JPH06285096A - 吸入毒性試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試験物質のダストを用いてラット等の被試験
動物に対し頭部暴露方式で吸入毒性試験を行なうための
装置において、ダストを中空室の下方から噴出させると
ともに上方で吸引させて、その中間で被試験動物にダス
トを吸入させるにあたり、中空室の上部で壁面に付着し
て凝集した粗大な粒子が再降下し、被試験動物に吸入さ
れてしまうことを防止する。 【構成】 被試験動物の吸入部位（開口部３３Ａ，３３
Ｂ）の直上の位置に、上下に貫通する多数の小孔３９を
分散して形成した加速捕集板３８を配設しておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はラット等の小動物に対
し農薬や医薬等の吸入毒性試験を行うための装置に関
し、特に粉体状の試験物質を含むダストを頭部暴露によ
り吸入させる装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に吸入毒性試験は、農薬等の液体状
の試験物質を空気等の気体中に霧状に分散させたミス
ト、あるいは固体試験物質の粉末を気体中に分散させた
ダストなどをラット等の小動物に吸入させ、その吸入に
よる生体障害によって試験物質の毒性を評価するもので
あり、この吸入毒性試験の代表的なものとしては急性吸
入毒性試験がある。この急性吸入毒性試験は、一定時間
暴露時において被試験動物が半数死亡する濃度（すなわ
ち半数致死濃度ＬＣ₅₀）によって試験物質の毒性を評価
するのが通常である。

【０００３】上述のような吸入毒性試験においては、ミ
ストやダスト等の試験物質は被試験動物の鼻腔もしくは
口腔から気道（気管・気管支）を経て肺に達する。した
がって吸入物質は肺以外の鼻腔、口腔あるいは気道にも
沈着することになる。このような各部位に対する沈着率
は、特に吸入物質がミストやダスト等の粒状物質である
場合には、その粒径によって大幅に異なり、一般的には
大径の粒子は鼻腔もしくは口腔に対する沈着率が著しく
大きく、そのため肺まで到達して肺に沈着する割合が著
しく小さくなり、これに対しある程度以上小径の粒子に
おいては鼻腔や口腔における沈着率が小さくなり、肺に
到達して肺胞に沈着する割合が高くなる。一方同一の物
質を吸入しても、その沈着した部位によりその物質の生
体に対する影響は異なる。したがって同一濃度の試験物
質を吸入してもその粒径が異なれば、実際に被試験動物
が受ける障害の程度、内容が異なってしまうことにな
る。そのため同一の試験物質を用いて前述のような急性
吸入毒性試験を実施しても、粒径の大小やばらつきの程
度によって実験結果として表われる半数致死濃度の値は
異なってしまい、また逆に半数致死濃度の値が同じであ
っても、粒径の大小やばらつきの程度によってその試験
物質の毒性の真の評価は異なる筈である。これらの理由
により、吸入毒性試験、特にミストやダストによる吸入
毒性試験において正しい毒性評価を行うためには、被試
験動物に吸入させるミストやダストが予め計画的に設定
された粒度分布を有すること、異に予想外の粗大粒子を
含まない均一な粒度分布となることが極めて重要なポイ
ントとなるのである。

【０００４】ところで吸入毒性試験方式としては、ラッ
ト等の小動物の全身を吸入箱（チャンバ）内における試
験物質を含む雰囲気に暴露させる全身暴露法と、頭部も
しくは鼻部のみを吸入箱内の雰囲気に暴露させる頭部暴
露法とがあるが、前者の全身暴露法では試験物質が呼吸
器による吸入以外に、経皮投与されてしまうから、吸入
による毒性を正しく評価するためには後者の頭部暴露法
によることが望ましい。

【０００５】従来の頭部暴露用の吸入毒性試験装置の吸
入箱（チャンバ）としては、図５に示すように、中空円
筒状をなす垂直な吸入箱本体１の周壁部に、被試験動物
３の頭部もしくは鼻部を暴露させるための複数の開口部
２を周方向に間隔を置いて形成し、これらの開口部２に
それぞれラット等の被試験動物３を保持するためのホル
ダ４を取付けておき、吸入箱本体１の上端部１Ａにミス
ト等の試験物質を供給するための供給装置、例えば液体
試験物質を噴霧してミストを発生させるための噴霧用ノ
ズル５を設けておき、ミスト等の試験物質を含む気体を
吸入箱本体１内の上方から下方へ送るようにしたものが
広く知られている。

