陳俊銘 牟宗霞

（暨南大學生命科學技術(shù)學院生物醫(yī)學工程系，廣州510632）

溫度對普魯卡因和布比卡因阻滯麻醉牛蛙坐骨神經(jīng)的影響*

陳俊銘 牟宗霞△

（暨南大學生命科學技術(shù)學院生物醫(yī)學工程系，廣州510632）

目的：比較不同溫度下不同濃度的普魯卡因和布比卡因?qū)εＭ茏巧窠?jīng)動作電位的影響。方法：將72只牛蛙共解剖出144根坐骨神經(jīng)，隨機分為3組，每組各48根，I組藥物溫度18℃，II組藥物溫度25℃，III組藥物溫度35℃，每組分為四個亞組，分別用1%和0.5%濃度的普魯卡因和布比卡因?qū)ψ巧窠?jīng)進行阻斷，并采用多道生理信號記錄儀采集神經(jīng)動作電位，比較不同條件下藥物對神經(jīng)的阻滯時間以及在去掉藥物后神經(jīng)的再現(xiàn)時間。結(jié)果：相同溫度相同濃度下，普魯卡因與布比卡因相比較，麻醉起效稍慢，而去掉藥物后的再現(xiàn)時間較短。對于同一阻滯劑來說，相同溫度下，1%的比0.5%的阻滯起效快，且再現(xiàn)時間長；相同濃度下，I組18℃時，阻滯起效時間最長，II組25℃處于中間，III組35℃，藥物阻滯起效時間最短，但再現(xiàn)時間無顯著差異。結(jié)論：藥物溫度和藥物濃度對阻滯劑的起效時間都有影響，同濃度的布比卡因的阻滯時間明顯短于普魯卡因，且阻滯持續(xù)時間長。

溫度；普魯卡因；布比卡因；動作電位；坐骨神經(jīng)

神經(jīng)病理性疼痛 (neuropathic pain, NP) 是慢性疼痛，是影響病人的正常生活的罪魁禍首[1]。對神經(jīng)元的異常放電活動進行阻斷是治療NP的根本。而神經(jīng)動作電位的產(chǎn)生起源于鈉離子的內(nèi)流，所以抑制鈉離子內(nèi)流是阻斷動作電位的根本[2]。目前阻斷神經(jīng)傳導的方法有物理、化學、手術(shù)等療法。物理療法常用熱凝療法、冷凍療法、超短波、低中頻電療，而物理療法的缺點是效果不明顯，或者無法根治[3,4]。手術(shù)療法如神經(jīng)切斷術(shù)、神經(jīng)血管減壓術(shù)等需要開刀且易對神經(jīng)造成不小的損傷?；瘜W療法多采用麻醉藥、乙醇、酚等神經(jīng)破壞藥物進行，以達到長期鎮(zhèn)痛效果。目前各種阻斷神經(jīng)傳導的方法中最基本有效的是神經(jīng)阻滯療法，是將藥物注入于神經(jīng)節(jié)、叢或神經(jīng)干等神經(jīng)附近[5～7]，這些藥物能阻斷鈉離子的內(nèi)流以阻斷動作電位，此外還有調(diào)節(jié)神經(jīng)和擴張病變部位微血管、改善病變組織血液循環(huán)的作用。而鈉通道阻滯劑已被越來越多的研究學者證明是治療疼痛的有效方式[8～11]。

但現(xiàn)有的鈉通道阻滯劑數(shù)量較少（如普魯卡因、河豚毒素、布比卡因、石房蛤毒素、美西律等）而且在使用中存在一些缺陷：如對鈉通道的阻滯缺乏選擇性，產(chǎn)生非靶標作用從而導致副反應(yīng), 以及生物利用度低, 神經(jīng)阻滯作用時間不長等[11]。因此越來越多的學者致力于研究新的藥物或者對現(xiàn)有藥物進行改良[12～15]。如Li[12]合成了對Nav1.7進行溫和的選擇性抑制的新型α-氨基酰胺衍生物，同時可以提高生物活性，Jigar[13]利用轉(zhuǎn)鐵蛋白和乳鐵蛋白作為配體研發(fā)拉莫三嗪納米粒子以提高藥物在體內(nèi)的分布和延長作用持續(xù)時間。但研究鈉通道阻滯劑對神經(jīng)動作電位的作用機理是對現(xiàn)有藥物和開發(fā)新藥物的關(guān)鍵[16,17]，如Li[1]通過研究指出普魯卡因能夠有效治療NPP是通過抑制JAK2/STAT3信號通路實現(xiàn)的， Porreca[16]也對神經(jīng)病理性疼痛的靶向機制與鑒定進行了研究與總結(jié)。

