多功能鼠用代谢笼的改进.pdf

ISSN1672-4305CN12-1352/N实 验 室 科 学LABORATORY SCIENCE第 26 卷 第 5 期 2023 年 10 月Vol.26 No.5 Oct.2023 多功能鼠用代谢笼的改进胡 凯,刘 寅,王德坤,王艳凤,彭 茜,谭小月(南开大学 医学院,天津 300071)摘 要:针对目前存在的大鼠和小鼠代谢笼不能通用,饮食饮水量不易计量且容易造成代谢样本污染,以及实验环节中收集的样本损失大且不易保存等问题,对现有实验鼠用代谢笼进行设计改进。通过将饲养笼中饲养区域设计成可调式,同时对喂食器、喂水器以及分离收集装置进行改良,实现可调节、高精度、多功能的大小鼠通用代谢笼。关键词:鼠用代谢笼;喂食器;喂水器;粪尿分离装置中图分类号:R332 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1672-4305.2023.05.039Improvement of multifunctional rat metabolic cageHU Kai,LIU Yin,WANG Dekun,WANG Yanfeng,PENG Xi,TAN Xiaoyue(School of Medicine,Nankai University,Tianjin 300071,China)Abstract:Aiming at solving the defects of existing experimental metabolic cages for rodents,such as not universal for rats and mice,difficult to measure the volume of diet and drinking water,easily to contaminate the experimental samples,and hard to collect and maintain samples.By improving the breeding cages,feeders,water feeders,and separation and collection devices in the breeding area,an autonomously adjustable,high-precision,and multi-functional general metabolic cage for rats and mice can be realized.Key words:rat metabolic cage;feeder;water feeder;fecal urine separator device 收稿日期:2022-05-23 修改日期:2022-06-13作者简介:胡凯,硕士,实验师,主要研究方向为病理学实验教学及研究工作。E-mail:hukai 通讯作者:谭小月,博士,教授,主要研究方向为细胞外基质与疾病进展的病理联系及治疗应用。E-mail:基金项 目:南 开 大 学 自 制 实 验 教 学 仪 器 项 目(项 目 编 号:18NKZZ29)。动物实验在生命科学、生物医药、教育教学等各领域有着重要的作用和价值。实验动物器具质量直接影响实验的准确性、有效性及科学性1-2。啮齿类动物具有生物学稳定性好、疾病模型易复制和实验成本低等优点,在药理学实验3、疾病动物模型4及临床实验教学5等研究中被广泛运用。因此围绕鼠用代谢笼的改进一直在不断探索中6-7。本文结合相关设备的地方标准要求进行设计8-9,针对目前常用鼠用代谢笼的不足进行改进,使本设计具有多功能、大小鼠通用、高精度等优势。1 设备的改进和使用方法实验鼠在进行研究时,需要将实验鼠饲养在代谢笼内,通过监控实验鼠的进食量、饮水量以及排泄情况,并对其代谢产物进行分离收集分析,从而对药物或营养物质在动物体内的代谢情况进行研究10。