外環境濕度和換氣次數對獨立通風籠盒微環境濕度和氨濃度的影響

趙維波，閔凡貴，劉香梅，鄺慧文，張 鈺，劉年雙，薩曉嬰

(1. 廣東省實驗動物重點實驗室，廣東省實驗動物監測所，廣州 510663；2. 江蘇省實驗動物質量檢測二站，南京 210008；3. 浙江省醫學科學院，杭州 310013)

研究報告

外環境濕度和換氣次數對獨立通風籠盒微環境濕度和氨濃度的影響

趙維波1，閔凡貴1，劉香梅1，鄺慧文1，張 鈺1，劉年雙2，薩曉嬰3

(1. 廣東省實驗動物重點實驗室，廣東省實驗動物監測所，廣州 510663；2. 江蘇省實驗動物質量檢測二站，南京 210008；3. 浙江省醫學科學院，杭州 310013)

目的 評估在獨立通風籠盒(IVC)所處環境不同濕度條件下，IVC不同換氣次數時,大、小鼠IVC微環境濕度和氨濃度的變化。 方法 屏障環境內，以7 d為換籠周期，分別設定室內環境低濕(40%)、中濕(50%)、高濕(60%)，IVC換氣次數為40次/h、60次/h時，對3個品牌大、小鼠IVC微環境進行測定，觀察籠盒內濕度和氨濃度的變化。結果 當室內環境為低濕條件，小鼠和大鼠IVC換氣次數設置為40次/h時；當室內環境為中濕條件，小鼠換氣次數設置為40次/h、大鼠換氣次數設置為60次/h時；當室內環境為高濕條件，小鼠換氣次數設置為60次/h時，籠盒內微環境均基本能夠滿足GB14925-2010對濕度和氨濃度的要求。而在高濕情況下，即使大鼠IVC換氣次數置為60次/h也不能滿足要求。結論 室內環境濕度和IVC換氣次數是影響IVC微環境的關鍵指標，只有依據室內環境條件合理設置IVC換氣次數才能較好地維護IVC微環境和達到有效管理的目的。

IVC, 外環境，微環境，換氣次數，濕度，氨濃度

近年來，獨立通風籠盒(Individually ventilated cage, IVC)因其獨立微環境控制和節能的優點，開始廣泛應用于嚙齒類實驗動物的動物試驗研究、免疫缺陷動物和轉基因動物等的保種或繁育等[1，2]。目前， IVC一般不配備溫濕度調節功能，因此，IVC所在外部環境的溫度、濕度與單位時間內IVC進風量的大小(交換)則直接影響IVC微環境的相應指標[3]。而IVC籠盒作為實驗動物的飼養(實驗)場所，其微環境指標也均應滿足GB14925-2010中的相關要求[4]。目前，對于IVC的使用以及相關技術參數要求暫無相關國家標準進行規范或說明，僅僅只有江蘇省地方標準DB32/T972-2006對IVC進行了相關技術參數的規范，例如在DB32/T972-2006中規定了IVC換氣次數必須要達到10次以上[5]。但是，不管是按照生產廠家推薦以及實際使用，大部分的IVC在實際使用中的換氣次數的設置均遠遠大于10次/h，甚至達到60次/h、80次/h。因此，研究并探討IVC換氣次數、IVC所處環境參數的設置和換籠周期的選擇等有利于提高動物福利和保證實驗數據準確性。

本試驗選用與換氣次數及IVC所處環境密切相關的濕度和氨濃度作為監控指標，評估外環境濕度及換氣次數對IVC微環境濕度和氨濃度的影響，為優化IVC的使用和管理提供參考。

1 材料和方法

1.1 儀器與設備

MES氣體質量流量計(廣州迪川)、TEST0425風速儀(德國德圖)、TEST0625溫濕度儀(德國德圖)、PN-2000氨濃度檢測儀(深圳鵬雷)，均經過校準；大、小鼠IVC為國內應用較為廣泛的有代表性的三種品牌。其中包括進口品牌1種、國內江蘇和廣東品牌各1種，隨機編號標識為品牌1、品牌2、品牌3。3種品牌IVC均為不銹鋼籠架，主機與籠架各自獨立，籠盒材料為PSU/PC，籠盒內均采用上送上排的送排風方式。小鼠IVC放置于一個房間，大鼠IVC放置于另一房間，房間內均無其他IVC或動物飼養。

