选择性脊髓麻醉动物模型的复制

张鹏，李耀，叶菱

（1.四川省人民医院 麻醉科，四川 成都 610072；2.四川大学华西医院 麻醉科，四川 成都 610041）

脑和脊髓血液循环通过大脑Willis环相互交通，能否将脑和脊髓的血液循环隔离开，单独观察麻醉药对脑或者脊髓的作用，一直是麻醉医生感兴趣的话题。有学者利用体外循环技术，分别灌注山羊和新西兰大白兔的脑和脊髓，成功实现了脑或者脊髓的选择性麻醉[1-5]，但是此类模型存在过多改变动物正常解剖结构、组织损伤大、操作费时且需要特殊体外循环设备等缺点。国内学者利用乳化异氟烷既可经静脉给药又通过肺排泄的特点，用山羊创新性地实现了脑或者脊髓的选择性麻醉[6-8]。这类模型虽然最大程度地保留了动物的正常解剖结构，创伤小，但是存在大动物成本昂贵、又需要多人操作等缺点。本研究拟利用新西兰大白兔节段性脊髓血供特点[9-10]，以及乳化七氟烷独特药代动力学优势，在小动物中复制一种新的选择性脊髓麻醉模型。

1 材料与方法

1.1 实验动物

本研究经四川省人民医院实验动物管理委员会批准，选取16只2～3 kg的成年雄性新西兰大白兔，分为动脉组和静脉组。动脉组经腹主动脉（T12～L1）导管按8 ml/（kg·h）持续泵入乳化七氟烷；静脉组经右侧耳缘静脉泵入相同剂量的乳化七氟烷。

1.2 动物模型的复制

取左侧耳廓中动脉置入20 G动脉留置针，以监测有创动脉血压；右侧耳缘静脉置入22 G静脉留置针，持续泵注2～3 ml/（kg·h）乳酸林格液。利用自制面罩，新西兰大白兔七氟烷吸入诱导后，经口插入内径3.0 mm气管导管，套囊充气，牢固固定。然后接小动物呼吸机（成都泰盟软件有限公司）辅助机械通气，参数为：潮气量8 ml/kg，呼吸频率40次/min，维持动脉血二氧化碳分压（PaCO2）35～45 mmHg。呼吸回路连接飞利浦M1026B型麻醉气体检测仪[飞利浦（中国）投资有限公司]，监测新西兰大白兔呼气末七氟烷浓度（C呼末）。动脉组新西兰大白兔取腹部正中切口，经右侧股动脉直视下放入导管至腹主动脉T12～L1位置，牢固固定，缝合皮肤；静脉组动物不做此处理。两组新西兰大白兔右侧颈动脉、颈静脉及右侧股动脉、股静脉穿刺置管方便抽血做血气分析和气相色谱分析。

实验时，动脉组新西兰大白兔经腹主动脉导管持续泵入8 ml/（kg·h）乳化七氟烷（18.4 ml的30%脂肪乳注射液+1.6 ml液态七氟烷制成8%乳化七氟烷）；静脉组新西兰大白兔经右侧耳缘静脉泵入相同剂量乳化七氟烷。动脉组呼吸回路的吸气端接吸入麻醉药吸附装置，避免七氟烷的重复吸入，控制吸入七氟烷的浓度在0.1%以下；静脉组无此装置，通气参数同动脉组。维持泵注乳化七氟烷速度不变，经过20～30 min，当C呼末维持稳定不变15 min时，认为七氟烷在体内达到平衡，记录此时的C呼末及生命体征，同时从右侧颈动脉、颈静脉（代表脑中七氟烷浓度，C脑）以及右侧股动脉、股静脉（代表脊髓中七氟烷浓度，C脊髓）抽取5～6 ml血液进行血气分析和气相色谱分析。动脉组动物高浓度乳化七氟烷随血流进入腰动脉，再选择性地作用到腰段脊髓，而回到右心的血液经肺和麻醉药吸附剂会排泄掉大部份七氟烷，最后低浓度七氟烷再作用于脑。随着血流乳化七氟烷全身输注达到平衡，C脊髓＞C脑。

1.3 血液中七氟烷分压的检测

抽取的血液样本中七氟烷浓度（C血）和血/气分配系数（λ血/气）在4890D型Agilent气相色谱仪[安捷伦科技（中国）有限公司]上使用顶空二次平衡法测得[7]。气相色谱设定的检测条件为：柱温70℃，检测器温度200℃，进样口气体温度100℃，氮气流速17 ml/min，载气流速200 ml/min，氢气流速40 ml/min。根据λ血/气的值，计算出血液样本七氟烷分压（P血）=C血/λ血/气×760 mmHg。

