动物气道反应性的测定*
作者：洪志刚 刘声远 王迪浔
单位：洪志刚 刘声远 王迪浔 同济医科大学基础医学院病理生理学教研室, 武汉 430030
关键词：动物；气道反应性
同济医科大学学报990405 摘要 比较了两种测定动物气道反应性的方法: 整体容积描记法和气道内压法。发现前者能测定多个肺通气功能指标, 与临床可比性强,结果精确,其中0.1 s用力呼气量(FEV0.1) 能较好地反映组胺刺激后气道收缩反应,与组胺浓度呈显著负相关,相关系数r=-0.961;后者测定方法简便,重复性好,能全程动态观察气道内压(IP)及其下降的最大速率(-dIP/dtmax) ，可较好反映组胺刺激后气道收缩反应,与组胺浓度呈显著正相关 , r 分别为 0.961 及 0.973, -dIP/dtmax 还可能是一种新的反映小气道功能的敏感指标。
, 百拇医药
中图法分类号 R322， R332
The Measurement of Airway Responsiveness in Small Animals
Hong Zhigang， Liu Shengyuan， Wang Dixun
Department of Pathophysiology, School of Basic Medical Sciences,Tongji Medical University,Wuhan 430030
Abstract Two methods for determining the airway responsiveness of small animals were established and compared. It was found that BP method could be used to measure several parameters of pulmonary function, one of which, the forced expiratory volume in 0.1 s (FEV0.1 ) , could precisely reflect the contract intensity of airway after histamine stimulation, and IP method could be used to measure the IP and -dIP/dtmax during expiration. The correlation coefficients between the values of FEV0.1, IP or -dIP/dtmax and the concentration of histamine were -0.961、0.961、 0.973 respectively (P<0.01). The results suggested that -dIP/dtmax might be a sensitive index for small airway resistance.
, 百拇医药
Key words animal; airway responsiveness
气道反应性是指气道受到刺激而发生收缩反应的特性。 测定气道反应性可为哮喘和慢性阻塞性肺疾病的诊断提供有力的客观依据，并对病情判定、治疗、预防、药效评价等有重要帮助， 因此它具有十分重要的临床意义[1～3]。
反映气道受到某种剌激发生缩窄程度的指标主要有两种：一 种是气道阻力的改变[4,5]，另一种是气道内压的改变[6]。因而动 物气道反应性的测定是通过给予气道某种剌激(激动剂常为组胺、乙酰甲胆碱)，观察气道阻力或气道内压的变化来完成的。实际测量过程中常采用引起气道阻力或气道内压升高20 %所需激动剂的阈浓度来反映气道反应性的高低,阈浓度与气道反应性呈负相关。本实验相应采取以下两种方法测定气道反应性，以比较两者的优缺点。
1 材料方法
, 百拇医药
1.1 整体容积描记法
测定装置包括：①身体容积盒:我室自制,体积为22.5×8. 5 ×9 cm3,置于恒温水浴(25℃)中保持恒温。 ②四道生理记录仪 ( 美国Gould公司产品):盒内压描记装置,通过压力换能器(P23XL，美国Gould公司产品)描记身体容积盒压力变化并对其变化进行微分处理。③加压装置：为2只6 L贮气瓶,分别调节压力至+24cm H2O和-24cm H2O。 测量时 关闭K2,调节K1三路开关使动物先用力充气(即用力深吸气)，然后用力抽气(即用力深呼气)；非测量时打开K2,使动物自然呼吸。
实验过程：成年豚鼠11只，雌雄不拘，体重350～450 g，系本校实验动物学部饲养。 30 g/L戊巴比妥钠腹腔注射麻醉(1 ml/kg), 右股动脉插管以监测血压，颈外静脉插管以备给药。 气管插管后将豚鼠背位固定于身体容积盒内,气管插管接上皮管通出容积盒外并由K1、K2开关控制。密封身体容积盒并接压力换能器记录其内压力,动物自主呼吸时其内压力变化幅度相当于潮气量，压力微分后可得流速。 当描记一段自主呼吸的潮气量和流速后，通过外加压装置使豚鼠用力充气-抽气,同时记录用力呼气流量曲线和用力呼气容积曲线,按图1、2分析便可得出最大呼气流速(PEF)、用力肺活量(FVC)、0.1 s 用力呼气量(FEV0.1)、最大中期呼气流速(MMEF)等值。
