自主呼吸麻醉下家兔单肺呼吸模型的建立

郭志华　殷伟强　王炜　何建行▲

1.广州医科大学附属第一医院胸外科，广东广州510120；2.广州呼吸疾病研究所胸外科，广东广州510120；3.呼吸疾病国家临床研究中心，广东广州510120

自主呼吸麻醉下家兔单肺呼吸模型的建立

郭志华1，2，3殷伟强1，2，3王炜1，2，3何建行1，2，3▲

1.广州医科大学附属第一医院胸外科，广东广州510120；2.广州呼吸疾病研究所胸外科，广东广州510120；3.呼吸疾病国家临床研究中心，广东广州510120

目的探讨建立自主呼吸麻醉下兔单肺呼吸实验模型的方法。方法健康雄性新西兰大白兔共10只，将戊巴比妥配成1%的溶液，按3 mL/kg（30 mg/kg）于兔耳缘静脉缓慢注射进行诱导麻醉。予以自制面罩辅助给氧（氧流量4 mL/h）。右侧卧位后经左第6肋间开一大小约1 cm×1 cm切口观察肺萎陷情况，以左肺通气膨胀到萎陷为单肺呼吸模型建立成功。单肺呼吸2 h后，缝合胸壁后通过注射器抽取胸腔内气体实施肺复张。分别于单肺呼吸前（T0）、单肺呼吸30 min（T1）、单肺呼吸2 h（T2）和恢复双肺呼吸30 min（T3）4个时间点记录兔的心率、动脉压和动脉血气分析结果。结果实验中兔的血流动力学稳定，各时间点心率、平均动脉血压比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。与T0时点比较，T2时点的pH显著降低（P＜0.05），其余时点间pH差异均无统计学意义（P＞0.05）。各时点间动脉血二氧化碳分压差异均无统计学意义（P＞0.05）。与T0时点比较，T1和T2时点的动脉氧分压均显著降低（P＜0.05）；与T1时点比较，T3时点的动脉氧分压显著升高（P＜0.05）；与T2时点比较，T3时点的动脉氧分压显著升高（P＜0.05）。自主呼吸状态下麻醉效果良好，而且操作方便，各时点动脉血气变化规律与临床一致。结论通过自制吸氧面罩可以建立新西兰大白兔自主呼吸麻醉下单肺呼吸模型。此模型简单方便，费用低，成功率高，适用于研究自主呼吸麻醉下相关的肺和远隔器官损伤病理生理机制。

自主呼吸麻醉；单肺呼吸；模型；动物

目前自主呼吸麻醉技术已在部分胸科手术中得以应用［1-3］，但其临床的安全性尚需进一步验证，深入研究与自主呼吸麻醉下胸外科手术期间相关的机体病理生理改变，阐明发病机制，有利于进一步指导临床手术麻醉方式的选择。但目前暂无花费较少、便于操作的动物模型，使得这项研究开展受到限制。兔的呼吸系统解剖及主要生理指标与人体相近，且来源广泛，生存能力较强，是研究自主呼吸麻醉胸外科手术的理想动物。本研究采用自制吸氧面罩建立与临床相似的兔自主呼吸麻醉下单肺呼吸模型。

1　材料与方法

1.1材料

1.1.1实验动物健康雄性新西兰大白兔10只，体重（2.5±0.3）kg，南方医科大学实验动物中心提供（许可证号：SCXK粤2011-0015）。

1.1.2实验仪器戊巴比妥麻醉药（Merck），医用氧气1桶，自制氧气面罩1个，医用胶布，兔手术台1部，动物开胸器械。手术台灯1盏、多功能监护仪（Mindray），血气分析仪I-State（美国雅培公司），数码相机1部，静脉注射泵1个，动脉压力转换器（BD，新加坡）1个，保暖灯1盏。

1.2实验方法

1.2.1吸氧面罩的制作小号吸耳球1只，将其膨大部分的底部剪开1个直径约3 cm的圆口，再在膨大部分侧壁剪3个直径约3 mm的小孔，改装成一个简易的文丘里面罩，其圆口可以把家兔的口和鼻均罩紧，而吸耳球的吸管段通过1个2 mL注射器与吸氧管连接。见图1。

