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吸入性麻醉和注射麻醉的对比

2015-9-11 17:16:05      点击:

实验动物是研究人类疾病的重要模型,为人类阐明发病机理以及寻找新的治疗策略提供了基础信息。在众多的实验动物中,小鼠是使用最多和最广泛的动物模型,这是因为其具有与人类的生物相似性、易于繁殖、费用低廉和容易操作等特点。

实际上,许多动物实验都需要实验动物在相对固定的条件下进行,例如活体成像、开颅的脑功能研究以及器官移植等。一般情况下,动物都不会配合这些实验的开展,而且大部分的实验操作还会伴有疼痛感,而麻醉和镇痛技术为这些实验的开展提供了可能。不同的实验动物会因不同的生理属性而影响麻醉剂的作用效率。与大动物(猫狗甚至更大)相比,小鼠的身体尺寸小,对药物的代谢和排除更加迅速,降低了药物的半衰期,也会影响麻醉药物起效和维持的时间。

麻醉是一种无意识、镇静、肌肉松弛以及无反射的状态。目前,按照作用药物的种类可将麻醉分为注射式麻醉和吸入式麻醉。理想的麻醉剂应当具有易于操作、提供快速和充足的麻醉维持、没有副作用、可以逆转以及对动物和操作人员无害等特点。但是,这样的麻醉剂并不存在,最佳的麻醉选择也需要根据不同实验的需求来确定。

目前,阿佛丁、戊巴比妥钠和氯胺酮是小鼠实验中最常用的注射类麻醉剂,它们经常会与诸如乙酰丙嗪、甲苯噻嗪、安定(地西泮)和一些镇静类药物联合使用;而异氟烷、七氟烷和地氟烷是吸入式麻醉中常用的麻醉剂。相比注射式麻醉,吸入式麻醉具有以下优点:(1)应用范围广,更加安全,尤其是针对深入和长时程麻醉实验;(2)心脏保护功能,提高肺部的免疫力;(3)吸入和消除都在肺部,极少被吸收,不会产生肝肾毒性;(4)苏醒快,适于短期麻醉,也利于更改麻醉策略,精确调控麻醉深度。与之相对的是,注射麻醉除了一些显而易见的优点外,其还存在着一些缺点:(1)选择一个合适的麻醉剂量是十分困难的,尤其是在不同麻醉剂的组合使用中,需要大量的摸索尝试;(2)恢复速度慢,不能在注射后立即苏醒,还需要使用逆转剂(解药)来解除麻醉状态;(3)无法精确控制麻醉深度;(4)对心率和呼吸速度都有显著的改变;(5)腹腔注射时还可能因为入针失误而误伤内脏。

接下来,本文将详细列举注射式麻醉剂的对比信息:

类别

药品名称

作用时间

作用方式

不良反应

药品描述

参考文献

巴比妥类药物(Barbiturates

戊巴比妥钠(pentobarbital

60-120 min

50-90 mg/kg IP

心血管和呼吸功能抑制

GABA药物,抑制去甲肾上腺素和谷氨酸盐的释放

Flecknell (1989), Hildebrand et al. (2008)

硫巴比妥(thiobarbital

10-20 min      (因品系而异)

30-40 mg/kg IP

三溴乙醇Tribromoethanol

阿佛丁(Avertin

15-30 min

240 mg/kg IP

心肺抑制、高血糖、腹膜炎、肠梗阻和腹膜粘连

非管制类药物,具有使肌肉放松和短效麻醉的作用;在小于16天的小鼠中有不确定性,在肥胖、高血糖以及转基因小鼠中表现出不确定性;二次使用时死亡率会提高

Zeller et al.1997, Flecknell (1989), Arras et al.(2001)

分离麻醉剂(Dissociative Anesthetics

氯胺酮 (Ketamine

15-20 min(犬猫)

80-100mg/kg IP

增加颅内血流、颅内压脑脊液压和脑耗氧量,促进眼睛睁开而导致角膜干裂

NMDA受体的拮抗作用导致麻醉,镇痛效果明显,其中氯胺酮是常用的麻醉药物,替来他明的效果是氯胺酮的10倍;它们经常与其他麻醉药联合使用,无肌肉僵直和促惊厥作用

Xu et al.2007, Flecknell (1989)

