Современные аспекты в области анестезии мелких лабораторных животных

Эксперименты с использованием лабораторных животных необходимы для лучшего понимания течения той или иной патологии, изучения механизмов ее развития и разработки новых терапевтических стратегий. Значительная часть экспериментальных исследований требует выполнения процедуры анестезии. В связи с этим выбор оптимального протокола по анестезии является важным пунктом исследований, так как недостаточная глубина наркоза и влияние нежелательных факторов на организм объекта могут привести к летальному исходу.
Для нас представляло интерес выяснить, что поменялось в области анестезии лабораторных животных за последнее время, какие препараты актуальны на данный момент и в чем причина их популярности.
Анестезия мышей является сложной задачей по нескольким причинам: размер животного, скорость метаболизма и высокий риск гипотермии и гипогликемии. Кроме того, анестетики действуют на физиологические параметры, что еще больше влияет на результаты экспериментов. На данный момент существует большой перечень препаратов, применяемых на лабораторных животных. Поскольку они подразделяются на группы в зависимости от путей введения, из ряда статей мы отобрали следующие препарата: инъекционные – «Медетомидин», «Дексмедетомидин», «Золетил-100», «Кетамин», «Ксила», «Пропофол» и ингаляционные – «Изофлуран», «Севофлуран». Изучили и описали преимущества и недостатки препаратов и их сочетаний.
Согласно анализу литературных источников, инъекционная анестезия считается основным методом наркоза для экспериментальных животных и сравнительно хорошо переносится животными, так же не требует дополнительной громоздкой аппаратуры, дополнительной квалификации сотрудников, на ряд препаратов существуют антагонисты, имеет доступную стоимость.
При длительных сложных манипуляциях/операциях в большинстве литературы использовали ингаляционный наркоз, так как он более управляем, агенты требуют минимального метаболизма, в ряде случаев не требует дополнительной седации.

1. Кит О. И., Гончарова А. С., Лукбанова Е. А. Методы создания ортотопических моделей рака толстой кишки человека на иммунодефицитных животных. Вопросы онкологии. 2019:65(2):303–307. https://doi.org/10.37469/0507-3758-2019-65-2-303-307

2. Shen X, Dong Y, Xu Z, Wang H, Miao C, Soriano SG, et al. Selective anesthesia-induced neuroinflammation in developing mouse brain and cognitive impairment. Anesthesiology. 2013 Mar;118(3):502–515. https://doi.org/10.1097/ALN.0b013e3182834d77

3. Cicero L, Fazzotta S, Palumbo VD, Cassata G, Lo Monte AI. Anesthesia protocols in laboratory animals used for scientific purposes. Acta Biomed. 2018 Oct 8;89(3):337–342. https://doi.org/10.23750/abm.v89i3.5824

4. Gargiulo S, Greco A, Gramanzini M, Esposito S, Affuso A, Brunetti A, et al. Mice anesthesia, analgesia, and care, Part II: anesthetic considerations in preclinical imaging studies. ILAR J. 2012;53(1):E70–81. https://doi.org/10.1093/ilar.53.1.70

5. Johnson SC, Pan A, Li L, Sedensky M, Morgan P. Neurotoxicity of anesthetics: Mechanisms and meaning from mouse intervention studies. Neurotoxicol Teratol. 2019 Feb;71:22–31. https://doi.org/10.1016/j.ntt.2018.11.004

6. Gargiulo S, Greco A, Gramanzini M, Esposito S, Affuso A, Brunetti A, et al. Mice anesthesia, analgesia, and care, Part I: anesthetic considerations in preclinical research. ILAR J. 2012;53(1):E55–69. https://doi.org/10.1093/ilar.53.1.55

7. Yao C, Li Y, Shu S, Yao S, Lynch C, Bayliss DA, et al. TASK channels contribute to neuroprotective action of inhalational anesthetics. Sci Rep. 2017 Mar 9;7:44203. https://doi.org/10.1038/srep44203

8. Hankenson FC, Braden-Weiss GC, Blendy JA. Behavioral and activity assessment of laboratory mice (Mus musculus) after tail biopsy under isoflurane anesthesia. J Am Assoc Lab Anim Sci. 2011 Sep;50(5):686–694.

9. Jaber SM, Hankenson FC, Heng K, McKinstry-Wu A, Kelz MB, Marx JO. Dose regimens, variability, and complications associated with using repeat-bolus dosing to extend a surgical plane of anesthesia in laboratory mice. J Am Assoc Lab Anim Sci. 2014 Nov;53(6):684–691.

