鱼贝类的麻醉方法及装置的制造方法
【专利摘要】课题：在具有麻醉效果的高浓度二氧化碳的水中环境下，安全且实用并简便地对鱼贝类实施长时间的麻醉。解决手段：通过使含有氧气的微小气泡与鱼贝类的鳃上皮细胞膜表面接触，来产生超过[水中溶解氧分压]?[鳃的毛细血管内溶解氧分压]的分压差的[氧气分压]?[鳃的毛细血管内溶解氧分压]的分压差，使鳃薄壁毛细血管摄取的氧量得以显著增加。通过上述方法来避免受麻醉抑制的自发呼吸运动下发生的呼吸衰竭，使得在通常处理鱼贝类的水温(20℃左右)下进行长时间的二氧化碳麻醉成为可能。
【专利说明】
鱼贝类的麻醉方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及在含有对鱼贝类具有麻醉效果的高浓度二氧化碳的水中，利用含有氧 气的微小气泡为鱼贝类供氧，从而施行长时间麻醉的方法及装置。
【背景技术】
[0002] 以往，在鱼类的养殖现场等地，接种预防疾病的疫苗及切除牙齿以防虎河豚之间 相互撕咬等场面下，为了防止鱼体的损伤和劳损，在作业期间需要使鱼镇静化，因此使用了 麻醉药。现在，以食品添加剂中的异丁香酚(4-丙烯基-2-甲氧基苯酚)为主要成分的麻醉药 获得了作为动物用医药品的批准并上市销售(商品名:FA100)，被用作鱼类的麻醉药。但是， 用于养殖现场等地时，使用后的麻醉液会被直接丢弃至海洋或河流，因此从环境保护的角 度出发并不理想。此外，消费者日益重视食品的安全问题，可能残留在养殖鱼体内的麻醉药 的使用也渐渐被敬而远之。另外，日本的农林水产省指导在捕捞鱼贝类之前的7天内禁止使 用麻醉药等，为了使鱼贝类镇静化而使用麻醉药的场面日益减少。
[0003] 作为不使用麻醉药来麻醉鱼的方法，利用溶解在水中的二氧化碳来实现短时间麻 醉的技术已为公众所知。近来，以碳酸氢钠、琥珀酸和固化促进剂为主原料，仅由公认的食 品添加剂原料制作的固态状碳酸气体发泡剂构成的鱼类用麻醉剂已经在开发之中（参照专 利文献1)。另外，专利文献2公开了对鱼进行低温处理的同时，在将碳酸气体分压调节至55-95mmHg的水槽中，使活鱼保持长时间的麻醉状态的技术。进一步地，专利文献3公开了用于 将活乌贼保持在冰温状态的低温状态下保存搬运的冰温海水冷却装置。
[0004] 关于长时间麻醉方法，水产业者期待其应用于包括活鱼运输等广泛的用途，然而 一直以来的长时间麻醉方法全都是以降低活鱼车的水温为基础，通过设有冷却水槽的活鱼 车实现活鱼的运输，这样的运输方法由于特种车辆设备的费用负担，以及不同鱼类的低温 生理特性的不确定性致使运送过程中无法避免鱼类死亡的危险性，因此面临着无法作为实 用的麻醉方法被广泛利用的问题。
[0005] -直以来，二氧化碳对陆生生物和水生生物都具有麻醉的效果这一点广为人知， 利用二氧化碳进行麻醉不会在生物体内残留任何有害物质，可以说是一种针对食材生物的 理想麻醉方法。但是，试图对水生生物取得麻醉效果时，由于会在极短的时间内导致其因呼 吸衰竭而死亡，因此被认为是仅适用于接种预防疾病的疫苗，以及切除牙齿以防虎河豚之 间相互撕咬等有限的用途的短时间麻醉方法。（例如，参照非专利文献1)。另一方面，根据鱼 贝类运输从业人员的一般性认识，向鱼贝类供氧时只需保持溶解氧(DO)饱和或接近饱和的 状态即可，他们相信即使在麻醉状态下，只要处在饱和溶解氧环境里就不会发生缺氧。但 是，这样的认识是错误的，迄今为止无法成功实现利用二氧化碳长时间地麻醉鱼贝类都源 于这个错误的认识。
