生物遙測技術(shù)監(jiān)測清醒狀態(tài)下普通棉耳狨猴的心電生理特性

李　娜， 王文譽， 何　巍， 丁爽爽， 奚劍飛， 徐　皓， 張　周

（中國科學(xué)院上海藥物研究所， 上海 201203）

生物遙測技術(shù)監(jiān)測清醒狀態(tài)下普通棉耳狨猴的心電生理特性

李娜， 王文譽， 何巍， 丁爽爽， 奚劍飛， 徐皓， 張周

（中國科學(xué)院上海藥物研究所， 上海 201203）

目的 采用生物遙測法監(jiān)測清醒狀態(tài)下狨猴心率、體溫、血壓及心電圖各項指標(biāo)。方法 在普通棉耳狨猴體內(nèi)埋置生物傳感器， 恢復(fù)兩周后， 采用Dataquest A.R.T. 4.3系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測24 h的心率、體溫、血壓和心電圖指標(biāo)， 并于第二周、第三周各重復(fù)一次。結(jié)果 在整個實驗過程中，該方法所監(jiān)測指標(biāo)基本維持正常水平，心率為（148.12±15.94）～（256.85±25.67） 次/min，體溫為（35.60±0.23）～（38.67±0.75） ℃，平均動脈壓為（67.45±8.96）～（94.95±11.62） mmHg，白天的各項心電指標(biāo)高于夜間，且三次實驗及平均值間比較無顯著差異（P＞0.05）。結(jié)論 成功建立了生物遙測方法， 可以準(zhǔn)確監(jiān)測清醒狀態(tài)下普通棉耳狨猴的心電生理指標(biāo)。

普通棉耳狨猴； 傳感器； 生物遙測； 心電生理指標(biāo)

非人靈長類實驗動物與人類生理反應(yīng)特性極其相似，研究領(lǐng)域涉及人類腦發(fā)育、畸胎學(xué)、內(nèi)分泌學(xué)、行為學(xué)、免疫學(xué)、病毒學(xué)、腫瘤學(xué)和生殖生物學(xué)等生命科學(xué)， 特別是普通棉耳狨猴（Common Cotton-eared Marmoset， Callithrix Jacchus），由于其體型小、繁殖率高、實驗研究用量小，是生命科學(xué)研究領(lǐng)域很有價值的實驗材料。同時，新藥開發(fā)研究中，心血管系統(tǒng)指標(biāo)也是藥物安全性評價和藥效學(xué)評價研究的重要參數(shù)。進(jìn)行心血管指標(biāo)監(jiān)測方法的研究成為熱點，特別是生物遙測技術(shù)（Telemetry）是通過手術(shù)將生物傳感器植入動物體內(nèi)，再由接收、轉(zhuǎn)化、存儲和處理等一系列裝置測定動物在清醒且自由活動狀態(tài)下的體溫、血壓、心率和心電圖等生理指標(biāo)，這樣所得到的數(shù)據(jù)更加貼近動物正常生理學(xué)指標(biāo)，避免了動物應(yīng)激造成的誤差。目前，國內(nèi)已采用生物遙測技術(shù)評價實驗犬和大鼠的心血管指標(biāo)，但未見有狨猴生物遙測技術(shù)的報道。作者采用在普通棉耳狨猴體內(nèi)埋置生物傳感器，在動物清醒、自由活動的狀態(tài)下測定其心率、體溫、血壓以及心電圖，為生命科學(xué)研究提供一系列可靠、真實的數(shù)據(jù)。

1　材料與方法

1.1實驗材料

1.1.1實驗動物雄性普通棉耳狨猴6只（普通級， 年齡2～2.5歲， 體質(zhì)量350 g左右）， 引自南非（非人靈長類動物出口-國際獸醫(yī)檢查證書： P12070076/268），飼養(yǎng)在中國科學(xué)院上海藥物研究所［SYXK（滬）2010-0049］。飼養(yǎng)環(huán)境的溫度21～25 ℃，日溫差≤4℃；相對濕度40%～70%； 每日12 h光照維持，晝夜循環(huán)（6∶00～18∶00為光照時間）； 每日上午飼喂狨猴飼料，下午飼喂紅薯、雞蛋、面包、酸奶、水果等（每日1～2種），自由飲水，飼料購自上海仕林生物科技有限公司［滬飼審（2008）04031］。