, 百拇医药
气道反应性的测量:激动剂选用磷酸组胺(上海生化所提供),用pH7.4的磷酸盐缓冲液(PBS)等倍稀释成不同浓度。测定基础肺通气功能后第12 min,用超声雾化器(鞍山工业技术研究所产品)将PBS由气管外喷入，时间1 min，于第15 min再测一次肺通气功能以供对照。 此后每隔15 min吸入雾化组胺、测量肺通气功能一次,时间间隔同上; 浓度从0.04 mg/ml开始等倍提高,直至所测的FEV0.1值小于或等于PBS对照值之20%为止。此时所用组胺浓度即为PC20FEV0.1。
图1，2 豚鼠用力吸气/呼气容积(V)和流量(
)曲线的分析
1.2 气道内压法
, 百拇医药
豚鼠11只(本校实验动物学部提供)，雌雄不拘，麻醉及插管同上。气管插管后，静脉注射1%琥珀酰胆碱(上海海普药厂产品,10mg/kg)终止自主呼吸，并立即将气管插管接DH-140型动物呼吸机(浙江医大实验仪器厂产)， 经改进调呼吸末为正压0.196kPa,潮气量10ml/kg,呼吸频率60 min-1。 气管插管侧孔接压力传感器，经四道生理记录仪记录气道内压(IP) 值，并经微分处理后记录±dIP/dtmax值。术毕待动物状态稳定15 min后测量一次IP及±dIP/dtmax值，作为基础值。15 min后经呼吸机压力使 PBS自雾化罐喷入气道，持续1min，然后立即记录IP与±dIP/dtmax作对照。此后每隔15 min雾化吸入组胺一次，持续1 min，随后立即测量IP 及±dIP/dtmax值，组胺浓度自0.04 mg/ml起等倍提高，直到测得IP值达到或超过PBS 对照值之20%，此时所用组胺浓度即为PC20IP。
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2 结果
2.1 整体容积描记法测得豚鼠气道对组胺的反应性(图3)
吸入雾化PBS后各项肺通气功能指标均无明显改变(P<0.05)。随着雾化组胺浓度增加,FEV0.1、MMEF、PEF、FVC均逐渐下降, 呈明显负相关,其中FEV0.1与组胺浓度相关系数r=-0.961 (P<0.01)。上述各项指标下降程度无显著差异(P>0.05)。
图3 吸入雾化组胺对豚鼠各项肺通气功能指标的影响
2.2 气道内压法IP及±IP/dtmax与组胺浓度的关系(图4)
组胺激发后IP、+dIP/dtmax、-dIP/dtmax 三者均随组胺浓度增加而增加,呈显著正相关,其中IP及-dIP/dtmax与组胺浓度相关系数r分别为0.961、0.973 (均为P<0.01);-dIP/dtmax上升幅度明显高于IP,两者差异有显著性意义(P<0.05)。
, 百拇医药
图4 气道内压法所测各项指标与组胺浓度的关系(*P<0.05;△P<0.05 vs+dIP/dtmax)
3 讨论
整体容积描记法测定气道阻力比较精确,但难以用于测定动物气道阻力及气道反应性,原因是动物不能进行主动深吸/呼气。 我们借鉴了Holroyde的外加压技术[7], 利用整体容积描记法记录出与临床相似的用力呼气容量时间、流量时间曲线并计算出FVC、FEV0.1、MMEF、PEF等值。组胺主要刺激支气管平滑肌收缩引起小气道阻力增加,而当小气道阻力异常增高时，认为FEV0.1能反映小气道阻力变化。我们实验发现FEV0.1随吸入雾化组胺浓度增加而下降,呈显著负相关,因此可认为FEV0.1能较好地反映气道对组胺刺激的反应性,这与临床反映人体气道反应性所用的指标FEV1有很好的可比性。
, 百拇医药
气道内压的测定比较简单, 我们实验发现 IP、 + dIP/dtmax、-dIP/dtmax均随吸入组胺浓度增加而增加,呈显著正相关, 这提示三者均可较好地反映组胺激发后气管支气管的收缩。 而三者上升幅度又以-dIP/dtmax上升最为明显,与IP、+dIP/dtmax相比有显著性差异。-dIP/dtmax代表呼气时IP下降的最大速率,+dIP/dtmax则表示吸气时IP上升的最大速率。组胺刺激引起小气道阻力加大,吸气时小气道口径被动扩张,阻力可降低;而呼气时小气道口径被动缩小,阻力进一步加大,使得IP 下降最大速度明显加大, 故 - dIP/dtmax 较 IP 及+dIP/dtmax变化更大。因此我们认为-dIP/dtmax 是一个反映小气道收缩功能的更灵敏的指标。
本实验显示整体容积描记法与气道内压法均能较好地反映气道对组胺刺激的反应性,都较直观,重复性也较好。 前者测定时动物处于自主呼吸状态,测定指标较多,与临床可比性强,可能是一个很有前景的测定动物气道反应性的方法。 后者尽管需人工通气及测定指标少,但因其操作简便,重复性极好,且能全程动态观察, 故可作为一种简捷的动物实验方法。
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注：湖北省重点科技计划项目〔鄂科技(93)014号 〕
作者简介：洪志刚, 男, 1968年生, 医学博士
参 考 文 献
