一种维持灌流液pH值、氧分压和二氧化碳分压稳定的方法

摘要

本发明为了解决生命科学实验中使用大量混合气，实验成本高，且灌流液pH值、Po

说明书

技术领域

本发明涉及一种在生命科学实验中，维持灌流液pH值、氧分压(Po₂)和二氧化碳分压(Pco₂)稳定的方法。

背景技术

生物体的内环境(即细胞外液的理化环境，包括温度、离子浓度、渗透压、pH值、Po₂和Pco₂等)相对恒定对于维持组织与细胞正常的新陈代谢是必须的。其中pH的相对恒定(人体pH的波动范围7.35～7.45)是依靠体内各种缓冲系统以及肺和肾脏的调节功能(处理酸性与碱性代谢产物)实现的。机体这种处理酸碱物质含量和比例、维持pH值相对恒定的过程称为酸碱平衡(acid-base balance)。体液的Po₂和Pco₂相对恒定对于细胞和组织的正常代谢是必需的。生命科学领域对离体细胞、组织或器官的研究，往往是通过使用人工灌流液的方法，维持细胞外液正常的理化环境，使其接近生理状态。目前国内外均采用将95％氧气和5％二氧化碳混合气通入灌流液内，以维持其pH值、Po₂与Pco₂的稳定。这不仅是组织或器官存活的前提，也是影响实验结果科学性的重要因素。但是，目前所使用的方法，是在敞开的容器内持续通气，即将通气管道直接放入灌流液。一旦停止通气或气流过小，直接暴露在空气中的灌流液的pH值会随着时间的延长逐渐增大，氧分压会逐渐降低。此方法的缺陷是：(1)由于功能性实验往往需要连续进行1、2个小时甚至更长时间，混合气需要连续不停的供应，造成实验成本高；(2)由于通气压力和速度的不稳定可引起灌流液pH值和Po₂的波动，通气速度过快即会导致pH值降低、Po₂和Pco₂偏高，而通气速度过慢则导致pH值升高、Po₂和Pco₂偏低，从而易造成研究结果的假象；(3)不同实验(或实验人员)所使用容器的大小、形状以及灌流液的量不同，要维持合适的灌流液pH值、Po₂和Pco₂则需要不同的充气速度，通常控制合适的充气速度要依赖于经验；(4)持续通气，易导致不同部位灌流液的pH值、Po₂和Pco₂不均衡，如通气部位pH值偏低，而Po₂和Pco₂偏高。

发明内容

为了解决生命科学实验中使用大量混合气，现有技术的实验成本高，且灌流液pH值、Po₂和Pco₂不稳定问题，本发明提供了一种低成本的、可维持灌流液pH值、Po₂和Pco₂稳定的方法，具有设计巧妙、制作简单、便于操作的特点。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种维持灌流液pH值、氧分压和二氧化碳分压稳定的方法，其特征是，包括下述步骤：

(1)使用三个同等体积的容器，所述容器分为第一容器、第二容器和第三容器，在第一容器和第三容器中分别装入灌流液和水，水的体积不少于灌流液的体积；第二容器空置；三个容器分别用一个带有双管的密封塞将容器口封闭并将双管置入容器中，其中置入第一容器和第三容器的双管为一长、一短，长管置入溶液的底部，短管置入容器上部气室；置入第二容器的双管均为短管，并分别连通第一容器密封塞上的短管和第三容器密封塞上的长管，第三容器密封塞上的短管与空气连通；

(2)将第一容器密封塞上的长管连接一个三通，该三通又与蠕动泵和混合气相连；

(3)打开三通使混合气连通第一容器的长管，并同时阻断该长管与蠕动泵的连通，给第一容器中的灌流液通混合气至少10分钟，使灌流液饱和混合气体并置换第二容器中的空气、进而使第三容器的水饱和，过多的混合气通过第三容器的短管排出；

(4)打开三通使蠕动泵连通第一容器的长管，并同时阻断该长管与混合气的连通，启动蠕动泵使灌流液按实验所需的流速流出。

上述方案中，所述步骤(1)中第三容器灌入的最好是双蒸水；所述的第二容器中的双管分别连通第一容器密封塞上的短管和第三容器密封塞上的长管，最好采用硅胶管进行连通；所述步骤(2)中，第一容器密封塞上的长管与三通的连接最好也采用硅胶管进行连接。

