選擇性脊髓麻醉動物模型的復制

張鵬，李耀，葉菱

（1.四川省人民醫(yī)院 麻醉科，四川 成都 610072；2.四川大學華西醫(yī)院 麻醉科，四川 成都 610041）

腦和脊髓血液循環(huán)通過大腦Willis環(huán)相互交通，能否將腦和脊髓的血液循環(huán)隔離開，單獨觀察麻醉藥對腦或者脊髓的作用，一直是麻醉醫(yī)生感興趣的話題。有學者利用體外循環(huán)技術，分別灌注山羊和新西蘭大白兔的腦和脊髓，成功實現(xiàn)了腦或者脊髓的選擇性麻醉[1-5]，但是此類模型存在過多改變動物正常解剖結構、組織損傷大、操作費時且需要特殊體外循環(huán)設備等缺點。國內學者利用乳化異氟烷既可經(jīng)靜脈給藥又通過肺排泄的特點，用山羊創(chuàng)新性地實現(xiàn)了腦或者脊髓的選擇性麻醉[6-8]。這類模型雖然最大程度地保留了動物的正常解剖結構，創(chuàng)傷小，但是存在大動物成本昂貴、又需要多人操作等缺點。本研究擬利用新西蘭大白兔節(jié)段性脊髓血供特點[9-10]，以及乳化七氟烷獨特藥代動力學優(yōu)勢，在小動物中復制一種新的選擇性脊髓麻醉模型。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

本研究經(jīng)四川省人民醫(yī)院實驗動物管理委員會批準，選取16只2～3 kg的成年雄性新西蘭大白兔，分為動脈組和靜脈組。動脈組經(jīng)腹主動脈（T12～L1）導管按8 ml/（kg·h）持續(xù)泵入乳化七氟烷；靜脈組經(jīng)右側耳緣靜脈泵入相同劑量的乳化七氟烷。

1.2 動物模型的復制

取左側耳廓中動脈置入20 G動脈留置針，以監(jiān)測有創(chuàng)動脈血壓；右側耳緣靜脈置入22 G靜脈留置針，持續(xù)泵注2～3 ml/（kg·h）乳酸林格液。利用自制面罩，新西蘭大白兔七氟烷吸入誘導后，經(jīng)口插入內徑3.0 mm氣管導管，套囊充氣，牢固固定。然后接小動物呼吸機（成都泰盟軟件有限公司）輔助機械通氣，參數(shù)為：潮氣量8 ml/kg，呼吸頻率40次/min，維持動脈血二氧化碳分壓（PaCO2）35～45 mmHg。呼吸回路連接飛利浦M1026B型麻醉氣體檢測儀[飛利浦（中國）投資有限公司]，監(jiān)測新西蘭大白兔呼氣末七氟烷濃度（C呼末）。動脈組新西蘭大白兔取腹部正中切口，經(jīng)右側股動脈直視下放入導管至腹主動脈T12～L1位置，牢固固定，縫合皮膚；靜脈組動物不做此處理。兩組新西蘭大白兔右側頸動脈、頸靜脈及右側股動脈、股靜脈穿刺置管方便抽血做血氣分析和氣相色譜分析。

實驗時，動脈組新西蘭大白兔經(jīng)腹主動脈導管持續(xù)泵入8 ml/（kg·h）乳化七氟烷（18.4 ml的30%脂肪乳注射液+1.6 ml液態(tài)七氟烷制成8%乳化七氟烷）；靜脈組新西蘭大白兔經(jīng)右側耳緣靜脈泵入相同劑量乳化七氟烷。動脈組呼吸回路的吸氣端接吸入麻醉藥吸附裝置，避免七氟烷的重復吸入，控制吸入七氟烷的濃度在0.1%以下；靜脈組無此裝置，通氣參數(shù)同動脈組。維持泵注乳化七氟烷速度不變，經(jīng)過20～30 min，當C呼末維持穩(wěn)定不變15 min時，認為七氟烷在體內達到平衡，記錄此時的C呼末及生命體征，同時從右側頸動脈、頸靜脈（代表腦中七氟烷濃度，C腦）以及右側股動脈、股靜脈（代表脊髓中七氟烷濃度，C脊髓）抽取5～6 ml血液進行血氣分析和氣相色譜分析。動脈組動物高濃度乳化七氟烷隨血流進入腰動脈，再選擇性地作用到腰段脊髓，而回到右心的血液經(jīng)肺和麻醉藥吸附劑會排泄掉大部份七氟烷，最后低濃度七氟烷再作用于腦。隨著血流乳化七氟烷全身輸注達到平衡，C脊髓＞C腦。

1.3 血液中七氟烷分壓的檢測

抽取的血液樣本中七氟烷濃度（C血）和血/氣分配系數(shù)（λ血/氣）在4890D型Agilent氣相色譜儀[安捷倫科技（中國）有限公司]上使用頂空二次平衡法測得[7]。氣相色譜設定的檢測條件為：柱溫70℃，檢測器溫度200℃，進樣口氣體溫度100℃，氮氣流速17 ml/min，載氣流速200 ml/min，氫氣流速40 ml/min。根據(jù)λ血/氣的值，計算出血液樣本七氟烷分壓（P血）=C血/λ血/氣×760 mmHg。

