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传感器技术在镇静安神药动物实验研究中的应用

2014-02-19 sensor 758

传感器按国标GB7665-87定义为:感受规定的被测量信号,并按照一定的规律转换成可输出信号的器件或装置[3]。该装置通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元件是指传感器中能直接感受(或响应)被测量的部分;转换元件是指传感器中将敏感元件感受(或响应)的信息按一定规律转换成另一种信息的装置。它获取的信息,可以是各种物理量、化学量、生物量转换后的信息,也有其它形式,大多数的传感器将获取的信息转换为电信号。目前,在小动物自主活动检测中所采用的一些传感器技术有以下4类。传感器技术作为一项相对成熟的技术,可以在接近自然的状态下对动物自主活动进行综合观察。近年来,以传感器为主要观测手段的中药药理实验研究也逐渐开展起来。本文根据已有的文献报导,针对镇静安神类中药对动物自主活动影响中所采用的一些传感器技术进行论述与分析,为更好地探讨此项研究技术的应用特点提供帮助。

近年来,有关镇静类中药药理研究的报道屡见不鲜,其中尤以安神药和平肝息风药的研究居多。安神药和平肝息风药均具有镇静作用,给药后可使动物闭目、嗜睡、低头、伏卧,抑制动物的自发活动[1-2],具有对抗中枢神经兴奋药的兴奋作用。镇静试验是测定动物自主活动的经典实验方法,此项实验为观察动物自主活动规律及研究中枢神经系统的功能状态和药物作用奠定了坚实的基础。传统的实验方法大都采用人为观察动物自主活动的方式进行记录,这种方法受人为干扰因素和外界环境(声音、光线、动物所处空间)的影响较大,实验结果存在较大误差,特别是对功效相似的不同镇静药的筛选工作有一定影响。随着现代科学技术的发展,先进的传感器技术不断更新,诸如换能器技术、光电管技术、红外光电探测技术、热释电效应探测技术等高性能、高精度的传感器已经融入到现代药理研究之中,为观测镇静安神药对实验动物自主活动的影响提供了更为方便准确的新方法[2]。

1  抖笼换能器法

换能器技术是传感器的一个分支,它主要是感知生物体内的各种非电量的信息(生理、生化和病理信息),把它们传递出来并转换为易处理的电信号的装置。针对小动物自主活动的特殊性,在铁架台上通过橡皮筋(或小弹簧)吊一抖笼,该笼底部圆心处用一带线的挂钩和拉力换能器相连。笼中小动物的活动通过换能器由动能转换为电能之后输入生理记录仪或生物信号采集处理系统进行放大记录,便能获得动物的活动曲线和单位时间内振动波的次数。近几年的研究中采用的有抖笼滴水法、抖笼气鼓法、光电抖笼法和浮动法。抖笼法的特点是能够把小动物的细小活动(如修饰、搔抓等)描记下来,仪器简单,操作容易。但此类方法不能达到精确的定量分析,只适用于镇静药的粗略筛选[1-2]。

高雅玲等[4]采用二道生理记录仪和50g拉力换能器测定50只小鼠的自主活动,通过分析小鼠的活动曲线得出养血清脑颗粒(当归、川芎、白芍、熟地、珍珠母、元胡)的大剂量组(8.0g/kg)、中剂量组(4.0g/kg)对头部血管舒缩功能障碍、大脑皮层功能失调或某些体液物质暂时性改变所引起的血管性头痛有明显的镇静作用,为临床治疗血管性头痛提供了实验依据。

2  光电技术检测法

在活动箱内将一束或者几束光线照射到对侧的光电感应器(如光电管、光导管、光敏管)上,动物在箱内活动时遮断光线一次,则电流改变一次,经过放大装置使电脉冲驱使继电器启动,通过计数器记录数值[2]。

隋宏等[5]采用光电计数仪(GJ-I型,天津医疗器械修配厂生产)对50只小鼠在灌胃酸枣仁合剂后的自主活动次数进行了测定和分析,实验结果表明酸枣仁合剂(主要成分为酸枣仁、白芍、枸杞、丹参、大枣、甘草、浮小麦)可抑制正常小鼠自发活动,抑制小鼠正常生理代谢,从而认为酸枣仁合剂具有明显的镇静催眠和中枢抑制作用。王志旺等[6]采用GJ-7902型三光道小鼠活动计数仪(天津医疗器械修配厂生产),对灌胃延经丸(混悬液)的小鼠自主活动次数进行测定,实验证明复方延经丸(YJW,主要成分为熟地黄、紫河车、红参、阿胶)能够明显减少小鼠自主活动,具有一定的镇静作用,从而依据女性围绝经期脾虚肝血不足、继而肾精亏虚而致脏腑功能衰退的特点,为YJW推迟围绝经期、缓解绝经期和绝经后期综合征的作用提供实验依据。

光电法从最初的单光道发展到的多光道,但是依然无法解决小鼠细微动作的干扰,如修饰、抖动、呼吸、甩尾等动作所造成的错误。

3  红外探测技术法

自然界中的任何物体,只要其本身温度高于绝对零度,就会不断地辐射红外线。红外探测技术测试动物的自主活动就是基于动物的这种特性。红外探测器[7]是能够把红外辐射量的变化转换为电量变化的器件,它的关键器件-传感元件根据其所依据的物理效应可分为光敏和热敏两大类型,其中光敏红外探测使用得最为普遍。

