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动物试验技术探讨——动物麻醉“唠一唠”

聊到麻醉,对于大多数人来说既熟悉又陌生。熟悉的是,我们在日常生活中经常听到这个词,尤其是在医疗环境中,无论是人的手术还是宠物的治疗,都可能会涉及到麻醉。然而,对于麻醉的真正含义、作用以及背后的科学原理,很多人却感到陌生。那么接下来,就和大家好好唠一唠麻醉这回事。

研究院的性质决定了我们需要与实验动物进行频繁而密切的接触,在这些生物学研究中,麻醉更是扮演着不可或缺的角色。但我们为什么要使用麻醉,麻醉又是何时诞生的呢?

麻醉法可以追溯到我国古代,古人尝试使用各种方法来减轻肉体上的疼痛,包括使用草药、酒精或其他自然物质来诱导一种类似麻醉的状态。例如大家从历史课本上学过的"麻沸散",其发明者是世界上第一个麻醉剂的研制和使用者--华佗。中药麻醉剂"麻沸散"的问世,对外科学发展起了极大的推动作用。随着医学的进步,人们对疼痛管理和手术安全性的需求日益增长。在公元1500-1700年间,乙醚、"笑气"和氯仿等化学物质被发现具有显著的麻醉效果。直到19世纪中叶,麻醉技术进步到一个关键节点,这些药物才开始广泛用于临床。1846年10月16日是麻醉史上一个特别重要的日子,在这一天波士顿牙医William T.G. Morton首次成功地在麻省总医院演示了乙醚的镇痛特性,并在此后多次进行其它试验最终确认乙醚可作为有效的麻醉药。在随后的几年内,麻醉操作在北美洲和欧洲广泛应用。值得一提的是,当西方医学家使用这些药物作为麻醉剂时,距离华佗发明"麻沸散"已经过去1600多年了。

但遗憾的是,由于动物福利保护法彼时尚未健全,因此兽医学界并没有立即开始使用麻醉药,在手术等实验操作上依然使用物理保定来控制动物。20世纪时,人们才意识到麻醉不仅适用于人,更适用于动物,并且其对于实验动物具有以下好处:

能够减轻实验动物的痛苦和应激反应。在进行一些需要手术操作或侵入性检查的实验时,动物可能会因为疼痛或恐惧而产生强烈的应激反应,这不仅会影响实验结果的准确性,还可能对动物的健康产生负面影响。

能够保护实验动物的生命安全。在某些实验中,如果不对动物进行麻醉,动物可能会因为剧烈的疼痛或恐惧而挣扎,这可能导致实验操作的失误,甚至危及动物的生命。

麻醉还有助于提高实验结果的可靠性。在麻醉状态下,动物的身体机能相对稳定,这有助于我们更准确地观察和研究动物的生理、病理变化。同时,动物处于麻醉状态下可以减少实验过程中的人为干扰因素,使实验结果更加客观、可靠。

起初,人们习惯于使用水合氯醛作为动物麻醉剂,它能够用于实验动物长期镇静管理,可有效减少动物的应激反应。水合氯醛的作用机制是通过增强大脑中γ-氨基丁酸的效果,从而产生镇静、催眠和抗焦虑作用。这使得它能够有效地控制动物的行为和情绪状态,便于进行各种实验操作。关键的是,它的价格较为低廉。但随着兽医学科的发展,人们逐渐意识到,水合氯醛的本质是一种镇静、催眠及抗惊厥药,可以说它并不存在镇痛的作用,因此作为麻醉剂效果差,刺激性强,毒副作用较大,在使用上可能容易导致呼吸抑制、心血管功能降低等副作用。加之其存在干扰实验结果,对实验动物不人道和有悖实验动物福利伦理审查原则等问题,因此大多数实验都不再选用水合氯醛作为动物麻醉药,取而代之的是一些既高效又安全的新型麻醉药。

根据麻醉所发挥的作用,可以将麻醉药分为全身性麻醉药和局部性麻醉药。局部麻醉药(以下简称局麻药)主要作用于动物的某一局部区域,使其失去感觉和运动功能,而对其他部位无显著影响,常用于小范围的手术或检查。常见的动物局麻药分为酯类和酰胺类两种,酯类局麻药主要包括普鲁卡因、丁卡因等,而酰胺类局麻药则包括利多卡因等。普鲁卡因一类的酯类局麻药,作用较温和,毒性较低,但其麻醉效能也较弱,持续时间短,临床上常用于局部浸润麻醉、蛛网膜下腔阻滞及腰麻等。而利多卡因一类的酰胺类局麻药,穿透力较强,起效快,作用时间长,临床上主要用于传导麻醉和硬膜外麻醉。全身麻醉药则作用于整个动物体,使其全身失去知觉和运动能力。这种麻醉药在大型手术或全身检查时非常有用,但值得注意的是使用时需要严格控制剂量,以防过量导致不必要的动物死亡。一些新型的全身麻醉药,尤其是在研究院工作时经常接触到的药物包括舒泰-50、赛拉嗪、右美托咪定、丙泊酚、异氟烷等。