10. Murai H, Suzuki H, Tanji H, Kimura T, Iba Y. A simple method using anesthetics to test effects of sleep-inducing substances in mice. J Pharmacol Sci. 2020 Feb;142(2):79–82. https://doi.org/10.1016/j.jphs.2019.12.003

11. Flecknell P. Chapter 1-Basic principles of anaesthesia «Laboratory animal anaesthesia» 4th ed. Boston: Academic Press; 2016.

12. Hohlbaum K, Bert B, Dietze S, Palme R, Fink H, Thöne-Reineke C. Systematic Assessment of Well-Being in Mice for Procedures Using General Anesthesia. J Vis Exp. 2018 Mar 20;(133):57046. https://doi.org/10.3791/57046

13. Tremoleda JL, Kerton A, Gsell W. Anaesthesia and physiological monitoring during in vivo imaging of laboratory rodents: considerations on experimental outcomes and animal welfare. EJNMMI Res. 2012 Aug 9;2(1):44. https://doi.org/10.1186/2191-219X-2-44

14. Griffin KM, Blau CW, Kelly ME, O’Herlihy C, O’Connell PR, Jones JFX, et al. Propofol allows precise quantitative arterial spin labelling functional magnetic resonance imaging in the rat. Neuroimage. 2010 Jul 15;51(4):1395–1404. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2010.03.024

15. Janssen CF, Maiello P, Wright JrMJ, Kracinovsky KB, Newsome JT. Comparison of atipamezole with yohimbine for antagonism of xylazine in mice anesthetized with ketamine and xylazine. J Am Assoc Lab Anim Sci. 2017;56(2):142–147.

16. Burnside WM, Flecknell PA, Cameron AI, Thomas AA. A comparison of medetomidine and its active enantiomer dexmedetomidine when administered with ketamine in mice. BMC Vet Res. 2013 Mar 13;9:48. https://doi.org/10.1186/1746-6148-9-48

17. Wellington D, Mikaelian I, Singer L. Comparison of ketamine-xylazine and ketamine-dexmedetomidine anesthesia and intraperitoneal tolerance in rats. J Am Assoc Lab Anim Sci. 2013 Jul;52(4):481–487.

18. Leung LS, Chu L, Prado MAM, Prado VF. Forebrain Acetylcholine Modulates Isoflurane and Ketamine Anesthesia in Adult Mice. Anesthesiology. 2021 Apr 1;134(4):588–606. https://doi.org/10.1097/ALN.0000000000003713

19. Cheung HM, Chow TCH, Yew DTW. How Ketamine Affects Livers of Pregnant Mice and Developing Mice? Int J Mol Sci. 2017 May 19;18(5):1098. https://doi.org/10.3390/ijms18051098

20. Erickson RL, Blevins CE, Souza Dyer CD, Marx JO. Alfaxalone-Xylazine Anesthesia in Laboratory Mice (Mus musculus). J Am Assoc Lab Anim Sci. 2019 Jan 1;58(1):30–39. https://doi.org/10.30802/AALAS-JAALAS-18-000010

21. Jaber SM, Hankenson FC, Heng K, McKinstry-Wu A, Kelz MB, Marx JO. Dose regimens, variability, and complications associated with using repeat-bolus dosing to extend a surgical plane of anesthesia in laboratory mice. J Am Assoc Lab Anim Sci. 2014 Nov;53(6):684–691.

22. Tsurugizawa T, Yoshimaru D. Impact of anesthesia on static and dynamic functional connectivity in mice. Neuroimage. 2021 Nov 1;241:118413. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2021.118413

23. Erickson RL, Terzi MC, Jaber SM, Hankenson FC, McKinstry-Wu A, Kelz MB, et al. Intraperitoneal Continuous-Rate Infusion for the Maintenance of Anesthesia in Laboratory Mice (Mus musculus). J Am Assoc Lab Anim Sci. 2016;55(5):548–557.

24. Yoshizawa K, Ukai S, Kuroda J, Yamauchi T, Yamada D, Saitoh A, et al. Alfaxalone improved in acute stress-induced tactile hypersensitivity and anxiety-like behavior in mice. Neuropsychopharmacol Rep. 2022 Jun;42(2):213–217. https://doi.org/10.1002/npr2.12233

25. Siriarchavatana P, Ayers JD, Kendall LV. Anesthetic Activity of Alfaxalone Compared with Ketamine in Mice. J Am Assoc Lab Anim Sci. 2016;55(4):426–430.

