异氟烷麻醉深度和持续时间对小鼠肾功能的影响（采用[99mTc]Tc-巯基乙酰三甘氨酸SPECT测定）
Joseph R. Merrill, Alessandra Inguscio,Taemoon Chung, Breanna Demestichas, Libia A. Garcia, Jill Habel, David Y. Lewis, Tobias Janowitz, and Scott K. Lyons
Cell Stress, 2023 Aug
总结
在一项涉及86只严重联合免疫缺陷（SCID）小鼠的研究中，研究人员使用动态单光子发射计算机断层扫描（SPECT）技术，探讨了不同浓度的异氟烷麻醉和操作程序对肾脏闪烁扫描的影响。他们根据呼吸频率调整了异氟烷浓度以实现浅度和深度麻醉，并比较了单笼与三笼饲养设置。结果显示，深度麻醉和长时间浅度麻醉会导致血液清除和肾脏流入延迟，以及峰值时间延迟。相反，呼吸频率高且持续时间短的浅度麻醉则能获得更具代表性且方差更低的数据。这些发现表明，在临床前研究中，仔细控制麻醉深度和持续时间对于获得准确的肾脏闪烁扫描结果至关重要。
〉药品，尤其是诊断和治疗示踪剂的临床前评估，在其开发和最终获批过程中至关重要。在核医学领域，优化基于肽的肿瘤疗法，同时最大程度减少肾脏摄取和相关毒性，是一项重大挑战。因此，建立可靠的临床前测试来评估肾脏毒性，对于推进新型治疗性放射性药物的开发至关重要。
肾闪烁扫描术是一种非侵入性成像技术，在测量肾小球滤过率（GFR）和肾血流量（RBF）等参数方面发挥着核心作用。肾闪烁扫描术利用99m锝-巯基乙酰三甘氨酸（[99mTc]Tc-MAG3）作为肾小管示踪剂，能够稳健地量化肾功能。然而，包括麻醉在内的各种生理因素和外部影响可能会影响其效果。
〉异氟烷是一种在临床前研究中广泛使用的吸入性麻醉剂，具有起效快、可控性高等优点。然而，其对[99mTc]Tc-MAG3等放射性示踪剂药代动力学的影响仍在研究中。了解这种相互作用对于准确评估药物开发中的肾功能损害至关重要。
〉因此，本研究旨在通过动态单光子发射计算机断层扫描（SPECT）成像技术，阐明不同深度的异氟烷麻醉对小鼠肾脏排泄参数的影响。此外，我们还旨在通过比较单床位与多床位小鼠装置，探讨麻醉持续时间的影响，同时认识到麻醉深度和持续时间在肾功能评估中的重要性。
方法
本研究仅使用了对肿瘤学中肿瘤建模至关重要的SCID小鼠。动物在受控条件下饲养，遵循12小时的光照-黑暗周期。使用配备高分辨率小鼠孔径以进行精确成像的NanoSPECT/CTplus设备进行肾脏闪烁扫描。评估麻醉深度和持续时间对小鼠影响的研究设计如图1所示。
图1 在单只小鼠床中，通过呼吸频率（低=80–90次/分钟，深=40–45次/分钟）控制异氟烷麻醉深度。[99mTc]Tc-MAG3注射在麻醉诱导后约10分钟开始。b 比较在单只小鼠床和三小鼠床酒店中成像的小鼠在低麻醉深度下的异氟烷麻醉持续时间。在注射示踪剂时，酒店位置1的小鼠麻醉持续时间约为30分钟，位置2为20分钟，位置3和单只小鼠床为10分钟。
小鼠由Biorender.com创建：
〉对7只5个月大的雄性SCID小鼠进行了研究。
〉在低浓度和高浓度异氟烷环境下分别进行成像，两次实验间隔一周。
〉异氟烷的浓度范围为1-2%，根据呼吸频率进行调整。
〉浅麻醉和深麻醉的呼吸频率分别为80-90次/分钟和40-45次/分钟。
〉使用新生儿电极进行心电图（ECG）监测。
〉为避免遗留效应，首先在低浓度异氟烷下检查一半小鼠，另一半则从高浓度开始。
〉为消除潜在的昼夜节律影响，检查均在同一天的不同时间进行。
异氟烷麻醉持续时间的研究：
〉对12只3个月大的雌性SCID小鼠进行了研究。
〉成像是在一个加热的单只小鼠床上进行的。
〉呼吸频率保持在每分钟80-90次。
〉在麻醉诱导后约10分钟，开始进行示踪剂注射，随后进行单光子发射计算机断层扫描（SPECT）检查。
〉对67只3-4个月龄的雌性SCID小鼠进行了研究。
〉成像是在一个配备有三张加热鼠床的酒店进行的。
