孫剛強,郭文俊

(皖南醫(yī)學(xué)院附屬弋磯山醫(yī)院麻醉科,安徽 蕪湖 241001)

用于實驗室實驗的大鼠和小鼠占所有哺乳動物種類總數(shù)的90%以上,在包括成像[1-4]和長期手術(shù)[5-8]等生物醫(yī)學(xué)研究中,大鼠的數(shù)量僅次于小鼠。大鼠是國際通用的標準化實驗動物,在多種醫(yī)學(xué)、生物學(xué)實驗研究中應(yīng)用廣泛[9]。 在許多大鼠開胸手術(shù)[10]、肺病心臟病模型[11-13]等研究中需要機械通氣輔助呼吸,而建立穩(wěn)定的人工氣道控制呼吸是實驗成功的前提。 由于大鼠自身的解剖學(xué)特點,如呼吸頻率較快、口腔狹小以及聲門位置較高,導(dǎo)致插管時聲門暴露困難,容易造成喉痙攣、喉水腫、氣管穿孔、出血和分泌物過多阻塞氣管導(dǎo)致窒息等并發(fā)癥。 因此多年來許多科研工作者在大鼠氣管插管方法和工具上做了大量的研究和改進,本文通過介紹大鼠氣管插管的方法、影響因素和評價方法新的進展,對大鼠氣管插管近年的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀作一綜述并探索出一套簡單、安全、可靠的氣道管理策略。

1 大鼠氣管插管方法分類

1.1 有創(chuàng)氣管插管方法

有創(chuàng)氣管插管方法即氣管切開插管法,對實驗動物創(chuàng)傷較大,可能導(dǎo)致實驗動物感染,甚至死亡,不利于后續(xù)的實驗研究,因此較多應(yīng)用于急性動物實驗。 Gulati 等[14]采用了一種逆行聯(lián)合入路的氣管插管方法,將麻醉后的大鼠固定,頸部備皮,用手指放于喉部皮膚上可觸摸氣管的位置,在頸部中線的腹側(cè)開一個10 mm 的小切口,用鋒利的刀刃解剖組織平面,以顯示氣管。 切開術(shù)后,用尖針(80×38 mm)在氣管前壁形成一個小孔,將導(dǎo)絲的軟端向頭端插入氣管。 當鋼絲尖端在口腔出現(xiàn)時,用鉗子將其夾住并用手握住,從口腔中拔出,直到只有一段鋼絲通過氣管開口突出為止,將一根靜脈導(dǎo)管穿過導(dǎo)絲,從口中進入氣管,直到到達氣管外開口,然后小心地取下導(dǎo)絲,并將氣管導(dǎo)管連接到動物呼吸機。 所有大鼠氣管插管均成功,無氣管插管相關(guān)死亡,但整個氣管插管過程達20 min 左右。 晉金蘭等[15]采用逆行牽引改良氣管插管法提高大鼠心肌梗死模型造模成功率。 逆行牽引改良氣管插管法建立大鼠人工氣道的成功率明顯高于傳統(tǒng)的經(jīng)口氣管插管法(100% vs 85%),且心肌梗死模型造模成功率也高于經(jīng)口插管組(76.7% vs 65.0%)。 王凱等[16]通過消毒大鼠頸部,縱行切口,逐層剪開頸部皮膚肌層及筋膜,游離甲狀腺及周圍組織并分開頸前肌群,即可見白色的氣管,采用氣管切開插管法建立大鼠間質(zhì)性肺病模型。 陳銘堅等[17]對一次性硬膜外導(dǎo)管氣管切開插管留置模型進行了改良,改良后的方法更加簡便且脫管率低。 通過比較,改良后硬膜外導(dǎo)管氣管切開插管留置術(shù)大鼠的實驗成功率明顯高于傳統(tǒng)氣管切開插管留置術(shù)(96% vs 8%)。 有創(chuàng)氣管插管方法耗時較長,且操作過程復(fù)雜繁瑣,對實驗人員有較高的技術(shù)操作要求。 其次,有創(chuàng)氣管插管本身就會對大鼠造成傷害,增加了感染率和死亡率,不利于長期實驗的研究。 除此之外,對于需要檢測炎性因子的實驗研究,有創(chuàng)氣管插管引起的創(chuàng)傷增加了非實驗因素,造成實驗結(jié)果的偏倚。

