玉研间歇氧浓度控制系统 | 阻塞性睡眠呼吸暂停造模的理想工具

一、阻塞型睡眠呼吸暂停综合征（OSAS）

阻塞型睡眠呼吸暂停综合征（OSAS）是一种发病率较高，有潜在危险性的慢性疾病，国外流行病学资料显示在成人中的发病率为2~4%，反复慢性夜间间歇性缺氧、二氧化碳潴留、胸内压剧烈波动、睡眠结构紊乱是OSAS特征性的主要病理生理改变。OSAS可对机体造成广泛的损害，其中危害最大的是心、脑、血管损害，包括高血压、冠心病、心律失常和诱发急性心、脑血管事件及认知障碍等。尽管对睡眠呼吸暂停综合征引起心、脑、血管损害己有大量的临床研究，但其确切的发生机制尚不清楚。

 

 

二、OSAS动物模型类型别和特点

对阻塞型睡眠呼吸暂停综合征进行动物研究时，模型选择较为重要，借助动物实验，研究者可以从特征性的慢性间歇性缺氧、胸内压变化、睡眠结构紊乱等角度进行研究。OSAS动物模型主要为三种：间歇缺氧模型、上气道阻塞模型、片段睡眠模型。以下为相关文献记载的三种方法及特点。

 

1、间歇缺氧模型

大多数OSAS并发症及其机制相关研究的间歇缺氧动物模型中，实验者往往会根据实验具体需求及参考以往文献调整造模参数。据以往OSAS患者心血管并发症如动脉粥样硬化、高血压等研究文献记载，最低氧浓度4%~6%，每日7h的间歇缺氧造模，4周后小鼠出现动脉粥样硬化、糖耐量异常；最低氧浓度5%，每小时12个低氧循环，每日8h，21d后大鼠可出现高血压；最低氧浓度4%～6%，低氧30s，每日7h，联合高脂饮食6周后大鼠出现肝损伤；最低氧浓度6%~ 8%，每天8h，5周后大鼠可出现肺损伤。

 

特点：常选用大鼠、小鼠，可以模拟OSAS特征性间歇缺氧病理状态和短时间内完成大量动物造模，目前已成为运用最为广泛的造模方法。

 

2、上气道阻塞模型

OSAS患者睡眠期间反复出现上气道狭窄或塌陷，研究者们采用了上气道阻塞等动物模型模拟该解剖学特点。选取成年雄性新西兰白兔行气管切开术后，于第3、4气管环间插入插管前端，于第10、11气管环间插入插管尾端，并于插管前端连接压力传感器，尾端连接呼吸流量记录仪；将动物气管切开术后在动物气道内置入计算机调控的颈圈和气道内连接电动扬声器等；将带活瓣的乳胶短管置于犬的气管造口内，当睡眠开始时，由计算机自动启动活瓣开关，造成气道阻塞，并记录睡眠期间犬的脑电图及肌电图。

 

特点：适用于大鼠、兔子、犬、猪等大动物，但其手术难度及动物模型存活率有待进一步验证。

 

3、片段睡眠模型

OSAS患者夜间频繁的呼吸暂停及呼吸不足导致患者睡眠时频繁的觉醒，形成反复出现的觉醒-入睡-再觉醒的过程，片段睡眠现象(sleep fragmentation, SF)与全睡眠缺失或选择性睡眠剥夺等研究模型不同，SF对睡眠的影响主要表现为反复出现的觉醒导致睡眠连续性中断，进而破坏睡眠的整体结构。目前存在多种用于防止或破坏动物睡眠的设备及实验方法。如1974年，Mendelson等的水中平台法，动物进人REM睡眠期时肌肉松弛从而掉入水中觉醒、McCoy等的运动皮带法、Perry等的水笼模型、2014年de Lecea等使用的光遗传学方法等。

 

特点：因很多不同类型的睡眠障碍和神经系统疾病都伴有明显的片段睡眠现象而非OSAS特有，该方法在OSAS动物模型建立中使用较少。

 