【０００６】しかしながらこのような従来の装置では粒
度分布を均一にすることは困難であって、粒度のばらつ
きが生じ易く、しかもそのばらつきが一定しないことが
多く、さらに噴霧されてから被試験動物に吸入されるま
での間の粒子相互の衝突、接触により粒子の凝集が生じ
て粗大粒子が発生し、その結果、被試験動物には予想外
の粗大粒子を含む粒径が著しくばらついたミスト等が吸
入されることになり、したがって正しい毒性評価を行い
難くなる問題がある。また、予め分級機等により粒度分
布を均一にしたミスト等を吸入箱本体１の上端１Ａに導
いて来ることも考えられるが、その場合でも吸入箱本体
１の上端から被試験動物３に吸入されるまでの間におけ
る粒子凝集の問題は避け難く、また折角分級してもその
分級機から吸入箱本体１の上端に導かれるまでの間でも
凝集が生じてしまい、したがってその場合でも予想外の
粗大粒子の吸入を防止することは困難であった。

【０００７】そこで本発明者等は、各種試験物質のうち
でも特に液体試験物質を気体中に霧状に分散させたミス
トを用いる吸入毒性試験装置の吸入箱（チャンバ）とし
て、予想外の粗大粒子を排除した一定の粒度分布を持つ
ミストを被試験動物に吸入させ得るようにし、これによ
って正しい毒性評価を行い得るようにしたものを、既に
特公昭５７−４５５７４号において提案している。

【０００８】上記提案の吸入毒性試験装置の吸入箱（チ
ャンバ）を図６に示す。

【０００９】図６において、吸入箱本体１０は全体とし
て中空円筒状をなすように作られ、かつその上端部分は
円錐面１１とされている。そして吸入箱本体１０の頂部
には、その吸入箱本体１０内の中空室１２に連通するミ
スト排出口１３が形成されている。

【００１０】さらに前記吸入箱本体１０の周壁部には、
ラット等の被試験動物３を保持するためのホルダ４が取
付けられる開口部２，２′、すなわち被試験動物３の頭
部を暴露させるための開口部２，２′が周方向に間隔を
置きかつ上下２段に形成されている。また前記吸入箱本
体１０の下端には、試験液ミスト供給装置、例えば試験
液ミストを発生する噴霧用ノズル１４を備えた供給室１
５が吸入箱本体１０内の中空室１２に対し区画された状
態で形成されている。すなわち、供給室１５の底部中央
に、前記噴霧用ノズル１４が上方へ向けて取付けられて
おり、そしてこの供給室１５の頂部には、小孔状の噴出
口１６が垂直に貫通形成されている。

【００１１】さらに前記吸入箱本体１０の中空室１２内
における前記噴出口１６の直上の位置には、中空室１２
の内径より小径の円盤状の衝突板１７が水平に配設され
ている。この衝突板１７は、前記噴出口１６の上側開口
端に対し上方へ小間隔を置いて配設されたものであっ
て、吸入箱本体１０の内周壁から内側に向って突出する
複数の支持アーム１８の先端に載置支持されており、し
たがってその衝突板１７はその周囲が実質的に開放され
ていることになる。そして衝突板１７上には、吸入箱本
体１０とほぼ相似な形状を有しかつ吸入箱本体１０より
小さい中空な占積体１９が載置されている。したがって
吸入箱本体１０内の中空室１２は、衝突板１７より上の
空間の中央部分が占積体１９によって占められることに
なる。

