提升家兔失血性休克模型生理稳定性的麻醉方案优化研究

《Veterinary Medicine International》：Anesthetic Protocols for Enhancing Physiological Stability in Rabbits During Hemorrhagic Shock

本综述系统评估了三种麻醉方案（右美托咪定（DEX）-氯胺酮（KET）、DEX-KET-异氟烷（ISO）、DEX-KET-ISO-氯胺酮持续输注（CRI））在兔失血性休克模型中的应用。研究结果表明，联合吸入麻醉与氯胺酮持续输注的方案（第三组）能最有效地维持麻醉深度与生命体征稳定（如平均动脉压MAP、心率HR、氧饱和度SpO2），显著优于单纯注射或吸入麻醉，为复杂实验操作提供了可靠的麻醉管理策略，兼具科学严谨性与动物福利考量。

　　

Abstract

Study Background

家兔是常用的实验动物，但其对操作应激和心血管不稳定的敏感性带来了巨大挑战。标准麻醉前用药不能完全预防这些并发症，使得它们在涉及失血性休克的研究中可靠性较低。

Aim

本研究旨在确定优化的麻醉方案，以在诱导失血性休克期间有效维持生理稳定性，并预防呼吸或心脏衰竭。

Methods

15只成年雌性新西兰白兔被分为三组：一组接受右美托咪定（Dexmedetomidine）和氯胺酮（Ketamine）；另一组接受相同诱导后，用异氟烷（Isoflurane）维持麻醉；第三组在第二组用药基础上，额外接受氯胺酮恒速输注（constant rate infusion）。持续监测心率、血压、氧饱和度、呼气末CO₂（end-tidal CO₂）、反射和核心体温等生命参数。通过手术置入颈动脉的导管抽吸总血量的40%来诱导失血性休克。

Results

在三种方案中，第三种方案（联合吸入麻醉与氯胺酮持续输注）提供了最一致的麻醉深度和稳定的生命体征，确保了动物安全并有效模拟了失血性休克。

Conclusions

这些结果支持使用联合吸入麻醉与氯胺酮持续输注来增强兔子在复杂手术期间的生理稳定性，最终提高实验数据的可靠性和动物福利。

1. Introduction

兔子的麻醉管理在失血性休克模型中需要仔细考量以确保安全和有效性。一系列麻醉技术被提出来应对兔子麻醉中固有的独特挑战，包括操作引起的应激和挥发性麻醉药诱导期间呼吸暂停的风险。注射麻醉，特别是作为诱导手段，通常被优先考虑以缓解这些问题。氯胺酮和咪达唑仑的组合已被确立为兔子可行的替代麻醉方法，在促进外科手术方面显示出成功。与狗和猫等伴侣动物相比，兔子表现出显著更高的围手术期死亡率，心血管和呼吸系统并发症通常是这些死亡的主要原因。了解兔子特定的麻醉风险因素对于降低这些风险和提高手术期间及之后的存活率至关重要。由氯胺酮和咪达唑仑（Ket-Med）组合诱导的全身麻醉已被证明对兔子的外科手术有效。推荐的Ket-Med剂量方案，例如15.0 mg/kg氯胺酮联合0.25或0.5 mg/kg咪达唑仑，皮下或肌肉注射，为卵巢子宫切除术和睾丸切除术等手术提供安全有效的麻醉，偶尔辅以异氟烷。增加咪达唑仑的剂量通常会减少对额外麻醉支持的需求。虽然高剂量的α2-肾上腺素能激动剂可能增加心肌缺血的风险，特别是在冠状动脉侧支循环有限且处于应激状态的物种中，但右美托咪定（dexmedetomidine）作为一种高选择性的α2受体激动剂，已通过交感神经抑制和抗炎机制显示出心脏保护作用。在一项随机对照试验中，右美托咪定在心脏手术期间的使用减少了围手术期心肌损伤并提供了肾脏保护。类似地，一项实验性兔子研究表明，右美托咪定减少了缺血心肌的无复流面积，改善了心脏功能，并减轻了缺血-再灌注损伤。这些发现支持其作为多模式麻醉方案的一部分，同时强调了需要谨慎给药以平衡潜在风险和益处。为了在手术过程中最大限度地减少应激，建议先给予咪达唑仑，然后通过面罩输送氧气，再给予氯胺酮。皮下给药通常比肌肉注射耐受性更好，并能促进更快的意识丧失。对于延长手术的增强麻醉，可以加入七氟烷、异氟烷或局部麻醉药。如果需要额外的麻醉，可以静脉注射稀释剂量的氯胺酮和咪达唑仑，必要时可通过使用阿替美唑（atipamezole）进行部分逆转。失血性休克模型中的麻醉提出了独特的挑战，因为它必须确保足够的麻醉深度，同时防止循环功能受到过度抑制。因此，我们研究的目的是确定优化的麻醉方案，这些方案不仅能维持生理稳定性，还能在诱导失血性休克期间预防心脏衰竭，同时确保足够的麻醉深度。

