動物實驗中吸入式麻醉和注射式麻醉的比較
瀏覽次數：10427 發布日期：2015-9-15
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實驗動物是研究人類疾病的重要模型，為人類闡明發病機理以及尋找新的治療策略提供了基礎信息。在眾多的實驗動物中，小鼠是使用最多和最廣泛的動物模型，這是因為其具有與人類的生物相似性、易于繁殖、費用低廉和容易操作等特點。
實際上，許多動物實驗都需要實驗動物在相對固定的條件下進行，例如活體成像、開顱的腦功能研究以及器官移植等。一般情況下，動物都不會配合這些實驗的開展，而且大部分的實驗操作還會伴有疼痛感，而麻醉和鎮痛技術為這些實驗的開展提供了可能。不同的實驗動物會因不同的生理屬性而影響麻醉劑的作用效率。與大動物（貓狗甚至更大）相比，小鼠的身體尺寸小，對藥物的代謝和排除更加迅速，降低了藥物的半衰期，也會影響麻醉藥物起效和維持的時間。
麻醉是一種無意識、鎮靜、肌肉松弛以及無反射的狀態。目前，按照作用藥物的種類可將麻醉分為注射式麻醉和吸入式麻醉。理想的麻醉劑應當具有易于操作、提供快速和充足的麻醉維持、沒有副作用、可以逆轉以及對動物和操作人員無害等特點。但是，這樣的麻醉劑并不存在，最佳的麻醉選擇也需要根據不同實驗的需求來確定。
目前，阿佛丁、戊巴比妥鈉和氯胺酮是小鼠實驗中最常用的注射類麻醉劑，它們經常會與諸如乙酰丙嗪、甲苯噻嗪、安定（地西泮）和一些鎮靜類藥物聯合使用；而異氟烷、七氟烷和地氟烷是吸入式麻醉中常用的麻醉劑。相比注射式麻醉，吸入式麻醉具有以下優點：（1）應用范圍廣，更加安全，尤其是針對深入和長時程麻醉實驗；（2）心臟保護功能，提高肺部的免疫力；（3）吸入和消除都在肺部，極少被吸收，不會產生肝腎毒性；（4）蘇醒快，適于短期麻醉，也利于更改麻醉策略，精確調控麻醉深度。與之相對的是，注射麻醉除了一些顯而易見的優點外，其還存在著一些缺點：（1）選擇一個合適的麻醉劑量是十分困難的，尤其是在不同麻醉劑的組合使用中，需要大量的摸索嘗試；（2）恢復速度慢，不能在注射后立即蘇醒，還需要使用逆轉劑（解藥）來解除麻醉狀態；（3）無法精確控制麻醉深度；（4）對心率和呼吸速度都有顯著的改變；（5）腹腔注射時還可能因為入針失誤而誤傷內臟。
接下來，本文將詳細列舉注射式麻醉劑的對比信息：
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類別 |
藥品名稱 |
作用時間 |
作用方式 |
不良反應 |
藥品描述 |
參考文獻 |
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巴比妥類藥物（Barbiturates） |
戊巴比妥鈉（pentobarbital） |
60-120 min |
50-90 mg/kg IP |
心血管和呼吸功能抑制 |
類GABA藥物，抑制去甲腎上腺素和谷氨酸鹽的釋放 |
Flecknell (1989), Hildebrand et al. (2008) |
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硫巴比妥（thiobarbital） |
10-20 min （因品系而異） |
30-40 mg/kg IP |
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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、腸梗阻和腹膜粘連 |
非管制類藥物，具有使肌肉放松和短效麻醉的作用；在小于16天的小鼠中有不確定性，在肥胖、高血糖以及轉基因小鼠中表現出不確定性；二次使用時死亡率會提高 |
Zeller et al.（1997）, Flecknell (1989), Arras et al.(2001) |
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分離麻醉劑（Dissociative Anesthetics） |
氯胺酮 （Ketamine） |
15-20 min（犬貓） |
80-100mg/kg IP |
增加顱內血流、顱內壓腦脊液壓和腦耗氧量，促進眼睛睜開而導致角膜干裂 |
對NMDA受體的拮抗作用導致麻醉，鎮痛效果明顯，其中氯胺酮是常用的麻醉藥物，替來他明的效果是氯胺酮的10倍；它們經常與其他麻醉藥聯合使用，無肌肉僵直和促驚厥作用 |
Xu et al.（2007）, Flecknell (1989) |
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替來他明（Tiletamine） |
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40/80 mg/kg IP |
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α-2腎上腺素激動劑（Alpha-2 Adrenergic Agonists） |
賽拉嗪 （Xylazine） |
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與氯胺酮聯用：100/10,65/4,100/5,100/2.5(Ketamin/Xlazine) mg/kg IP |
增加或降低血壓，增加外圍脈管系統的阻力，降低心臟的泵血，增加中央靜脈的壓力，呼吸抑制，增加高血糖，利尿以及高血尿風險 |
該組合是目前注射麻醉中應用非常廣泛的一種。α-2腎上腺素激動劑可以針對特異性受體發揮鎮痛作用，可以使用1mg/kg阿替美唑（atipamezole）逆轉。 |
Buitrago et al.（2008）, Flecknell (1989), Chari et al.（2001）,Roth et al.（2001） |
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美托咪啶（medetomidine） |
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與氯胺酮聯用：75/1 female, 50/1 male， (Ketamin/Medetomidine) mg/kg IP |
效用10倍于賽拉嗪，作用方式和逆轉方式和賽拉嗪類似 |
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吩噻嗪鎮靜劑（Phenothiazine Tranquilizers） |