图1　自制兔吸氧面罩

1.2.2麻醉及手术操作健康雄性新西兰大白兔术前均未给药，术前禁食禁饮12 h。戊巴比妥钠粉剂加生理盐水溶解，配成1%水剂，按3 mL/kg（30 mg/kg）于耳缘静脉注射。诱导成功后置家兔于仰卧位并固定四肢。予以自制面罩辅助给氧（氧流量4 mL/h）。2%利多卡因局麻下游离兔右下肢股动脉穿刺置管通过动脉压力转换器（BD，新加坡）测心率和平均动脉压（MAP），采集动脉血。2%利多卡因局麻下游离股静脉，穿刺置管（24G套管针），予生理盐水10 mL/（kg·h）输注。若股静脉穿刺失败，予丝线结扎后行耳缘静脉穿刺放置静脉留置针，同样接生理盐水进行静脉补液。诱导成功后约2 h经留置针使用恒速微量泵1 mL/h·kg给予戊巴比妥，睫毛反射多数为迟钝，呼吸频率都适中，刺痛反应多数都有。

麻醉完成后将新西兰大白兔置于右侧卧位固定，行左侧开胸，于第6肋间予2%利多卡因逐层浸润麻醉，逐层切开皮肤、肌肉，切开胸膜，开一大小约1 cm× l cm的术口，观察肺萎陷情况，以左肺通气膨胀到萎陷为单肺通气模型建立成功。注意不要损伤到肺组织，开胸可见肺萎陷，关胸前检查确认无胸腔内出血及肺漏气，先用4号丝线跨肋间缝合，一般为3针，紧密缝合，部分学者采用采用无菌针头抽出胸腔残余气体［4-5］。考虑使用针头抽取气体容易引起肺脏层胸膜破损导致气胸，肺复张不良。本实验采取20 mL注射器连接留置针管道（头部剪除留置针），将软管伸入胸腔作排气管道，抽吸残气，以排出胸内气体，不需要引流管和穿刺排气。缝合各层肌肉及皮肤。整个试验过程中维持室温26～28℃，并予保暖灯照射保暖。左侧气胸后通过注射器抽取胸腔内气体实施肺复张，通过X线检查证实此方法可行，使萎陷肺完全复张。见图2。

图2　兔左侧开胸及肺复张后X线检查结果

1.2.3观察指标在单肺呼吸前（T0）、单肺呼吸30 min（T1）、单肺呼吸2 h（T2）和恢复双肺呼吸30 min（T3）4个时间点记录心率、MAP，并经股动脉采集动脉血0.5 mL做动脉血气分析，测定各观察时间点酸碱度（pH）值、动脉二氧化碳分压（PaCO2）、动脉氧分压（PaO2）和氧饱和度（SaO2）。

1.3统计学方法

采用SPSS 19.0统计学软件进行数据分析，计量资料数据用均数±标准差（x±s）表示，重复测量资料各组间比较，采用方差分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1各时间点血流动力学比较

各时间点心率、MAP比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

表1　各时间点血流动力学比较（n=10，±s）

表1　各时间点血流动力学比较（n=10，±s）

注：1 mmHg=0.133 kPa；HR：心率；MAP：平均动脉压

时间HR（次/mim）MAP（mmHg）T0 T1 T2 T3 F值P值233.60±14.29 238.00±27.85 235.60±23.16 234.30±17.69 0.082 0.969 92.10±9.75 94.20±8.22 93.60±8.07 94.70±8.33 0.066 0.978

2.2各时间点血气分析值比较

与T0时点比较，T2时点的pH显著降低（P＜0.05），其余时点间pH差异均无统计学意义（P＞0.05）。各时点间PaCO2差异均无统计学意义（P＞0.05）。与T0时点比较，T1和T2时点的PaO2均显著降低（P＜0.05）；与T1时点比较，T3时点的PaO2显著升高（P＜0.05）；与T2时点比较，T3时点的PaO2显著升高（P＜0.05）。SaO2维持100%，无变化。见表2。