常见的代谢笼通常主要包括饲养区(1)和分离收集区(31)两个区域(如图 1 所示)。图 1 鼠用代谢笼模式图其中上述饲养区又主要包括:饲养笼(1)、喂食器(7)、喂水器(8)等三个主要部分(见图 2)。1.1 饲养区各部件改进及使用方法由于在进行代谢实验时,实验鼠将生活在饲养区的饲养笼内部,自由摄食和饮水。为了适应不同种类大、小鼠以及同种实验鼠不同只数的实验要求,又要保证饮食饮水不会对实验造成污染,同时需要精确计量饮食和饮水情况,还要尽可能减少代谢样本流失等问题,因此分别对饲养区各饲养笼、喂食器、喂水器三大主要部件进行设计改进。图 2 鼠用代谢笼饲养区模式图1.1.1 饲养笼的改进和使用方法由于实验鼠有大、小鼠不同,或同类鼠有体型大小和只数不同等具体实验要求,现有的饲养笼无法对实验鼠的活动区域进行限制。在实验过程中,实验鼠会随机地在饲养笼内部进行排泄,若排泄区域无法限制,必然会增加粪尿分离装置参与工作的内表面积,进而就会导致尿液在装置内发生残留,因此会降低代谢笼的尿液收集量,从而对代谢实验造成影响。因此设计了可根据实验鼠个体大小或只数进行限位调节的可调式饲养笼,如图 3 所示。图 3 饲养笼改进模式图在饲养笼(1)内部设计了隔离限位板,可与上面的限位板通过定位凸起进行调节,底部通过设有承载网,与分离区隔开,顶部设有顶盖,使整个饲养笼空间可调且相对密封减少代谢物蒸发造成样本的损失。从横截面图可以看到限位板中心点在承载拦网下方与倒漏斗型分离装置的顶点相对11,这样调节饲养笼限位板就能直接限制分离装置参与工作的内表面积,从而减少残留。1.1.2 喂食器的改进和使用方法由于许多研究需要对实验鼠的进食量进行监测或自由摄食,因此现有的代谢笼上均设有喂食器。但是现有喂食器存在两个缺陷,首先是无法对食物残渣进行回收拦截,实验过程中,食物残渣可能会被带入饲养笼,从而对代谢物造成污染,导致分析结果出现误差。此外,部分带拦网的喂食器又存在不能根据实验鼠的体积进行适应性调整,当实验鼠的体积较大时,实验鼠无法半身进入喂食器内部进食,会增加食物残渣外泄的风险;或者体积较小时,又会完全进入喂食器增加排泄物外泄的风险。因此通过改进设计了双拦网、可回收、可伸缩、可调孔径的喂食器(如图 4 所示):喂食器壳体(1)内部设计了底部承托槽(2)和可伸缩滑动的饲料槽(4)。同时饲料槽前方设计了拦网水平段(51)和倾斜段(52),且前者网距大于后者,确保有饲料掉出会直接掉入拦网水平段下方的回收槽(3)中,避免食物残渣随实验鼠进入代谢笼。另外,考虑到实验鼠体型大小不同,设计了可伸缩的饲料盒,通过滑动调节喂食器深度,同时在喂食器壳体的入口处设置容纳切口(14),阻挡板(6)由此插入并通过锁止杆(7)与侧壁上的定位孔(15)相配合调节喂食器入口高度。由此研究人员可根据实验鼠体积对喂食器的内部空间进行灵活调整,最大限度防止食物带出造成代谢物的污染和影响喂食量精确计量12。图 4 喂食器改进模式图1.1.3 喂水器的改进和使用方法由于实验鼠的尿液代谢情况与饮水量相关联,因此在现有的代谢笼上均设有喂水器。但是,传统的喂水器不具备回收功能,当实验鼠进行饮水时有可能造成饮水外泄。部分有回收功能的喂水器又缺乏防鼠身沾染和回收管防蒸发功能,导致研究人员对实验鼠的饮水量产生误判,若泄露的饮水直接进入代谢笼内部,则还会导致代谢样本遭到稀释,从而进一步影响实验结果的准确性。因此改进设计了可调节孔径和密封回收装置的喂水器。如下图 5 所示:在喂水器壳体(1)上设置容纳支架(2)插入喂水瓶(3)且瓶嘴(31)插入壳体(1)内部但不伸入饲养笼。壳体下方设置导流通道(4),回收瓶(6)可拆卸271 胡凯,等:多功能鼠用代谢笼的改进和密封安装在导流通道底部,对外泄饮用水进行回收。如同喂食器一样,壳体入口顶面上也设有容纳切口(12),阻挡板(8)插入并通过锁止杆(82)与侧壁上的定位孔(81),相配合调节喂水器入口高度。