[0006] 在处理鱼贝类的水温（20°C左右）下，利用二氧化碳对鱼贝类（用鳃呼吸的水生生 物)实施麻醉时，由于麻醉导致其鳃呼吸器运动低下，因此[水中溶解氧分压]-[鳃的毛细血 管内溶解氧分压]之间进行的氧气的扩散移动速度减缓，鳃薄壁毛细血管内摄取的氧气量 降低。根据具体情况，不难推断即使将鱼贝类的个体放置在饱和溶解氧的水中，从鳃吸收的 氧气量也无法满足个体的需氧量。在实际的鱼贝类的二氧化碳麻醉的实例中，利用二氧化 碳对增氧中的饱和溶解氧水中的鱼贝类实施麻醉的情况下，全部个体都在以分为单位的极 短时间内停止呼吸并死亡，这个事实证明了该推断的正确性。于是，为了防止在二氧化碳麻 醉状态下鱼贝类发生呼吸衰竭，方法只有降低个体的需氧量，或者实现超过饱和溶解氧水 的含氧环境。
[0007] 降低个体的需氧量的方法包括人工冬眠诱导法(参照专利文献4)、低温下寒冷碳 酸气体麻醉法(参照非专利文献2)以及使用麻醉装置实现的精密低温麻醉法(参照专利文 献2)等。但是，这样的低温麻醉方法使鱼贝类在存活的状态下适应低温(5°C以下）需要一整 天时间。此外，将所有的环境水降温不可避免地需要大规模的装置和大量的电力消耗，因此 该麻醉方法的实用性用途非常有限。
[0008] 另一方面，在处理鱼贝类的水温（20°C左右）下，利用二氧化碳对鱼贝类实施麻醉 时，即使事先制作了含有足够浓度的溶解氧的麻醉用碳酸水，然后再使用能够为麻醉用水 槽常时供给含有一定浓度的溶解碳酸气体以及溶解氧的新鲜的麻醉用碳酸水的装置(参照 专利文献2)，最长也只能够实现20分钟左右的短时间麻醉。麻醉状态下，即使处在饱和溶解 氧的水中，从鳃吸收的氧量依然无法满足鱼贝类个体的需氧量，因此鱼贝类在以分钟为单 位的极短时间内产生呼吸衰竭，毫无例外地死亡。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1:特许第4831409号公报 [0012] 专利文献2:特许第4951736号公报 [0013] 专利文献3:韩国特许第10-0531728号公报 [0014] 专利文献4:特许第4332206号
[0015]非专利文献1:竹田达右等著，《对二氧化碳麻醉在活鱼运输应用的可能性探讨(二 酸化炭素麻酔仍活魚輸送~(7)応用可能性(7)検討）》，日本水产学会志，49(5)，1983年， p.725-731
[0016]非专利文献2:满田久辉等著，《寒冷碳酸气体麻醉在活鱼运输上的应用(寒冷炭酸 力' 只麻酔(7)活魚輸送~(7)応用）》，冻结及干燥研究会会志，37，1991年，p. 54-60
【发明内容】
[0017] 本发明欲解决的课题
[0018] 本发明解决了以往的麻醉方法存在的上述问题，提供了在含有能够发挥麻醉效果 的高浓度二氧化碳的水中环境下，安全且实用并简便地对鱼贝类施行长时间麻醉的方法及 装置。
[0019] 解决课题的手段