乙酰丙嗪（acerpromazine） |
200-360 min |
氯胺酮+乙酰丙嗪，100/5 or 氯胺酮+賽拉嗪+乙酰丙嗪， 100/10/3 mg/kg IP |
對心血管的抑制以及降低血壓，還會降低驚厥閾值，不推薦在CNS損傷中使用 |
一種穩定劑，對呼吸系統影響較小，但并無鎮痛作用，主要用于與氯胺酮和賽拉嗪組合，加強麻醉效果 |
Buitrago et al.（2008）, Flecknell (1989), Arras et al.(2001) |
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苯二氮卓類（Benzodiazepines） |
安定，地西泮（diazepam） |
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氯胺酮+地西泮 100/5 mg/kg IP |
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水溶性，作用于GABAA受體，較低的心肺抑制，可用于心血管和代謝類疾病以及大齡動物的疾病，可以被GABA逆轉劑氟馬西尼（Flumazenil）逆轉恢復 |
Schaefer et al.（2005）, Flecknell (1989), Roth et al.（2001） |
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咪達挫侖（midazolam） |
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氯胺酮+咪達挫侖 100/5，100/3, 50/3 mg/kg IP |
脂溶性，比地西泮發揮作用更短 |
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阿片類（Opioids） |
嗎啡（Morphine） |
2-4 h |
10 mg/kg SC |
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可以一定程度上接觸激動劑帶來的副作用，諸如：呼吸抑制，心動過緩，由于組胺釋放導致的外圍血管舒張等 |
Flecknell (1989) |
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度冷丁（Meperidine） |
2-3 h |
20 mg/kg SC |
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芬太尼（Fentanyl） |
30 min |
0.06 mg/kg SC |
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丁丙諾啡（Buprenorphine） |
12 h |
2 mg/kg SC |
總之，注射式麻醉劑大都會對心肺功能產生影響，會改變心率和產生呼吸抑制，并造成血壓血糖升高等生理問題。而且其麻醉時間長短不一，難以調控，它們大都需要在肝腎代謝，會潛在地產生一定的副作用。
與之相對的是，吸入性麻醉具有諸多優點，而異氟烷則是目前吸入性麻醉的最佳選擇。憑借其快速誘導和恢復能力，它可以被應用于各種時長的手術操作中。異氟烷是一種不可燃氣體，性能穩定。它具有心臟保護和肺部抗炎作用，可以抑制促炎因子IL-1、TNF-α和IL-6的分泌。異氟烷適用于各種年齡、各個部位及各種疾病的手術，包括一些其他全麻藥不宜使用的疾病，例如癲癇、顱內壓增高、重癥肌無力、糖尿病、支氣管哮喘等。
目前，主要的研究顯示異氟烷主要通過對GABAA受體的作用而導致麻醉。它一方面可以增加GABAA受體對GABA的敏感性，另一方面還可以延長新釋放的GABA和GABAA受體的作用時間（圖1）。另外，它也可以通過對一些蛋白位點起作用，但是其在離子通道的作用對它發揮麻醉效果至關重要。
圖1 異氟烷發揮麻醉作用的位點離子通道。異氟烷是通過左邊的途徑完成的，即增加GABAA對GABA的敏感性，促進GABA與GABAA的結合時間。
成像技術的發展越來越受到科研工作者的重視，它是一種非侵入和連續監測動物參數變化的優秀工具。而幾乎所有的成像操作都需要使用麻醉劑對被測動物進行麻醉，而在不同的成像模式下選擇合適的麻醉策略對成像效果至關重要。下表是在不同成像方式下的麻醉劑選擇對比信息：
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成像方式 |
首選麻醉劑 |
特點描述 |
備注 |
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超聲 |
異氟烷 |
更加安全，在長時程操作中具有恒定的麻醉深度 |
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超聲心電圖 |
異氟烷 |
異氟烷對心臟功能幾乎沒有影響，而常規的注射類麻醉劑會降低心率，降低心臟收縮率等，會干擾實驗數據的采集 |
該技術用于轉基因鼠和心腦血管模型的疾病的分析 |
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PET/SPECT |
異氟烷 |
對顯影劑18F-FDG的分布影響更小，尤其在腦部成像和肺轉移成像中非常合適 |
利用正負電子湮滅后發射出的γ射線進行成像，對代謝類疾病成像具有優勢 |
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Micro-CT |
異氟烷 |
在長時程的心腦血管疾病、肝病和腎病等優點極為突出 |
X射線成像 |
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激光多普勒血流成像(LDF) |
異氟烷 |
該成像需要較短時間的維持和恢復，而且異氟烷對血管作用小，不像氯胺酮等藥物會收縮外圍血管和使肌層血流下降等 |
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MRI |
異氟烷 |
具有更低的呼吸抑制作用，可以控制麻醉深度，尤其針對心血管疾病更加合適 |
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BOLD-MRI |
異氟烷 |
理由同LDF |
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