但在實際應(yīng)用中，影響鈉通道阻滯劑藥效的因素有很多，如藥物的品種、濃度等，還有藥物的溫度因其影響藥物的擴散濃度，從而影響藥物起效時間，所以在治療中我們應(yīng)該考慮這些因素的影響。目前已有一些針對這些因素的研究[17～20]，如對溫度對麻醉藥藥效的影響的研究[20]，但他們只是研究了體溫和室溫兩種溫度。另有研究[19]比較了普魯卡因和布比卡因在起效時間和再現(xiàn)時間上的不同，但是他們的研究中沒有給出具體的溶液濃度。因此本文將綜合分析溫度和藥物濃度對鈉通道阻滯劑的作用，并給出定量分析結(jié)果，選用國內(nèi)外臨床廣泛應(yīng)用的鈉通道阻滯劑普魯卡因和布比卡因為研究對象，采用隨機分組對照的試驗方法，研究兩種藥物在三種溫度、兩種濃度下的阻滯效果，對幾種條件下的阻滯時間和去掉藥物后神經(jīng)的再現(xiàn)時間進行分析比較，總結(jié)出這兩種因素對藥物作用的影響規(guī)律，供臨床應(yīng)用參考。

方 法

1.藥物

普魯卡因（粉末狀）、鹽酸布比卡因（粉末狀）由源葉生物科技有限公司生產(chǎn)，標準任氏液自配。

2.動物

72只牛蛙購于超市，雌雄不限，體重250±100 g。

3.儀器

MD3000生物信號采集處理系統(tǒng)、神經(jīng)屏蔽盒由安徽正華生物儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)，蛙類解剖工具一套，恒溫水浴鍋。

4.實驗方法

（1）坐骨神經(jīng)及儀器準備：采用雙毀髓法破壞腦和脊髓，然后按常規(guī)方法分離出坐骨神經(jīng)干，兩端用手術(shù)線結(jié)扎，置于任氏液中穩(wěn)定20分鐘。將神經(jīng)標本放入神經(jīng)屏蔽盒內(nèi)的電極上，中樞端置于刺激電極上，外周端置于引導電極上[18]，并將電極與MD3000生物信號采集處理系統(tǒng)相連。如圖1所示，MD3000的輸出連接一對刺激電極，兩對引導電極連接MD3000的CH1和CH2，地線接地，軟件采樣模式為示波法，刺激器觸發(fā)疊加100次，采樣頻率為5～3 000 Hz，放大1 000倍，刺激模式選擇主周期刺激，周期1 s，脈寬0.5 ms，刺激電流幅值可調(diào)。實驗過程中用吸管吸取任氏液滴在神經(jīng)上以保持濕潤。

圖1 實驗裝置圖Fig.1 Diagram of the experimental setup

（2）實驗方案：牛蛙的適宜環(huán)境溫度為23～25℃，所以實驗時室內(nèi)溫度通過空調(diào)分別保持為18 ℃，25 ℃，35 ℃。首先將普魯卡因和布比卡因各配置1%和0.5%兩種濃度的溶液（普魯卡因常用濃度為0.5%～2%，布比卡因常用濃度為0.25%～1%[6]），然后將72只牛蛙144根坐骨神經(jīng)隨機分為3組，分別在室內(nèi)溫度為18 ℃，25 ℃，35 ℃下進行實驗，每組又根據(jù)滴加的藥物和濃度隨機分為四組，最終根據(jù)溫度、濃度和藥物分為12組神經(jīng)進行下列實驗步驟：

逐漸增大刺激電流幅度，直到神經(jīng)干動作電位不再隨其增大而增大時，以此幅值作為后續(xù)實驗刺激電流。

用水浴鍋加熱選定濃度（1%或0.5%）的選定藥液（普魯卡因或布比卡因）使其與環(huán)境溫度一致，把一小撮棉花浸在藥液中1分鐘后[7]，將其附于刺激電極與接地電極之間的神經(jīng)干上，開始計時。每隔1分鐘記一次動作電位，直至動作電位消失，實驗中不斷滴加新的藥液保證棉花上藥液的溫度維持不變。

動作電位消失后，移走神經(jīng)干上的棉花，并將神經(jīng)置于任氏液中，開始計時。每隔10分鐘取出神經(jīng)記一次動作電位，直到動作電位復現(xiàn)。