1.4 統(tǒng)計學方法

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件，計量資料以均數(shù)±標準差（±s）表示，平均動脈壓和心率的比較采用重復測量設計的方差分析，七氟烷λ血/氣、C血及P血之間的比較采用單因素方差分析，涉及多重比較時采用Bonferroni法，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 兩組兔不同時間點心率和有創(chuàng)平均動脈壓的比較

共16只新西蘭大白兔順利完成實驗。靜脈組新西蘭大白兔的平均體重為（2.28±0.11）kg，動脈組為（2.40±0.19）kg，兩組間比較差異無統(tǒng)計學意義（t=1.534，P=0.147）。動脈組和靜脈組在4個時間點的心率和平均動脈壓比較，采用重復測量設計的方差分析，結果：①不同時間點的平均動脈壓和心率有差異（F=6.052和5.593，P=0.008和0.005），在泵注乳化七氟烷時兩組動物的平均動脈壓均略有下降，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；②兩組間平均動脈壓和心率無差異（F=0.012和0.894，P=0.915和0.360）；③兩組平均動脈壓和心率變化趨勢無差異（F=1.103和0.050，P=0.344和0.970）。見表1和圖1、2。

表1 兩組不同時間點心率和有創(chuàng)平均動脈壓（±s）

表1 兩組不同時間點心率和有創(chuàng)平均動脈壓（±s）

注：1）與麻醉誘導時比較，P ＜0.05；2）與手術操作完成時比較，P ＜0.05

實驗結束靜脈組心率 /（次 /min） 245±14 241±18 256±7 241±9平均動脈壓/mmHg 99±7 96±8 89±51） 95±4動脈組心率 /（次 /min） 241±16 238±12 253±15 236±13平均動脈壓/mmHg 94±5 98±7 90±62） 97±8組別 麻醉誘導手術操作完成泵注乳化七氟烷

圖1 兩組不同時間點心率的變化

圖2 兩組不同時間點有創(chuàng)平均動脈壓的變化

2.2 兩組兔不同部位七氟烷λ血/氣、C血及P血的比較

靜脈組新西蘭大白兔經(jīng)耳緣靜脈以8 ml/（kg·h）泵注8%乳化七氟烷，全身到達平衡時C呼末=（2.05±0.09）%，不同部位血液中七氟烷λ血/氣、C血及P血比較差異無統(tǒng)計學意義（F=0.961、2.585和1.000，P=0.425、0.073和0.407）。動脈組新西蘭大白兔經(jīng)腹主動脈導管泵入相同劑量乳化七氟烷，全身到達平衡時C呼末=（0.98±0.08）%，頸動脈和頸靜脈血液中七氟烷λ血/氣、C血及P血比較差異無統(tǒng)計學意義（F=1.089、0.262和1.486，P=0.314、0.617和0.243）；股動脈和股靜脈血液中七氟烷λ血/氣、C血及P血比較差異無統(tǒng)計學意義（F=0.018、2.198和2.386，P=0.895、0.160和0.145）。見表2。

表2 兩組動物不同部位七氟烷λ血/氣、C血及 P血（±s）

表2 兩組動物不同部位七氟烷λ血/氣、C血及 P血（±s）

注：1）動脈組中，與股動脈七氟烷P血比較，P ＜0.05；2）與股靜脈七氟烷P血比較，P ＜0.05

血液樣本來源 λ血/氣 C血/% P血/mmHg靜脈組頸動脈 0.91±0.07 2.84±0.23 23.71±1.78頸靜脈 0.89±0.09 2.68±0.30 22.80±1.75股動脈 0.89±0.07 2.83±0.21 24.31±2.63股靜脈 0.96±0.07 3.00±0.17 24.10±1.26動脈組頸動脈 0.87±0.13 0.95±0.12 8.32±0.801）頸靜脈 0.93±0.07 0.91±0.15 7.57±1.562）股動脈 0.94±0.06 3.32±0.18 26.95±1.53股靜脈 0.94±0.09 3.49±0.26 28.21±1.71

股動脈血液中七氟烷P血與頸動脈血液中七氟烷P血比較，差異有統(tǒng)計學意義（F=934.000，P=0.001），股動脈是頸動脈的（3.26±0.37）倍。股靜脈血液中七氟烷P血與頸靜脈血液中七氟烷P血比較，差異有統(tǒng)計學意義（F=638.000，P=0.002），股靜脈是頸靜脈的（3.87±0.85）倍。