1.2 無創(chuàng)氣管插管方法

1.2.1 盲插法

大鼠氣管插管盲插法即將麻醉后的大鼠仰臥固定于氣管插管操作臺后,用絲線固定大鼠上切牙向后牽拉固定使頭后仰,然后左手持無齒鑷鉗夾住大鼠的舌頭從左嘴角牽拉出口腔,此時右手進行氣管插管操作。 一般情況下,當感覺到氣管導(dǎo)管觸及氣管時有輕微的阻力感及摩擦感即可視為氣管插管成功。 若氣管導(dǎo)管無明顯阻力及異常感覺,插入約2 cm 后,即可判斷進入食管,此時將導(dǎo)管回撤約0.5 cm,再向上微微挑起,再次緩慢插入即可成功[16]。 氣管盲插法成功率較低,增加了插管的次數(shù),且如果操作不當可能會造成會厭部的損傷、氣道痙攣及喉頭水腫等引起窒息死亡,同樣會影響實驗的結(jié)果。

1.2.2 導(dǎo)引鋼絲引導(dǎo)法

此方法與盲插法相似,但導(dǎo)引鋼絲引導(dǎo)法通常需要結(jié)合其他喉鏡來提供光線視野,所以其實為直視下的操作。 大鼠麻醉后固定,利用導(dǎo)引鋼絲通過聲門后將氣管導(dǎo)管穿過導(dǎo)引鋼絲直至通過聲門再退出導(dǎo)引鋼絲。 Proctor 等[18]就利用此方法結(jié)合鼻鏡制成的微型喉鏡,在微型喉鏡提供的視野下,直視給大鼠完成氣管內(nèi)插管。 同樣,Weksler 等[19]利用耳鏡放入麻醉固定后大鼠的口腔提供操作視野,再結(jié)合導(dǎo)引鋼絲的置入順利的完成氣管內(nèi)的插管。Samsamshariat 等[20]利用0.035 英寸的直尖鋼絲結(jié)合嬰兒喉鏡對70 只大鼠進行氣管內(nèi)插管,所有大鼠氣管內(nèi)插管均成功,無并發(fā)癥發(fā)生及死亡。 導(dǎo)引鋼絲引導(dǎo)插管與傳統(tǒng)的盲插法在插管成功率方面差異并無顯著差異,但由于導(dǎo)引鋼絲與氣管導(dǎo)管相比較更加柔軟,因此能夠減少插管所致咽喉部損傷。

1.2.3 經(jīng)頸透照插管法

該方法是通過在頸部腹側(cè)表面放置一個高強度冷光源,對老鼠的頸部進行透射照明,使用鑷子將舌頭輕輕向上拉至下牙齒側(cè)面,并將鉗子一側(cè)的扁平內(nèi)表面放在舌頭的下端,高強度冷光源的光線可透過大鼠下頜部皮膚和肌肉照亮大鼠喉部,并能清楚見到大鼠氣道口隨著大鼠呼吸開啟與閉合,這時可在大鼠吸氣相將氣管導(dǎo)管插入氣道[21]。Rendell 等[22]將該方法應(yīng)用于大鼠胸腺切除術(shù)的實驗研究中,從大鼠插管裝置放置至建立通氣的平均插管時間為(45±5) s,24 只大鼠手術(shù)后完全恢復(fù),術(shù)后第14 天沒有呼吸困難或出血的跡象。 葉明霞等[9]也同樣用該方法與經(jīng)額鏡輔助插管法進行了比較,結(jié)果表明此法的插管操作時間、插管次數(shù)、一次插管成功率均優(yōu)于后者,拔管l 周后的存活率比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義。 目前此方法應(yīng)用廣泛,設(shè)備要求簡單,經(jīng)濟適用,操作者通過簡單訓(xùn)練后能夠熟練的掌握,在許多文獻中都有所提及[9,16,23-25]。