1 Rijcken B,Schouten J P,Xu X.Airway hyperresponsiveness to histamine associated with accelerated decline in FEV1.Am J Respir Crit Care Med, 1995,151:1377
2 Murray A B, Morrison B J. The decrease in severity of asthma in children of parents who smoke since the parents have been exposing them to less cigarette smoke. J Allergy Clin Immunol, 1993,91:102
, 百拇医药
3 穆魁津，林友华编.肺功能测定原理与临床应用.北京:北京医科大学中国协和医科大学联合出版社,1992.402～482
4 李会革,王迪浔. 实验动物呼吸力学指标的测定.同济医科大学学报， 1995，24(2):91
5 Chauveau M, Leroy M,Gall G L et al. Bronchial provocation tests in small animals: a quantified and automated procedure. J Appl Physiol， 1992，73:410
6 Takehana Y, Hamano S, kikuuchi S et al. Inhibitory action of OKY-046, HCl; a specific TXA2 synthetase inhibitor, on PAF-induced airway hyperresponsiveness. Jpn Pharmal, 1990,52:621
7 Holroyde M C, Smith S Y, Holme G. Evaluation of pulmonary mechanics in guinea pigs during respiratory anaphylaxis.J Pharmacol Exp Ther, 1980,21:162
(1998-06-03 收稿), http://www.100md.com
单位：洪志刚 刘声远 王迪浔 同济医科大学基础医学院病理生理学教研室, 武汉 430030
关键词：动物；气道反应性
同济医科大学学报990405 摘要 比较了两种测定动物气道反应性的方法: 整体容积描记法和气道内压法。发现前者能测定多个肺通气功能指标, 与临床可比性强,结果精确,其中0.1 s用力呼气量(FEV0.1) 能较好地反映组胺刺激后气道收缩反应,与组胺浓度呈显著负相关,相关系数r=-0.961;后者测定方法简便,重复性好,能全程动态观察气道内压(IP)及其下降的最大速率(-dIP/dtmax) ，可较好反映组胺刺激后气道收缩反应,与组胺浓度呈显著正相关 , r 分别为 0.961 及 0.973, -dIP/dtmax 还可能是一种新的反映小气道功能的敏感指标。
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中图法分类号 R322， R332
The Measurement of Airway Responsiveness in Small Animals
Hong Zhigang， Liu Shengyuan， Wang Dixun
Department of Pathophysiology, School of Basic Medical Sciences,Tongji Medical University,Wuhan 430030
Abstract Two methods for determining the airway responsiveness of small animals were established and compared. It was found that BP method could be used to measure several parameters of pulmonary function, one of which, the forced expiratory volume in 0.1 s (FEV0.1 ) , could precisely reflect the contract intensity of airway after histamine stimulation, and IP method could be used to measure the IP and -dIP/dtmax during expiration. The correlation coefficients between the values of FEV0.1, IP or -dIP/dtmax and the concentration of histamine were -0.961、0.961、 0.973 respectively (P<0.01). The results suggested that -dIP/dtmax might be a sensitive index for small airway resistance.