1.1.2藥物、試劑異氟烷（Baxter Healthcare of Puerto Rico， 批號： N031F315），帕瑞昔布鈉（輝瑞制藥， 批號： G70221），青霉素（華北制藥股份有限公司， 批號：F3046205），Dataquest A.R.T. 4.3系統(tǒng)（Data Sciences International， USA），Ponemah分析軟件，Data Analysis分析軟件，DSI無線遙測系統(tǒng)生物傳感器（HD-S11），手術(shù)器械，麻醉機，手術(shù)無影燈，滅菌器等。

1.2實驗方法

1.2.1手術(shù)操作無菌操作狀態(tài)下，在狨猴腹部切口4～5 cm，暴露腹腔，生物傳感器的壓力導(dǎo)管通過腹股溝插入腹主動脈，縫合肌肉，再將電極二導(dǎo)聯(lián)分別埋置在胸部和腹部的皮下，與肌肉縫合固定。手術(shù)過程中采用異氟烷吸入麻醉，誘導(dǎo)麻醉時異氟烷濃度為體積分?jǐn)?shù)5%，維持麻醉濃度為3%； 術(shù)后采用帕瑞昔布鈉鎮(zhèn)痛，3 mg/kg體質(zhì)量肌肉注射，連續(xù)3 d； 肌肉注射青霉素抗菌消炎，8萬單位每日1次，連續(xù)10 d。

1.2.2數(shù)據(jù)采集與分析狨猴手術(shù)后恢復(fù)兩周，從12∶00開始連續(xù)監(jiān)測24 h內(nèi)的心率、體溫、血壓和心電圖； 每隔4.5 min連續(xù)采集30 s數(shù)據(jù)（心率、體溫、血壓）， 并將每小時段內(nèi)的12組30 s數(shù)據(jù)取平均值作圖， 分析各項指標(biāo)的變化； 另每小時段內(nèi)取安靜狀態(tài)下2段心電圖，分析心電圖間期（PR間期，RR間期， QRS間期， QT間期， QTcb等）； 分別于第二周和第三周重復(fù)監(jiān)測該6只狨猴連續(xù)24 h的各項心電指標(biāo)，并取三次實驗各時間段的數(shù)據(jù)平均值。

1.3數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)均采用Dataquest A.R.T. 4.3系統(tǒng)記錄，再分別用Ponemah和 Data Analysis軟件進(jìn)行分析統(tǒng)計，所有數(shù)據(jù)用±s表示， 采用SPSS19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理。差異顯著性采用獨立樣本t檢驗和單因子方差分析， P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2　結(jié)果

2.1心率

同一時間段內(nèi)，三次監(jiān)測結(jié)果及平均值間的心率相比基本一致，無顯著差異（P＞0.05），白天（6∶00～18∶00）活動狀態(tài)下的平均心率值明顯高于夜間（18∶00～06∶00）（P＜0.01）， 7∶00最高， 為 256.85±25.76次/min，夜間22∶00最低值為148.12±15.94次/min（圖1）。

2.2體溫

平均體溫在35.60±0.23 ℃～38.67±0.75 ℃，白天體溫高于夜間體溫， 基本維持在37.25～38.67 ℃；且三周及平均體溫間無顯著差異（P＞0.05）（圖2）。

2.3平均動脈壓

白天的平均動脈壓平均值（89.11±9.74 mmHg）高于夜間（71.74±9.77 mmHg）（P＜0.01）， 7∶00時達(dá)到最高， 為94.95±11.62 mmHg， 夜間22∶00最低值為67.45±8.96 mmHg，且三次監(jiān)測結(jié)果及平均值間無顯著差異（P＞0.05）（圖3）。

2.4心電圖

在整個監(jiān)測過程中各心電間期指標(biāo)基本維持正常水平，且同時間段內(nèi)三次監(jiān)測結(jié)果及其平均值相比均無顯著差異（P＞0.05）（圖4）。

3　討論

國外很多生命科學(xué)研究機構(gòu)都將測量動物清醒狀態(tài)下的生理指標(biāo)作為新技術(shù)、新方法研究的基礎(chǔ)［1］，而測定生理指標(biāo)的方法有很多種，如動物體內(nèi)插入導(dǎo)管后連接到外置的Matrix顯示法、尾套加壓法、穿夾克遙測方法、探頭植入體內(nèi)的生物遙測技術(shù)等。但前三種方法都有它們各自的缺點， 如：從動物體內(nèi)接出的導(dǎo)管跟外置Matrix連接，雖然記錄的是正常動物的生理指標(biāo)，但動物不能自由活動， 而且由于傷口不能完全封閉， 存在感染問題［2］； 而尾套加壓法由于束縛和應(yīng)激會使指標(biāo)高于正常數(shù)值，實驗重復(fù)性差； 穿夾克遙測方法的主要缺點是夾克設(shè)備易損環(huán)，且不能進(jìn)行長期實驗。探頭植入體內(nèi)生物遙測技術(shù)所測得的結(jié)果更加真實、實驗數(shù)據(jù)重復(fù)性好、研究者能夠長時間記錄動物生理數(shù)據(jù)、實驗動物可以重復(fù)使用、實驗結(jié)果更加符合于疾病本身的發(fā)展變化規(guī)律、更好的維護(hù)動物福利［3］。

