素如噪聲、飼墊料、飲水、動物飼養(yǎng)密度及管理等一致時，兩種EVC籠具內(nèi)的微環(huán)境指標(biāo) 換氣次數(shù)、溫度、相對濕度、壓差、氨濃度沒有顯著性差異。兩種籠具均采用旋轉(zhuǎn)式籠架，每個籠具可放置100個籠盒，每個籠盒內(nèi)不需要放置不銹鋼網(wǎng)蓋，不減少小鼠活動空間的前提下可降低籠盒的高度，因此EVC可以有效提升動物房內(nèi)的空間利用率。與傳統(tǒng)的IVC籠具相比，新型排氣通風(fēng)籠具EVC與屏障系統(tǒng)的排風(fēng)管道聯(lián)通，依賴屏障環(huán)境的通風(fēng)條件，換氣次數(shù)不可調(diào)節(jié)[3]，正壓屏障環(huán)境依靠排風(fēng)管道的抽吸作用，負(fù)壓屏障環(huán)境安裝定置式風(fēng)機(jī)，將氣體抽吸出去，保證籠盒內(nèi)的負(fù)壓狀態(tài)，使籠盒之間相對獨(dú)立，減少籠盒間的交叉污染[9]。但EVC需要在屏障環(huán)境內(nèi)使用是其局限性。

屏障內(nèi)環(huán)境與籠盒內(nèi)環(huán)境存在相互影響?；\盒內(nèi)的氣體難免會溢出至房間內(nèi)，本實驗期間EVC房間內(nèi)氨濃度最高只有0.02 mg/m3，明顯低于相關(guān)實驗研究在IVC房間檢測到較高的氨濃度[10,11]。房間內(nèi)氨濃度的差異可能與EVC籠盒內(nèi)的單向負(fù)壓式通風(fēng)有關(guān)[9]。提示使用IVC籠具時，如果條件允許可應(yīng)將屏障環(huán)境內(nèi)的通排風(fēng)與IVC籠具的通排風(fēng)分兩路進(jìn)行，雖然前期投資增加，但可以達(dá)到有效降低室內(nèi)氨濃度，以及節(jié)能的目的。

在本次實驗中，EVC籠盒內(nèi)的氨濃度在整個換籠周期均遠(yuǎn)低于國標(biāo)規(guī)定的14 mg/m3, 提示使用EVC籠具可延長換籠周期，降低氨氣對動物的負(fù)面影響。刨花墊料采取每6日換籠，玉米芯墊料采取每12日換籠的方案，都可以保證籠盒內(nèi)的微環(huán)境指標(biāo): 噪聲、壓差、溫度、濕度和氨濃度符合國標(biāo)GB14925-2010要求。其中使用玉米芯墊料時，換籠后第6日籠盒內(nèi)相對濕度和氨濃度顯著低于刨花墊料的籠盒，說明使用玉米芯墊料也可以延長換籠周期。實驗證明，較之于刨花墊料，玉米芯墊料的吸水性高，粉塵率低, 可以使氨濃度得到更有效的控制[12,13]。因此, EVC籠具和玉米芯結(jié)合使用，可節(jié)省實驗和飼養(yǎng)過程中的人力物力成本。

