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实验干货|低压氧造模:高原疾病研究的敲门砖

来源:上海玉研科学仪器有限公司 更新时间:2026-04-08 09:30:32 阅读量:43
导读:我国高原面积广阔,不仅有大量常住人口,还因旅游、援建及国家重大战略吸引大量短期进入者。
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我国高原面积广阔,不仅有大量常住人口,还因旅游、援建及国家重大战略吸引大量短期进入者。高原的低压低氧环境易引发急慢性高原病,加强相关基础与防治研究,对保障人民健康、支撑国家能源安全和边疆发展战略具有重要现实与战略意义。



而低压氧造模技术作为模拟高原低氧环境、研究高原疾病发生发展机制及筛选潜在防治药物的关键手段,为科研人员提供了可控、可重复的实验平台,成为打开高原疾病研究大门的“敲门砖”。



什么是低压氧造模?





低压氧造模是高原医学研究的基础手段,通过将实验动物置于模拟高原环境的低压低氧条件下,诱导其产生类似人类高原暴露或缺氧相关疾病的病理生理状态。由于直接将动物急进高原成本高、效率低,目前普遍采用低压氧舱进行模拟。该方法广泛用于研究急性高原病、慢性高原病及缺氧适应机制等。




造模原理:低压氧舱内动物的生理变化





低压低氧造模通过模拟高海拔低气压、低氧分压环境,诱发动物产生缺氧应激反应。急性暴露可引发脑水肿,具体表现为血脑屏障破坏及血管源性水肿;慢性暴露则会导致肺动脉高压,其机制涉及缺氧性肺血管收缩与右心负荷增加。这些病理改变正是高原病研究的核心特征。





急性高原脑水肿(HACE)模型建立与验证
01
实验前准备
  • 动物准备:选取大鼠/小鼠若干(事先做好调研,选择低氧敏感型品系),最好同龄,体重接近,雄性(避免雌激素干扰)。

  • 动物分组:统一环境适应性饲养1-3天后,随机分为常压常氧对照组和低压低氧造模组;造模的目的往往是为了验证药物疗效,因此也可增加造模干预组,建议n=10-15只/组(结合预实验确定,避免造模过程中动物死亡,数据不足)。

02
实验方案设计
  • 环境模拟方式:采用低压低氧舱,更接近真实高原环境。

  • 暴露参数选择:4000-8000米(等效氧浓度约7-13%),暴露12-48小时,除添食换水外持续暴露,为提高造模成功率,可复合强迫运动(如跑步机、强迫跑轮、疲劳转棒等),以模拟高原真实活动环境。

  • 环境监控:实时记录舱内温度,湿度,气压波动,动物状态等。

03
造模效果验证[1-3]

  • 行为学:活动减少、摄食饮水量下降、体质量降低、水迷宫测试时长显著延长等;

  • 生理指标:血氧饱和度(SpO?)显著降低;

  • 脑水肿标志物:脑含水量增加(干湿重法)、脑组织形态学改变(HE染色)、血脑屏障损伤、大脑皮质细胞凋亡(TUNEL染色)。


图1 海拔6000m HACE小鼠脑水肿变化趋势


图2 海拔6000m HACE小鼠Evans blue通透性试验


图3 免疫荧光检测海拔6000m HACE小鼠大脑皮质细胞凋亡情况(×200)


研究显示:当海拔超过6000米且暴露时间超过24小时时,大小鼠均可出现典型的急性脑水肿症状,可判定为造模成功。



慢性缺氧诱导的肺动脉高压(PAH)模型



01
实验前准备

可参见HACE造模前准备,此处不再赘述。

02
实验方案设计
  • 环境模拟方式:采用低压低氧舱,更接近真实高原环境。

  • 暴露参数选择:50kPa、氧浓度10%(近似于海拔5000-6000米),暴露1-4周,每天8小时(持续慢性低氧是关键)。

  • 环境监控:实时记录舱内温度,湿度,气压波动,动物状态等,尤其是动物状态,慢性疾病造模,实验期较长,定期关注动物生存情况,避免造模对象批量死亡。

03
造模效果验证[4-6]

平均肺动脉压(mPAP)右心室收缩压(RVSP)升高;右心室肥厚指数(RV/(LV+S))>0.3;肺小动脉壁增厚(HE染色、α-SMA免疫组化)。

图4 造模动物和对照组平均肺动脉压(mPAP),右心室收缩压(RVSP),右心室肥厚指数变化情况


图5 模型组和对照组肺组织HE染色和α-SMA免疫组化结果对比


研究显示:暴露时间超过2周时,造模对象的肺动脉高压相关指标显著升高并出现典型症状,可判定为造模成功。



影响实验成败的关键细节



01
提前适应

实验前至少1小时将动物移入舱内(不降压),减少运输与操作应激对低氧反应的干扰;