三、间歇氧浓度控制系统

近年，上海玉研仪器自主研发的间歇氧浓度控制系统已应用于国内多个实验室并广受好评。通过精确控制气体浓度的输出，实现任意氧浓度维持或多个氧浓度之间切换，可用于大、小鼠等实验动物与氧浓度相关的各种实验。气体流量、浓度、时间等参数可调可控，同时呈现多个参数数据曲线，是进行间歇性缺氧实验的理想工具，为目前市面上备受青睐的间歇缺氧造模设备之一。

 

间歇氧浓度控制系统（S1007/S1008）

 

1、技术原理

系统主要分为五部分——惰性气体钢瓶、鼓风机、动物仓、控制系统、氧浓度传感器。控制系统控制惰性气体进入时间和鼓风机空气进入时间以实现动物舱体内氧浓度维持时间。结合氧浓度传感器实时反馈调整气体进入时间及惰性气体钢瓶、鼓风机开关以共同调控动物仓内多个氧浓度之间切换。

 

 

详注：①为惰性气体（多为氮气）开关，可调节气体流速；②为鼓风机，可将空气吹入低氧仓内；③为控制系统，控制惰性气体和鼓风机空气进入动物仓的时间；④为排风口；⑤为惰性气体进入通道；⑥为空气进入通道；⑦为动物仓，透明亚克力材质，氧浓度传感器置于动物仓实时监测仓内氧浓度变化进行反馈调节。

 

2、主要功能特色

ü 间歇氧浓度控制模式：设置氧上限和氧下限和维持时间，工作时使氧气浓度在一定时间内从设置的氧上限下降至设置的氧下限，维持所需时间，而后从氧下限爬升至氧上限，维持所需时间，按此流程循环工作。 

ü 恒定氧浓度控制模式: 恒定氧浓度工作模式下，系统将长时间维持暴露箱内的氧浓度在设定值，此模式可用于其他小动物的缺氧或富氧实验。

ü 多段控氧浓度控制模式：多段控氧允许设置最多4个不同氧浓度和的阶段维持所需时间，每个阶段的时间最长可达24h，工作时将在设置的各氧浓度阶段切换循环运行。

 

3、动物仓特点

Ø 箱体加固设计，采用高透光度的亚克力材质制作，密封性好，可以无死角观察到老鼠的状态

Ø 标配温度、湿度检测模块，可实时监测舱体内部环境，保障动物生存质量

Ø 标配双回流风扇加快空气混匀，保障箱体内各暴露位置的氧气浓度均匀一致

Ø 可定制特殊款式和尺寸的暴露箱，适配不同动物数量，满足实验室的特殊需求

 

 

 

四、应用案例

间歇性缺氧（IH）是阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（OSAS）的核心病理特征，而胰岛素抵抗（IR）是OSAS最常见的代谢并发症。之前研究表明，脂肪细胞主要通过脂肪分解释放的游离脂肪酸（FFA）水平在OSAS中升高，并在IR的发生发展中起重要作用。但IH是否以及如何调节OSAS中的脂肪细胞脂肪分解尚不清楚。Xiuji Huang等人发表在cell death discovery的文章“Intermittent hypoxia-induced METTL3 downregulation facilitates MGLL-mediated lipolysis of adipocytes in OSAS“的研究发现OSAS患者呼吸暂停低通气指数与血清FFA水平和脂肪细胞FFA释放呈正相关。IH通过下调METTL3水平促进脂肪分解和脂肪细胞FFA释放。METTL3下调削弱了MGLL mRNA中N6-甲基腺苷（m6A）水平，降低了MGLL表达，从而促进脂肪分解。数据显示OSAS 患者脂肪组织中METTL3水平降低，MGLL 水平升高，并表明 METTL3 有助于降低 FFA 水平并改善慢性IH大鼠的IR，为OSAS中IR的发展和治疗提供了新的见解。

 

 