3 討論

一般來講，腦或者脊髓等實質性器官中吸入麻醉藥的濃度或者分壓是無法直接測量到的。當血液與靶器官中的麻醉藥濃度平衡時，吸入麻醉藥的分壓在兩者之間是相等的[7，11]。對于本研究而言，吸入麻醉藥到達平衡狀態(tài)時，頸動脈和頸靜脈血液中七氟烷P血等于腦組織中七氟烷P血；而股動脈和股靜脈血液七氟烷P血（無法置管采集到腰動脈，腰動脈和股動脈均是腹主動脈的直接分支，兩者近似相等）等于脊髓組織（腰骶段）七氟烷P血。靜脈組新西蘭大白兔乳化七氟烷輸注到達平衡狀態(tài)時，不同部位血液中七氟烷P血無差異，說明此時腦和脊髓中七氟烷P血是相等的，腦和脊髓一起被麻醉了。而動脈組動物到達平衡時，股動脈和股靜脈中七氟烷P血是頸動脈和頸靜脈的3～4倍，說明此時脊髓中七氟烷P血是腦的3～4倍。在保留動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)結構和血液循環(huán)完整的基礎上，本實驗成功地用新西蘭大白兔復制選擇性脊髓（腰骶段）麻醉動物模型。

本研究所選擇的新西蘭大白兔，其脊髓血供具有同節(jié)段性特點，即節(jié)段性根動脈參與同節(jié)段脊髓血液供應[9]。發(fā)自腹主動脈的腰動脈是腰段脊髓的根動脈，與相對應的脊神經(jīng)根一起由椎間孔進入椎管，營養(yǎng)同節(jié)段脊髓，它們幾乎是新西蘭大白兔腰段脊髓的唯一血供來源[9-10，12]?；谄洫毺氐募顾柩┨攸c，利用體外循環(huán)“局部性”和“選擇性”灌注技術，既往研究用新西蘭大白兔成功復制了選擇性麻醉動物模型[4-5]。ATHERLEY等[5]通過結扎新西蘭大白兔腹主動脈（腎平面水平），形成兩個并行的循環(huán)系統(tǒng)，當通過膜肺氧合器給予下半身循環(huán)1MAC異氟烷或氟烷時，下半身吸入麻醉藥的濃度是上半身的4～5倍。本課題組前期的研究改進了Atherley的模型，通過下腔靜脈引流形成2個獨立的循環(huán)系統(tǒng)，當通過膜肺氧合器給予下半身循環(huán)1.5 MAC（最低肺泡有效濃度）七氟烷時，下半身吸入麻醉藥的濃度是上半身的15～16倍[3-4]。但是，這類新西蘭大白兔選擇性麻醉動物模型存在明顯缺陷：過多改變動物正常血液循環(huán)結構，組織創(chuàng)傷大。本研究依據(jù)乳化七氟烷經(jīng)靜脈給藥又經(jīng)過肺部排泄的特點，僅利用腹主動脈導管，提供給脊髓高濃度七氟烷，成功地復制了一種小動物選擇性脊髓（腰骶段）麻醉動物模型。

利用氣相色譜頂空二次平衡法，本研究測得的七氟烷λ血/氣在0.9～1.0之間，高于新西蘭大白兔的正常值0.69[13]。吸入麻醉藥的λ血/氣易受溫度、血液成分變化和年齡等因素的影響。乳化七氟烷是以30%脂肪乳為載體，隨著輸注時間的延長，新西蘭大白兔血液中脂肪乳含量逐漸增加。根據(jù)吸入麻醉藥“容積比分配系數(shù)”的概念，新西蘭大白兔血液中每增加1 ml 30%脂肪乳，λ血/氣大約增加0.07～0.08[14]。實驗過程中，每只動物大約消耗5～6 ml乳化七氟烷。考慮到實驗器械的氣密性，經(jīng)“容積比分配系數(shù)”計算得出的七氟烷λ血/氣與本研究實測值基本一致。

雖然動脈組新西蘭大白兔經(jīng)過高流量機械通氣和吸入麻醉藥吸附劑會排泄回心血液中大部分的七氟烷，但是本研究腦中仍然殘留25%～30%的七氟烷P血。其原因一方面是因為腦和脊髓血液循環(huán)難免仍有部分交通吻合；再則是隨著輸注時間的延長七氟烷消除率也在逐漸下降。受新西蘭大白兔自身腦和脊髓血液循環(huán)的限制，本研究僅能做到腰骶段脊髓的選擇性麻醉，無法做到全節(jié)段脊髓的選擇性麻醉。即便是經(jīng)典的山羊選擇性麻醉模型，也只能做到頸段脊髓以下的選擇性麻醉[1-2，6-8]。全身麻醉機制研究中，腰骶段脊髓的選擇性麻醉在通常情況下也是能滿足大部分實驗要求，例如，觀察動物夾尾反射的制動機制研究等。盡管存在上述局限，但是本模型操作簡單也不需要特殊設備，實驗動物易得，仍具有一定實用價值。

綜上所述，利用乳化七氟烷獨特藥代動力學特點，在保留腦和脊髓正常血液循環(huán)結構基礎上，本實驗用新西蘭大白兔成功復制了一種新的小動物選擇性脊髓麻醉模型。