表2　各时间点血气分析值比较（n=10，x±s）

3　讨论

单肺通气开胸手术在在临床上应用相当普遍，但单肺通气也会引起很多的并发症，如机械通气性肺损伤、低氧血症、复张性肺水肿等［6-8］。国内外有学者通过建立单肺通气动物模型研究其相关损伤［9-10］。但在动物实验中应用自主呼吸麻醉技术建立单肺呼吸动物模型尚未见有文献报道。

在单肺通气的实验动物选择上，既往多选择大型动物如狗、猪［11-13］，但需要较多人力，麻醉和实验操作难度大，费用较高，而小动物如鼠侧需要精细的外科操作技术，不适合本实验要求。选择兔是因为其呼吸系统解剖和主要生理指标与人体相近，且来源广泛，性情温顺、生存能力较强，便于操作，是理想的实验动物。

本实验建立的自主呼吸麻醉下家兔开胸手术模型，避免了行颈部气管切开或经口行气管插管，具有简便、易操作、可重复、损伤小的优点，更符合肺的生理条件，是真正意义下的非气管插管完全自主呼吸麻醉下的单肺呼吸模型。模型建立后，心率、pH值、Pa-CO2和PaO2变化规律与临床一致。心率、MAP、SaO2和PaCO2值在各时间点维持稳定，各时间点间差异均无统计学意义（P＞0.05）。PaO2在开胸后30 min显著下降（P＜0.05），开胸后2 h虽然PaO2有所上升，但仍显著低于开胸前；恢复双肺呼吸30 min后PaO2基本可恢复至开胸前的水平。

在兔单肺通气模型的建立中，作者实验中主要有如下体会：①手术操作：经左侧第6肋间进胸，开一大小约1 cm×1 cm的切口，逐层分离，动作轻柔，避免损失肺脏层胸膜，以免漏气影响实验结果，注意严格遵循无菌操作。关胸时予注射器连接细管抽吸残气时一边抽吸一边向外拔出管道，直至抽吸有阻力时快速拔除，使肺组织更完全地膨胀，这样可有效减少胸内残留气体，不需要胸腔引流。②从麻醉诱导开始就注意予面罩吸氧，避免麻醉期间麻醉药呼吸抑制引起的低氧血症产生。经鼻和口面罩给氧，保证自主呼吸麻醉下足够的氧供，维持相对较长手术时间。兔的口和鼻外形特殊，没有专用的鼻导管或给氧面罩，也没有专用的喉罩。通过对小号吸耳球改装的面罩可以罩住家兔的口和鼻。氧气经狭窄的洗耳球尾部进入面罩，由于喷射入面罩的气流大于兔吸气时的最高流速和潮气量，所以吸氧浓度恒定，因高流速的气体不断冲洗面罩内部，面罩上的小孔可以排出气体，兔呼出的二氧化碳难以在面罩中滞留，故基本无重复呼吸。③动物在麻醉期体温容易下降，除手术原因外戊巴比妥也是体温下降的一个原因。戊巴比妥导致体温下降主要原因为：①抑制体温调节：下丘脑是体温调节中枢，抑制下丘脑的活动导致散热大于产热；②戊巴比妥的抑制代谢产热作用：可直接扩张血管，使代谢降低20%～30%［14］。整个试验过程中维持26～28℃的室温，术中通过采用保温灯照射及覆盖无菌手术巾来维持兔体温。④麻醉药物使用：戊巴比妥属于中枢镇静催眠药，静脉给药起效快，但容易引起呼吸抑制，对呼吸的抑制作用与药物剂量和静脉注射的速度有关，给药过量或者给药速度过快都容易引起呼吸抑制而死亡［12］。在麻醉诱导时应注意注射速度，推注药物的同时应观察眼睑的反射和呼吸的变化情况，动物死亡的主要原因应为呼吸抑制。通常静脉注射戊巴比妥的浓度为3%［16-18］。周洁等［19］研究证实3%戊巴比妥钠麻醉后，动物的麻醉死亡率也较1%戊巴比妥钠高，因此，为了提高实验麻醉诱导的安全性和成功率，本实验将静脉注射戊巴比妥钠的浓度降为1%，降低药物浓度可减缓同时进入兔体内的药量，增加注射时间，根据兔的反应及时调整用量。戊巴比妥镇静催眠效果明显，但镇痛作用差，麻醉较浅时动物对疼痛刺激有反应，因此在分离股动静脉及开胸时需予利多卡因局部麻醉。利多卡因局部作用迅速，渗透作用强，局部刺激小，可显著减少切皮及分离组织时疼痛，进而减少戊巴比妥的用量及降低全麻引起呼吸抑制的可能性。

