動物實驗中吸入式麻醉和注射式麻醉的比較

實驗動物是研究人類疾病的重要模型，為人類闡明發(fā)病機理以及尋找新的治療策略提供了基礎(chǔ)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(zhèn)痛技術(shù)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(zhèn)靜、肌肉松弛以及無反射的狀態(tài)。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(zhuǎn)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(jù)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(jīng)常會與諸如乙酰丙嗪、甲苯噻嗪、安定（地西泮）和一些鎮(zhèn)靜類藥物聯(lián)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(yōu)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(chǎn)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(diào)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(yōu)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(zhuǎn)劑（解藥）來解除麻醉狀態(tài)；（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(nèi)臟。

接下來，本文將詳細列舉注射式麻醉劑的對比信息：

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
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)
	硫巴比妥（thiobarbital）	10-20 min      （因品系而異）	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、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(zhuǎn)基因小鼠中表現(xiàn)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)
分離麻醉劑（Dissociative Anesthetics）	氯胺酮 （Ketamine）	15-20 min（犬貓）	80-100mg/kg IP	增加顱內(nèi)血流、顱內(nèi)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(zhèn)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(jīng)常與其他麻醉藥聯(lián)合使用，無肌肉僵直和促驚厥作用	Xu et al.（2007）, Flecknell (1989)
	替來他明（Tiletamine）		40/80 mg/kg IP
α-2腎上腺素激動劑（Alpha-2 Adrenergic Agonists）	賽拉嗪 （Xylazine）		與氯胺酮聯(lián)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(tǒng)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(fā)揮鎮(zhèn)痛作用，可以使用1mg/kg阿替美唑（atipamezole）逆轉(zhuǎn)。	Buitrago et al.（2008）, Flecknell (1989), Chari et al.（2001）,Roth et al.（2001）
	美托咪啶（medetomidine）		與氯胺酮聯(lián)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(zhuǎn)方式和賽拉嗪類似
吩噻嗪鎮(zhèn)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(wěn)定劑，對呼吸系統(tǒng)影響較小，但并無鎮(zhèn)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)
苯二氮卓類（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(zhuǎn)劑氟馬西尼（Flumazenil）逆轉(zhuǎn)恢復	Schaefer et al.（2005）, Flecknell (1989), Roth et al.（2001）
	咪達挫侖（midazolam）		氯胺酮+咪達挫侖 100/5，100/3, 50/3 mg/kg IP		脂溶性，比地西泮發(fā)揮作用更短
阿片類（Opioids）	嗎啡（Morphine）	2-4 h	10 mg/kg SC		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)
	度冷�。∕eperidine）	2-3 h	20 mg/kg SC
	芬太尼（Fentanyl）	30 min	0.06 mg/kg SC
	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(chǎn)生影響，會改變心率和產(chǎn)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(diào)控，它們大都需要在肝腎代謝，會潛在地產(chǎn)生一定的副作用。

與之相對的是，吸入性麻醉具有諸多優(yōu)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(shù)操作中。異氟烷是一種不可燃氣體，性能穩(wěn)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(shù)，包括一些其他全麻藥不宜使用的疾病，例如癲癇、顱內(nèi)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(fā)揮麻醉效果至關(guān)重要。

圖1 異氟烷發(fā)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(jié)合時間。

成像技術(shù)的發(fā)展越來越受到科研工作者的重視，它是一種非侵入和連續(xù)監(jiān)測動物參數(shù)變化的優(yōu)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(guān)重要。下表是在不同成像方式下的麻醉劑選擇對比信息：

成像方式	首選麻醉劑	特點描述	備注
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
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(guī)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(shù)據(jù)的采集	該技術(shù)用于轉(zhuǎn)基因鼠和心腦血管模型的疾病的分析
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(zhuǎn)移成像中非常合適	利用正負電子湮滅后發(fā)射出的γ射線進行成像，對代謝類疾病成像具有優(yōu)勢
Micro-CT	異氟烷	在長時程的心腦血管疾病、肝病和腎病等優(yōu)點極為突出	X射線成像
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
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
BOLD-MRI	異氟烷	理由同LDF