【００１２】以上のようなミスト用の吸入毒性試験装置
において、圧縮空気および試験液を噴霧用ノズル１４に
供給すれば、そのノズル１４から上方へ向けて供給室１
５内に試験液ミストが噴霧され、この試験液ミストは供
給室１５内を上昇して噴出口１６で集束され、加速され
たミストが噴出口１６を通過し、この噴出口１６から上
方へ高速で流出して衝突板１７に衝突する。したがって
試験液ミストは衝突板１７との慣性衝突により分級され
る。すなわち、噴出口１６から噴出したミスト中の粗大
粒子は衝突板１７に衝突することにより衝突板１７に付
着凝集され、液滴となって衝突板１７から自重落下す
る。一方噴出口１６から噴出したミスト中におけるある
一定程度以下の粒径のミスト粒子は、衝突板１７の下面
側からその周囲を通って中空室１２内における吸入箱本
体１０の内周面と占積体１９との間の空間を上昇し、開
口部２，２′へ到達して被試験動物３により吸入され、
また被試験動物３により吸入されなかったミストはミス
ト排出口１３から適宜の排気手段により装置外へ排出さ
れる。

【００１３】ここで上述のように衝突板１７に対する慣
性衝突により分級された比較的微細な粒子からなるミス
ト中においても、開口部２，２′に至るまでの間の粒子
相互の衝突により凝集して粗大粒子が発生することがあ
り、また衝突板１７において再飛散により粗大粒子が混
ってしまうことがある。しかしながら衝突板１７から開
口部２，２′に至るまでの間ミストは上昇しなければな
らないから、凝集等により生じた粗大粒子はストークス
の沈降法則にしたがって沈降してしまい、その結果実際
に開口部２，２′に到達するのはある程度以下の粒径の
ものに限られることになる。したがって上述の装置にお
いては、慣性衝突による分級効果とストークスの法則に
よる沈降効果とが相俟って、粗大粒子が被試験動物に吸
入されることが極めて有効に防止される。そしてまた、
噴出口１６の口径や噴出口１６から噴出されるミストの
流量を選ぶことにより、あらかじめ被試験動物に吸入さ
せるミストの最大粒径を所望の値に設定することができ
る。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように図６に示
される提案の装置は、ミストを用いるための吸入毒性試
験装置として、粗大粒子を含まない目的とする粒径以下
の粒子のみを含むミストを被試験動物に吸入させること
が可能である。

【００１５】ところで、前記提案の吸入毒性試験装置で
は、目的とする粒径以下の粒子のみを被試験動物に吸入
させるために、慣性衝突による分級効果と、ストークス
の沈降法則を利用しているが、これらのうちストークス
の沈降法則は固体試験物質の粉末を分散させたダストの
場合にも有効であり、したがって前記提案の装置は、ダ
ストを用いる場合にも適用可能であると考えられる。

【００１６】しかしながら本発明者等が実験・検討を進
めたところ、上記の装置では固体の試験物質の粉末を分
散させたダストを用いる場合には問題があることが判明
した。すなわち、吸入箱本体の下方のノズルからダスト
を上方へ向って供給した場合、ダストの上昇中には、ミ
ストの場合と同様にストークスの法則にしたがって粗大
粒子が沈降するが、ダストは吸入箱本体の内壁に付着・
凝集して粗大粒子となることが多く、これが改めて内壁
から離れて粗大粒子として中空室内を浮遊したり降下し
たりすることがある。そして特に被試験動物による吸入
部位より上方の部分（開口部２，２′より上方の部分）
の内壁に付着した後、降下した粗大粒子は、被試験動物
に吸入されてしまうおそれがある。そのほか内壁に付着
しないまでも、被試験動物吸入部位よりも上方の位置に
おいて粒子の会合や凝集によって生じた粗大粒子も、被
試験動物吸入部位よりも上方の位置から降下して、被試
験動物に吸入されてしまうことがある。そしてこのよう
にして目的とする粒径以下の粒子のみならず、粗大粒子
が吸入されてしまった場合、既に述べたように吸入毒性
試験結果に悪影響を及ぼしてしまう。

【００１７】なおミストの場合には、上述のように吸入
箱本体の内壁に付着すれば、粒子が液滴となって内壁を
伝い落ちる（流れ落ちる）ため、被試験動物に吸入され
るおそれはないが、ダストの場合には内壁に付着した後
に中空室内の気体中を落下、浮遊してしまうため、上述
のような問題が生じてしまう。したがって前述のような
問題は、特にダストにおいて顕著な問題と言うことがで
きる。