1.2.4 喉鏡輔助插管法

此方法需要借助氣管插管喉鏡,在喉鏡暴露聲門和會厭后,直視下行氣管插管。 Schaefer 等[26]利用了型號為0 的嬰兒喉鏡片對麻醉后的大鼠行氣管內(nèi)插管,喉鏡能夠提供清晰的光線視野使得95%以上的大鼠順利快速完成氣管內(nèi)插管且沒有并發(fā)癥。Hey 等[27]在前人的基礎(chǔ)上對嬰兒的Magill 喉鏡的鏡片進行了修改,將鏡片尖的初始寬度1.0 cm 改為0.65 cm,從頂端到懸雍垂的距離2.2 cm 改為3.4 cm。 使用改良的直刃Magill 喉鏡插管180 ～250 g大鼠,取得了成功。 如前所述Samsamshariat 等[20]將嬰兒喉鏡結(jié)合導(dǎo)引鋼絲的方法順利的對大鼠進行氣管內(nèi)插管,插管成功率為100%且無并發(fā)癥。Vongerichten 等[28]設(shè)計了一種用3D 打印機和聚乳酸纖維材料打印喉鏡片的方法,并用打印的喉鏡片成功地給35 只大鼠插管,插管時間大約在三分鐘以內(nèi),并且沒有誤插入食道,在實驗期間未發(fā)生通氣困難。 喉鏡輔助插管法與傳統(tǒng)的插管方法相比較能夠更好的暴露會厭和聲門,且符合傳統(tǒng)的插管習(xí)慣,能夠提高氣管插管一次成功率,降低了操作難度。 由于大鼠的口腔解剖特點與人體存在較大的差異,而借助的喉鏡大都是自制的非專業(yè)工具,因此近年來致力于適合大鼠口腔解剖特點的喉鏡研發(fā)比較活躍。

1.2.5 可視喉鏡輔助法

大鼠口腔空間狹小,操作時聲門暴露困難,可視喉鏡的使用可以給氣管插管帶來較好的光線和清晰開闊的視野,是較為理想的大鼠氣管插管方法。 Fuentes 等[29]利用德國Karl Storz 內(nèi)窺鏡顯示會厭、聲帶及聲門后對大鼠進行氣管插管,在對10～15只“練習(xí)”動物進行了實驗后,操作人員的總成功率在80%～90%之間。 Clary 等[30]利用Stryker 內(nèi)窺鏡對60 只大鼠行氣管插管,氣管內(nèi)插管一般在1 min內(nèi)完成,血氧飽和度和脈搏率均維持在預(yù)期范圍內(nèi),所有大鼠氣管插管均成功,無并發(fā)癥。 Konno等[31-32]利用“TESALA AE-C1”內(nèi)窺鏡系統(tǒng)分別對12 只大鼠和10 只小鼠行氣管內(nèi)插管。 大鼠1 min內(nèi)全部插管成功,插管時間在12～45 s 左右,生命體征正常穩(wěn)定,此外,氣管和肺的組織病理學(xué)觀察顯示無損傷。 小鼠插管時間在10 ～60 s 左右,同樣全部插管成功且生命體征平穩(wěn)。 米睿等[33]使用國產(chǎn)USB 內(nèi)鏡進行氣管插管與經(jīng)口明視插管方法相比較,前者的插管操作時間、插管次數(shù)、一次插管成功率、嘔吐反射次數(shù)、窒息次數(shù)均優(yōu)于后者。 龔?fù)⒌萚23]通過將發(fā)光挖耳勺改制成可視喉鏡對20 只大鼠行氣管內(nèi)插管,其插管時間和插管次數(shù)均優(yōu)于經(jīng)頸透照插管法,且一次插管成功率達95%。 可視喉鏡的使用可以完全看清大鼠咽喉部聲門的解剖結(jié)構(gòu),在可視喉鏡的引導(dǎo)下將氣管導(dǎo)管送入聲門,可以大大提高一次插管成功率,且對大鼠咽喉部損傷較小。 通過不斷的研究和改進,越來越多適用大鼠口腔解剖結(jié)構(gòu)的可視化喉鏡應(yīng)用于大鼠氣管插管,大大的降低氣管插管的難度,且操作者通過練習(xí)后就能夠嫻熟的應(yīng)用。 但此方法對設(shè)備和技術(shù)水平的要求較高且設(shè)備攜帶不便,從而限制了在動物實驗氣管插管中推廣應(yīng)用。