圖1　清醒普通棉耳狨猴心率值Figure 1 The heart rate of conscious common cotton-eared marmosets

圖2　清醒普通棉耳狨猴體溫值Figure 2 The body temperature of conscious common cotton-eared marmosets

圖3　清醒普通棉耳狨猴平均動脈壓監(jiān)測值Figure 3 The mean arterial blood pressure of conscious common cotton-eared marmosets

生物遙測技術(shù)是通過手術(shù)方法將生物傳感器植入動物體內(nèi)，再由接收和顯示等一系列裝置來測定實驗動物的體溫、血壓、心率和心電圖等生理指標(biāo)，是目前藥物安全性評價和藥效學(xué)評價的先進(jìn)技術(shù)，目前我國還未見在狨猴應(yīng)用生物遙測技術(shù)的報道。1993年，Schnell等［4］利用生物遙測技術(shù)監(jiān)測了狨猴在無束縛狀態(tài)下的血壓、心率等值。此后科學(xué)家們陸續(xù)驗證了該方法的可靠性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性， 并應(yīng)用此方法進(jìn)行藥物對機體的影響研究， 如Honda 等［5］利用狨猴體內(nèi)埋置傳感器的方法研究了交感神經(jīng)與副交感神經(jīng)功能對于QT間期的影響。同時Tabo等［6］、Honda等［7］和Horri 等［8］均用此方法開展藥物對于血壓、心率、體溫、QT間期和運動晝夜節(jié)律的影響研究。本實驗即用該方法來監(jiān)測自由活動狀態(tài)下普通棉耳狨猴的心電生理指標(biāo)，為生命科學(xué)研究提供一系列基礎(chǔ)心電生理參數(shù)。

本實驗中普通棉耳狨猴白天活動狀態(tài)下平均心率值為220.29±25.28次/min， 與Schnell等［9］報道的采用生物遙測法監(jiān)測的心率（230±26次/min）無較大差異， 本實驗中心率最高值為256.85±25.76次/min，夜間平均心率值為157.80±17.36次/min。同時， 實驗得出狨猴的體溫在（35.60±0.23）～（38.67±0.75） ℃，白天體溫高于夜間體溫，與Hoffmann等［10］報道的溫度范圍（36～39℃）基本相符。同時，本實驗所得的平均動脈壓的數(shù)值也與Schnell 等［9］報道結(jié)果基本一致。晝夜間各指標(biāo)的比較結(jié)果可以說明動物在光照周期的活動較光暗周期頻繁，導(dǎo)致各項指標(biāo)的晝夜差異。

研究結(jié)果得出三周間各項心電指標(biāo)基本無差異變化，說明該方法監(jiān)測數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性高、可重復(fù)性高。同時生物遙測技術(shù)可以有效避免對動物造成應(yīng)激，得到一系列穩(wěn)定的、準(zhǔn)確的心電指標(biāo)。Holzgrefe等［11］認(rèn)為生物遙測技術(shù)可以準(zhǔn)確、便捷監(jiān)測狨猴的各項心電指標(biāo)。我國目前還沒有關(guān)于普通棉耳狨猴心血管及心電指標(biāo)的系統(tǒng)研究報道，更沒有關(guān)于狨猴生物遙測技術(shù)的報道，本文方法的建立及其監(jiān)測的數(shù)據(jù)可為我國生命科學(xué)研究提供一系列可靠的、真實的數(shù)據(jù)。

生物傳感器植入體內(nèi)的生物遙測技術(shù)能夠準(zhǔn)確的提供實驗動物在正常的、自由活動的、非麻醉狀態(tài)下的一系列心電指標(biāo)， 能夠長時間記錄動物生理指標(biāo)、實驗動物可重復(fù)使用、實驗結(jié)果更加符合于動物本身的發(fā)展變化規(guī)律、更好的維護(hù)動物福利。

［1］Haverkamp W， Breithardt G， Camm AJ， et al. The potential for QT prolongation and proarrhythmia by non-antiarrhythmic drugs： clinical and regulatory implications. Report on a policy conference of the European Society of Cardiology［J］. Eur Heart J， 2000， 21（15）：1216-1231.