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Key words animal; airway responsiveness
气道反应性是指气道受到刺激而发生收缩反应的特性。 测定气道反应性可为哮喘和慢性阻塞性肺疾病的诊断提供有力的客观依据，并对病情判定、治疗、预防、药效评价等有重要帮助， 因此它具有十分重要的临床意义[1～3]。
反映气道受到某种剌激发生缩窄程度的指标主要有两种：一 种是气道阻力的改变[4,5]，另一种是气道内压的改变[6]。因而动 物气道反应性的测定是通过给予气道某种剌激(激动剂常为组胺、乙酰甲胆碱)，观察气道阻力或气道内压的变化来完成的。实际测量过程中常采用引起气道阻力或气道内压升高20 %所需激动剂的阈浓度来反映气道反应性的高低,阈浓度与气道反应性呈负相关。本实验相应采取以下两种方法测定气道反应性，以比较两者的优缺点。
1 材料方法
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1.1 整体容积描记法
测定装置包括：①身体容积盒:我室自制,体积为22.5×8. 5 ×9 cm3,置于恒温水浴(25℃)中保持恒温。 ②四道生理记录仪 ( 美国Gould公司产品):盒内压描记装置,通过压力换能器(P23XL，美国Gould公司产品)描记身体容积盒压力变化并对其变化进行微分处理。③加压装置：为2只6 L贮气瓶,分别调节压力至+24cm H2O和-24cm H2O。 测量时 关闭K2,调节K1三路开关使动物先用力充气(即用力深吸气)，然后用力抽气(即用力深呼气)；非测量时打开K2,使动物自然呼吸。
实验过程：成年豚鼠11只，雌雄不拘，体重350～450 g，系本校实验动物学部饲养。 30 g/L戊巴比妥钠腹腔注射麻醉(1 ml/kg), 右股动脉插管以监测血压，颈外静脉插管以备给药。 气管插管后将豚鼠背位固定于身体容积盒内,气管插管接上皮管通出容积盒外并由K1、K2开关控制。密封身体容积盒并接压力换能器记录其内压力,动物自主呼吸时其内压力变化幅度相当于潮气量，压力微分后可得流速。 当描记一段自主呼吸的潮气量和流速后，通过外加压装置使豚鼠用力充气-抽气,同时记录用力呼气流量曲线和用力呼气容积曲线,按图1、2分析便可得出最大呼气流速(PEF)、用力肺活量(FVC)、0.1 s 用力呼气量(FEV0.1)、最大中期呼气流速(MMEF)等值。
, 百拇医药
气道反应性的测量:激动剂选用磷酸组胺(上海生化所提供),用pH7.4的磷酸盐缓冲液(PBS)等倍稀释成不同浓度。测定基础肺通气功能后第12 min,用超声雾化器(鞍山工业技术研究所产品)将PBS由气管外喷入，时间1 min，于第15 min再测一次肺通气功能以供对照。 此后每隔15 min吸入雾化组胺、测量肺通气功能一次,时间间隔同上; 浓度从0.04 mg/ml开始等倍提高,直至所测的FEV0.1值小于或等于PBS对照值之20%为止。此时所用组胺浓度即为PC20FEV0.1。
图1，2 豚鼠用力吸气/呼气容积(V)和流量(
)曲线的分析1.2 气道内压法
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豚鼠11只(本校实验动物学部提供)，雌雄不拘，麻醉及插管同上。气管插管后，静脉注射1%琥珀酰胆碱(上海海普药厂产品,10mg/kg)终止自主呼吸，并立即将气管插管接DH-140型动物呼吸机(浙江医大实验仪器厂产)， 经改进调呼吸末为正压0.196kPa,潮气量10ml/kg,呼吸频率60 min-1。 气管插管侧孔接压力传感器，经四道生理记录仪记录气道内压(IP) 值，并经微分处理后记录±dIP/dtmax值。术毕待动物状态稳定15 min后测量一次IP及±dIP/dtmax值，作为基础值。15 min后经呼吸机压力使 PBS自雾化罐喷入气道，持续1min，然后立即记录IP与±dIP/dtmax作对照。此后每隔15 min雾化吸入组胺一次，持续1 min，随后立即测量IP 及±dIP/dtmax值，组胺浓度自0.04 mg/ml起等倍提高，直到测得IP值达到或超过PBS 对照值之20%，此时所用组胺浓度即为PC20IP。
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2 结果
2.1 整体容积描记法测得豚鼠气道对组胺的反应性(图3)
吸入雾化PBS后各项肺通气功能指标均无明显改变(P<0.05)。随着雾化组胺浓度增加,FEV0.1、MMEF、PEF、FVC均逐渐下降, 呈明显负相关,其中FEV0.1与组胺浓度相关系数r=-0.961 (P<0.01)。上述各项指标下降程度无显著差异(P>0.05)。
图3 吸入雾化组胺对豚鼠各项肺通气功能指标的影响
2.2 气道内压法IP及±IP/dtmax与组胺浓度的关系(图4)