[0020] 本发明的麻醉原理如下。为了在通常水温(20°C左右)下以二氧化碳实现对鱼贝类 的长时间麻醉，必须为鱼贝类提供超过饱和溶解氧的水的高氧环境。因二氧化碳麻醉而减 缓的呼吸运动，降低了因鳃部的[水中溶解氧分压]-[鳃的毛细血管内溶解氧分压]之间的 分压差导致的氧扩散，鳃薄壁毛细血管摄取的氧量下降从而引发低氧血症，导致死亡。为了 防止这种情况的发生，需要一种能够显著能加鳃部的氧扩散的方法，作为这样的新方法，设 计了通过含有氧气的微小气泡为鱼贝类供氧的方法。换而言之，是一种通过使含有氧气的 微小气泡接触鳃部，产生超过了 [水中溶解氧分压]-[鳃的毛细血管内溶解氧分压]的分压 差的[氧气分压]-[鳃的毛细血管内溶解氧分压]的分压差，使鳃薄壁毛细血管摄取的氧量 得以显著增加的方法。
[0021] 本发明的第一实施例提供了一种鱼贝类的麻醉方法，包括在水中生成对作为对象 的鱼贝类具有麻醉效果的高浓度二氧化碳的工序，以及在水中供给含有氧气的微小气泡的 工序。
[0022] 至于在水中生成发挥麻醉效果的二氧化碳浓度的方法，并不限于特定的方法，例 如，可以利用水中溶解分子的供给方式或者利用微小气泡供给的方法等。另外，也可以利用 含有氧气和二氧化碳的混合气体的微小气泡来供给。
[0023] 优选地，含有氧气的微小气泡经水流与鱼贝类的鳃上皮细胞膜表面接触来供给。 优选地，含有氧气的微小气泡的大小为在水中不上浮且能保持位置。优选地，为了给麻醉状 态下不能移动的鱼贝类个体以稳定的浓度持续供给氧气，微小气泡的粒径为不具有浮力的 Ιμπι。进一步优选地，粒径的众数在300nm以下。另外，含有氧气的微小气泡优选以4000万个/ ml以上的密度供给。
[0024] 本发明的第二实施例提供了一种鱼贝类的麻醉装置，包括容纳作为对象的鱼贝类 的水槽，向所述水槽内供给二氧化碳的机构，以及在所述水槽内供给含有氧气的微小气泡 的机构。
[0025] 在本发明中，鱼贝类是指除鱼类外，还包括头足纲及甲壳纲等通过鳃呼吸摄取氧 的自游水生生物的概念。
[0026] 发明效果
[0027] 通过本发明，提供了解决向水中供给二氧化碳，为作为对象的鱼贝类提供具有麻 醉效果的高浓度二氧化碳的同时，在麻醉状态下即使处于饱和溶解氧环境依然无法满足个 体需氧的问题的方法，通过供给含有氧气的微小气泡，能够在通常水温(20°C左右）下保证 鱼贝类存活的同时安全地实施麻醉。
【具体实施方式】
[0028] 对本发明实施的麻醉方法的概要进行说明。每种鱼贝类都存在各自的适合麻醉深 度(相当于人类的全身麻醉中的麻醉第三期第1级至第2级的麻醉深度=丘脑、皮质下核、脊 髓的麻痹），为了持续并正确地向个体的鳃部供给适于诱导维持上述适合麻醉深度的浓度 的二氧化碳，向水槽整体供给任意的高浓度二氧化碳，以实施麻醉的诱导维持。同时为了供 给超过鱼贝类个体所需的氧量，利用水流持续供给含有氧气的微小气泡（以下简称微小气 泡），使其与个体的鳃部直接接触。接触微小气泡的鳃部分因[氧气分压]-[鳃的毛细血管内 溶解氧分压]的分压差致使氧发生扩散移动，鳃薄壁毛细血管从该处摄取的氧量得以飞跃 性地增加。鳃薄壁毛细血管摄取的氧量，随着依赖于与鳃上皮细胞的膜表面接触的微小气 泡粒径、气泡内压、气泡数的扩散系数而变化，通过使尽量小的气泡与尽量多的鳃上皮细胞 的膜表面接触，增加鳃薄壁毛细血管摄取的氧量，通过这种方法能够在二氧化碳麻醉的状 态下，实现高于个体需氧量的高氧浓度的环境。