1.2.6 其他

由于大鼠口腔狹小,喉鏡等設(shè)備置入相對困難,通過擴大插管操作空間和外來光源提供視野,也可以提高一次插管成功率和縮短插管時間,如光導(dǎo)纖維輔助插管[34-36]和口咽插管楔[37-38]的應(yīng)用。此類工具結(jié)合其他合適的插管方法能夠取得良好的輔助效果,值得在大鼠氣管插管中推廣。

1.3 非氣管插管方法

氣管內(nèi)插管是大鼠正壓通氣所必需的,各種大鼠氣管內(nèi)插管的設(shè)備和技術(shù)在上述中有所提及,然而大鼠氣管內(nèi)插管在技術(shù)上是困難的,并且與許多并發(fā)癥有關(guān),其可能會增加實驗誤差,影響實驗結(jié)果。 Rindfield 等[39]將改良的通氣鼻錐置于大鼠鼻子上方,允許其不需要氣管內(nèi)插管,對500 只大鼠的長期實驗中,沒有遇到致命的事件,也沒有發(fā)病,因此認為該方法可有效地在胸腹部手術(shù)過程中對動物進行通氣而不需要氣管內(nèi)插管。 另外,Cheong等[40]比較了國產(chǎn)聲門上氣道裝置(supraglottic airway device,SAD)在安氟醚麻醉大鼠氣管插管中的應(yīng)用效果。 20 只大鼠分別用SAD 或氣管內(nèi)插管進行正壓機械通氣。 每只大鼠頸動脈插管,連續(xù)測量血壓,獲取血樣,測定SAD 放置或氣管插管前后的氧分壓、二氧化碳分壓和血酸堿度。 放置SAD 的大鼠、放置SAD 和立即摘除SAD 的大鼠、通過SAD機械通氣的大鼠和摘除SAD 的大鼠均未發(fā)生并發(fā)癥和不良事件,證實了麻醉后的大鼠可以成功地使用SAD 進行開胸手術(shù)。 放置SAD 比氣管內(nèi)導(dǎo)管對喉部的刺激小,不刺激氣管,消除了氣管內(nèi)插管的困難和并發(fā)癥,然而,氣管內(nèi)或支氣管內(nèi)手術(shù)仍需氣管內(nèi)插管,如氣管內(nèi)或支氣管內(nèi)灌注藥物或支氣管肺泡灌洗[41-42]。 聲門上氣道裝置最大的缺點可能就是不能夠完全防止胃內(nèi)容物的誤吸。 另外,相比較氣管內(nèi)插管,非氣管插管方法建立的人工氣道有脫落的可能,屬于不穩(wěn)定氣道,這也是其缺點之一。

2 大鼠氣管插管的影響因素

由于大鼠呼吸頻率較快、口腔狹小、聲門位置較高等解剖特點,插管時聲門暴露困難,操作不當容易造成喉痙攣、喉水腫、氣管穿孔、出血和窒息等并發(fā)癥,都可能影響氣管插管的時間、成功率和生存率等。

影響大鼠氣管插管效果和安全的可能因素：(1)麻醉深度：麻醉過深會導(dǎo)致大鼠呼吸急促甚至呼吸抑制,氣管插管允許時間縮短,如果短時間不能夠完成氣管插管就可能因呼吸抑制而導(dǎo)致大鼠死亡。 而麻醉過淺則氣管插管操作時會出現(xiàn)強烈的應(yīng)激反應(yīng),口腔分泌物增加、喉痙攣、喉水腫和聲門緊閉等而導(dǎo)致窒息死亡。 所以麻醉深度要適宜：翻正反射消失、呼吸頻率減緩、胸廓起伏度減弱、足趾刺激反應(yīng)減弱或消失、咽喉反射消失等可視為麻醉深度合適。 (2)插管體位：將大鼠的上切牙固定在手術(shù)板邊緣,手術(shù)板抬高傾斜45°,保持大鼠頭和頸背部在同一水平位,盡可能使口軸線、咽軸線和喉軸線接近重疊,這樣的位置有利于顯露聲門和進行插管操作[9],也可自制氣管插管操作臺[25]。 (3)呼吸道情況：麻醉藥物以及插管操作的刺激都會使咽喉部分泌物增加,而阿托品可有效減少咽喉部分泌物,此外用棉簽輕拭大鼠喉部既可去除喉咽部黏液,又可測試其喉部是否存在嗆咳反射,以便掌握合適插管時機[9,25]。 (4)氣管導(dǎo)管的選擇：應(yīng)根據(jù)大鼠的體重選擇合適的氣管導(dǎo)管,一般來說,14G 靜脈留置針適合300 g 以上大鼠,16G 靜脈留置針適合300 g 以下大鼠[43]。 (5)插管方法的選擇：一般操作視野清晰、光線充足的插管方法一次插管成功率較高,如果條件允許的情況下應(yīng)選擇可視化的氣管插管方法。

