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为什么异氟烷吸入麻醉被普遍用在动物手术中?

2016-11-7 15:29:30      点击:

      动物手术前的麻醉不仅是为了减少动物疼痛满足动物福利的要求,也是为了保证动物手术顺利进行。目前注射麻醉(比如使用戊巴比妥钠、水合氯醛、乌拉坦、氯胺酮)在我国的动物麻醉中最为普遍,其优点是不需要昂贵的设备,只需要注射器就行,但麻醉剂注射动物后,必须经肝脏代谢完后,动物才苏醒,麻醉时间很长,一般持续2-5个小时;因动物存在个体差异,注射剂量难掌握,剂量过大会造成动物麻醉过度死亡,剂量过小动物不能进入麻醉状态或进入麻醉状态比较慢。在发达国家,气体吸入麻醉非常普遍,与传统的药物注射麻醉方式相比,具有以下显著的共同优点:
 动物进入麻醉状态较快,苏醒也迅速,一旦停止麻醉,一般2分钟内动物即可苏醒;
 麻醉深度很容易控制,若在手术过程中发现动物状态不佳,可马上停止麻醉或者快速充氧进行抢救,因此安全性非常好;
 动物的发病率和死亡率低,动物手术的成功率高;
 麻醉剂在体内不参与代谢,几乎完全由肺泡经呼吸排出,对实验结果不造成影响,研究成果易得到国际认可。
 
      在具体的实际应用中,我们可以明显地看到异氟烷吸入麻醉的优势,下面就一些典型的动物手术实验场景,举例如下:
套管慢性给药、微透析、光刺激(光遗传学)、生理信号记录
      导管植入颅内,待动物恢复后,首先拔出导管帽,然后植入注射内管(探针或光纤)、通过管路(光纤跳线)连接注射器(激光器)。然而,植入内管(探针或光纤)和连接管路(光纤跳线)这一过程(如图1、2和3所示),虽然花费时间很短,也就几分钟的时间,如果动物不麻醉,动物会挣扎,配合不好,导致无法插管(插入光纤);如果在戊巴比妥钠、乌拉坦等注射麻醉后进行,操作容易进行,但是这些麻醉方式的维持时间很长,往往达2-5个小时,不利于后期做清醒自由活动动物的给药或光刺激,而且额外增加了使用这些麻醉剂带来的副作用,测得的指标不准确,影响实验结果的客观性和可靠性。然而,如果使用异氟烷吸入式麻醉,则避免了这些问题的发生,而且操作简单,只需将动物放置于实验平台上,带上麻醉面罩,即可开始进行操作。
 

图1套管植入过程示意图

图2 微透析探针植入过程示意图

图3 光纤植入过程示意图


MCAO脑缺血、心肌缺血造模手术
      常见的一些开胸或深度手术,比如,进行心脑血管方面研究的MCAO脑缺血、心肌缺血造模(如图4和5),动物死亡率往往较高,与采用注射麻醉的方式有很大关系,比如麻醉时间过长、麻醉深度无法掌控、手术过程中出现异常无法抢救、动物苏醒较慢、麻醉剂的呼吸抑制作用较强等原因都有可能导致这一结果。然而,如果使用异氟烷吸入麻醉,可以避免使用注射麻醉导致的负面结果,既保证手术过程可控、顺利进行,又可保证手术后动物很快苏醒,极大地降低了动物的死亡率;而且操作简单,只需将动物放置于实验平台上,带上面罩,即可开始进行操作。
  

  颅脑、脊髓创伤造模手术
      颅脑、脊髓打击创伤造模后,如果动物注射麻醉时间过长,动物不能很快苏醒,则需要给动物进行保温,否则会增加动物的死亡风险;而如果在打击过程,使用异氟烷吸入麻醉,造模后动物很快可以苏醒,明显可以规避动物死亡风险。
 (脊髓打击器来自瑞沃德公司,型号:68097)

  小动物取血
      取血是动物研究中常见的一类技术,常见的取血方式有:静脉、动脉、眼眶、心脏取血。在这些取血过程中,传统的做法是直接用手抓取固定动物后开始采血(如图6所示),或者用乙醚、注射麻醉后采血,然而,这些方式都有一定的缺点,比如,如果直接抓取固定动物,会对动物增加额外压力,产生应激反应,抽取的血液相关指标必会受到影响;如果用乙醚麻醉,麻醉时间较短,如果取血操作不熟练,需要进行多次麻醉,而且乙醚刺激性非常强,人体吸入后非常不舒服,对动物的呼吸道刺激也很强烈,麻醉时需要专人看护,否则动物极易死亡。如果使用异氟烷吸入麻醉,则克服了这些困难,而且操作简单,只需将动物放置于实验平台上,带上麻醉面罩,即可开始进行操作,如果进行批量采血,效率非常高。
     
  静脉注射给药
      注射给药的方法,包括肌肉、皮下、静脉注射。注射前,传统的动物固定方式采用的是固定器(如图7所示),然而,即便动物固定后,往往也不是很配合,再加上尾静脉注射操作难度较高,所以一次性注射的成功率较低,而且固定动物的操作花费时间较长;如果为了让动物保持安静,给动物进行注射麻醉,结果是注射操作容易进行,但是动物麻醉时间过长,不排除动物有死亡而无法抢救的风险。如果在注射药物前,首先使用异氟烷进行麻醉,将动物直接放置于实验平台上,带上麻醉面罩,动物将非常安静,有利于静脉注射药物,工作效率大大提高,移除面罩后,动物很快苏醒,死亡风险几乎没有,而且异氟烷不参与体内代谢,对生理指标不产生影响。
   

  药效学评价(给药后的动物行为检测)
      在一个新药的临床前药效学研究中,动物行为检测也是一种常见手段。动物给药后,在短时间内(比如半个小时内)进行动物行为检测一个基本要求就是动物需处于自由活动的清醒状态。如果在给药过程中,使用注射麻醉,因麻醉时间过长而不能按时正常地进行行为观测,而如果使用异氟烷吸入麻醉,在给药后动物很快苏醒,动物行为观测则可以按实验计划正常进行,取得各项行为指标。

      异氟烷麻醉与注射麻醉(戊巴比妥钠、氯醛糖、乌拉坦、氯胺酮、丙泊酚)对实验结果的影响
截止目前,已有多篇报道异氟烷吸入式麻醉与注射麻醉(戊巴比妥钠、氯醛糖、乌拉坦、氯胺酮、丙泊酚)对实验结果的影响,典型报道将后续提供……可以先参考以下几篇文献:
1. The Impact of Four Different Classes of Anesthetics on the Mechanisms of Blood Pressure Regulation in Normotensive and Spontaneously Hypertensive Rats. M. BENCZE, M. BEHULIAK, J. ZICHA. Physiol. Res. 62: 471-478, 2013
2. Neuroprotective effects of lactate in brain ischemia: dependence on anesthetic drugs. Horn T , Klein J . Neurochem Int 2013 Jan.
3. Inhaled carbon dioxide causes dose-dependent paradoxicalbradypnea in animals anesthetized with pentobarbital, but not withisoflurane or ketamine. Yehuda Ginosar, Nathalie Corchia Nachmanson, Joel Shapiro, Charles Weissman, Rinat Abramovitch, Respiratory Physiology & Neurobiology 217 (2015) 1–7.
4. Effect of pentobarbital and isoflurane on acute stress response in rat. Xue-Yan Wu, Yu-Ting Hu et al. Physiology & Behavior 145 (2015) 118–121.

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