1.2 環境條件與控制

1.2.1 外環境：大、小鼠IVC均放置于本機構屏障環境飼養室內。IVC所處環境濕度通過設施控制系統(實驗動物使用許可證號【SYXK(粵)2012-0122】)，分別設置為低濕(40%)、中濕(50%)、高濕(60%)。

1.2.2 IVC微環境：以流量計測定籠盒進風口風量，換算數據為實際的IVC換氣次數，分別設定為40次/h，60次/h(其中品牌2最大為50次/h，實際只有品牌1和3滿足要求)。

1.3 實驗動物的飼養

SPF級ICR小鼠，(18～26)g；SPF級Wistar大鼠，(220～280)g。依據“Guide for the Care and Use of Laboratory Animails(8thEdition)”中動物數量設置原則，小鼠在三種品牌均放置5只/盒(品牌1、品牌2、品牌3底面積分別為480 cm2、462 cm2、520 cm2)；大鼠品牌1和3為4只/盒(底面積為720 cm2)，品牌2為5只/盒(底面積為1086 cm2)，每個IVC品牌放置5盒用于測量。墊料為玉米芯，均勻覆蓋籠盒底，高度為2 cm。飼養周期(換籠周期)為7 d。

1.4 濕度與氨濃度的測定

1.4.1 檢測方法的比較：一是對測量盒進行開孔，使溫濕度計和氨濃度檢測儀的檢測端口進入籠盒直接測量；二是打開籠盒迅速將儀器放入籠盒內測量，測量時先穩定5 min后再記錄，記錄平均值。在進行比對實驗時，先直接測量，后盒內測量。

1.4.2 檢測程序：測量日，先記錄房間內的濕度與氨濃度，然后測定IVC籠盒內的濕度和氨濃度。

2 結果

2.1 直接測量和盒內測量濕度和氨濃度比較

直接測量和盒內測量兩種方法連續測定結果比較顯示(圖1)，兩種方法測定的濕度和氨濃度的結果基本一致。在后續的研究中，為保證穩定性，均采用盒內測量。

圖1 濕度、氨濃度兩種檢測方法結果比較Fig.1 Comparison of the humidity and ammonia concentration measured by two methods

2.2 IVC不同換氣次數及不同外環境濕度條件下籠盒內濕度和氨濃度的變化

2.2.1 IVC換氣次數40次/h，所處環境為低濕:小鼠IVC籠盒內濕度從第1天開始高于房間，并逐步升高，至換籠周期結束，籠盒內的濕度均小于60%；籠盒內氨濃度從第2天開始檢測出并緩慢升高，籠盒內的氨濃度極低(均小于1.5 ppm)；三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖2A)。

大鼠IVC籠盒內濕度從第1天開始高于房間，并逐步升高，至換籠周期結束，籠盒內的濕度均小于70%；籠盒內氨濃度從第2天開始檢測出并升高，換籠周期結束時籠盒內的氨濃度最高接近20 ppm；三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖2,B)。

換籠周期內的大、小鼠IVC所處房間濕度介于38%～46%，房間氨濃度也較低(圖2A、B)。

2.2.2 IVC換氣次數40次/h，所處環境為中濕;小鼠IVC籠盒內濕度從第1天開始高于房間，并逐步升高，至換籠周期結束，籠盒內的濕度均小于65%；籠盒內氨濃度從第2天開始檢測出并緩慢升高，籠盒內的氨濃度較低(均小于9 ppm)；三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖3A)。

大鼠IVC籠盒內濕度從第1天開始高于房間，第3天開始超過70%，至換籠周期結束，籠盒內的濕度最高到86.7%；籠盒內氨濃度從第1天開始檢測出并升高，第4天開始就超過20 ppm，換籠周期結束時最高達29.52 ppm；三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖3B)。

換籠周期內的大、小鼠IVC所處房間濕度介于46%～54%，房間氨濃度也較低(圖3A、B)。

圖2 外環境低濕下IVC40次/h微環境指標變化。A為小鼠；B為大鼠Fig.2 The changes of microenvironmental indices under conditions of macroenvironmental low-humidity and 40 times/h ventilation. A: Mouse IVC; B: Rat IVC.

圖3 外環境中濕下IVC40次/h微環境指標變化。A為小鼠；B為大鼠Fig.3 The changes of microenvironmental indices under conditions of macroenvironmental moderate-humidity and 40 times/h ventilation. A: Mouse IVC; B: Rat IVC.