3 大鼠氣管插管成功的評價方法

(1)氣管導(dǎo)管內(nèi)有隨呼吸所致的“白霧樣”變化;(2)將一玻片放置在導(dǎo)管口處觀察是否有水蒸氣凝結(jié);(3)將一纖毛放置導(dǎo)管口隨呼出氣流而擺動;(4)“皮球”打氣觀察胸廓動度及雙側(cè)是否對稱[25](5)接呼吸機后觀察胸廓是否規(guī)律對稱起伏[44];(6)導(dǎo)管內(nèi)注入鹽水形成水柱,觀察水柱是否隨呼吸擺動[16];(7)氣管插管定位評估防逆流裝置[24];(8)CR 機拍攝正側(cè)位片判斷氣管導(dǎo)管是否存在氣管中;(9)監(jiān)測大鼠PetCO2(呼氣末二氧化碳分壓)。 判斷大鼠氣管插管成功的方法較多,可根據(jù)實驗室的條件進行選擇,需要強調(diào)的是PetCO2測得可視為氣管插管成功的“金標準”。

4 氣道管理策略

近年來大鼠氣管插管的方法、影響因素和評價方法的研究和應(yīng)用在前人的基礎(chǔ)有了許多新的進展,本文就現(xiàn)狀進行總結(jié),希望能夠探索出一套簡單、安全、可靠的氣道管理策略,為實驗室研究提供更多的便利。 綜上可得,就目前研究的技術(shù)設(shè)備水平而言,大鼠機械通氣方法主要可分為非氣管插管機械通氣方法和氣管插管機械通氣方法。 (1)對于非胸心部手術(shù)和操作以及無胃內(nèi)容反流誤吸風(fēng)險的實驗研究,優(yōu)選非氣管插管的機械通氣方法,如聲門上氣道裝置喉罩的應(yīng)用;若實驗設(shè)備條件限制,可選擇改良的通氣鼻錐。 (2)對于胸心部手術(shù)和操作以及有胃內(nèi)容反流誤吸風(fēng)險的實驗研究,優(yōu)選可視喉鏡輔助氣管插管的方法;若實驗設(shè)備條件限制,可選經(jīng)頸透照插管法和一般喉鏡輔助氣管插管法,次選導(dǎo)引鋼絲引導(dǎo)法。 (3)對于需要建立長期的氣管切開插管留置術(shù)大鼠模型的研究,可選擇改良后硬膜外導(dǎo)管氣管切開插管留置術(shù)。 另外,良好的麻醉,適當?shù)牟骞荏w位,呼吸道的檢查以及選擇合適的氣管導(dǎo)管等都能夠提高氣管插管的效率和安全系數(shù)。 對于氣管插管成功的評價方法眾多,首選PetCO2(呼氣末二氧化碳分壓)監(jiān)測,次選氣管插管定位評估防逆流裝置和CR 機拍攝,若實驗條件限制,可選導(dǎo)管內(nèi)注水法或者玻片水蒸氣凝結(jié)等相對直觀的方法。

5 結(jié)語

大鼠是實驗室常用的實驗動物,在需要機械通氣輔助呼吸的大鼠基礎(chǔ)實驗研究中,建立穩(wěn)定的人工氣道有時是實驗成敗的關(guān)鍵一步。 多年來大鼠氣管插管的方法在不斷的改進,從最初的有創(chuàng)氣管插管到無創(chuàng)氣管插管,從盲插法到可視化氣管插管,都是致力于提高氣管插管的效率以及安全系數(shù)。 插管方法和技術(shù)設(shè)備的革新很大程度上降低了實驗動物的氣管插管難度,為動物實驗帶來便利從而提高實驗的質(zhì)量減少實驗誤差,同時也是實驗動物的福利。