[0029] 接下来，说明能够满足在麻醉状态下的鱼贝类的需氧量的环境氧浓度。空气中的 氧浓度约为21 % (大气构成=体积百分比为氮78 %、氧21 %、氩0.93 %、二氧化碳约 0.03%)，通过肺呼吸的陆生动物在这样的氧浓度下补充与个体需氧量对应的氧。在麻醉人 类或家禽等陆生动物时，为了避免麻醉的并发症呼吸衰竭而使其吸入高浓度的氧，这时氧 的浓度大约在40 % -80 %的范围内调整。换而言之，通过供给健康时呼吸的通常空气的约2-4倍的高浓度氧，以避免在受麻醉抑制的自发呼吸运动下诱发的呼吸衰竭并发症。由受麻醉 抑制的呼吸中枢的自发呼吸运动减缓引发低氧血症，全身末梢的氧浓度下降，从而诱发呼 吸衰竭的并发症，为了防止这种情况，将吸入肺的氧浓度提高到2-4倍，提高[肺泡内氧分 压]-[肺泡的毛细血管内氧分压]的分压差，通过提高肺泡毛细血管内摄取的氧量来补充肺 呼吸运动下降的机能。从肺呼吸的陆生动物身上观察的现象，即在麻醉状态下需要比通常 生存环境高出数倍的高浓度氧供给这一点，自然而然地推测在鱼贝类身上也同样适用，这 样一来，对在海水中栖息的鱼类及头足纲实施长时间的麻醉将会很困难。究其原因，是因为 在绝大多数的调查地点获取的海洋表层的氧浓度为6-7.5m g//L的范围（饱和氧浓度的85-100% )，大量的鱼贝类生存在接近饱和溶解氧的水中。通过任何方法都不可能使溶解氧 100%状态的水的溶解氧浓度提升数倍。因此，在通常处理鱼贝类的水温(20°C左右)下通过 二氧化碳实施麻醉，鱼贝类将在以分钟为单位的极短时间内因麻醉抑制呼吸运动从而引发 低氧血症，导致呼吸衰竭而死亡。为了防止这种情况，需要向麻醉中的鱼贝类提供比通常生 存环境高出至少数倍以上的氧浓度环境。
[0030] 接下来，对为鱼贝类提供高氧浓度环境的微小气泡的粒径和密度作出说明。水中 存在的气泡由其粒径决定浮力的大小，并反映在水中上升的速度上。水中的气泡上升速度 依赖液相物性，在水中直径为IOOwn左右的雷诺数Re几乎是1。而且如果Re〈l，由于球形气泡 界面的流动状态，气泡将作为个体球而运动，因此非常适用斯托克斯公式。另外，利用蒸馏 水或自来水做实验，得知测定结果和利用斯托克斯公式求得的计算值几乎一致。因此，气泡 在水中的上升速度的计算如下表所示。即粒径为Ιμπι以下的气泡(纳米气泡)从时间单位考 虑，不会上浮并能保持其位置。因此，为了给麻醉状态下不能移动的鱼贝类个体以稳定浓度 持续供给微小气泡，不具有浮力的粒径Iym以下的气泡比较合适。
[0031] 表1
L〇〇33」接触微小气泡的鱼贝类的鳃部分，由于[氧气分压]-[鳃的毛细血管内溶解氧分 压]的分压差导致了氧的扩散移动。鳃薄壁毛细血管摄取的氧量，随着依赖于接触鳃上皮细 胞的膜表面的微小气泡粒径(气泡内压力)和数量的扩散系数而变化，通过使尽可能小的气 泡接触尽可能多的鳃上皮细胞的膜表面，使得鳃薄壁毛细血管摄取的氧量增加。水中的气 泡直径和气泡内压力的关系由杨-拉普拉斯公式表示，其关系为「A P = 4〇/d」。如果这时水 的表面张力σ = 72 · 8mN/m(20°C)，气泡周围的压力为Iatm，则如下所示。