圖2是MD3000記錄軟件上截取的動作電位的典型波形。通道1是神經(jīng)干動作電位，通道3是刺激標記。實驗時滴加藥物后通道1波形峰值會慢慢變小直到消失，去掉藥物后，又會慢慢恢復。

圖2 電刺激下坐骨神經(jīng)典型動作電位波形Fig.2 Typical action potential waveform of sciatic nerve under electrical stimulation

5.統(tǒng)計學處理

數(shù)據(jù)處理在SPSS 19.0中進行。結(jié)果用均數(shù)±標準差(±SD)表示，組間比較采用單因素方差分析，P＜ 0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié) 果

1.兩種因素對起效時間的影響

表1是普魯卡因和布比卡因兩種濃度溶液在三種溫度下的起效時間。從結(jié)果可以看出，對于同一藥物，相同溫度下，1%的藥物起效時間明顯短于0.5%的（P＜ 0.05，見表1），同時溫度對起效時間有影響，溫度越高，阻滯時間越短。在相同濃度相同溫度條件下，與布比卡因相比，普魯卡因的起效時間略慢（只有35℃時，0.5%的普魯卡因和0.5%的布比卡因的起效時間P= 0.155 ＞ 0.05沒有顯著差異，其他都有顯著差異P＜ 0.05）。

2.兩種因素對再現(xiàn)時間的影響

表2普魯卡因和布比卡因兩種濃度溶液在三種溫度下的再現(xiàn)時間。結(jié)果發(fā)現(xiàn)開始所加藥物的溫度對去掉藥物后的神經(jīng)動作電位的再現(xiàn)時間沒有顯著影響。此外，如表2所示，神經(jīng)在用普魯卡因后動作電位的再現(xiàn)時間遠遠小于布比卡因（P＜ 0.05），而對于同種藥物來說，1%濃度的再現(xiàn)時間要長于0.5% 的（P＜ 0.05）。

討 論

現(xiàn)在常用的鈉通道阻滯劑有很多[6]，本研究選用的鈉通道阻滯劑為普魯卡因和鹽酸布比卡因。這兩種藥物對神經(jīng)有阻斷作用，能使動作電位幅值降低、傳導速度減慢、直至完全消失。普魯卡因最早由Einhorn等人于1909年首次制得[6]，是國內(nèi)外臨床廣泛應(yīng)用的基本藥物之一，其療效確切、毒副作用小，已有近百年的應(yīng)用歷史，也曾經(jīng)多年作為臨床優(yōu)先使用的局部麻醉藥。布比卡因是于1957年首次合成，并被廣泛用于神經(jīng)阻滯和椎管內(nèi)麻醉。

表1 不同溫度下普魯卡因和布比卡因的起效時間（單位：分鐘,n =12,±SD）xTable 1 The onset time of procaine and bupivacaine at different temperature (unit: min, n=12,±SD)

表1 不同溫度下普魯卡因和布比卡因的起效時間（單位：分鐘,n =12,±SD）xTable 1 The onset time of procaine and bupivacaine at different temperature (unit: min, n=12,±SD)

注：*P ＜ 0.05, **P ＜ 0.01, ***P ＜ 0.001, 與18℃相同濃度相同藥物相比； #P ＜ 0.05, ##P ＜ 0.01, ###P ＜ 0.001, 與同一溫度下1%普魯卡因相比；△P ＜ 0.05, △△P ＜ 0.01, △△△P ＜ 0.001, 與同一溫度下 0.5% 布比卡因相比。*P ＜ 0.05, **P ＜ 0.01, ***P ＜ 0.001, compared with the same drug with same concentration at 18℃ ; #P ＜ 0.05, ##P ＜ 0.01, ###P ＜ 0.001, compared with 1% Procaine at the same temperature; △P ＜ 0.05, △△P ＜ 0.01, △△△P ＜ 0.001, compared with 0.5% Bupivacaine at the same temperature.

組別Group 普魯卡因Procaine 布比卡因Bupivacaine 1% 0.5% 1% 0.5%18℃ 8.75±1.22 13.17±1.19###△ 7.42±1.16#△△△ 12.17±0.94###25℃ 7.33±0.89** 11.92±1.24*###△ 6.50±1.00*#△△△ 10.83±1.19**###35℃ 6.42±0.79*** 11.00±1.65***### 5.67±.078***#△△△ 10.00±1.13***###

表2 不同溫度下普魯卡因和布比卡因的再現(xiàn)時間（單位：分鐘,n =12,±SD）xTable 2 The recorvery time of procaine and bupivacaine at different temperature (unit: min, n=12,±SD)

表2 不同溫度下普魯卡因和布比卡因的再現(xiàn)時間（單位：分鐘,n =12,±SD）xTable 2 The recorvery time of procaine and bupivacaine at different temperature (unit: min, n=12,±SD)

注：*P ＜ 0.05, **P ＜ 0.01, ***P ＜ 0.001, 與18℃相同濃度相同藥物相比； #P ＜ 0.05, ##P ＜ 0.01, ###P ＜ 0.001, 與同一溫度下1%普魯卡因相比；*P ＜ 0.05, **P ＜ 0.01, ***P ＜ 0.001, compared with the same drug with same concentration at 18℃ ; #P ＜ 0.05, ##P ＜ 0.01, ###P ＜ 0.001, compared with 1% Procaine at the same temperature.

