低压氧控制系统 | 高原病动物模型造模的理想工具

高原病（mountain sickness）是由平原进入高原（海拔3000米以上，对机体产生明显生物效应的地区），或由低海拔地区进入海拔更高的地区时，由于对低氧环境的适应能力不全或失调而发生的综合征，高原低氧环境引起机体缺氧是其病因。

 

 

 

中国拥有全世界最高的高原——青藏高原，青藏高原号称“世界屋脊”和“地球第三极”，平均海拔4000 m，占我国陆地总面积的26%。高寒、缺氧、干燥、紫外线强，生存环境恶劣。有千余万人蒙受着低氧损伤引起的各类急、慢性疾病。

 

高原病的分类

急性高原病指初入高原时出现的急性缺氧反应或疾病，分为：脑型急性高原病（又称高原昏迷或高原脑水肿 ）、肺型急性高原病（又称高原肺水肿）、混合型（即肺型和脑型的综合表现）。

慢性高原病指抵高原后半年以上方发病或原有急性高原病症状迁延不愈者，分为：高原心脏病、高原红细胞增多症、高原血压异常（包括高原高血压和高原低血压）、混合型慢性高原病（即心脏病与红细胞增多症同时存在）。

高山肺水肿、高山脑水肿和高原心脏病是高原病中最严重的症状。

 

我国高原疾病研究现状

在国家“拓展生命空间、开发西部资源、保障国家安全、促进整体发展”战略目标的推动下，近年来，我国高原医学研究体系逐步健全，形成了以高原病、高原性疾病、传染病、地方病等防治需求为基础，以临床应用为导向，以医疗机构为主体，以协同网络为支撑的工作机制。这一体系在基础研究、学术交流、人才培养、成果转化等方面均取得了积极成效。

在高原医学领域，高原病的研究一直是科学家们关注的焦点。为了更好地理解高原病的发病机制、探索有效的防治策略，构建准确且稳定的动物模型显得尤为重要。本文将为您介绍几种常见的高原病动物模型的建立方法。

 

常见高原病动物模型的建立方法

 

高山肺水肿（HAPE）模型

 

 

 

 

高原肺水肿为急性高原恶性、严重的类型。其特点是发病急，病情进展迅速，多发于夜间睡眠时，不及时诊断和治疗者可危及生命。

环境模拟：将SD大鼠置于低压氧舱组（模拟海拔6000 m低氧暴露48 h）和实地低氧组（海拔4200 m低氧暴露28 d）。

指标检测：检测实验大鼠肺组织的干湿比、形态学和病理生理学特征、关键基因水通道蛋白1（AQP-1）和血管内皮生长因子（VEGF）表达，以及氧化应激水平。

造模效果：检测结果显示低压氧舱组和实地低氧组大鼠的肺动脉压和肺组织含水量均显著升高，而氧分压及氧饱和度下降。低压氧舱组和实地低氧组肺组织在光镜下均可见肺泡壁且肺泡间隔明显增宽，大量红细胞和炎性细胞溢出，且在肺泡间隔出现明显水肿。

低压氧舱模拟海拔6000 m低氧暴露48 h，可有效构建SD大鼠高原肺水肿模型。

 

高山脑水肿（HACE）模型

 

 

 

高山脑水肿，又称高原昏迷，急性高原病的危重类型。其特点是严重脑功能障碍和意识丧失，发病急，有时昏迷较久则留有后遗症甚至死亡。

环境模拟：小鼠置于低压氧舱内，模拟6000 m海拔高度，分别处理6 h、12 h、24 h、48 h、72 h。

指标检测：通过称重检测脑水肿，Evans blue（EB）检测血脑屏障（brain-blood barrier, BBB ）通透性、免疫荧光染色检测细胞凋亡情况。

造模结果：海拔6000 m时小鼠死亡率为12.2%。海拔6000 m构建的HACE模型中出现脑细胞体积增大、肿胀，以24 h、48 h、72 h为甚，并出现细胞排列紊乱、间隙增大及核固缩；模型鉴定显示海拔6000 m构建的HACE模型小鼠脑水肿和EB通透率12 h后增加，各时点无明显细胞凋亡。

低压低氧舱模拟海拔6000 m（气压47.19 kPa、氧分压9.73 kPa）48h可有效建立HACE模型。

 

高山心脏病（HAHD）模型

 

 

 

高原心脏病，长期处于高原低氧环境发生慢性缺氧，肺循环阻力增加产生肺动脉高压、心肌缺氧导致右心肥大和心力衰竭的一种心脏病。

环境模拟：采用低压低氧动物实验舱模拟海拔6000m低氧低压环境，分别暴露1，3，5天。

组织检查：HE染色结果显示，低氧低压引起大鼠心组织不同程度的损伤，心肌组织在上述实验条件下随暴露时间的延长损伤加重。

指标检测：各组心肌组织丙二醛（MDA）含量、乳酸（LD）含量随时间延长而明显增加，还原型谷胱甘肽（GSH）含量 、总超氧化物歧化酶（T-SOD）、Na⁺ K⁺-ATPase 活力随时间延长而明显降低。

造模效果：模拟海拔6000m高原环境对大鼠心组织造成明显损伤，且损伤程度与暴露于低氧低压的时间有关，机体抗氧化能力降低、自由基增加和能量代谢障碍是导致其损伤的重要因素。

低压氧舱模拟海拔6000 m低氧暴露72 h，可有效建立大鼠高原心脏病模型。

 