自制氧气吸入面罩适合建立兔自主呼吸麻醉开胸手术模型。此模型可用于研究与自主呼吸麻醉胸科手术相关的高碳酸血症和肺损伤的病理生理机制，从而进一步研究临床防治策略。本研究通过自制吸氧面罩建立了真正意义的非气管插管自主呼吸麻醉兔开胸手术模型，减少了实验难度，降低动物和相关手术设备的费用。

［1］Dong QL，Liang LX，Li YF，et al.Anesthesia with nontracheal intubation in thoracic surgery［J］.J Thorac Dis，2012，4（2）：126-130.

［2］Chen KC，Cheng YJ，Hung MH，et al.Nonintubated thoracoscopic lung resection：a 3-year experience with 285 cases in a single institution［J］.J Thorac Dis，2012，4（4）：347-351.

［3］Guo Z，Shao W，Yin W，et al.Analysis of feasibility and safety of complete video-assisted thoracoscopic resection of anatomic pulmonary segments under non-intubated anesthesia［J］.J Thorac Dis，2014，6（1）：37-44.

［4］薛强，屈谦，杜永洪，等.兔VX肺癌模型的建立及生物学特性观察［J］.中华实验外科杂志，2001，18（9）：478.

［5］Goldberg SN，Gazelle GS，Compton CC，et al.Radio-frequency tissue ablation of VX2 tumor nodules in the rabbit lung［J］.Acad Radiol，1996，3（11）：929-935.

［6］Senturk M，Layer M，Pembeci K，et al.A comparison of the effects of 50%oxygen combined with CPAP to the non-ventilated lung vs.100%oxygen on oxygenation during one-lung ventilation［J］.Anasthesiol Intensivmed Notfallmed Schmerzther，2004，39（6）：360-364.

［7］Wake M，Sanagawa Y，Okamoto Y.A case of anesthetic management for re-expansion pulmonary edema of the dependent lung saved by superimposed HFJV during one lung ventilation for the thoracoscopic operation associated with bilateral pneumothorax［J］.Masui，2000，4（6）：643-645.

［8］Gama de Abreu M，Heintz M，Heller A，et al.One-lung ventilation with high tidal volumes and zero positive endexpiratory pressure is injurious in the isolated rabbit lung model［J］.Anesth Analg，2003，96（1）：220-228.

［9］Nakamura M，Fujishima S，Sawafuji M，et al.Importance of interleukin-8 in the development of reexpansion lung injury in rabbits［J］.Am J Respir Crit Care Med，2000，161（3）：1030-1036.

［10］屈正，孙衍庆，谭一忠，等.家兔拟主动脉瘤手术单肺通气模型［J］.心肺血管病杂志，1995，14（1）：44-45.

［11］Riquelme M，Monnet E，Kudnig ST，et al.Cardiopulmonary changes induced during one-lung ventilation in anesthetized dogs with a closed thoracic cavity［J］.Am J Vet Res，2005，66（6）：973-977.

［12］Bund M，Henzler D，Walz R，et al.Aerosolized and intravenous prostacyclin during one-lung ventilation.Hemodynamic and pulmonary effects［J］.Anaesthesist，2004，53（7）：612-620.

