人工呼吸通气量与猫体重的关系

童传旺

(芜湖职业技术学院生物工程学院，安徽 芜湖 241000）

人工呼吸通气量与猫体重的关系

童传旺

(芜湖职业技术学院生物工程学院，安徽 芜湖 241000）

探讨电生理实验中猫的人工呼吸通气量与体重之间的关系。方法：在电生理实验过程中固定呼吸频率，根据猫呼出的CO2含量来调整潮气量，并通过记录视皮层细胞的自发和诱发反应来评价猫在人工呼吸条件下的生理机能状态。 结果：共对10只猫进行了试验研究，其中有8只猫成功存活50小时以上，记录到有明显诱发反应的细胞17-65个，平均每只37个。统计存活50个小时以上的猫的潮气量与体重，发现潮气量与体重的关系符合poly 3方程(y=k0+k1χ1+k2χ2），拟合数据与实测数据的相关性值为0.916。意义：本研究对电生理实验中猫的人工呼吸参数的估计和设置有重要的参考价值。

猫；人工呼吸通气量；体重

实验动物在麻醉与麻痹状态下体内氧气的供应以及体内废气的排出都要依靠人工呼吸，在实施人工呼吸的过程中进入肺泡中的气体量与进入肺中的气量即潮气量有着直接的重要关系。人工呼吸通气量即潮气量 (VT，Tidal volume）指在静息状态下每次吸入或呼出的气量，它与年龄、性别、呼吸习惯、体重、机体新陈代谢基础有关。人工呼吸设定的潮气量通常指吸入气量。人工呼吸中潮气量设置过大易造成肺损伤，设置过小又会使得肺中气量供应不足引起机体缺氧反应[1，2，3]。缺氧可引起大脑的损伤并影响正常的脑视觉功能状态[4]，由此引起的机体视觉功能变化也将直接影响到电生理实验中猫对视觉刺激的反应。

在电生理实验中影响实验成功记录的因素较多，如潮气量调节、呼吸频率、体温维持、气管插管、股静脉插管、麻醉剂量、麻痹剂量、微电钻开颅、猫生命体征等。潮气量数值的设定是电生理实验中的关键技术，其直接关系到实验中猫的存活与否和存活时间的长短。电生理实验过程中涉及到的体温维持、气管插管、静脉插管、麻醉剂量、麻痹剂量，微电钻开颅等技术已相对成熟。因此，在诸多关系实验成败的因素中我们着重研究人工呼吸通气量与体重的关系[5]。人工呼吸通气量的改变，即肺泡内CO2浓度的变化究竟与猫的体重有什么关系，国内外未见报道，本研究对此进行初步探讨，以期为猫在体电生理记录实验中人工呼吸参数的估计和设置提供基础数据与参考资料。

1 材料与方法

实验所用的动物为青年猫10只(月龄6-36，体重0.7-4kg）。所有猫放在同一个房间内饲养，保持12小时光照/12小时黑暗循环，定时饮食。实验所用仪器：天平(ATZ家用10型最大量程10kg分度值50g），动物呼吸机 (ALC-V8型中国），体温维持仪(SS20-Z型中国）。

实验用猫须经眼科检查，确定无影响正常视觉功能的视网膜及折光系统相关疾病。所有实验操作严格遵守国家卫生部门及医疗机构有关实验动物使用和管理条例[6，7，8，9]。

将猫以盐酸氯胺酮 (ketamine HCl，20 mg/kg体重）轻度麻醉后，再以天平称量个体体重，得出猫体重参数(表1），继以浅麻下施气管和股静脉插管术，手术创口以普鲁卡因局麻，术后伤口施以消炎粉并缝合。将猫固定于立体定位仪，扩瞳处理为施以1%硫酸阿托品(Atropine）滴眼液，双眼佩戴合适平光接触镜以防角膜干燥，滴用5%新福林溶液(Neosynephrine）收缩瞬膜。维持液以乌拉坦(Urethane:20 mg/h/kg体重）和三碘季胺酚(Gallamine triethiodide:10 mg/h/kg体重）溶于5%葡萄糖溶液静脉推注以维持动物麻醉和麻痹状态，辅以青霉素(20×104U/ind./d)抗炎。人工呼吸机调整以维持呼出CO2量为3.8%-4%左右。持续监测实验中动物心率(180-220次/秒），以调整、评价麻醉状态。用颅骨钻于耳杆后4mm和中线外2mm颅骨处开孔(直径为4mm），去除硬脑膜，钨丝电极 (Glass-coated tungsten microelectrode:阻抗3-8M）记录初级视皮层细胞反应[6，7，8，9]。