1.4 统计学方法

数据分析采用SPSS 22.0统计软件，计量资料以均数±标准差（±s）表示，平均动脉压和心率的比较采用重复测量设计的方差分析，七氟烷λ血/气、C血及P血之间的比较采用单因素方差分析，涉及多重比较时采用Bonferroni法，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组兔不同时间点心率和有创平均动脉压的比较

共16只新西兰大白兔顺利完成实验。静脉组新西兰大白兔的平均体重为（2.28±0.11）kg，动脉组为（2.40±0.19）kg，两组间比较差异无统计学意义（t=1.534，P=0.147）。动脉组和静脉组在4个时间点的心率和平均动脉压比较，采用重复测量设计的方差分析，结果：①不同时间点的平均动脉压和心率有差异（F=6.052和5.593，P=0.008和0.005），在泵注乳化七氟烷时两组动物的平均动脉压均略有下降，差异有统计学意义（P＜0.05）；②两组间平均动脉压和心率无差异（F=0.012和0.894，P=0.915和0.360）；③两组平均动脉压和心率变化趋势无差异（F=1.103和0.050，P=0.344和0.970）。见表1和图1、2。

表1 两组不同时间点心率和有创平均动脉压（±s）

表1 两组不同时间点心率和有创平均动脉压（±s）

注：1）与麻醉诱导时比较，P ＜0.05；2）与手术操作完成时比较，P ＜0.05

实验结束静脉组心率 /（次 /min） 245±14 241±18 256±7 241±9平均动脉压/mmHg 99±7 96±8 89±51） 95±4动脉组心率 /（次 /min） 241±16 238±12 253±15 236±13平均动脉压/mmHg 94±5 98±7 90±62） 97±8组别 麻醉诱导手术操作完成泵注乳化七氟烷

图1 两组不同时间点心率的变化

图2 两组不同时间点有创平均动脉压的变化

2.2 两组兔不同部位七氟烷λ血/气、C血及P血的比较

静脉组新西兰大白兔经耳缘静脉以8 ml/（kg·h）泵注8%乳化七氟烷，全身到达平衡时C呼末=（2.05±0.09）%，不同部位血液中七氟烷λ血/气、C血及P血比较差异无统计学意义（F=0.961、2.585和1.000，P=0.425、0.073和0.407）。动脉组新西兰大白兔经腹主动脉导管泵入相同剂量乳化七氟烷，全身到达平衡时C呼末=（0.98±0.08）%，颈动脉和颈静脉血液中七氟烷λ血/气、C血及P血比较差异无统计学意义（F=1.089、0.262和1.486，P=0.314、0.617和0.243）；股动脉和股静脉血液中七氟烷λ血/气、C血及P血比较差异无统计学意义（F=0.018、2.198和2.386，P=0.895、0.160和0.145）。见表2。

表2 两组动物不同部位七氟烷λ血/气、C血及 P血（±s）

表2 两组动物不同部位七氟烷λ血/气、C血及 P血（±s）

注：1）动脉组中，与股动脉七氟烷P血比较，P ＜0.05；2）与股静脉七氟烷P血比较，P ＜0.05

血液样本来源 λ血/气 C血/% P血/mmHg静脉组颈动脉 0.91±0.07 2.84±0.23 23.71±1.78颈静脉 0.89±0.09 2.68±0.30 22.80±1.75股动脉 0.89±0.07 2.83±0.21 24.31±2.63股静脉 0.96±0.07 3.00±0.17 24.10±1.26动脉组颈动脉 0.87±0.13 0.95±0.12 8.32±0.801）颈静脉 0.93±0.07 0.91±0.15 7.57±1.562）股动脉 0.94±0.06 3.32±0.18 26.95±1.53股静脉 0.94±0.09 3.49±0.26 28.21±1.71

股动脉血液中七氟烷P血与颈动脉血液中七氟烷P血比较，差异有统计学意义（F=934.000，P=0.001），股动脉是颈动脉的（3.26±0.37）倍。股静脉血液中七氟烷P血与颈静脉血液中七氟烷P血比较，差异有统计学意义（F=638.000，P=0.002），股静脉是颈静脉的（3.87±0.85）倍。

