區域麻醉動物模型的探索和展望

胡 建許 敏曾 燕張俊濤王 嬌楊 靜*

(1.四川大學華西醫院,成都 610041;2.四川綿陽四〇四醫院,四川綿陽 621000)

區域麻醉是指利用局部麻醉藥來阻滯痛覺傳導的一種麻醉方式,包括椎管內麻醉、神經叢阻滯和外周神經阻滯等。因其具有良好的操作性、滿意的鎮痛效果、較高的經濟適用性,在臨床廣泛應用。隨著近年來超聲等可視化輔助技術的廣泛應用,區域麻醉安全性、有效性進一步提高,新的區域麻醉方法也不斷涌現,不僅越來越得到臨床麻醉工作者的青睞,也吸引了眾多研究者的關注,致力于探索新的區域麻醉方法與開發新型局部麻醉藥。然而,目前對區域麻醉的科學研究卻進展緩慢,其中一個重要的原因是缺乏效果明確、易于測定的區域麻醉動物模型。在區域麻醉的研究中,評價局部麻醉藥的效果及毒性反應,研發新型的局部麻醉藥及其佐劑,評估其有效性、安全性和藥代動力學特點;研究急性與慢性疼痛的發生與發展機制以及區域麻醉鎮痛機制,都需要穩定可靠的區域麻醉動物模型。此外,深入探索新的區域麻醉方法及其作用機制,改善動物的手術麻醉與術后鎮痛方法也需要探索動物的區域麻醉方法。近年來,在新的可視化工具的輔助下,區域麻醉動物模型的建立取得了很大進步。本文對區域麻醉動物模型的類型與建立方法,區域麻醉動物模型如何推動區域麻醉的發展作一綜述,并探討未來的發展。

1 區域麻醉動物模型—椎管內麻醉

椎管內麻醉是指將麻醉藥物注入椎管內(蛛網膜下腔或硬膜外腔),脊神經根受到阻滯使該神經根支配的相應區域產生麻醉作用,統稱為椎管內麻醉,見表1。根據注入位置不同,可分為硬膜外麻醉、蛛網膜下腔麻醉、腰硬聯合麻醉、骶管麻醉。從1898年August Bier利用丁卡因完成了人類第一例脊髓麻醉后,椎管內麻醉在臨床中得到了廣泛的應用[1]。

1.1 硬膜外麻醉

硬膜外麻醉在臨床應用中較為常見,動物實驗也有相關報道。Freire等[2]建立了狗硬膜外麻醉模型,結果提示局部麻醉藥劑量對硬膜外麻醉的效果起著重要的作用。為了探索異氟烷的區域麻醉效果,Chai等[3]建立了兔持續硬膜外麻醉模型,并利用該模型證實了乳化的異氟烷在產生完全可逆的硬膜外麻醉效果時,并不會影響兔的意識水平。為了評估硬膜外導管放置位置的準確性,Garcia-Pereira等[4]利用狗硬膜外麻醉模型,證明在神經電刺激引導下可以準確放置硬膜外導管,Otero等[5]與Otero等[6]分別在新西蘭兔和貓硬膜外穿刺模型證明以上觀點。近年來,局部麻醉藥聯合佐劑的應用也越來越多,Dos等[7]建立了山羊硬膜外麻醉模型,結果證明與單用布比卡因相比,布比卡因聯合美沙酮更能提供有效的鎮痛。同樣地,Adami等[8]和Lardone等[9]分別建立狗硬膜外麻醉模型證明了以上觀點。為了探索其可能導致的并發癥,Gamble等[10]建立了豬持續硬膜外鎮痛模型,結果證實持續硬膜外鎮痛存在硬膜下出血、脊髓深部損傷、導管誤入蛛網膜下腔等并發癥。并且,Dias等[11]和Steagall等[12]分別建立了狗硬膜外麻醉模型,提到可能引起心肺功能損害、神經毒性以及其他不良反應。持續硬膜外鎮痛是一種常用的有價值的鎮痛技術,Edmondson[13-14]建立了牛持續硬膜外麻醉模型,將硬膜外導管從牛第一和第二尾椎之間置入硬膜外間隙,并注入局部麻醉藥,可為患有慢性直腸和陰道脫垂的牛提供安全和有效的麻醉與鎮痛。建立硬膜外麻醉模型常選用大鼠、兔、貓、狗、山羊、豬、牛等動物,麻醉方法大同小異,同時硬膜外麻醉有神經損傷、硬膜外腔出血、硬膜外腔感染、穿破硬腦膜和全脊髓麻醉等風險也值得關注。