采用 Matlab程序及心理物理软件(Psychophysics Toolbox）编排的正弦运动光栅(Drifting sinusoidal gratings）作为视觉刺激源呈现于置猫眼约57cm远处的CRT显示器上。微电极采集的电信号经探头、微电极放大器 (Nihon Kohden，MEZ28201，日本）、前置放大器(Dagan，美国）放大1000倍,再由Itc218采集器 (Inst rutech，美国）将电信号数字化后生成的刺激反应信息被计算机安装的Igor程序获取并自动保存备份，进行数据分析后获取细胞电信号发放模式及引发的刺激反应直方图(PSTH）(如图1），通过分析细胞对正弦运动光栅的不同方位刺激的诱发反应强度判断特定潮气量数值状态下对应的细胞兴奋性以及对刺激信号选择性的影响情况[6，7，8，9]，由此确定所设潮气量数值的合理性。在电生理实验中通过IGRO程序记录细胞对不同角度正弦运动光栅刺激的自发和诱发反应及反应的特性(如图1）及在IGRO中对一个细胞的全部诱发放反应进一步分析所得到的柱状图(PSTH在O-360°范围内每隔15°刺激一次即共产生24个刺激方位并循环10次[10]。

把猫的呼吸频率设为固定值23次/分钟，在电生理实验记录的过程中根据猫呼出的CO2含量来调整潮气量的值，以维持呼出CO2量保持在3.8%-4%之间。另外观察猫的肺内压指标，通过对潮气量数值的调整，肺内压数据应保持在O-1之间，以防潮气量的数值设置过大导致肺内压过大，致使肺泡受压过度引起损伤。上述条件下记录每只实验猫确定的潮气量和实验猫存活时间数值以及整个实验进程中记录到的对运动光栅刺激产生明显诱发反应的细胞数(如表1）。

用IGRO分析软件对实验记录到的猫体重与潮气量数值进行拟合分析。不同的拟合方程分析如下：

通过上述分析方程得到各自的拟合曲线，根据每一个方程的拟合曲线测得潮气量的拟合数值，用SPSS软件分析四组拟合数值与实测的潮气量数值的相关性，得到的相关性值依次为C1=0.916、C2=0.866、C3=0.854、C4=0.910。所以由poly3方程得到的数据的相关性值最高，即由此方程得到的拟合数据与实测数据的两组数据相关性较好，poly3方程分析得到的拟合曲线如图2。

2 结果

通过在体单细胞记录技术记录10只实验猫，其中有8只猫的存活时间≧50小时，2只的存活时间≤8小时，本实验对存活≧50小时的8只猫的数据进行分析。运用Igor程序采集细胞对刺激反应的数据，对采集数据进行分析，获取细胞电信号的发放模式及对刺激反应的直方图(PSTH）。在潮气量设置合理的情况下，实验中记录到的初级视皮层细胞在正弦运动光栅刺激下产生了自发和诱发电位反应,且细胞自发和诱发反应有明显差距，信噪比也较高(如图1）。

对实验中记录到的数据进行整理，按猫的体重由小到大进行标注(Cat1-Cat8），得到的关于猫的实际潮气量数据，然后通过IGRO分析软件对猫体重与潮气量数值进行拟合分析(方程poly3：y=k0+k1χ1+k2χ2），得到的拟合曲线图以潮气量(Tidal volume，VT）为纵坐标，猫的体重(Weight）为横坐标。图中的曲线附近的点自左向右分别是Cat1、Cat2、Cat3、Cat4、Cat5、Cat6、Cat7、Cat8的对应数据，由于Cat5与Cat6的体重较接近导致它们的数据在图中对应的点近似重合，且Cat8的数据在拟合曲线上。此拟合曲线表明随着猫的体重的增加，猫的潮气量数值也相应的增加，当猫的体重达到一定的数值后猫的潮气量不再增加，随着体重的进一步增加，潮气量的值有微弱的回落，然后再趋于某一稳定的数值(如图2）。