【００１８】この発明は以上の事情を背景としてなされ
たもので、前述のような図６に示されるミスト用の吸入
毒性試験装置を、ダスト用に改良し、これによって前述
のような粗大粒子の吸入の問題が生じないようにした吸
入毒性試験装置を提供することを目的とするものであ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前述のような課題を解決
するため、この発明の吸入毒性試験装置においては、基
本的には、前記提案と同様に中空室内において下方から
上方へダストを供給し、ストークスの沈降法則を利用し
て所定の粒径以下の粒子のみを被試験動物に吸入させる
ようにしたことを前提とし、被試験動物による吸入部位
の直上に、多数の小孔を有する加速捕集板を配設して、
その加速捕集板付近よりも上方の箇所で壁面に付着ある
いは凝集した粗大粒子が被試験動物による吸入部位に降
下しないようにしている。

【００２０】具体的には、この発明は、中空円筒状をな
す垂直な吸入箱本体の周壁部にその周方向へ間隔を置い
て開口部を形成し、その開口部に被試験動物の頭部もし
くは鼻部を位置させるとともに、吸入箱本体内の中空室
に試験物質粉末のダストを供給して吸入毒性試験を行う
装置において、前記中空室の下端側にダスト供給装置を
設けるとともに、中空室の上端部にダスト排出口を形成
し、かつ前記中空室内における前記開口部の直上の位置
に、上下に貫通する多数の小孔を分散形成した加速捕集
板をほぼ水平に配設し、前記中空室の下方から上方へ向
ってダストを供給すると同時に前記ダスト排出口から中
空室内のダストを排出するように構成したことを特徴と
するものである。

【００２１】

【作用】この発明の吸入毒性試験装置においては、中空
室の下方のダスト供給装置から上方へ向ってダストを供
給すると同時に、ダスト排出口からダストを排出するこ
とによって、ダストは中空室内を下方から上方へ向って
流れ、その途中の開口部において被試験動物によってダ
ストが吸入されることになる。ここで、中空室内をダス
トが上昇する際には、ストークスの沈降法則が作用し
て、粗大粒子は流速に応じた一定の高さまで到達して沈
降することになり、その結果、開口部の位置すなわち被
試験動物吸入部位には、流速に応じたある一定の径以下
の粒子のみが至ることになる。

【００２２】中空室内を上昇して被試験動物吸入部位
（開口部）を通り過ぎたダストは、開口部の直上の位置
に配設された加速捕集板の多数の小孔を下方から上方へ
通過し、ダスト排出口へ向う。このとき、加速捕集板の
下方からその加速捕集板の小孔に至る間においては、ダ
ストの流路断面積が急激に絞られるためダストの流速が
加速され、その後の小孔通過した直後にダストの流速は
急速に減速される。ここで、上述のように加速捕集板の
小孔を通過する直前にはダストの流速が急激に加速され
るため、下から加速捕集板へ向って上昇して来るダスト
の粒子は、加速捕集板の下面に付着することがほとんど
なく、そのまま小孔を通過することになる。そして小孔
通過直後にはダストの流速が急速に減速されるため、比
較的粗大な粒子は沈降することになるが、その沈降した
粒子は加速捕集板の小孔の周囲に落下して、加速捕集板
上に蓄積される。すなわち、粗大粒子は加速捕集板に捕
集され、その加速捕集板よりも下方の被試験動物吸入部
位（開口部）に至ることはない。なお、加速捕集板通過
後に中空室上部の内壁面等に付着して凝集し、再降下し
た粗大粒子も加速捕集板上に捕集されることになる。

【００２３】したがって被試験動物吸入部位通過後に発
生した粗大粒子（会合粒子、凝集粒子、壁面への付着後
の落下粒子）が被試験動物に吸入されてしまうおそれが
極めて少ない。