［2］Hondeghem L， Carlsson L， Duker G. Instability and triangulation of the action potential predict serious proarrhythmia，but action potential duration prolongation is antiarrhythmic ［J］. Circulation， 2001， 103（15）：2004-2013.

［3］Malik M， Farbom P， Batchvarov V， et al. Relation between QT and RR intervals is highly individual among healthy subjects： Implications for heart rate correction of the QT interval［J］. Heart， 2002， 87（3）：220-228.

［4］Schnell CR， Wood JM. Measurement of blood pressure and heart rate by telemetry in conscious unrestrained marmosets ［J］. Am J Physiol， 1993， 264（5）：1509-1516.

［5］Honda M， Komatsu R， Isobe T， et al. Involvement of the autonomic nervous system in diurnal variation of corrected QT intervals in common marmosets ［J］. JPharmacol Sci，2013， 121（2）：131-137.

［6］Tabo M， Hara T， Sone S， et al. Prediction of drug-induced QT interval prolongation in telemetered common marmosets ［J］. J Toxicol Sci， 2008， 33（3）：315-325.

［7］Honda M， Komatsu R， Holzgrefe HH， et al. Application of probabilistic analysis for precisely correcting the QT interval for heart in telemetered common marmosets［J］. J Pharmacol Toxicol Methods， 2010， 61（3）：264-270.

［8］Horri I， Kito G， Hamada T， et al. Development of telemetry system in the common marmoset-cardiovascular effects of astemizole and nicardipine［J］. J Toxicol Sci， 2001， 27（2）：123-130.

［9］Schnell CR， Wood JM. Measurement of blood pressure and heart rate by telemetry in conscious unrestrained marmosets ［J］. Lab Anim， 1995， 29（3）：258-261.

［10］ Hoffmann K， Coolen A， Schlumbohm C， et al. Remote longterm registrations of sleep-wake rhythms， core body temperature and activity in marmoset monkeys［J］. Behav Brain Res， 2012， 235（2）：113-123.

［11］ Holzgrefe H， Ferber G， Champeroux P， et al. Preclinical QT safety assessment： cross-species comparisons and human translation from an industry consortium［J］. J Pharmacol Toxicol Methods， 2014， 69（1）：61-101.

Monitoring on Cardiovascular and Physiology Characteristics of Conscious Common Cotton-eared Marmoset by Telemetry

LI Na， WANG Wen-yu， HE Wei， DING Shuang-shuang， XI Jian-fei， XU Hao， ZHANG Zhou （Shanghai Institution of Materia Medica Chinese Academy of Science， Shanghai 201203， China）

Objective To monitor the heart rate， body temperature， blood pressure and electrocardiogram of conscious common cotton-eared marmosets by telemetry. Methods After two weeks of surgery with implanting the sensor in marmosets， the heart rate， body temperature， blood pressure and electrocardiogram were monitored on continuous 24 hours by Dataquest A.R.T. 4.3， then repeated in the second and third week. Results During the monitoring process， all the monitored index were maintained at the normal level， the heart rate was between 148.12±15.94 and 256.85±25.67 beat/min，while the body temperature ranged from 35.60±0.23 ℃ to 38.67±0.75 ℃， and the mean arterial blood pressure ranged from 67.45±8.96 mmHg to 94.95±11.62 mmHg. The data of cardiovascular and physiology during the daytime were higher than those of at night， and no differences were found among the three monitoring results （P＞0.05）. Conclusions The telemetry was successfully established for exactly monitoring the cardiovascular and physiology data in conscious marmosets.

Common cotton-eared marmoset； Sensor； Telemetry；Data of cardiovascular and physiology

Q95-33

A

1674-5817（2015）06-0490-05

10.3969/j.issn.1674-5817.2015.06.012

2015-04-20

上海市科學(xué)技術(shù)委員會實驗動物專項（12140900100）

李娜（1982-）， 女， 高級工程師， 碩士， 主要從事實驗動物模型和獸醫(yī)護(hù)理的研究。E-mail： nali@simm.ac.cn

張周（1963-）， 男， 研究員， 主要從事實驗動物科學(xué)管理及動物模型的研究。E-mail： zzhang@simm.ac.cn