26. Tsukamoto Y, Yamada N, Miyoshi K, Yamashita K, Ohsugi T. Anesthetic effect of a mixture of alfaxalone, medetomidine, and butorphanol for inducing surgical anesthesia in ICR, BALB/c, and C57BL/6 mouse strains. J Vet Med Sci. 2019 Jun 28;81(6):937–945. https://doi.org/10.1292/jvms.18-0712

27. Schuetze S, Manig A, Ribes S, Nau R. Aged mice show an increased mortality after anesthesia with a standard dose of ketamine/xylazine. Lab Anim Res. 2019;35:8. https://doi.org/10.1186/s42826-019-0008-y

28. Mees L, Fidler J, Kreuzer M, Fu J, Pardue MT, García PS. Faster emergence behavior from ketamine/xylazine anesthesia with atipamezole versus yohimbine. PLoS One. 2018;13(10):e0199087. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0199087

29. Abdelkhalek AS, Youssef HA, Saleh AS, Bollen P, Zvara P. Anesthetic protocols for urodynamic studies of the lower urinary tract in small rodents-A systematic review. PLoS One. 2021;16(6):e0253192. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0253192

30. Zhang WL, Liu MY, Zhang ZC, Duan CY. Effect of different anesthesia methods on erythrocyte immune function in mice. Asian Pac J Trop Med. 2013 Dec;6(12):995–998. https://doi.org/10.1016/S1995-7645(13)60179-0

31. Tsukamoto A, Serizawa K, Sato R, Yamazaki J, Inomata T. Vital signs monitoring during injectable and inhalant anesthesia in mice. Exp Anim. 2015;64(1):57–64. https://doi.org/10.1538/expanim.14-0050

32. Seymour TL, Nagamine CM. Evaluation of Isoflurane Overdose for Euthanasia of Neonatal Mice. J Am Assoc Lab Anim Sci. 2016;55(3):321–323.

33. Hohlbaum K, Bert B, Dietze S, Palme R, Fink H, Thöne-Reineke C. Severity classification of repeated isoflurane anesthesia in C57BL/6JRj mice-Assessing the degree of distress. PLoS One. 2017;12(6):e0179588. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0179588

34. Ding F, Zheng L, Liu M, Chen R, Leung LS, Luo T. Ciproxifan, an H3 receptor antagonist, improves short-term recognition memory impaired by isoflurane anesthesia. J Anesth. 2016 Aug;30(4):684–690. https://doi.org/10.1007/s00540-016-2189-y

35. Moody CM, Weary DM. Mouse aversion to isoflurane versus carbon dioxide gas. Applied Animal Behaviour Science. 2014 Sep 1;158:95–101. https://doi.org/10.1016/j.applanim.2014.04.011

36. Kikuchi T, Tan H, Mihara T, Uchimoto K, Mitsushima D, Takase K, et al. Effects of volatile anesthetics on the circadian rhythms of rat hippocampal acetylcholine release and locomotor activity. Neuroscience. 2013 May 1;237:151–160. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2013.01.062

37. Liang P, Li F, Liu J, Liao D, Huang H, Zhou C. Sevoflurane activates hippocampal CA3 kainate receptors (Gluk2) to induce hyperactivity during induction and recovery in a mouse model. Br J Anaesth. 2017 Nov 1;119(5):1047–1054. https://doi.org/10.1093/bja/aex043

38. Hayase T, Tachibana S, Yamakage M. Effect of sevoflurane anesthesia on the comprehensive mRNA expression profile of the mouse hippocampus. Med Gas Res. 2016 Jun;6(2):70–76. https://doi.org/10.4103/2045-9912.184715

39. Zhang L, Zhang J, Yang L, Dong Y, Zhang Y, Xie Z. Isoflurane and sevoflurane increase interleukin-6 levels through the nuclear factor-kappa B pathway in neuroglioma cells. Br J Anaesth. 2013 Jun;110 Suppl 1:i82–91. https://doi.org/10.1093/bja/aet115

40. Lagerweij T, Sewing C, van Battum L, Koken P, Heukelom S. Inhalation anesthesia and shielding devices to allow accurate preclinical irradiation of mice with clinical linac-based systems: Design and dosimetric characteristics. Clin Transl Radiat Oncol. 2021 Jan;26:92–97. https://doi.org/10.1016/j.ctro.2020.11.012