【００２４】

【実施例】図１、図２にはこの発明の一実施例の吸入毒
性試験装置に用いられる吸引箱（チャンバ）を示す。

【００２５】図１、図２において、吸引箱本体２０は全
体として中空円筒状をなすとともに、上部を円錐状に形
成した構成とされている。具体的には、この吸入箱本体
２０は、円錐状をなす上蓋部２１と、中空円筒状の胴部
２２と、有底の短円筒状の底部２３とを上下に着脱可能
に連結した構成とされている。これらの間の連結手段は
任意であるが、図示の例ではそれぞれフランジ部２１
Ａ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａの相互間にパッキング２４
を介在させ、各フランジ部間をボルト・ナット２５によ
って連結した構成とされている。

【００２６】吸入箱本体２０の下底面中央、すなわち底
部２３の下面中央には、上方へ向ってダストを噴出させ
るためのダスト供給用ノズル２６が設けられており、そ
のノズル２６の配設位置の周囲には、ノズル２６の上方
空間を取囲む円筒状の案内筒２７が設けられている。ま
た底部２３の下面周縁部には、沈降したダスト粉末を排
出するための排出孔２３Ｂが形成されている。一方上蓋
部２１の頂部にはダスト排出口２８が開口形成されてお
り、このダスト排出口２８の上方には、排出路２９が一
体に形成されており、さらにこの排出路２９には、図示
しない排気処理装置や吸引ポンプへダストを導くための
排出管３０がコクネタ３１を介して連結されている。そ
してまた前記排出路２９には、吸入箱本体２０内の中空
室３５の内圧を適切なわずかな負圧に維持するためのリ
ーク孔４１Ａを有するリーク弁４１が設けられている。

【００２７】また前記吸入箱本体２０の中間部の周壁、
すなわち胴部２２の周壁には、ラット等の被試験動物３
２を保持するためのホルダ３４が取付けられる複数の開
口部３３Ａ，３３Ｂ、すなわち被試験動物３２の頭部を
暴露させるための複数の開口部３３Ａ，３３Ｂが周方向
に間隔を置きかつ上下２段に形成されている。なお図１
では図面の簡明化のため上段の開口部３３Ａと下段の開
口部３３Ｂとを上下に揃った状態で示しているが、実際
には図２に示すように上段の開口部３３Ａの位置と下段
の開口部３３Ｂの位置とを周方向へずらすことが望まし
い。

【００２８】さらに吸入箱本体２０内の中空室３５に
は、中空室３５の形状とほぼ相似形状をなしかつ中空室
３５よりも小径の占積体３６が、中空室３５の軸心位置
と同じ軸心位置となるように配設されている。すなわち
この占積体３６は、有底円筒体の上端部を円錐面で閉じ
た中空状に作られており、この占積体３６は、吸入箱本
体２０の下部の周壁から内側へ突出する複数本の支持ア
ーム３７の先端に跨って載置支持されている。

【００２９】そして中空室３５内における開口部３３
Ａ，３３Ｂの直上の位置には、この発明で特徴とする加
速捕集板３８が水平に配設されている。この加速捕集板
３８は、図３、図４に詳細に示すように、板面を上下に
貫通する多数の小孔３９を、均一な分布密度で形成した
ものである。そしてこの加速捕集板３８は、占積体３６
の外周面と中空室３５の内周面（吸入箱本体２０の内周
面）との間のダスト流路を塞ぐように、ドーナツ盤状に
作られており、吸入箱本体２０の胴部２２の上端部内周
壁から内側へ突出する複数の支持突起４０に載置支持さ
れている。

【００３０】以上の実施例の吸入毒性試験装置におい
て、固体試験物質の粉体を気体（通常は空気）に分散さ
せたダストをダスト供給用ノズル２６から噴出させると
ともに、排出管３０に排気処理装置を介して連結された
図示しない吸引ポンプを作動させれば、ノズル２６から
噴出されたダストは、ダスト排出口２８からの負圧によ
って案内筒２７から中空室３５内の占積体３６の外側の
空間（流路）を通って上昇する。この間、ダスト中の粗
大粒子は、ストークスの沈降法則により流速に応じて沈
降し、したがって開口部３３Ａ，３３Ｂの位置すなわち
被試験動物吸入部位には、粗大粒子を含まないある粒径
以下の粒子のみが至り、それが被試験動物３２によって
吸入されることになる。