在电生理实验过程中记录实验猫的存活时间、体重，整个实验过程中对正弦运动光栅的刺激产生明显诱发反应的细胞数量，记录每只猫的实际潮气量数据与拟合潮气量数值，分析猫的体重与呼吸量的比值(Weight/TV）。然后按猫的体重由小到大进行标注(Cat1-Cat8）。本实验记录存活时间在50小时以上的猫共有8只，在初级视皮层(17区）共记录对正弦运动光栅的刺激产生明显自发反应的初级视皮层细胞296个，平均每只猫有37个细胞(如表1）。

体重与潮气量比值与猫存活时间关系图：记录每只猫在电生理实验中的存活时间，分别统计每只实验猫的体重与潮气量的比值，通过IGRO程序中用 “new category plot”作图，以猫的体重与潮气量的比值为横坐标，猫的存活时间为纵坐标得到下图(如图3），每只猫的存活时间都在50小时以上(含50小时），在电生理实验中猫的最长存活时间是57小时。

3 讨论

本文选择探讨猫体重与潮气量设定之间的关系，因为潮气量的设定对猫的存活及存活时间都有重要影响，潮气量的改变影响机体的氧气供应以及体内外二氧化碳的交换，肺中二氧化碳供应不足引起机体缺氧。缺氧对机体的代谢和功能存在重要的不利影响[1，2]。潮气量的大小直接关系到机体内氧气的供求关系，影响机体的正常功能，包括影响神经元的存活与生理状态[3，4，5]。

由于潮气量数值的不适当设定对机体神经元功能的影响直接关系到电生理实验过程中实验数据的采集，在以往的实验过程中共有11只实验猫，其中9只猫的生命维持时间低于8小时，记录到对正弦运动光栅刺激产生的明显诱发反应的细胞数低于5个，实验的效果较差。本次实验的存活时间较长的8只猫的实验数据分析结果，得出猫的体重与人工呼吸通气量之间的较优关系(如图2），对今后的电生理实验具有重要的参考价值。此后的实验也验证了曲线的合理性，实验的成功率可达80%左右。

在猫的生命体征各项参数中，我们忽略猫的性别，年龄，呼吸习惯，机体的新陈代谢等元素，本实验主要是探讨猫的体重与潮气量数值之间的关系。然而猫的性别、年龄、呼吸习惯、机体新陈代谢等因素对猫的生命维持时间及对潮气量设定也有影响，关于此种影响机制尚需要在以后的实验中进行进一步探讨和研究。

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ON THE RELATIONSHIPS BETWEEN ARTIFICIAL VENTILATION VOLUME AND WEIGHT OF CATS

TONG Chuan-wang
（School of Biological Engineering,Wuhu Institute of Technology,Wuhu Anhui 241000）

The objective of this paper is to explore the relationships between artificial ventilation volume and weight of cats in electrophysiological experiments.The methods include the following:in electrophysiological experiments,fixing the respiratory rate, adjusting tidal volume according to the content of CO2in breath of cats,and evaluating the physiological function by recording the visual spontaneous and evoked responses of cats in the artificial respiratory conditions.Results show that among 10 cats studied 8 ones survive for more than 50 hours and 17-65 cells with a significant evoked response are recorded.Besides,on average each cat has 37 cells.A close look at the tidal volume and weight statistics of the 8 cats reveals that the relationship between the tidal volume and weight conforms to the poly 3 equation （y=k0+k1x1+k2x2）,and the correlation value between fitting data and the measured data is 0.916.The significance is that he study is of important reference value to estimate and set up cats’artificial respiration parameters in the electrophysiological experiments.

cat;artificial ventilation volume;weight

Q955

A

1672-2868(2014)06-0090-05

责任编辑:陈澍斌

2014-10-17

安徽省教育厅省级自然科学研究重点项目(项目编号：KJ2014A284）；安徽教育厅省级优秀青年人才基金重点项目(项目编号：2013SQRL149ZD）

童传旺(1978-），男，安徽芜湖人。芜湖职业技术学院生物工程学院，讲师。研究方向：动物生理学。