通过上述改进可有效回收外泄的饮水,同时密封回收管可防止长时间实验造成的水分蒸发,另外根据体积调节入口高度也很好地防止实验鼠身体等沾染饮水造成实验误差13。图 5 喂水器改进模式图1.2 分离收集区改进实验鼠在饲养区活动,其排出的代谢产物会通过粪尿分离装置进行分离,进而方便科研人员收集分析。而现有常用的代谢笼普遍存在样本采集精度较低的问题。由于实验鼠的尿液和粪便主要通过重力影响,在装置表面流动和滚动产生的差异进行分离,就不可难免会在代谢笼内部轨迹上发生残留,因此实验采集的尿液体积往往会与实际结果存在误差。尤其是在选用小型实验鼠进行实验时,由于小鼠的尿量较少,因此尿液的残留更会放大采集误差的影响,从而导致实验结果失准。除了上述在饲养笼设置了限位挡板限制分离装置参与工作的内表面积外。改进设计了抗挂壁,可吹扫的分离装置(如下图 6 所示):在倒漏斗型的分离锥(33)内部设置了吹扫风机(6),其出风方向竖直向下。可以看到代谢物进入分离区所接触的轨迹主要是分离锥和分离内壁(321)。因此当完成实验前,启动吹扫风机,随着风机转动产生的振动可将分离锥上方挂壁的代谢物振动下来,同时风机产生的风向下提供动力将内壁上的挂壁代谢物清扫干净和完全,从而确保了实验样品的收集精度10。2 改进后的成效通过对饲养区的饲养笼、喂食器、喂水器的改进,此代谢笼可根据具体实验设计,灵活满足大鼠或小鼠不同的需求,或者动物只数不同的使用,避免了重复购置特定规格大鼠或小鼠专用代谢笼造成的经费浪费。对代谢笼整体和分离收集装置的改进,减少了代图 6 分离装置改进模式图谢物的蒸发、沾染丢失等,提高了代谢笼的收集精度。本文所述设备改进是在现有常用设备上的改进,因此原设备外框及外壳等部件仍可继续使用,减少了改进的成本。3 结语通过对目前主流的代谢笼设备的主要部件进行改进,使该设备更加有利于研究、方便使用、节约成本,同时为实验动物提供更加舒适的实验空间,保证了实验动物福利。目前本实验设备改造已获得南开大学优秀自制仪器滚动培育项目,各改造设计方案也均已获得专利授权。参考文献(References):1 蔡菁,李峰,汪宏,等.冲水式实验兔笼设备的改进初探J.实验室研究与探索,2017,36(11):266-268.2 袁洪霞,袁春风,石国凤,等.智能实验动物运动训练转笼装置的制作及应用J.实验室研究与探索,2019,38(8):258-260.3 高越颖,刘蕾,任怡琳,等.基于新药研发能力培养的药理学实验教学探索J.实验室研究与探索,2019,38(10):207-209.4 朱丽华,蒋翠花,张健,等.不同程度肝肾损伤的高尿酸血症大鼠模型研究J.中国比较医学杂志,2021,31(10):1-8.5 苗楠.小鼠动物模型在本科临床教学中的应用现状初探J.中国多媒体与网络教学学报(上旬刊),2022(2):61-64.6杨晓华,李斌,冯静.多功能大、小鼠生理实验代谢笼的研究J.农家参谋,2017(6):142.7 李万忠,王晓红.师生协同科研创新研究 以实验大鼠代谢笼改进为例J.中国高等医学教育,2015(5):59-60.8刘年双,张玫,孟群,等.江苏省实验动物笼器具代谢笼地方标准编制说明J.实验动物科学,2009,26(2):42-43.9 江苏省质量技术监督局.江苏省地方标准(db32/t1215-2008)实验动物笼器具代谢笼J.实验动物科学,2009,26(2):44-45.10 胡凯,谭小月,王艳凤,等.一种大小鼠通用代谢笼:中国,No.ZL202120473243.2P.2021-11-05.11 胡凯,谭小月,王艳凤,等.一种代谢物收集用实验鼠饲养笼:中国,No.ZL202120473242.8P.2021-11-05.12胡凯,谭小月,王艳凤,等.一种鼠用喂食器:中国,No.ZL202120473241.3P.2021-11-05.13胡凯,谭小月,王艳凤,等.一种鼠用喂水器:中国,No.ZL202120473345.4P.2021-11-05.371