［13］Russell WJ，James MF.The effects on arterial haemoglobin oxygen saturation and on shunt of increasing cardiac output with dopamine or dobutamine during one-lung ventilation［J］.Anaesth Intensive Care，2004，32（5）：644-648.

［14］邵伟，陈喜炎，李志强，等.普鲁卡因-芬太尼静脉麻醉下体温变化及温度调节反应的观察［J］.临床麻醉学杂志，1995，11（1）：18-191.

［15］施献猷．现代医学实验动物学［M］．北京：人民军医出版社，2000：217-218.

［16］刘秋菊，王元占.戊巴比妥钠与安定在实验家兔手术麻醉中的应用［J］.北京实验动物科学与管理，1994，11（l）：22-23.

［17］梅世昌，乔伯英.动物实验麻醉剂的选择［J］.北京实验动物科学，1992，9（2）：25.

［18］刘生光，郭从陆，何长林，等.实验动物用巴比妥类药麻醉的体会［J］.蚌埠医学院学报，1984，5（2）：153.

［19］周洁，张稳燕，孟勇．静脉注射不同浓度戊巴比妥钠对兔麻醉死亡率的影响［J］．实验动物科学，2011，28（6）：67-68．

Building one-lung respiration model in rabbits under spontaneous respiration anesthesia

GUO Zhihua1，2，3YIN Weiqiang1，2，3WANG Wei1，2，3HE Jianxing1，2，3▲
1.Department of Cardiothoracic Surgery，the First Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University，Guangdong Province，Guangzhou510120，China；2.Department of Cardiothoracic Surgery，State Key Lab of Respiratory Disease，Guangdong Province，Guangzhou510120，China；3.National Clinical Research Center for Respiratory Disease，Guangdong Province，Guangzhou510120，China

Objective To build an experimental model of one-lung respiration model in rabbits under spontaneous respiration anesthesia.Methods Ten healthy New Zealand white rabbits were anesthetized with 1%sodium pentobarbital 3 mL/kg（30 mg/kg）intravenously administered through the ear vein.A homemade oxygen mask was cover the nose and mouth with 4 mL/h oxygen was used during the study.After the rabbits were fixed to right lateral position，the sixth of left intercostal space was opened a small incision（1 cm×1 cm）to observe the lung collapse.The spontaneous respiration model was successfully established according to the left lung from expansion to collapse.Heart rate，mean arterial pressure and arterial blood gases were recorded in four phases:before thoracic surgery（T0），30 min after operation（T1），2 hours after operation（T2）and 30 minutes after returning to two-lung spontaneous respiration（T3）.Results The hemodynamic was stable in the experiment.Effective of rabbit model under spontaneous respiration anesthesia was satisfactory，safety and convenient.HR and MAP at different time point had no significant difference（P＞0.05）.Further analysis of blood gas，the results showed that the comparison of T0，pH at T2was significant lower（P＜0.05），the other observations of pH at different time point had no statistical difference（P＞0.05），PaCO2of each group had no difference at different time point（P＞0.05）.Compared with T0，PaO2was significantly lower than that at T1and T2（P＜0.05）.Compared with T1，PaO2was significantly higher than that at T3（P＜0.05）.Compared with T2，PaO2was significantly higher than that at T3（P＜0.05）；the changes of arterial blood in each phase gases were sim-ilar to clinical.Conclusion The rabbit model of spontaneous respiration is easy to perform with self-made oxygen mask and can reduce the spending of animals and equipments.This model is suitable for the investigation of the pathophysiological mechanism in lung and remote organ injury induced by spontaneous respiration anesthesia.

Spontaneous respiration anesthesia；One-lung respiration；Model；Animal

R655

A

1673-7210（2015）09（a）-0004-04

2015-04-20本文编辑：任念）

广东省广州市科信局重大民生攻关专项（2011Y2-00024）。

郭志华（1984.6-），男，广州医科大学胸外科专业2010级在读硕士研究生；研究方向：快速康复在微创胸外科的应用。