2. Materials and Methods

2.1. Animals

本研究使用了15只雌性新西兰白兔，体重为4.13 ± 0.24 kg。在研究设计阶段，使用了在线工具（如样本量计算器）以确保我们的设计与统计有效性和伦理可接受性一致。提议的组大小也获得了机构伦理委员会的批准，平衡了科学相关性与根据3R原则减少动物使用的必要性。动物在标准条件下饲养，有2周的适应期，并喂食标准饮食。水和消毒的干草/稻草混合物自由取用。然后，它们被分成三个相等的实验组，每组接受不同的麻醉方案。研究结束时，所有动物在仍处于 unconscious 状态时，通过麻醉过量被人道处死。

2.2. Bioethics

实验方案遵循ARRIVE指南；该研究符合欧盟指令63/2010。根据罗马尼亚国家法律43/2014，该项目获得了机构伦理委员会的批准（决定号290/22.11.2021）并得到了克卢日卫生兽医和食品安全部的授权（授权号284/21.12.2021）。所有程序均由训练有素的专业人员执行，包括动物准备步骤（如修剪、导管放置和处理），并在全身麻醉下进行，以最大限度地减少应激并确保动物福利。该研究的严重程度被归类为非恢复性。

2.3. Anesthetic Protocols

动物被分为三组（每组5只动物）。在右美托咪定-氯胺酮方案（第1组）中，仅使用右美托咪定和氯胺酮进行麻醉。右美托咪定-氯胺酮-异氟烷方案（第2组）包括联合使用右美托咪定和氯胺酮，并通过气管内（ET）导管给予1.5%的异氟烷。最后的麻醉方案——右美托咪定-氯胺酮-异氟烷-氯胺酮持续输注（cri）（第3组）使用右美托咪定和氯胺酮，随后通过气管内导管给予异氟烷，并以2 mg/kg/h的速率持续输注氯胺酮。为确保充分的镇痛，所有兔子在麻醉前接受了肌肉注射剂量为0.04 mg/kg的丁丙诺啡（buprenorphine）和皮下注射剂量为0.5 mg/kg的美洛昔康（meloxicam）。丁丙诺啡主要因其强效镇痛特性而被纳入；但值得注意的是，在0.01–0.05 mg/kg的剂量下，特别是在手术前30–60分钟给药时，它也可能对兔子产生轻度镇静作用。在本研究中，主要的镇静效果是通过联合给予右美托咪定和氯胺酮实现的，而丁丙诺啡主要作为镇痛辅助。麻醉诱导前，动物预吸氧5分钟。一旦前驱给药达到预期效果，对所有参与研究的兔子进行麻醉诱导。诱导通过肌肉注射剂量为0.08 mg/kg的右美托咪定和剂量为40 mg/kg的氯胺酮实现。选择该诱导方案旨在为后续操作实现所需的麻醉深度。给药后，准备兔子进行后续操作。这包括通过面罩补充氧气。在这些操作之后，第2组和第3组通过直径2至3.5毫米的气管内导管使用异氟烷维持麻醉，而第1组仅通过ET管补充氧气。使用硬质内窥镜引导插管过程。然后，剃除耳廓区域毛发以便进入耳廓血管。插管后，所有先前剃毛的区域使用酒精（70%）和氯己定（0.05%）溶液进行消毒。为确保静脉通路，使用22-G静脉导管对左外侧耳廓静脉和头静脉进行导管置入。该导管置入程序为麻醉过程中输注液体或药物提供了可靠且方便的静脉通路。颈部和近端胸部的腹侧区域也被剃毛以便手术入路。此外，修剪四肢末端的毛发，放置心电图电极，实验模型被置于仰卧位，并使用胶带固定在该位置。在整个过程中，每15分钟仔细监测反射反应以评估麻醉深度。通过按压耳朵和检查右后肢的踏板反射、睑板反射和耳夹反应，在生命体征监测期间进行临床反射评估。即使是在记录的反射中出现孤立的时刻，也记为阳性反射。如果在整个实验过程中评估的反射均缺失，则记录为阴性反应。在研究第三方案中，使用连接有Eickemeyer InjectoVET Easy II注射器的注射泵提供受控的所需输注速率。计算体积的氯胺酮用无菌盐水在10 mL注射器中稀释，并使用注射泵以5 mL/h的恒定速率静脉输注；在手术过程中未提供额外的液体治疗。通过放置食道管监测兔子体温，读数显示在主监视器上。所有样本个体均放置在电热垫上以在整个过程中维持生理体温。