[0034]表 2
[0037]换而言之，为了提高氧的扩散速度，增加鳃薄壁毛细血管摄取的氧量，只要提高 [氧气分压]-[鳃的毛细血管内溶解氧分压]之间的分压差即可。为此，随着微小气泡粒径的 缩小，效率将呈几何级数增长。事实上，可能接触鳃上皮细胞的膜表面的微小气泡的数量有 一定程度的上限，因此认为[氧气分压]-[鳃的毛细血管内溶解氧分压]之间的分压差为10 倍以上，粒径为300nm以下的微小气泡能够在提高鳃薄壁毛细血管摄取的氧总量方面发挥 显著的效果。
[0038]接下来，对为了确认本发明的作用效果而实施的实施例作出说明。
[0039]《实施例1:确认在20°C水温下对鱼贝类进行二氧化碳麻醉的麻醉极限时间》
[0040] 众所周知，在通常处理鱼贝类的水温（20°C左右）下对鱼贝类实施二氧化碳麻醉 时，即使在饱和溶解氧的条件下鱼贝类也会在极短的时间内死亡。通过实验确认了麻醉的 极限时间。供实验的鱼贝类的种类和个体数如表3所示。将实验用700L水槽内的水温调整至 20°C，利用通常的空气栗和气石使水槽内海水的溶解氧(DO)保持在饱和状态。在饱和溶解 氧状态下，向水中通入二氧化碳，以每分钟增加量〇. 5%的速度提高溶解二氧化碳的浓度， 将浓度提升到麻醉鱼贝类的浓度。从监视摄像机上确认其游泳行动停止，除了鳃部分的呼 吸运动外身体动作停止的状态时评价为麻醉开始。之后，将二氧化碳的浓度维持在比麻醉 的浓度高出若干程度的浓度来继续麻醉。每5分钟取出鳃部停止活动的个体以确认其是否 死亡。结果所有的个体在麻醉后30分钟以内死亡，过程如表4所示。另外，水中的二氧化碳浓 度由东亚DKK公司制造的CGP-31型碳酸气体浓度计测得，用v/v %表示。
[0041] 表 3
[0045] *注:观察到相当于人类的全身麻醉中的麻醉第三期第1级至第2级的麻醉深度（= 丘脑、皮质下核、脊髓的麻痹)时的二氧化碳浓度。
[0046]《实施例2:确认鱼贝类出现麻醉效果的二氧化碳浓度》
[0047]供实验的鱼贝类的种类和个体数如表6所示。将实验用700L水槽内的水温调整至 20°C，在利用微小气泡发生装置向水槽内持续供给如表5所示的粒径分布的微小气泡的同 时，向水中通入二氧化碳，以每分钟增加量0.5%的速度提高溶解二氧化碳的浓度，将浓度 提升到麻醉鱼贝类的浓度。从监视摄像机上确认其游泳行动停止，除了鳃部分的呼吸运动 外身体动作停止的状态时评价为麻醉开始。此后，在达到比麻醉时的二氧化碳浓度高出若 干程度的二氧化碳浓度时，停止供给二氧化碳，紧接着开始通入氧气以赶走水槽中的二氧 化碳，以减少量l%/30min的速度缓缓地降低二氧化碳的浓度，使鱼贝类从麻醉中苏醒。结 果，用于实验的所有鱼贝类都正常苏醒，在苏醒后6个小时的时间点通过肉眼观察，没有发 现存在任何异常的个体。换而言之，能够在通常处理鱼贝类的水温（20°C左右）下对广泛的 鱼贝类实施长时间的二氧化碳麻醉这一点是显而易见的，该过程如表7所示。另外，针对莱 氏拟乌贼的实验中，麻醉初期的兴奋状态诱使3只中的1只吐墨导致实验一时中断，换水后 继续用同一个体进行实验，表示的是再次实验的结果。在麻醉乌贼类时，为了完全抑制被认 为是麻醉初期出现的轻度兴奋状态所引发的吐墨现象，有必要探索减少在麻醉诱导期的兴 奋度的二氧化碳浓度上升方法。