造模设备

低压氧浓度控制系统是一种利用用高海拔环境低气压缺氧环境的特点，通过制造低压环境来模拟高海拔时的缺氧环境的设备。该系统可以模拟不同海拔高度时所产生的不同气压变化，能够更精确地模拟出不同海拔对实验动物的影响。

上海玉研仪器自主研发的低压氧浓度控制系统已应用于国内多个实验室并广受好评。仪器采用全透明亚克力材质的箱体，结构牢固，密封性好，可确保压力的恒定维持，更可方便观察动物的生命体征和活动状态。该系统可模拟0-10000m海拔高度的低压氧环境。

满足多种不同的研究需求：

低压缺氧对大鼠肺组织含水量和氧饱和度的影响

低压缺氧对大鼠脑线粒体内腺苷酸含量及能荷的影响

 低压缺氧对大鼠心肌组织损伤程度的影响

及各种与低压相关的其他科学研究，如低压缺氧对大鼠肾脏功能和结构的影响，治疗高原反应的药物等。

 

 

低压氧浓度控制系统

 

1、技术原理

低压环境通过降低空气总气压，从而降低空气中的氧气分压，导致吸入的氧气量减少。

在混合气体（如空气）中，每种气体的分压是指该气体在混合气体中所占的压力，总气压等于所有气体分压的总和。在高海拔地区或低压环境中，总气压降低。由于氧气在空气中的比例不变（约21%），但总气压降低，因此氧气的分压也相应降低。人体或其他生物体吸入的氧气量与吸入气体的氧气分压成正比。因此，在低压环境中，虽然空气中氧气的体积分数不变，但由于氧气分压降低，吸入的氧气分子数减少，导致氧供应不足。

因此通过控制仪器内气压数值，并控制低压氧仓内环境的温度湿度等参数，可模拟不同海拔高度的低压缺氧环境。

 

 

2、产品组成

低压氧浓度控制系统主要由三部分组成：主机、低压氧舱和气路控制器。

主机——精确控制压力

主机采用反馈设计压力控制器，确保舱体内压力维持在目标范围内，最大可模拟10000m海拔压力

 

 

低压氧舱——透明箱体方便观察

提供一个稳定持续的饲养环境,实验中可把动物放进饲养笼（带食物和水）整体放入低压舱内，动物可在舱体内长期生活

 

 

 

气路控制器——调节和控制气体的交换

间歇性通入新鲜气体，维持舱体内空气新鲜，并避免舱体内温度过高，可自定义调节开关时间比例

 

 

3、优势介绍

l 压力控制精准：带压力反馈机制，可以实时检测和控制舱体内的气压，并长时间维持氧舱内处于设定的压力范围

l 舱体透明材质：氧舱为透明亚力克材质，能够时刻观察动物的状态

l 支持长时间实验：配备循环换气系统，为低压氧舱提供新鲜气体，同时维持舱体内压力的动态平衡

l 舱体分层设计：氧舱舱体内设隔板，实现上下两层，同时隔放2个大鼠饲养笼或6个小鼠饲养笼

l 拓展性强：可加配湿度控制器，严格控制氧仓环境的湿度；可选配压力梯度上升控制模块，控制模拟海拔高度的梯度上升时间，给予动物更长适应时间

l 操作灵活：屏幕按键设置，一键启动

 

4、应用案例

高原心脏病（HAHD病）是一种复杂的病理生理疾病，与高原反应全身低压缺氧有关。缺氧可导致心肌代谢失调，从而增加心力衰竭和心源性猝死的风险。醛脱氢酶2 （ALDH2）可调节心肌能量代谢，在多种心血管疾病中发挥保护作用。

作者发现PH显著降低动物存活率和心脏功能，ALDH2缺乏会加剧上述影响。PH还导致心肌能量来源从脂肪酸向葡萄糖转移，ALDH2缺乏会损害这种适应性代谢转变。非靶向/靶向代谢组学和透射电子显微镜检查显示，ALDH2缺乏会促进心肌脂肪酸沉积，从而导致脂肪酸转运增强、脂毒性和线粒体功能障碍。

此外，实验结果显示，ALDH2通过4-HNE/CPT1信号通路减弱了PH诱导的适应性代谢程序损伤，CPT1抑制剂依托莫西沙星显著改善了PH小鼠ALDH2缺乏所诱导的心脏损伤，提高了PH小鼠的存活率。

总之，数据显示，ALDH2是对PH做出反应的关键心脏代谢适应调节剂。CPT1抑制剂依托莫西沙星可能会减弱ALDH2缺乏诱导的效应，并改善对PH的反应性心脏功能。

 

 

高原缺氧条件下心脏代谢调控解除的机制

 

文中采用上海玉研科学仪器公司提供的低压氧浓度控制系统建立高原缺氧（PH）模型模拟高原心脏病（HAHD病）。

具体方法为：小鼠在模拟高原环境中饲养2周（6000 m，47.2 kPa大气压，11.35% O2）。氧舱内气流为2 L/min，相对湿度保持在50 ~ 55%。每24小时将动物从低压氧舱中取出一次，持续15分钟，以补充食物和水。将实验动物置于12小时光/暗循环条件下饲养。

在进入低压氧舱之前和之后的2周内，每3天通过腹腔注射给予CPT1抑制剂依托莫西沙星（1mg / kg）。两周后从小鼠中分离出心肌组织，进行心肌收缩和舒张功能的单细胞分析、活性氧的测量、ATP检测、ALDH2酶活性的测定、中长链脂肪酸代谢组学分析、线粒体分离和线粒体复合体活性评估和心肌细胞耗氧量（OCR）分析

 

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