組別Group 普魯卡因Procaine 布比卡因Bupivacaine 1% 0.5% 1% 0.5%18℃ 40.83±6.69 22.5±4.52***### 232.5±28.32***### 164±20.65***25℃ 40.00±7.39 23.33±4.92***### 249.17±15.05***### 159.17±22.34***35℃ 41.67±7.18 22.5±4.52***### 232.5±16.03***#### 162.5±24.91***

我們實驗的結(jié)果是相同濃度下普魯卡因的起效時間慢于布比卡因，這一結(jié)果看似與另一研究[19]的結(jié)果相反，但實際上他們實驗中并沒有注明所用普魯卡因與布比卡因的濃度，因為布比卡因毒性大，所以在實際應(yīng)用中布比卡因濃度不能太高，一般在0.5%左右，而普魯卡因毒副作用小，其使用濃度一般在2%～4%，所以高濃度的普魯卡因在實際的麻醉起效時間可以短于低濃度的布比卡因起效時間[6]。但我們的結(jié)果是相同濃度的普魯卡因和布比卡因的比較，因此并不矛盾。

而結(jié)果中顯示普魯卡因的再現(xiàn)時間短于布比卡因，這一結(jié)果與先前研究[19]的結(jié)論一致。布比卡因是酰胺類局部麻醉藥，因其親脂性強，即與神經(jīng)組織親和力更強，所以持續(xù)時間長，而普魯卡因與蛋白結(jié)合能力弱，所以其持續(xù)時間短[6]。對于溫度對麻醉效果的影響，分析其原因可能是，溫度越高，藥物的擴散就會越快，所以能更快的浸透神經(jīng)束里所有的神經(jīng)纖維，使其起效時間就更快，這一規(guī)律與另一學者[20]對左布比卡因的研究結(jié)果一致，他的研究表明37 ℃的左布比卡因比24 ℃的左布比卡因起效快。

本次研究表明濃度和溫度對局麻藥的麻醉起效時間都有影響，且不同藥物的起效時間和再現(xiàn)時間都有差異，為臨床實際應(yīng)用提供了理論參考。

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EFFECTS OF TEMPERATURE ON BULLFROG SCIATIC NERVE BLOCK ANESTHESIA USING PROCAINE AND BUPIVACAINE*

CHEN Jun-Ming, MOU Zong-Xia△
(Department of Biomedical engineering, Jinan university，Guangzhou 510632, China)

Objective: To compare the effects of procaine and bupivacaine under different temperature and different concentration on the excitability of the bullfrog sciatic nerve. Methods: 144 sciatic nerve from 72 bullfrog were dissected and randomly divided into 3 groups with 48 nerves in each group. The temperature of the drug is 18℃ for Group I, 25℃ for Group II, and 35℃ for Group III. Each group was divided into 4 sub-group. 1% and 0.5% procaine and bupivacaine were used to block the sciatic nerve for each sub-group, respectively. The action potential was recorded by a multi-channel physiological signal recorder. The onset time and recorvery time of the drug under different conditions were compared. Results: In the condition of same temperature and same concentration, the onset time of Procaine was signi fi cantly slower than that of bupivacaine. However, the recorvery time of Procain after removing the drug was much shorter than that of bupivacaine. For the same drug, the onset time of 1% concentration was faster than 0.5% at the same temperature and the recorvery time of 1% was longer than that of 0.5%. The onset time was also affected by the temperature. The onset time was reduced with the increase of the temperature. But the recovery time was not affected by the temperature. Conclusion: Both temperature and concentration could affect the oneset of the local anesthetics. Bupivacaine has shorter oneset time and longer recovery time than procaine at the same concentration.

Temperature; Procaine; Bupivacaine; Action potential; Sciatic nerve

10.3969/j.issn.1006-9852.2017.07.005

國家自然科學基金青年科學基金項目（31500796）

△通訊作者 mouzongxia@163.com