替来他明(Tiletamine

40/80 mg/kg IP

α-2肾上腺素激动剂(Alpha-2 Adrenergic Agonists

赛拉嗪 (Xylazine

与氯胺酮联用:100/10,65/4,100/5,100/2.5(Ketamin/Xlazine) mg/kg IP

增加或降低血压,增加外围脉管系统的阻力,降低心脏的泵血,增加中央静脉的压力,呼吸抑制,增加高血糖,利尿以及高血尿风险

该组合是目前注射麻醉中应用非常广泛的一种。α-2肾上腺素激动剂可以针对特异性受体发挥镇痛作用,可以使用1mg/kg阿替美唑(atipamezole)逆转。

Buitrago et al.2008, Flecknell (1989), Chari et al.2001,Roth et al.2001

美托咪啶(medetomidine

与氯胺酮联用:75/1 female, 50/1 male (Ketamin/Medetomidine) mg/kg IP

效用10倍于赛拉嗪,作用方式和逆转方式和赛拉嗪类似

吩噻嗪镇静剂(Phenothiazine Tranquilizers

乙酰丙嗪(acerpromazine

200-360 min

氯胺酮+乙酰丙嗪,100/5 or 氯胺酮+赛拉嗪+乙酰丙嗪, 100/10/3 mg/kg IP

对心血管的抑制以及降低血压,还会降低惊厥阈值,不推荐在CNS损伤中使用

一种稳定剂,对呼吸系统影响较小,但并无镇痛作用,主要用于与氯胺酮和赛拉嗪组合,加强麻醉效果

Buitrago et al.2008, Flecknell (1989), Arras et al.(2001)

苯二氮卓类Benzodiazepines

安定,地西泮(diazepam

氯胺酮+地西泮 100/5 mg/kg IP

水溶性,作用于GABAA受体,较低的心肺抑制,可用于心血管和代谢类疾病以及大龄动物的疾病,可以被GABA逆转剂氟马西尼(Flumazenil)逆转恢复

Schaefer et al.2005, Flecknell (1989), Roth et al.2001

咪达挫仑(midazolam

氯胺酮+咪达挫仑 100/5100/3, 50/3 mg/kg IP

脂溶性,比地西泮发挥作用更短

阿片类(Opioids

吗啡(Morphine

2-4 h

10 mg/kg SC

可以一定程度上接触激动剂带来的副作用,诸如:呼吸抑制,心动过缓,由于组胺释放导致的外围血管舒张等

Flecknell (1989)

度冷丁(Meperidine

2-3 h

20 mg/kg SC

芬太尼(Fentanyl

30 min

0.06 mg/kg SC

丁丙诺啡(Buprenorphine

12 h

2 mg/kg SC

总之,注射式麻醉剂大都会对心肺功能产生影响,会改变心率和产生呼吸抑制,并造成血压血糖升高等生理问题。而且其麻醉时间长短不一,难以调控,它们大都需要在肝肾代谢,会潜在地产生一定的副作用。

与之相对的是,吸入性麻醉具有诸多优点,而异氟烷则是目前吸入性麻醉的最佳选择。凭借其快速诱导和恢复能力,它可以被应用于各种时长的手术操作中。异氟烷是一种不可燃气体,性能稳定。它具有心脏保护和肺部抗炎作用,可以抑制促炎因子IL-1TNF-αIL-6的分泌。异氟烷适用于各种年龄、各个部位及各种疾病的手术,包括一些其他全麻药不宜使用的疾病,例如癫痫、颅内压增高、重症肌无力、糖尿病、支气管哮喘等。

目前,主要的研究显示异氟烷主要通过对GABAA受体的作用而导致麻醉。它一方面可以增加GABAA受体对GABA的敏感性,另一方面还可以延长新释放的GABAGABAA受体的作用时间(图1)。另外,它也可以通过对一些蛋白位点起作用,但是其在离子通道的作用对它发挥麻醉效果至关重要。


1 异氟烷发挥麻醉作用的位点离子通道。异氟烷是通过左边的途径完成的,即增加GABAAGABA的敏感性,促进GABAGABAA的结合时间。

成像技术的发展越来越受到科研工作者的重视,它是一种非侵入和连续监测动物参数变化的优秀工具。而几乎所有的成像操作都需要使用麻醉剂对被测动物进行麻醉,而在不同的成像模式下选择合适的麻醉策略对成像效果至关重要。下表是在不同成像方式下的麻醉剂选择对比信息:

成像方式

首选麻醉剂

特点描述

备注

超声

异氟烷

更加安全,在长时程操作中具有恒定的麻醉深度

超声心电图

异氟烷

异氟烷对心脏功能几乎没有影响,而常规的注射类麻醉剂会降低心率,降低心脏收缩率等,会干扰实验数据的采集

该技术用于转基因鼠和心脑血管模型的疾病的分析

PET/SPECT

异氟烷

对显影剂18F-FDG的分布影响更小,尤其在脑部成像和肺转移成像中非常合适

利用正负电子湮灭后发射出的γ射线进行成像,对代谢类疾病成像具有优势

Micro-CT

异氟烷

在长时程的心脑血管疾病、肝病和肾病等优点极为突出

X射线成像

激光多普勒血流成像(LDF)

异氟烷

该成像需要较短时间的维持和恢复,而且异氟烷对血管作用小,不像氯胺酮等药物会收缩外围血管和使肌层血流下降等

MRI

异氟烷

具有更低的呼吸抑制作用,可以控制麻醉深度,尤其针对心血管疾病更加合适

BOLD-MRI

异氟烷

理由同LDF


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