3 讨论

一般来讲，脑或者脊髓等实质性器官中吸入麻醉药的浓度或者分压是无法直接测量到的。当血液与靶器官中的麻醉药浓度平衡时，吸入麻醉药的分压在两者之间是相等的[7，11]。对于本研究而言，吸入麻醉药到达平衡状态时，颈动脉和颈静脉血液中七氟烷P血等于脑组织中七氟烷P血；而股动脉和股静脉血液七氟烷P血（无法置管采集到腰动脉，腰动脉和股动脉均是腹主动脉的直接分支，两者近似相等）等于脊髓组织（腰骶段）七氟烷P血。静脉组新西兰大白兔乳化七氟烷输注到达平衡状态时，不同部位血液中七氟烷P血无差异，说明此时脑和脊髓中七氟烷P血是相等的，脑和脊髓一起被麻醉了。而动脉组动物到达平衡时，股动脉和股静脉中七氟烷P血是颈动脉和颈静脉的3～4倍，说明此时脊髓中七氟烷P血是脑的3～4倍。在保留动物中枢神经系统结构和血液循环完整的基础上，本实验成功地用新西兰大白兔复制选择性脊髓（腰骶段）麻醉动物模型。

本研究所选择的新西兰大白兔，其脊髓血供具有同节段性特点，即节段性根动脉参与同节段脊髓血液供应[9]。发自腹主动脉的腰动脉是腰段脊髓的根动脉，与相对应的脊神经根一起由椎间孔进入椎管，营养同节段脊髓，它们几乎是新西兰大白兔腰段脊髓的唯一血供来源[9-10，12]。基于其独特的脊髓血供特点，利用体外循环“局部性”和“选择性”灌注技术，既往研究用新西兰大白兔成功复制了选择性麻醉动物模型[4-5]。ATHERLEY等[5]通过结扎新西兰大白兔腹主动脉（肾平面水平），形成两个并行的循环系统，当通过膜肺氧合器给予下半身循环1MAC异氟烷或氟烷时，下半身吸入麻醉药的浓度是上半身的4～5倍。本课题组前期的研究改进了Atherley的模型，通过下腔静脉引流形成2个独立的循环系统，当通过膜肺氧合器给予下半身循环1.5 MAC（最低肺泡有效浓度）七氟烷时，下半身吸入麻醉药的浓度是上半身的15～16倍[3-4]。但是，这类新西兰大白兔选择性麻醉动物模型存在明显缺陷：过多改变动物正常血液循环结构，组织创伤大。本研究依据乳化七氟烷经静脉给药又经过肺部排泄的特点，仅利用腹主动脉导管，提供给脊髓高浓度七氟烷，成功地复制了一种小动物选择性脊髓（腰骶段）麻醉动物模型。

利用气相色谱顶空二次平衡法，本研究测得的七氟烷λ血/气在0.9～1.0之间，高于新西兰大白兔的正常值0.69[13]。吸入麻醉药的λ血/气易受温度、血液成分变化和年龄等因素的影响。乳化七氟烷是以30%脂肪乳为载体，随着输注时间的延长，新西兰大白兔血液中脂肪乳含量逐渐增加。根据吸入麻醉药“容积比分配系数”的概念，新西兰大白兔血液中每增加1 ml 30%脂肪乳，λ血/气大约增加0.07～0.08[14]。实验过程中，每只动物大约消耗5～6 ml乳化七氟烷。考虑到实验器械的气密性，经“容积比分配系数”计算得出的七氟烷λ血/气与本研究实测值基本一致。

虽然动脉组新西兰大白兔经过高流量机械通气和吸入麻醉药吸附剂会排泄回心血液中大部分的七氟烷，但是本研究脑中仍然残留25%～30%的七氟烷P血。其原因一方面是因为脑和脊髓血液循环难免仍有部分交通吻合；再则是随着输注时间的延长七氟烷消除率也在逐渐下降。受新西兰大白兔自身脑和脊髓血液循环的限制，本研究仅能做到腰骶段脊髓的选择性麻醉，无法做到全节段脊髓的选择性麻醉。即便是经典的山羊选择性麻醉模型，也只能做到颈段脊髓以下的选择性麻醉[1-2，6-8]。全身麻醉机制研究中，腰骶段脊髓的选择性麻醉在通常情况下也是能满足大部分实验要求，例如，观察动物夹尾反射的制动机制研究等。尽管存在上述局限，但是本模型操作简单也不需要特殊设备，实验动物易得，仍具有一定实用价值。

综上所述，利用乳化七氟烷独特药代动力学特点，在保留脑和脊髓正常血液循环结构基础上，本实验用新西兰大白兔成功复制了一种新的小动物选择性脊髓麻醉模型。