1.2 蛛網膜下腔麻醉

蛛網膜下腔麻醉是指將局部麻醉藥通過相應的節段注入到蛛網膜下腔中達到麻醉目的。2008年,Novello等[15]在吸入麻醉鎮靜下,在狗的L5-L6椎體間隙進行穿刺(如圖1),將布比卡因和嗎啡注入狗的蛛網膜下腔,完成了狗蛛網膜下腔麻醉,證實了該方法具有良好的麻醉與術后鎮痛效果。異氟烷是一種常用的吸入麻醉藥,為了探索其蛛網膜下腔麻醉效果,Hung等[16]在大鼠L4-L5椎體間隙進行穿刺,建立了大鼠蛛網膜下腔麻醉模型,結果與利多卡因相比,異氟烷的麻醉效果較差,但持續時間較長。并且,Zhou等[17]建立了狗蛛網膜下腔麻醉模型,結果表明乳化異氟烷產生劑量依耐性的蛛網膜下腔麻醉,其作用機制可能與通過抑制脊髓內電壓門控鈉離子通道有關。

已知新的局部麻醉藥美金剛可用于皮膚局部麻醉,但其蛛網膜下腔麻醉效果未知。Chen等[18]在大鼠L4-L5椎體間隙進行穿刺,在蛛網膜下腔分別注入美金剛和利多卡因,結果發現美金剛在運動功能、本體感覺和痛覺上產生劑量依賴的蛛網膜下腔麻醉,其麻醉效果不如利多卡因,但持續時間較長。蛛網膜下腔麻醉常用模型動物選擇與硬膜外差別不大,相較于硬膜外麻醉更主要是呼吸抑制、血壓下降、心動過緩、尿潴留等風險。

圖1 狗L5-L6蛛網膜下腔阻滯模型示意圖Figure 1 Schematic diagram of L5-L6 spinal block model in dogs

表1 椎管內麻醉動物模型Table 1 Animal models of intravertebral anesthesia

1.3 腰硬聯合麻醉

為了探索腰硬聯合麻醉的麻醉效果,Novello等[19]建立了狗腰硬聯合麻醉模型,在狗L5～L6椎體間隙進行穿刺,并向頭端置入硬膜外導管,在L6-L7椎體間隙進行穿刺,將布比卡因和芬太尼注入蛛網膜下腔,然后在硬膜外腔注入嗎啡,結果發現腰硬聯合麻醉可以為盆腔及直腸旁區手術提供良好的麻醉鎮痛效果。進一步的研究表明,在腰硬聯合麻醉時,采用較小的穿刺針可減少局部麻醉藥從硬膜外腔進入蛛網膜下腔,進而降低麻醉風險[20]。腰硬聯合麻醉是硬膜外麻醉與蛛網膜下腔麻醉的結合,聯合麻醉方式可發揮兩種麻醉方式的優點,但不可避免的承繼不足與風險。