2.4. Hemorrhagic Shock Induction

所有兔子均接受可控的失血性休克诱导。完成术前操作并确保颈部区域消毒后，沿颈部腹侧中线做约3厘米长的切口以暴露下层组织。解剖颈部肌肉和周围解剖结构以暴露双侧颈动脉。为更好地暴露和观察手术区域，使用Desmarres或Knapp拉钩牵开颈部肌肉和周围解剖结构。使用皮下缝线（3-0）固定在Adson止血钳中实现颈动脉的背侧暴露。右颈动脉用无菌22-G静脉导管插管，并连接到有创血压Okamo监测传感器，以提供平均动脉压（MAP）、收缩压和舒张压的精确数据。左颈动脉用另一个22-G静脉导管插管作为出血部位。稳定抽出总血容量的大约40%，持续1小时。为维持恒定和可控的出血，将出血管连接到Eickemeyer InfusoVET II输液泵上（管路倒置），最终收集并储存在250毫升Demotek单次输血袋中。这种配置确保了可控的放血。抽血总量设置为机器上的输注体积，输注速率相同。停止出血后，允许30分钟的监测期以观察失血性休克体征的演变。

2.5. Duration and Monitored Parameters

实验总时长为120分钟，在此期间持续监测生命体征和反射。使用兽医多参数监护仪进行监测，该监护仪连续记录心率、呼吸频率、SpO₂、ETCO₂、收缩压、舒张压、平均动脉压以及通过食道探头测量的体温。使用连接到监护仪的传感器测量呼气末CO₂（ETCO₂）水平。所有监测方面在手术过程中的不同时间点进行观察：术前准备后，记为T0。30分钟后（在此期间进行手术操作和动脉插管），开始出血时间，记为T1，然后在出血期间每15分钟记录一次，记为T2（实验开始后45分钟）、T3（60分钟）、T4（75分钟）和T5（90分钟）。在T5时停止出血，并在T6（实验开始后总计120分钟）再观察30分钟的额外数据。实验方案结束时，根据当前的AVMA和UMB指南，通过异氟烷过量对动物实施人道处死。通过听诊无心音、无呼吸运动、无角膜和踏板反射，以及持续监测显示血压下降和等电位ECG信号来确认死亡。

2.6. Statistical Analysis

数据以平均值±标准差（SD）表示，并使用Shapiro–Wilk检验评估数据的正态分布。使用多变量方差分析（ANOVA two-way）进行统计评估，然后进行Bonferroni事后检验，当p值< 0.05时认为结果具有统计学显著性。使用GraphPad Prism 5.0 for Windows进行数据分析和图表生成。