舒泰-50是一种新型复合麻醉药,主要成分是替来他明和唑拉西泮,广泛用于各种动物的麻醉。具有起效快、苏醒平稳、副作用小等优点。它的安全性相对较高,产生过敏和意外发生的风险较小。为增强药效,降低不良反应,舒泰-50常与赛拉嗪联合用药。在低剂量下,对于大鼠、小鼠能产生兴奋作用,高剂量下有一定的麻醉效果,但是其对兔和豚鼠的麻醉效果不佳[1]。应注意当在新西兰兔中使用剂量大于30mg/kg时,可引起肾毒性,因此应在合理的剂量下使用,并谨慎判读肾脏指标。

赛拉嗪和右美托咪定都是α2受体激动剂,是良好的镇静剂、肌松剂、镇痛剂。其次,这类药品镇静效果是可预期的,而且具有剂量依赖性,也就是说给的剂量越高,镇静效果就会越好。但是它也存在平台期,即给药到一定剂量后,如果再持续给药镇静效果也不会再变得更好,但会加强药物的副作用。第三个特点是α2激动剂有拮抗剂,也就是解药。国内常用赛拉嗪制剂商品名为速眠新Ⅱ,其拮抗剂为苏3号(盐酸苯噁唑)。右美托咪定的拮抗剂是阿替美唑。这类药物常与上文中提到的舒泰-50联合使用,可以提高麻醉效果并减少副作用。

丙泊酚作为临床上常用的一种全身性麻醉药,通常只能以静脉注射方式用药,其麻醉起效快,麻醉效果确切,并且体内清除速率非常快。适用于需要快速诱导(如进行气管插管操作)或者时间短暂的有创性操作。在8周龄的SD大鼠体内,活性丙泊酚的有效时间约5.3min,在新西兰白兔体内只有2.1min,这表明丙泊酚对兔的麻醉效果要比其他种属差[2]。使用丙泊酚(尤其是高剂量)后,小鼠、兔、猫和猪有可能会出现呼吸暂停,因此在使用丙泊酚时,需要重点关注动物的呼吸状态,必要时需要进行正压通气,待动物恢复自主呼吸。

异氟烷是最常用的吸入式麻醉药,起效迅速且可控性好。异氟烷的麻醉深度可以根据需要,通过特定的仪器(例如呼吸麻醉机)进行调整,因此适用于各种大小的手术。在脑部手术使用异氟烷可谓高分选择。由于异氟烷能够扩张外周血管,但是对心肌的收缩性抑制作用并不明显,所以当使用异氟烷麻醉时,动物的动脉血压能够降低,但颅内压力却没有明显改变[3]。

这些新型动物麻醉药不仅提高了麻醉效果和安全性,也减少了动物的应激反应和恢复时间。但我们要清晰地认识到,没有一种麻醉药物可以适用于所有动物,也没有一种麻醉药物是没有缺点的。每种麻醉药物的麻醉效果与实验动物的生理状态,以及实验动物对疼痛的感知程度密切相关。因此选用麻醉药时,需要重点考虑动物的生理特点、种属特性以及试验目的。

以下是笔者在实际临床应用中摸索出的麻醉见解,结合研究院常用麻醉药物,通过中外相关书籍中论证所得的用药经验,在此分享给各位。

温馨提示:在第一次使用某种麻醉药物或第一次麻醉某品种的动物时,建议谨慎进行。例如,在对大量动物进行麻醉之前,先评估该方案在一到两只动物身上的安全性和有效性。随着经验的积累,可以形成自身对于不同动物以及不同药物剂量的理解。

在工作中,实验动物兽医对麻醉相关知识的储备非常重要。因为实际操作过程中,对动物进行麻醉的通常是实验人员而不是实验动物兽医,兽医常主要起到监督的作用,此时需要保证操作人员得到足够的培训。

麻醉药的合理选用能够直接影响实验数据和实验动物的福利,多数麻醉药对动物各项生理指标都有影响,甚至动物的个体差异也会对麻醉效果产生影响。因此在麻醉的选择上应充分考虑麻醉药的使用方法,以及不同种属上的差异,根据具体情况灵活调整药物的种类、剂量和给药方式,以确保麻醉效果达到最佳状态,同时保障动物的安全。

参考文献

[1] LEE M C, LEE C H, HONG S L, et al. Establishment of a rabbit model of obstructive sleep apnea by paralyzing the genioglossus[J]. JAMA Otolaryngol Head Neck Surg, 2013, 139(8):834-840.

[2] 卢晓,于灵芝,周聪颖等.常用实验动物全身性麻醉药物的使用[J].实验动物与比较医学,2022,42(01):18-25.

[3] ROALDSEN M, CIOSEK, RICHARDSEN E, et al. Isoflurane increases tolerance to renal ischemia reperfusion injury compared to propofol: an experimental study in pigs[J]. J Investig Surg, 2021, 34(4): 359-365.

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