1.4 椎管內麻醉動物模型各種方法的比較

為了比較椎管內麻醉各種方法入路的優劣,研究者做了相關研究。Sarotti等[21]建立了狗硬膜外麻醉模型和蛛網膜下腔麻醉模型,硬膜外麻醉組在L7-S1椎體間隙進行穿刺,蛛網膜下腔麻醉組在L5-L6椎體間隙進行穿刺,均注入布比卡因和嗎啡,結果提示蛛網膜下腔麻醉具有手術失敗率低、術中鎮痛失敗率低和運動阻滯消退快等優點,因此,蛛網膜下腔麻醉相對于硬膜外麻醉具有一定優勢。Kirihara等[22]為了比較硬膜外麻醉和蛛網膜下腔麻醉在神經系統并發癥方面的差異,在大鼠L4-L5椎體間隙進行穿刺,蛛網膜下腔組和硬膜外腔組分別置入導管,并注入不同劑量、不同濃度的利多卡因,結果提示硬膜外麻醉后的神經系統并發癥少于蛛網膜下腔麻醉。

硬膜外麻醉模型、蛛網膜下腔麻醉模型和腰硬聯合麻醉模型較為常見,綜合以上內容,三種模型都令研究者們感到滿意,但是,腰硬聯合麻醉模型較其他兩種模型效果更佳。

2 區域麻醉模型—神經叢及神經阻滯

2.1 股神經阻滯

股神經阻滯是臨床上常用的一種神經阻滯方法。在鎮靜的狗,Portela等[23]在神經電刺激定位下經髂前外側入路進行股神經阻滯,結果表明這種方法可為狗的后肢手術提供良好的術中及術后鎮痛。同樣在鎮靜的狗,Shimada等[24]在超聲引導下經側腹下腹股溝入路進行股神經阻滯,結果證實經此入路股神經阻滯有起效時間短、持續時間長的特點。Haro等[25]利用超聲引導進行貓股神經阻滯,證實CT能幫助超聲引導下穿刺針位置的準確性以及明確藥物的擴散情況。股神經阻滯模型動物主要有貓、狗和山羊等,股神經在這些動物的走行有相似,在麻醉操作中也有許多相似之處,雖在可視超聲引導下,但還是有神經損傷、局部出血和局麻藥中毒等風險。

2.2 坐骨神經阻滯

坐骨神經阻滯在臨床上應用較為常見,在動物模型中也有大量的研究。布比卡因是一種應用比較廣泛的局部麻醉藥,有其相關神經損傷的報道,Memari等[26]建立大鼠坐骨神經阻滯模型,結果布比卡因會引起周圍神經損傷,并且,布比卡因中加入鹽酸右美托咪定可減輕其所致的神經損傷。QXOH是一種新型的合成局部麻醉藥,為了研究其作用效果,Zhang等[27]應用QX-OH行大鼠坐骨神經阻滯,結果提示QX-OH有神經阻滯持續時間長、應用風險較低的特點。右美托咪定在臨床中使用較為常見,通常用于患者機械通氣時的鎮靜,Brummett等[28]證實了右美托咪定加入到布比卡因中,可延長大鼠坐骨神經感覺和運動的阻滯時間,并可以減輕布比卡因引起的急性神經炎性炎癥。另外,Ickowicz等[29]合成一種新型布比卡因-聚合物,可以延長大鼠坐骨神經感覺和運動阻滯的持續時間。布比卡因脂質體是一種緩釋制劑的局部麻醉藥,其神經毒性尚不明確,Damjanovska等[30]建立了豬坐骨神經阻滯模型,結果提示布比卡因脂質體無引起神經損傷的組織學證據。在狗坐骨神經阻滯模型發現,降低推注局部麻醉藥的壓力可降低神經并發癥的風險[31]。結合相關研究,坐骨神經阻滯方法適用于大鼠、狗、山羊和豬等動物,在超聲引導下操作方便,但還是有神經損傷、局部出血和局麻藥中毒等風險。