02
合理分组

优先选雄性动物(对低氧更敏感,模型稳定性高),用雌性则注明动情周期或说明对结果的潜在影响;

03
定期评估

慢性实验每周称重,若体重持续快速下降,警惕过度应激、感染或营养不良等情况,及时干预或终止实验;

04
控制密度

避免舱内动物密度过高,防止局部温湿度失控影响生理状态与福利。

05
常见失败原因
  • 降压速度过快;

  • 未监测CO?浓度(CO?浓度>0.5%可能抑制呼吸);

  • 对照组未经实验组同步处理(例如经过同样的搬运进舱的运输和操作刺激以排除变量);



智能低压氧舱,助力高原疾病研究



01
传统低压氧舱的局限性
  • 气压值设置:仅支持设置气压值,操作简便,但气压参数难以关联实际高原环境,也不易对应特定海拔诱发高原病的病理条件;

  • 气压急剧变化:抽气机持续工作使气压达到设置值,降压速度不可见,不可控,气压急剧变化易导致动物中耳气压伤、肺出血甚至急性死亡;

  • 动态换气:仅依靠活性炭和钠石灰清除CO?,实验周期内不换气,CO?易累积,导致呼吸抑制。

02
玉研智能低压氧舱,专为科研场景设计
  • 参数设置:设备可直接设定目标海拔高度,系统会自动匹配对应的气压值,省去手动查表换算的麻烦,模拟出更直观的高原环境,而不是抽象的气压参数。

  • 缓升缓降:海拔上升速度自由设定,最长可设置999min,避免气压急剧变化,适应不同实验目的。

  • 环境控制:自带自动换气功能,有效控制舱内二氧化碳(CO?)浓度,避免因CO?积聚导致动物呼吸抑制;还可选配温湿度调控模块,维持适宜的环境条件,减少动物应激。

  • 个性化:舱体尺寸支持定制,可灵活适配不同体型的实验动物或标准饲养笼具;也可选择双通道低压氧舱,最大化实验批量,满足多组实验同时进行的需求,提高实验效率。

  • 稳定性:舱体采用耐老化的密封胶条,长期使用仍能保持良好气密性,确保低压低氧环境稳定,长期低压条件下,密封胶条不老化,不漏气。


参考文献

1.春花, 白玛康卓.高原脑水肿小鼠模型的建立与鉴定[J]. 四川大学学报(医学版), 2023, 54(6): 1269-1275. DOI:10.3969/j.issn.1671-7856.2025.12.008

2.章自会,魏旭,黄蕊,何敏,肖攀,牛廷献,申栋帅,陈克明.小鼠高原脑/肺水肿模型含水量计算方法比较研究[J].中国比较医学志,2025,35(12):85~93. DOI:10.3969/j.issn.1671-7856.2025.12.008

3.吴万民, et al. "高原舱模拟大鼠急性高原肺水肿及脑水肿的研究概况." 解放军药学学报,vol.34,no.3,Jan.2018,pp.258-260. http://dx.chinadoi.cn/10.3969/j.issn.1008-9926.2018.03.017.

4.Zhang, Xiaozheng et al. “Protective effects of astragaloside IV against hypoxic pulmonary hypertension.” MedChemComm vol. 9,10 1715-1721. 4 Sep. 2018, doi:10.1039/c8md00341f

5.马兰、刘川川、周振、宋泽青、刘洁、格日力。低氧性肺动脉高压肺血管重构模型的构建及肺组织中miR-34a的表达[J].中国高原医学与生物学杂志,2018,39(1):6-12. DOI: 10.13452/j.cnki.jqmc.2018.01.002

6.邓海艳, 鲁美丽, and王洪新. "黄芪多糖对低氧诱导肺动脉高压小鼠肺血管重构的保护作用." 陆军军医大学学报 44.11 (2022): 1112-1118. DOI:10.1016/j. 2097-0927. 202111144


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自研核心,铸就非凡实力

上海玉研科学仪器有限公司,作为业内领先的科研设备制造商,自2010年成立以来16年始终秉承“创新驱动发展,自研铸就精品”的核心理念,致力于科学仪器的自主研发与生产,目前产品线覆盖实验动物饲养、生理信号采集、神经科学研究等多个科研及应用领域,不仅在常规仪器上不断优化升级,更勇于探索前沿技术,推出了一系列具有自主知识产权的高端科学仪器。


公司研发人员占比40%,拥有传感器、芯片设计、核心算法等科学家团队,在产品落地与运营,市场与学术推广,综合产品方案设计与应用等方面均有专业的团队提供支持,公司拥有可覆盖全国的服务点,技术服务能力强大,客户涵盖清华大学、北京大学、浙江大学、上海交通大学、中国科学院大学、四川大学华西医院、北部战区总医院等国内外一流研究机构、医院。




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