组胺激发后IP、+dIP/dtmax、-dIP/dtmax 三者均随组胺浓度增加而增加,呈显著正相关,其中IP及-dIP/dtmax与组胺浓度相关系数r分别为0.961、0.973 (均为P<0.01);-dIP/dtmax上升幅度明显高于IP,两者差异有显著性意义(P<0.05)。
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图4 气道内压法所测各项指标与组胺浓度的关系(*P<0.05;△P<0.05 vs+dIP/dtmax)
3 讨论
整体容积描记法测定气道阻力比较精确,但难以用于测定动物气道阻力及气道反应性,原因是动物不能进行主动深吸/呼气。 我们借鉴了Holroyde的外加压技术[7], 利用整体容积描记法记录出与临床相似的用力呼气容量时间、流量时间曲线并计算出FVC、FEV0.1、MMEF、PEF等值。组胺主要刺激支气管平滑肌收缩引起小气道阻力增加,而当小气道阻力异常增高时，认为FEV0.1能反映小气道阻力变化。我们实验发现FEV0.1随吸入雾化组胺浓度增加而下降,呈显著负相关,因此可认为FEV0.1能较好地反映气道对组胺刺激的反应性,这与临床反映人体气道反应性所用的指标FEV1有很好的可比性。
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气道内压的测定比较简单, 我们实验发现 IP、 + dIP/dtmax、-dIP/dtmax均随吸入组胺浓度增加而增加,呈显著正相关, 这提示三者均可较好地反映组胺激发后气管支气管的收缩。 而三者上升幅度又以-dIP/dtmax上升最为明显,与IP、+dIP/dtmax相比有显著性差异。-dIP/dtmax代表呼气时IP下降的最大速率,+dIP/dtmax则表示吸气时IP上升的最大速率。组胺刺激引起小气道阻力加大,吸气时小气道口径被动扩张,阻力可降低;而呼气时小气道口径被动缩小,阻力进一步加大,使得IP 下降最大速度明显加大, 故 - dIP/dtmax 较 IP 及+dIP/dtmax变化更大。因此我们认为-dIP/dtmax 是一个反映小气道收缩功能的更灵敏的指标。
本实验显示整体容积描记法与气道内压法均能较好地反映气道对组胺刺激的反应性,都较直观,重复性也较好。 前者测定时动物处于自主呼吸状态,测定指标较多,与临床可比性强,可能是一个很有前景的测定动物气道反应性的方法。 后者尽管需人工通气及测定指标少,但因其操作简便,重复性极好,且能全程动态观察, 故可作为一种简捷的动物实验方法。
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注：湖北省重点科技计划项目〔鄂科技(93)014号 〕
作者简介：洪志刚, 男, 1968年生, 医学博士
参 考 文 献
1 Rijcken B,Schouten J P,Xu X.Airway hyperresponsiveness to histamine associated with accelerated decline in FEV1.Am J Respir Crit Care Med, 1995,151:1377
2 Murray A B, Morrison B J. The decrease in severity of asthma in children of parents who smoke since the parents have been exposing them to less cigarette smoke. J Allergy Clin Immunol, 1993,91:102
, 百拇医药
3 穆魁津，林友华编.肺功能测定原理与临床应用.北京:北京医科大学中国协和医科大学联合出版社,1992.402～482
4 李会革,王迪浔. 实验动物呼吸力学指标的测定.同济医科大学学报， 1995，24(2):91
5 Chauveau M, Leroy M,Gall G L et al. Bronchial provocation tests in small animals: a quantified and automated procedure. J Appl Physiol， 1992，73:410
6 Takehana Y, Hamano S, kikuuchi S et al. Inhibitory action of OKY-046, HCl; a specific TXA2 synthetase inhibitor, on PAF-induced airway hyperresponsiveness. Jpn Pharmal, 1990,52:621
7 Holroyde M C, Smith S Y, Holme G. Evaluation of pulmonary mechanics in guinea pigs during respiratory anaphylaxis.J Pharmacol Exp Ther, 1980,21:162
(1998-06-03 收稿), http://www.100md.com