2.3 股神經和坐骨神經聯合阻滯

Waag等[32]建立了超聲引導下山羊坐骨神經和股神經聯合阻滯模型,該研究對坐骨神經和股神經的定位提供了詳細的解剖學描述,認為這是一種安全、有效、簡便、快速、成功率高的外周神經阻滯技術,可以安全應用于山羊下肢手術麻醉及術后鎮痛[33-34]。并且,MRI也是實驗者常用的一項可視化技術,Evangelista等[35]利用MRI評估了鹽酸布比卡因在神經刺激器引導下貓股神經和坐骨神經阻滯中的分布情況。股神經和坐骨神經聯合阻滯方式可發揮兩種阻滯方式的優點,但不可避免的承繼不足與風險。

2.4 臂叢神經阻滯

臂叢神經阻滯主要用于上肢手術的麻醉,動物模型的研究也有相關報道。Zhang等[36]建立了大鼠臂叢神經阻滯模型,在神經刺激器引導下成功定位臂叢神經,注入局部麻醉藥后出現上肢完全的運動和感覺阻滯。在狗臂叢神經阻滯模型,發現利多卡因中加入腎上腺素(20 mg/mL的利多卡因與0.01 mg/mL的腎上腺素用無菌生理鹽水以1∶1的體積比稀釋,利多卡因總量按6 mg/kg給藥),可以降低其吸收速率并延長吸收時間[37]。在鎮靜的兔,Mencalha等[38]進行了超聲引導下的腋路臂叢神經阻滯,證實在熟悉了臂叢神經的解剖結構后,利用超聲可以提高臂叢神經阻滯的安全性和有效性。研究者利用大鼠、狗和山羊等動物成功建立了臂叢神經阻滯模型,建模時麻醉的方法差別不大。

2.5 大鼠尾神經阻滯

Li等[39]建立了大鼠尾神經阻滯模型,該模型有易于操作、可靠和可逆的特點,可用于評估新型局部麻醉藥的有效性、安全性和藥物代謝動力學特性。

表2神經阻滯動物模型Table 2 Animal models of nerve block

2.6 不同引導方法的比較

神經刺激器和超聲是比較常見的兩種神經阻滯引導技術,為了比較兩種技術的有效性,Akasaka等[40]建立了狗臂叢神經阻滯模型,結果提示超聲引導技術操作時間更短,阻滯持續時間更長,并且超聲引導技術可以在有意識的或輕度鎮靜的狗中進行。有研究報道,與盲法相比,超聲引導的神經阻滯技術更能提高阻滯的成功率[41-43]。

股神經和坐骨神經聯合阻滯模型和臂叢神經阻滯模型較為常見,分別可以為下肢手術和上肢手術提供良好的術中及術后鎮痛,是比較理想的動物模型。詳見表2。

3 總結

研究者目前可選擇的動物有大鼠、兔、貓、羊、豬、牛等,建立不同的區域麻醉模型,以研發新型的局部麻醉藥,探索新的區域麻醉方法,研究急性與慢性疼痛的發生與發展機制,以及區域麻醉鎮痛機制,避免了在人體進行實驗所帶來的風險。此外,探索動物的區域麻醉方法也是改善動物的手術麻醉與術后鎮痛的需要。利用新的可視化輔助技術(神經刺激器、超聲等)可以大大提高區域麻醉動物模型建立的成功率與穩定性。針對不同的區域麻醉研究選擇不同的動物模型,同時采用可視化技術,不失為成功建立穩定有效的區域麻醉動物模型的好策略。

4 展望

一般來說,動物所處的進化階段愈高,其功能、解剖結構、反應也愈接近人類,區域麻醉模型的建立也更具有可靠性。然而成本考慮以及不同動物解剖結構特點造成的穿刺困難可能會限制模型的選擇。并且因為種族的差異,在動物身上的實驗結果能否直接運用在人體身上,也存在一定爭議。盡管如此,區域麻醉動物模型的建立仍然是區域麻醉研究的前提,應該不斷深入研究。未來還應該進一步增加可視化技術運用于區域麻醉動物模型中,以提高成功率、準確性和安全性。