文中采用上海玉研科学仪器公司提供的间歇性氧环境控制系统建立慢性间歇性缺氧（CIH）模型模拟阻塞性睡眠呼吸暂停综合征（OSAS）特征。具体实方法为：12只成年雄性SD大鼠随机分为三组：常氧对照组(NC)、IH 组(IH)和IH+METTL3 组 (IM)。大鼠喂食标准饮食并保持12 h光照/黑暗时间表(08.00 h–20.00 h)。IH 治疗从上午 8:00 到下午4:00每天8 h，持续28 d，氧浓度在21%和5%之间循环切换，周期为60 s。NC组和IH组大鼠注射对照腺病毒，IM组大鼠分别于第1、8、15、22天注射METTL3腺病毒。第29天检测空腹血糖（FBG）及血清FFA、尿素和肌酐水平，并进行葡萄糖耐量试验（GTT）和胰岛素耐量试验（ITT）。’

 

 

间歇性缺氧动物舱和大鼠CIH模型构建

 

五、部分用户名单

中国医科大学	中山大学	深圳大学
南京邮电大学	四川大学	南方医科大学
广东医科大学附属医院	上海市第十人民医院	中山大学中山眼科中心
中国人民解放军空军军医大学	中南大学湘雅二医院	复旦大学附属儿科医院
上海药明康德新药开发有限公司	中国人民解放军联勤保障 部队第904医院	江西中洪博元生物技术有限公司

 

六、部分发表文献

1. Wu, Dan-Dan et al. “STING mediates SU5416/hypoxia-induced pulmonary arterial hypertension in rats by regulating macrophage NLRP3 inflammasome activation.” Immunobiology vol. 228,2 (2023): 152345. doi:10.1016/j.imbio.2023.152345

2. Gu, Hong et al. “Orexin-A Reverse Bone Mass Loss Induced by Chronic Intermittent Hypoxia Through OX1R-Nrf2/HIF-1α Pathway.” Drug design, development and therapy vol. 16 2145-2160. 5 Jul. 2022, doi:10.2147/DDDT.S363286

3. Huang, Xiuji et al. “Intermittent hypoxia-induced METTL3 downregulation facilitates MGLL-mediated lipolysis of adipocytes in OSAS.” Cell death discovery vol. 8,1 352. 6 Aug. 2022, doi:10.1038/s41420-022-01149-4

4. Cao, Jing, et al. "Effect and mechanism of vascular endothelial growth factor-A on pulmonary vascular remodeling in neonatal rats with hypoxic pulmonary hypertension." Zhongguo Dang dai er ke za zhi= Chinese Journal of Contemporary Pediatrics 23.1 (2021): 103-110. doi:10.7499/j.issn.1008-8830.2009005

5. Ma, Lijuan et al. “Intermittent hypoxia induces tumor immune escape in murine S180 solid tumors via the upregulation of TGF-β1 in mice.” Sleep & breathing = Schlaf & Atmung vol. 25,2 (2021): 719-726. doi:10.1007/s11325-020-02166-2

6. 郭鑫 , and 李明霞 . " 血小板源性生长因子 -BB 对缺氧性肺动脉高压新生大鼠肺血管重塑的影响及机制研究 ." 中国当代儿科杂志 25.4: 407-414.

 

七、相关产品推荐

1、睡眠研究金标准——pinnacle一站式小动物睡眠解决方案

针对动物睡眠节律等研究方向，Pinnacle一站式睡眠监测与分析系统作为睡眠障碍、昼夜节律、睡眠呼吸暂停等热门领域的必备产品，通过公认的“金标准”脑电肌电（EEG/EMG）采集系统搭配专业睡眠分析软件，实现自动化睡眠统计分析功能，进行“快动眼-慢动眼-觉醒“三相分析，已被国内外大量脑科学研究者应用于不同大小鼠睡眠模型中，引用文献达数千篇。

 

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2、呼吸睡眠暂停统计——EMMS动物无创肺功能监测系统

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