圖4 外環境高濕下IVC40次/小時微環境指標變化。A為小鼠；B為大鼠Fig.4 The changes of microenvironmental indices under conditions of macroenvironmental high-humidity and 40 times/h ventilation. A: Mouse IVC; B: Rat IVC.

2.2.3 IVC換氣次數40次/h，所處環境為為高濕：小鼠IVC籠盒內濕度從第3天開始即超過70%，至換籠周期結束時，籠盒內的濕度最高到80%，；籠盒內氨濃度從第2天開始檢測出并緩慢升高，4 d后開始迅速升高，籠盒內的氨濃度最高超過10 ppm；三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖4,A)。

大鼠IVC籠盒內濕度從第2天開始即超過70%，至換籠周期結束時，籠盒內的濕度最高到90%；氨濃度均從第4天開始就超過20 ppm，換籠周期結束時最高達40 ppm，三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖4B)。

換籠周期內的大、小鼠IVC所處房間濕度介于59%～63%，房間氨濃度也較低(圖4A、B)。

圖6 外環境高濕下IVC60次/小時微環境指標變化。A為小鼠；B為大鼠Fig.6 The changes of microenvironmental indices under conditions of macroenvironmental high-humidity and 60 times/h ventilation. A: Mouse IVC; B: Rat IVC.

2.2.4 IVC換氣次數60次/h，所處環境為為中濕：大鼠IVC所在房間濕度為46%～48%，大鼠IVC籠盒內濕度從第4天開始接近70%，最高到71.6%；氨濃度均從第2天開始檢出，籠盒內的氨濃度最高達7.24 ppm，2個品牌大鼠IVC籠盒內濕度和氨濃度變化趨勢基本一致(圖5)。

圖5 外環境中等濕度條件下大鼠IVC60次/h 微環境指標變化Fig.5 The changes of microenvironmental indices in the rat IVC.under conditions of macroenvironmental moderate-humidity and 40 times/h ventilation

2.2.5 IVC換氣次數60次/h，所處環境為為高濕：小鼠IVC籠盒內濕度從第5天開始即超過70%，至換籠周期結束時，最高到75%，；但氨濃度均小于5 ppm；三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖6A)。

大鼠IVC籠盒內濕度從第3天開始即超過70%，至換籠周期結束時，最高到79%；氨濃度均從第2天開始檢出，且超過20 ppm，換籠周期結束時最高達40 ppm，三種品牌IVC變化趨勢基本一致(圖6B)。

換籠周期內的大、小鼠IVC所處房間濕度介于58%～63%，房間氨濃度較低(圖6A、B)。

3 討論

在IVC實際使用過程中，影響微環境的因素不僅包括IVC所處環境的因素、IVC的設定，IVC的調控范圍，還包括動物飼養數量、動物體重、墊料材料的選取及數量等。因此，有必要對上述影響因素進行研究，有助于IVC的使用和管理，使其微環境更加適合于實驗動物或使實驗動物的環境更為舒適。

國內外科技工作者對IVC飼養實驗動物的生活習性、微環境的物理指標、體內健康指數等進行了一定的研究，包括在換氣次數的選擇與設定上也進行了一定的研究。Krohn等研究換氣頻率分別在50、80和120次/h對大鼠的影響，監測指標為心率和血壓，50、80次/h沒有影響[6-7]；Reeb-Whitaker等[9]研究30、60和100次/h換氣頻率對小鼠的影響，證實小鼠在60次/h時最為適宜[8]；并且，對于氨濃度的降低，換氣次數需要達到30～40才能夠達到最佳效果。田小蕓等[10]研究結果顯示，大鼠IVC換氣次數20次/h，籠盒內氨濃度在第3天就達到約130 ppm。上述研究重點解決了IVC使用中換氣次數的選擇對實驗動物的健康、行為學影響，或者對環境指標的部分等進行了研究，但還不能完全對IVC的日常使用提供明確的指導，包括外環境濕度不同條件下的IVC使用。

在本試驗中，以GB14925-2010中實驗動物生活環境的的濕度和氨濃度指標作為標準要求，在IVC所處環境低濕及中濕條件下，小鼠IVC在40次/h換氣次數就能基本保證較好的微環境條件，而大鼠在40次/h只有在低濕條件下才能基本保證較好的微環境條件；在高濕條件下，大鼠IVC即使60次/h也不能完全滿足GB14925-2010對濕度的要求。三種IVC的檢測數據與趨勢基本相同。對IVC的使用有一定的參考意義。同時，因三種IVC進風口均不是直接吹風，設置了導流板而向四周發散，IVC內動物活動(生存)高度氣流速度均≤0.2m/s。換氣次數在40次/小時和60次/h均合格(數據未列出)。