与现有的给灌流液连续充气的方法相比，本发明采用一套水隔绝空气的方法，防止了直接暴露于空气中的灌流液内溶解气体的析出，因此不需要对灌流液连续充气即可稳定Po₂和pH值。当在第一容器灌流液中通入较短时间的混合气(10分钟)，便可使灌流液内的混合气饱和，并将第二容器内的空气置换为混合气，进而又饱和了第三容器内的水。当灌流液按实验需要被蠕动泵抽出，随着第一容器内灌流液面的下降，第二容器内的混合气被抽吸进入第一容器，同时第三容器内的水进入第二容器，第三容器液面下降又将外界空气抽吸入内，从而确保了第一容器内混合气体压力和灌流液pH、Po₂和Pco₂的稳定。

本发明除上述维持灌流液pH值、Po₂和Pco₂相对恒定的优点外，还具有可节省大量的混合气、制作简单、操作方便的特点。

附图说明

图1为实现本发明方法的装置示意图。图中：1、三通；2、软管；3、密封塞；4、气室；5、长管；6、短管；7、灌流液；8、空气；9、纯净水；

图2为本发明方法实施例1的灌流液在5个小时内的pH值、Po₂和Pco₂变化图。其中图2a为pH值随时间的变化；图2b为Po₂随时间的变化；图2c为Pco₂随时间的变化。

图3为使用直接暴露于空气中的灌流液在5个小时内的pH值、Po₂和Pco₂变化图。其中，图3a为pH值随时间的变化；图3b为Po₂随时间的变化；图3c为Pco₂随时间的变化。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

如图2所示，一种维持灌流液pH值、Po₂和Pco₂稳定的方法，包括下述步骤：

(1)使用三个同等体积的容器，如透明玻璃瓶，在容器A和容器C中分别装入灌流液7和双蒸水9，双蒸水9体积不小于灌流液7的体积，容器B空置；三个容器分别用一个带有双管的密封塞3将容器口封闭，并将双管置入容器中，其中置入容器A和C的双管为一长管5、一短管6，长管5置入溶液的底部，短管6置入容器上部气室4；长管5、短管6可采用不锈钢管或玻璃管等。置入容器B的双管均为短管6，并分别用硅胶管连通容器A密封塞3上的短管6和容器C密封塞3上的长管5，容器C密封塞3上的短管6与外界空气连通。

(2)将容器A密封塞3上的长管5用硅胶管连接一个医用三通1，其与一个蠕动泵10和混合气管相连，蠕动泵10用于将灌流液7供给活体组织和细胞。

(3)旋转医用三通1的开关使含有95％氧气和5％二氧化碳气的混合气通过硅胶管连通容器A中的长管5，给第一容器中的灌流液7通混合气，并同时阻断该长管5与蠕动泵10的连通；当持续通混合气10分钟后，混合气依次饱和灌流液7、容器B内的空气也被置换为混合气，进而饱和了容器C内的双蒸水9。

(4)旋转医用三通1的开关使蠕动泵10连通容器A的长管5，并同时阻断该长管5与混合气的连通，启动蠕动泵10使灌流液7按实验所需的流速流出；随着容器A内灌流液7液面的下降，容器B内的混合气被抽吸进入容器A，同时容器C内的双蒸水进入容器B，容器C液面的下降又将外界空气抽吸入内，从而保证了容器A、容器B和容器C内气压基本一致，进而保证了灌流液7pH值、Po₂和Pco₂的稳定。本实施例中使用的灌流液7为人工脑脊液(用于神经科学研究中离体脑组织和神经细胞的灌流)。

实施例2

本实施例的方法步骤基本同实施例1，所不同之处是在步骤(1)中，容器A装入的灌流液7是生理盐水；容器C装入的水是纯净水；在步骤(3)中，通入容器A生理盐水7中混合气持续12分钟，

本发明方法并不局限于以上实施例的灌流液，对于其他离体细胞、组织和器官实验所使用的灌流液，如乐氏液、任氏液、台氏液等均同样能适用。

图2示出了本发明实施例1的灌流液连续记录的pH值、Po₂和Pco₂5个小时的变化情况，从图2a结果显示，pH值变化很小，并保持在生理pH范围内(7.4±0.5)；图2b与图2c分别表明5个小时内其Po₂和Pco₂基本恒定。而使用直接暴露于空气中的灌流液，其pH值、Po₂和Pco₂变化情况见图3所示。图3a中，其pH值随着时间的延长逐渐增大，当时间达到5小时时，其pH值增大至8以上；图3b、图3c中的Po₂和Pco₂降低的也非常明显，远离正常值水平。以上实验结果说明了本发明方法解决了生命科学领域在离体组织或器官研究中，人工灌流液使用的稳定性问题，对真实再现实验结果具有显著的技术效果。