[0048]表 5
[0055]《实施例3:通过二氧化碳长时间麻醉的验证实验》
[0056]实验使用了五条重约450g的三线矶鲈。将实验用700L水槽内的水温调整至20°C， 在利用微小气泡发生装置向水槽内持续供给如表5所示的粒径分布的微小气泡的同时，向 水中通二氧化碳，使溶解的二氧化碳浓度上升到5%以麻醉三线矶鲈。溶解二氧化碳浓度到 达5%时，通过监视摄像机确认了全部的个体游动停止，处于除了鳃部分的呼吸运动外，身 体动作停止的状态。之后，维持5.0-4.5 %的范围的二氧化碳浓度，实施20个小时的麻醉。麻 醉后，通入氧气赶出水槽中的二氧化碳，以减少量1 %/30min的速度缓缓地降低二氧化碳的 浓度，使鱼贝类从麻醉中苏醒。在二氧化碳浓度降到足够低的2-3个小时内，实验用的全部 个体都正常苏醒，在苏醒的24小时后经观察没有发现异常个体。换而言之，证实了通过同时 供给含有溶解二氧化碳和氧气的纳米级气泡，在通常处理水温(20°C左右)下能够安全并长 时间地麻醉鱼贝类，该过程如表8所示。
[0057]表 8
[0059] 产业上的可利用性
[0060]通过本发明，使得长时间、长距离运输经麻醉而镇静化的鱼贝类成为可能。由于经 麻醉而镇静化的鱼贝类的生理、代谢活性下降，能够抑制因代谢物的排出导致的水质恶化， 提高了有限的水槽内的容积率。利用对鱼贝类实施安全的长时间麻醉后，再次恢复觉醒状 态还能够以活鱼游动的新麻醉技术，通过陆路、空路、海路等任意运输手段，都能够实现以 往难以企及的长距离活鱼贝类运输。此外，在鱼类的养殖现场等地接种预防疾病的疫苗，切 除牙齿以防虎河豚之间相互撕咬等各种情况下，都能够使鱼镇静化，从而防止鱼体的损伤 和劳损。
【主权项】
1. 鱼贝类的麻醉方法，包括在水中生成对作为对象的鱼贝类具有麻醉效果的高浓度二 氧化碳的工序，以及在所述水中供给含有氧气的微小气泡的工序。2. 根据权利要求1所述的鱼贝类的麻醉方法，包括供给所述含有氧气的微小气泡使其 与所述鱼贝类的鳃接触的工序。3. 根据权利要求2所述的鱼贝类的麻醉方法，包括供给所述含有氧气的微小气泡使其 与所述鱼贝类的鳃上皮细胞膜表面接触的工序。4. 根据权利要求1-3中任一项所述的鱼贝类的麻醉方法，所述含有氧气的微小气泡的 粒径为Ιμπι以下。5. 根据权利要求1-3中任一项所述的鱼贝类的麻醉方法，所述含有氧气的微小气泡的 粒径的众数为300nm以下。6. 根据权利要求1-5中任一项所述的鱼贝类的麻醉方法，以4000万个/ml以上的密度供 给所述含有氧气的微小气泡。7. 用于实施权利要求1-6中任一项所述的方法的鱼贝类的麻醉装置，包括容纳作为对 象的鱼贝类的水槽，向所述水槽内供给二氧化碳的机构，以及向所述水槽内供给含有氧气 的微小气泡的机构。
【文档编号】A61D7/04GK105979774SQ201480074921
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2014年2月17日
【发明人】久木野宪司, 久木野睦子, 朝仓富子
【申请人】海洋生物技术株式会社