嵇扬等[8]采用XZ-4小鼠自由活动计数器(中国医学科学院药物研究所供应)对腹腔注射枳椇正丁醇提取物水溶液小鼠的自主活动次数进行了观察,结果表明枳椇正丁醇提取物腹腔注射给药时能显著减少小鼠自主活动次数,说明枳椇皂甙类物质具有镇静作用。赵文静等[9]采用XZC-1型小动物自主活动测定仪(中国医学科学院药物研究所产品)对20只灌胃虎斑游蛇水提液和醇提液的小鼠自主活动次数进行测定,结果发现虎斑游蛇水醇两种制剂均有抑制小鼠自发活动的作用,对阈下剂量的戊巴比妥钠有明显的协同作用,为虎斑游蛇民间的“止惊”作用提供了科学的解释。

4  热释电技术法

热释电传感器[7]是基于热释电效应的红外热探测器。热探测器吸收红外辐射能量后温度升高,且随着辐射功率的变化其元件(热释电晶体)温度也发生相应的变化,利用此种热释电晶体元件的温度敏感特性,将辐射能量转换为相应电信号。

热释电传感器具有较高的灵敏度,且能在室温下工作,虽然其响应时间较光电探测器稍长,但比光电探测器有更宽的光谱范围(对所有的波长都响应),能准确的记录动物的位移,如双爪抬起、身体上举等,因此适应范围更加广泛,尤其是对小动物的行为探测有广泛的应用前景。

崔桂梅等[10]采用YLS-IA多功能小鼠自主活动记录仪(山东省医学科学院设备供应维修站生产),对60只经不同剂量的加味酸枣仁颗粒剂(SJS)灌胃后的SPF级昆明小鼠进行了观察,SJS中剂量组(4.42g/kg)、高剂量组(8.84g/kg)小鼠自主活动次数显著减少,且中剂量组的镇静催眠作用最强。魏凤环等[11]也采用同一型号的YLS-IA多功能小鼠自主活动记录仪,对灌胃生理盐水后的小鼠自主活动进行了观察,结果发现灌胃有助于刺激中枢神经系统,动物自主活动增加并不只与药物作用有关,而与灌胃刺激本身也有一定关系。

5  结语与展望

动物的自主活动情况反映其中枢神经系统的功能状态,兴奋时活动次数增加,抑制时活动次数减少,所以动物自主活动实验是评价中枢神经系统兴奋状态的一项重要指标。近年来随着现代科学技术的进步和发展,在中药药理的研究中出现了不少新技术、新手段、新方法,尤其是将一些高科技手段运用到包括自主活动在内的动物行为学方面的研究工作中。例如在空场实验中采用的远红外探测技术[12]、动物身份识别技术[13]、迷宫控制电路的新型红外检测器[14]等都是目前较为先进的技术手段。但自主活动实验是一种特殊的实验方法,传感器技术虽然克服了动物自主活动受人为因素的影响,但测定时间、测定次数、性别、声音、光线及药物对实验研究的影响依然存在。目前药理学实验一直依靠整体动物实验而缺乏局部评价,传感器技术也只适用于此类药物的部分筛选工作中,而在具有相似功效的药物精确筛选中还显得力不从心。相信随着现代科技的发展,传感器及其相关技术必将在药理研究中发挥更大的作用。

第2期李伟等.传感器技术在镇静安神药动物实验研究中的应用

【参考文献】

[1] 陈奇.中药药理研究方法学[M].2版.北京:人民卫生出版社,2006: 656-657.

[2] 李仪奎.中药药理实验方法学[M].2版.上海:上海科学技术出版社,2006:568-570.

[3] 姜远海,霍纪文,尹立志.医用传感器[M].北京:科学出版社,1999:4-5.

[5] 高雅玲,王彩娥.养血清脑颗粒对小鼠的镇静催眠作用[J].郑州大学学报(医学版),2007,42(5):881-882.

[6] 隋宏,张国庆,孙光,等.酸枣仁合剂的镇静安神作用研究[J].宁夏医学杂志,2007,29(11):963-964.

[7] 王志旺,牟慧琴.延经丸镇静催眠作用的实验研究[J].甘肃中医学院学,2007,24(6):4-6.

[7] 王平,叶学松.现代生物医学传感器[M].杭州:浙江大学出版社,2004: 37-39.

[8] 嵇扬,张癸荣,姜春来,等.枳椇正丁醇提取物镇静催眠作用的实验研究.[J].中医药学刊,2004,22(4):656-669.

[9] 赵文静,李淑莲,徐国旭.虎斑游蛇的药理作用研究(Ⅰ)-镇静、催眠及抗惊厥作用[J].中医药信息,2000,(6):53-54.

[10] 崔桂梅,陈宝田.加味酸枣仁颗粒镇静催眠作用实验研究[J].临床心身疾病杂志,2007,13(4):295-296.

[11] 魏凤环,莫志贤,王永刚.灌胃刺激对小鼠自主活动记数的影响[J].中国药理学通报,2004,20(3):356-357.

[12] 涂人顺,张国玺,孙斌辉.关于小鼠自主活动规律的研究[J].中国药理学通报,2002,18(4):464-465.

[13] 杜松怀,刘志存,王忠义,等.基于红外通信的动物身份智能识别装置[J].中国农业大学学报,2006,11(1):81-83.

[14] 赵崇侃. 迷宫控制电路的新型红外检测器[J]. 中国医疗器械杂志,2000,24(2):115-116.

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