3. Results and Discussion

本研究调查了接受可控失血性休克的兔子在麻醉期间的的生命参数。它评估了各种麻醉方案对这些参数稳定化、反射反应深度以及失血性休克相关体征进展的影响。

3.1. Comparative Invasive Measurements of Arterial Blood Pressure

有创血压监测的结果为了解麻醉对诱导失血性休克期间心血管和血流动力学状态的影响提供了宝贵的见解。这些发现为优化麻醉方案以确保实验模型中的血流动力学稳定性提供了基础。如图4所示，第1组（右美托咪定和氯胺酮）表现出收缩压、舒张压和平均动脉压的逐渐下降。然而，第1组的麻醉深度被认为不足，这通过T5时存在阳性反射和呼吸频率变化证明。为此，给予了额外的静脉氯胺酮输注，但由于数据变异性，科学相关性丧失。第2组虽然表现出更好的麻醉深度控制，但经历了显著的血压下降，这可能归因于异氟烷的血管舒张作用。这导致血管操作（如导管放置和固定）期间出现并发症，从而延长并复杂化了整个实验过程。相比之下，第3组（持续氯胺酮输注）表现出更稳定的血压趋势，与第2组相比具有显著的统计学差异（p < 0.001）。血压参数表明麻醉方案对失血性休克诱导期间的血压动力学有显著影响。包含持续氯胺酮输注的第3组与其他组相比保持了相对稳定的血压曲线。同样，先前的研究表明，挥发性麻醉药与剂量依赖性的血压下降相关，其程度因方案和不同挥发性麻醉药而异。此外，在异氟烷诱导的麻醉中，剂量依赖性的心肺抑制可能与血管舒张作用和负性肌力特性有关。

3.1.1. Vital Signs

在第1组（图5）中，仅接受右美托咪定和氯胺酮麻醉，实验开始时（T0）的心率约为159 bpm，随后的值在大多数测量中保持在参考范围内。然而，在T1（30分钟）时，观察到显著增加，心率升至210 bpm。这种增加伴随着呼吸急促，可能被解释为麻醉深度不足的迹象。相比之下，在第2组和第3组中，包含了额外的麻醉剂，心率保持相当稳定的演变。兔子麻醉的一个潜在风险是心动过缓，心率低于65 bpm可能构成生命危险。由于迷走神经张力增加和某些药物效应，麻醉期间预期会出现心动过缓；然而，本研究中未出现此类值，这与通常在右美托咪定-氯胺酮方案下报告的心血管稳定性一致。另一方面，心率升高可能表示疼痛或镇痛不足，在第1组中，观察到心率升高伴随呼吸急促，表明在没有异氟烷的情况下可能存在麻醉深度不足。同时，心动过速也被认为是诱导失血性休克期间的正常生理反应，反映了交感神经激活。在呼吸动力学方面，第1组也注意到呼吸急促。心动过速和呼吸急促的发生可能被解释为麻醉深度不足的迹象，考虑到挥发性麻醉补充不是该方案的一部分。在第2组和第3组中，仅观察到呼吸频率的微小变化，所有值都保持在参考范围内，表明在整个实验期间呼吸功能稳定。第2组接受异氟烷吸入麻醉，显示较低的呼吸频率（每分钟17.5至35次）。确保适当的麻醉深度以避免不良反应并保护兔子在麻醉期间的福祉至关重要。然而，如果存在呼吸急促，可归因于与失血性休克相关的代偿机制，因为循环血容量减少和氧气输送减少会触发呼吸驱动增加，试图维持组织氧合并代偿代谢性酸中毒。在第1组中，体温范围在37.35°C至38.3°C之间，通常在参考范围内，但接近下限。第2组表现出较低的温度，在参考范围内或低于参考范围。在第3组中，温度大部分保持在参考范围内，围绕生理下限波动。在整个麻醉过程中使用电热垫强调了麻醉引起的低温效应。这种现象有充分记录，全身麻醉通常由于麻醉诱导的血管扩张和下丘脑体温调节中枢抑制导致中度体温降低。轻度低温是麻醉和外科手术过程中的常见现象，主要由于麻醉诱导的血管扩张和核心体热重新分布到外周。挥发性麻醉药尤其与体温调节受损和热量流失有关。相比之下，据报道氯胺酮具有较弱的血管舒张作用，并可能有助于保持体温调节，从而降低麻醉期间低温的风险。在我们的研究中，第3组的体温维持在38°C附近，表明麻醉方案——特别是包含氯胺酮持续输注——可能有助于限制围手术期低温并防止进一步干扰对失血性休克的病理生理反应。