由此可見，IVC所處環境濕度是影響IVC微環境的關鍵指標之一，而相應的需要在IVC的換氣次數設定上進行一定的調整，方能保障良好IVC微環境或延長換籠周期。

[1] 戰大偉，江其輝，仇保華，等.獨立通風籠(IVC)在實驗動物學中的應用 [J].中國比較醫學雜志, 2006, 16(10):631-634

[2] 陳育升, 李艷梅, 張梅英, 等. 屏障設施內層流柜中繁育裸鼠的初探 [J]. 中國實驗動物學雜志, 2002, 12(5):312-313.

[3] Stakutis R. Cage RACK ventilation options for laboratory animal facilities [J]. Lab Anim, 2003, 32(8):47-52.

[4] GB14925-2010，實驗動物設施與環境 [S].

[5] DB32/T972-2006，實驗動物籠器具 獨立通風籠盒(IVC)系統 [S].

[6] Krohn TC, HansenAK, Dragsted N, et al. The impact of cage ventilation on rats housed in IVC systems [J]. Lab Amim, 2003, 37(2):85-93.

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[8] Reeb-Whitaker CK, Paigen B, Beamer WG, et al．The impact of reduced frequency of cage changes on the health of mice housed in ventilated cages [J]．Lab Anim, 2001, 35(1):58-73．

[9] Reeb C, Jones R, Bearg D，et al. Microenvironment in ventilated animal cages with differing ventilation rates, mice populations, and frequency of bedding changes[J]．Lab Anim, 2003, 37(2):85-93.

[10] 田小蕓, 顏培實, 惲時峰, 等. IVC-B型獨立通風籠盒系統運行時的微環境分析 [J]. 中國比較醫學雜志, 2006, 16(9):529-532.

Effect of environmental humidity and ventilation rate on the microenvironmental humidity and ammonia concentration in individually ventilated cages (IVC)

ZHAO Wei-bo1，MIN Fan-gui1，LIU Xiang-mei1，KUANG Hui-wen1， ZHANG Yu1, LIU Nian-shuang2, SA Xiao-ying3

(1. Guangdong Key Laboratory of Laboratory Animals, Guangdong Laboratory Animals Monitoring Institute,Guangzhou 510663, China; 2. Station Ⅱ of the Jiangsu Laboratory Animal Quaility Test Station, Nanjing 210008;3. Zhejiang Academy of Medical Sciences, Hangzhou 310013)

Objective To assess the changes of humidity and ammonia concentration in rat and mouse individually ventilated cages (IVC) based on macroenvironmental humidity and air ventilation changes. Methods Three kinds of rat and mouse IVC in barrier facilities were set as research objective. The changes of micronvironmental humidity and ammonia concentration at 40 times/h and 60 times/h air changes were detected continuously for a 7-days-cycle relative to low (40%), moderate (50%), and high (60%) macroenvironmental humidity. Results Mouse and rat IVC with 40 times/h air changes under low macroenvironmental humidity condition, mouse IVC with 40 times/h and rat IVC with 60 times/h air changes under moderate macroenvironmental humidity condition, mouse IVC with 60 times/h air changes under high macroenvironmental humidity condition, basically meet the GB14925-2010 requirements. While under macroenvironmental high humidity condition, the microenvironments of rat and mouse IVC with 60 times/h air changes could not satisfy the requirements. Conclusions The environmental humidity and ventilation frequency are the key index of IVC microenvironment. Only on the basis of external environment conditions to set up reasonable IVC ventilation frequency in order to better maintain the IVC microenvironment so that to achieve the goal of effective management.

Individually ventilated cage (IVC); Macroenvironment; Microenvironment; Air Changes；Humidity; Ammonia concentration; Rat; Mouse

廣東省科技計劃項目，項目編號[2011B060300034]。

趙維波(1976-)，男，助理研究員，主要從事實驗動物檢測及研究。

薩曉嬰(1952-)，男，研究員，主要從事實驗動物科研和管理。

R33

A

1671-7856(2014) 08-0036-05

10.3969.j.issn.1671.7856. 2014.008.009

2014-06-09