【００３１】そして被試験動物吸入部位を通過して加速
捕集板３８の近くに至ったダストは、占積体３６の周囲
の中空部分の流路断面積に比し加速捕集板３８の多数の
小孔３９の流路総断面積が小さいことに起因して、急速
に流速が大きくなって加速捕集板３８の各小孔３９を下
方から通過する。このとき、上述のように流速が急激に
大きくなることによって、加速捕集板３８の下側の空間
の粒子は各小孔３９に吸い寄せられるように流れ、その
ため加速捕集板３８の下面にダストの粒子が付着するお
それは少ない。そして加速捕集板３８の各小孔３９を上
方へ抜け出た直後には、逆に急激に流速が低下しかつ流
れの方向が拡散するため、ダスト中の大径の粒子や、小
孔通過中に混合・凝集によって粗大化した粒子は、沈降
して加速捕集板３８上の小孔３９の周囲に落下し、残り
の微小な粒子がダスト排出口２８から排出路２９、排出
管３０を経て、図示しない排気処理装置へ導かれる。ま
た加速捕集板３８よりも上方の位置において吸入箱本体
２０の内壁面やダスト排出口２８の内面等に一旦付着し
て凝集し、その後再降下した粗大粒子も加速捕集板３８
上に落下する。したがってこれらの粗大粒子が被試験動
物吸入部位に至ってしまうこと、したがってこれらの粗
大粒子が被試験動物３２に吸入されてしまうことを有効
に防止できる。

【００３２】なお加速捕集板３８の上面に捕集された粒
子は、吸入毒性試験後に取外して洗浄・除去すれば良
い。また加速捕集板３８の小孔３９の直径やその総断面
積は特に限定されるものではなく、要は各小孔３９の直
径が、ダストの粒子を充分に通過させ得る程度の大きさ
を有し、かつ多数の小孔の総断面積が流速を充分に増大
させ得る程度に定められていれば良い。

【００３３】

【発明の効果】前述の説明で明らかなように、この発明
の吸入毒性試験装置によれば、被試験動物による吸入部
位（開口部の位置）の直上に、上下に貫通する多数の小
孔を有する加速捕集板を設けたため、ダストを用いて吸
入毒性試験を行なうにあたって、吸入部位よりも上方の
位置において壁面へ付着・凝集して再び壁面から剥離さ
れた粗大粒子や、粒子同士の会合・凝集によって生じた
粗大粒子が吸入部位に降下して被試験動物により吸入さ
れてしまうことを有効に防止でき、そのため吸入毒性評
価を正確に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の吸入毒性試験装置を示す
縦断面図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ線における横断平面図である。

【図３】図１の装置に用いられる加速捕集板の一部を拡
大して示す平面図である。

【図４】図３のＹ−Ｙ線における拡大縦断面図である。

【図５】従来の頭部暴露方式による一般的な吸入毒性試
験装置を示す略解図である。

【図６】本願発明者が先に提案した吸入毒性試験装置を
示す縦断面図である。

【符号の説明】

２０ 吸入箱本体 ２６ ダスト供給用ノズル ２８ ダスト排出口 ３２ 被試験動物 ３３Ａ，３３Ｂ 開口部 ３５ 中空室 ３８ 加速捕集板 ３９ 小孔

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中空円筒状をなす垂直な吸入箱本体の周
   壁部にその周方向へ間隔を置いて開口部を形成し、その
   開口部に被試験動物の頭部もしくは鼻部を位置させると
   ともに、吸入箱本体内の中空室に試験物質粉末のダスト
   を供給して吸入毒性試験を行う装置において、 前記中空室の下端側にダスト供給装置を設けるととも
   に、中空室の上端部にダスト排出口を形成し、かつ前記
   中空室内における前記開口部の直上の位置に、上下に貫
   通する多数の小孔を分散形成した加速捕集板をほぼ水平
   に配設し、前記中空室の下方から上方へ向ってダストを
   供給すると同時に前記ダスト排出口から中空室内のダス
   トを排出するように構成したことを特徴とする吸入毒性
   試験装置。