3.2. Respiratory Gases and Oxygen Saturation

在整个实验过程中，所有组的氧饱和度（SpO₂）均保持在生理参考范围内（96%–100%），表明尽管进行了实验操作，氧合仍然充足（图6）。最初，呼气末CO₂（ETCO₂）呈上升趋势；然而，从T4开始，所有组的ETCO₂水平均降至生理范围以下，其中第2组的降低最为明显。到T6时，第1、2、3组的ETCO₂值分别为23.5 ± 2.5、22.5 ± 3.5和28.0 ± 3.8 mmHg。这种模式表明出现了低碳酸血症，可能与过度通气、灌注减少或实验条件（特别是在失血期）引起的代谢改变有关。在第3组后期观察到的相对较高的ETCO₂水平可能表明更稳定的心肺状态或对失血挑战的独特代偿反应。然而，考虑器械死腔的潜在影响也很重要。本研究采用了再吸入回路系统，在兔子等小动物中，呼吸回路内死腔的存在可能导致部分CO₂再吸入——特别是在呼吸频率降低时。因此，升高的ETCO₂值可能不仅仅反映生理代偿或灌注状态，也可能受到系统相关因素的影响。Yao等人提出，在整个失血性休克的进展过程中，肺灌注受损和心输出量减少导致无氧代谢增加，进而改变ETCO₂水平。因此，ETCO₂可以作为一个有价值的、无创的微循环功能指标，并有助于早期识别失血性休克。然而，接受右美托咪定的动物呼吸频率降低会导致吸气CO₂浓度升高；增加咪达唑仑的剂量主要导致麻醉期间呼气末CO₂水平升高，对心血管抑制的影响最小。这些发现强调了在麻醉方案、呼吸系统设计和呼吸模式的背景下解读ETCO₂值的重要性。虽然ETCO₂仍然是肺灌注和通气充足性的有价值的无创指标，但应仔细与其他生理参数（如SpO₂和呼吸频率）相关联，并可能通过动脉血气分析确认，以避免误解——尤其是在血流动力学受损状态下。

3.3. Depth of Anesthesia

通过反射反应评估麻醉深度，包括耳夹、踏板退缩和睑板反射，所有组在诱导后10-15分钟内反射均消失。然而，第1组在T5时表现出阳性踏板反射，表明麻醉深度不足，这进一步表现为呼吸频率增加。作为人道终点方案，对第1组动物给予了额外的静脉氯胺酮补充；然而，由于实验方案偏离，随后的血压和生命参数数据被排除在统计分析之外。Schmid等人报道，肌肉注射麻醉组合可以为短时间手术提供有效且外科可耐受的麻醉。相比之下，我们的研究需要延长麻醉时间以支持失血性休克的诱导和监测。在这些条件下，第2组和第3组在诱导后接受持续麻醉给药，在整个实验时间线内保持了足够的麻醉深度，没有反射恢复。这些观察结果与我们之前的研究一致，这些研究同样强调在诱导失血性休克期间维持持久、稳定和足够深的麻醉平面对于确保实验结果可靠性至关重要。

3.4. Study Limitations

本研究有几个局限性需要考虑。首先，动物数量少，受伦理法规和机构批准的限制，限制了统计效力，并可能降低结果的普适性。其次，重点仅限于麻醉和失血性休克诱导期间的短期监测，这允许评估 immediate 生理和麻醉反应，但没有考虑潜在的长期影响，如延迟的心血管、代谢或神经系统并发症。第三，仅使用健康成年兔子可能无法完全复制临床或患病群体中看到的变异性。尽管存在这些局限性，该研究为在侵入性休克模型中优化麻醉方案以实现生理稳定性提供了宝贵的见解，并为未来涉及延长观察、更广泛的麻醉比较和多样化动物模型的研究奠定了基础。

4. Conclusions

本研究确定了一种用于兔子涉及失血性休克的延长实验操作的潜在麻醉方案。虽然肌肉注射组合（如右美托咪定-氯胺酮）在短时间內提供了有效的麻醉，但若不维持，其深度会随时间减弱。右美托咪定-氯胺酮组（第1组）表现出麻醉不足，需要额外的氯胺酮补充。将右美托咪定-氯胺酮诱导与异氟烷维持相结合的方案（第2组和第3组）提供了改善的麻醉稳定性，其中第3组——具有持续氯胺酮输注——表现出足够的麻醉深度和对生命参数的控制。尽管异氟烷有助于稳定的麻醉，但其血管舒张作用可能使手术进入血管结构（如颈动脉）复杂化，使导管放置更具挑战性。在这方面，第3组方案结合了右美托咪定-氯胺酮诱导、异氟烷维持和持续氯胺酮输注，在麻醉深度、生理稳定性和手术可行性之间提供了最佳平衡。这些发现支持其作为兔子失血性休克模型中延长麻醉操作的一种可靠且符合福利要求的方法。