根據(jù)實驗動物環(huán)境與設(shè)施國家標(biāo)準(zhǔn)GBl4925-2010規(guī)定, 實驗小鼠籠盒內(nèi)溫度應(yīng)控制在20～26 ℃,相對濕度應(yīng)控制在40%～70%。有研究表明，籠盒所處環(huán)境濕度是影響籠盒微環(huán)境的關(guān)鍵指標(biāo)之一，高濕度條件下氨濃度升高明顯[10]。在本實驗中，使用刨花墊料的EVC籠盒內(nèi)相對濕度較高，相對應(yīng)的氨濃度也明顯升高，符合這一規(guī)律?；\盒內(nèi)的濕度主要受到環(huán)境溫濕度、籠盒內(nèi)動物數(shù)量和體質(zhì)量、氣流速度、蒸發(fā)面積、墊料吸水率和干燥速度等影響[13]。且有研究報到，玉米芯的干燥速度慢于刨花墊料，但刨花墊料的吸水率又明顯低于玉米芯[12], 本實驗中, 使用刨花墊料時的第7日和使用玉米芯墊料時的第13、14日超出70%。究其原因，作者認(rèn)為可能與小鼠排泄和體表散發(fā)水分累積數(shù)日、超過了墊料的吸附能力和干燥速率有關(guān)。因此考慮到動物福利，建議刨花墊料每6日換籠，玉米芯墊料每12日換籠。在實際飼養(yǎng)過程中，籠盒內(nèi)微環(huán)境不僅受到其所處屏障環(huán)境條件、籠盒通風(fēng)形式及氣流速度、溫濕度調(diào)控范圍的影響，還受到動物飼養(yǎng)密度、動物體質(zhì)量、墊料種類數(shù)量等因素的影響[14]。除上述幾個方面外, 今后的研究還可通過觀察動物的行為和精神狀態(tài)、測量不同周齡的體質(zhì)量、觀測繁殖數(shù)量、周期及存活率等[15],來探討EVC籠具對動物生存繁育方面的影響。

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Dynamic Assessment on Microenvironment of a New Type Exhaust Ventilation Closed-System Cage

WANG Gui-ping1, XUE Zhi-mou1, ZHOU Zheng-yu1, WU Qiang2, HUA Chen2, WANG Jing1
(1. Laboratory Animal Center of Soochow University, Suzhou 215123, China (2. Jiangsu Sujing Group, Suzhou 215122, China)

ObjectiveTo dynamically assess the micro-environmental changes of the new type exhaust ventilated closed-system cage (EVC)for mice.MethodsBased on the measurement of ventilation velocity and volume in EVC cages with mice, the air exchange rate were calculated. The parameters of noise, temperature, differential air pressure, relative humidity, micro-environmental ammonia concentration and macro-environmental ammonia concentration were detected continuously for a 7-daycycle with wooden shaving bedding and for a 14-day-cycle with corncob bedding.ResultsThe noise in two type EVC were 54.2±3.4 db and 55.6±4.1 db. The differential pressure between EVC and room were -23.1±9.2 Pa and -27.5±11.6 Pa respectively. Since the first day of caging changecycle, the micro-environmental temperature, humidity and ammonia concentrations has raised gradually in cages. On the sixth day, ammonia concentration in two type of cages reached 1.28±0.08 mg/m3and 1.33±0.15 mg/m3respectively with wood shaving beddings, the temperature were 23.5±0.27 ℃ and 22.8±0.15 ℃ respectively, the humidity were 67.8%±2.2% and 70.2%±1.1% respectively. On the twelfth day, ammonia concentration in cages reached 1.95±0.46 mg/m3and 2.17±0.33 mg/m3 with corncob beddings, the temperature were 23.8±0.4 ℃ and 24.1±0.2 ℃, and the humidity were 70.3%±1.8% and 69.6%±1.8% respectively.Conclusions Based on the conditions of current experiment, during 6-day and 12-day caging change-cycle respectively, the micro-environmental parameters, such as: noise, differential air pressure, temperature, humidity and ammonia concentrations met the GB14925-2010 requirements. EVC system with corncob bedding are highly recommended to maintain a stable micro-environment, that could be used in animal research and animal production.

Temperature; Relative humidity; Ammonia concentration; Microenvironment

Q95-33

A

1674-5817(2017)02-0150-05

10.3969/j.issn.1674-5817.2017.02.013

2016-10-31

蘇州市應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃(SYN201404), SZGD2013169, BM2013312.

王貴平(1987-), 女, 碩士, 實驗師; 研究方向: 實驗動物、保健醫(yī)學(xué)。E-mail: yelandiewu@163.com

王 婧(1982-), 女, 博士, 實驗師; 研究方向: 實驗動物模型、免疫逃逸。E-mail: ajingmeier@163.com