〉床位间的异氟烷浓度分布均匀。
根据导管放置情况，在小鼠中交错进行示踪剂注射，注射时麻醉持续时间不同（位置1为30分钟，位置2为20分钟，位置3为10分钟）。
nanoScan SPECT/CT的结果
半静态SPECT/CT肾闪烁扫描
在肾闪烁扫描过程中，使用异氟烷对小鼠进行麻醉，以便进行导管插入、示踪剂注射和SPECT/CT采集。使用30 G套管和0.28×0.61 mm导管，每毫升0.9%氯化钠中加入2国际单位肝素，用于通过尾部静脉注射约28 MBq的[99mTc]Tc-MAG3。SPECT采集在低剂量CT扫描后进行，包括在35分钟内采集68幅重建图像，每帧持续20或50秒。在3只小鼠同床的实验设置中，小鼠被连续注射，动态数据采集从38分钟内采集78幅重建图像开始，以确保检测到所有小鼠的Tmax（达峰时间）。额外的麻醉时间有所不同，单床和酒店位置3的小鼠为10分钟，最初放置在酒店位置1的小鼠约为30分钟，位置2的小鼠约为20分钟。程序完成后，移除尾部导管，让小鼠在加热箱中苏醒，然后放回其饲养组。
定量与统计分析
制造商对SPECT设备进行定期校准，以确保其在高压、能量、计数率线性、能量分辨率和空间均匀性方面的准确性。针对每种核素，使用剂量校准器进行交叉校准，生成具有足够定量精度的绝对值（kBq）。通过为每个肾脏设置窗口并定义感兴趣区（VOI）轮廓，评估[99mTc]Tc-MAG3的主动脉和肾脏摄取动力学，包括肾皮质、髓质和肾盂肾盏系统。计算达峰时间（Tmax）、T50（50%清除率）、T25（75%清除率）和血液排泄半衰期（主动脉50%清除率）。数据以中位数、四分位数间距、最小值和最大值表示，绘制为箱线图。使用Wilcoxon检验对配对组（如浅麻醉与深麻醉）进行统计比较，使用Mann-Whitney U检验对非配对组（如单床与酒店）进行统计比较。假设p<0.05具有统计学意义。由于本纵向研究中小鼠的总血量较低，因此无法重复采血以测定血清肌酐。
图2 静脉注射[99mTc]Tc-MAG3后，在3只小鼠床位酒店中采集的半静态动态SPECT图像与全身CT图像融合的最大强度投影，扫描范围为22毫米（高分辨率大鼠孔径）。b 在单只小鼠床位中采集的SPECT图像，扫描范围为14毫米（高分辨率小鼠孔径），并手动勾画感兴趣区域（VOI）以量化[99mTc]Tc-MAG3的摄取
由于小鼠右肾的解剖位置比左肾更靠颅侧，因此使用小鼠孔径在14毫米的有限扫描范围内有效捕捉两个肾脏可能具有挑战性。因此，具有更大横断面视野（22毫米）的大鼠孔径更适合使用半静态SPECT对小鼠进行肾脏闪烁扫描。图2展示了大小鼠孔径的使用情况，表明两者之间的图像分辨率相当。
异氟烷麻醉深度对肾功能的影响
在闪烁扫描期间，基于呼吸频率而非异氟烷浓度调节的麻醉深度对肾功能参数有显著影响（表1）。低麻醉浓度下呼吸频率较高会导致血液清除半衰期缩短（T50aorta，p=0.091），并显著增加相对肾脏示踪剂流入率（p=0.018）。低麻醉浓度下，达峰时间（Tmax）有提前的趋势（p=0.063），而T50和T25则无显著差异。心率对肾脏示踪剂动力学无显著影响。然而，在深度麻醉下，数据方差增大。
在单只小鼠床位检查中，肾[99mTc]Tc-MAG3闪烁扫描的不同参数受呼吸频率控制的麻醉深度的影响。
主动脉示踪剂排泄半衰期以T50aorta（秒）表示，肾脏摄取则以达峰时间（Tmax）、T50（50%清除率）和T25（75%清除率）（分钟）表示。每组数据均包括中位数、四分位数间距[IQR]、最小值-最大值和动物数量
图3 单只小鼠床位检查中，浅麻醉和深麻醉状态下[99mTc]Tc-MAG3肾脏摄取的达峰时间（Tmax）（p=0.063）
单张或多张鼠床对肾功能的影响
在酒店环境中，小鼠在单张或多张床位上的摆放位置显著影响了闪烁扫描术中的肾功能参数。与位置2和3的小鼠以及单张床位上的小鼠相比，位置1的小鼠（麻醉时间最长，约30分钟）的达峰时间（Tmax）、T50和T25显著延迟（表2）。相反，在酒店环境中，单张床位检查与位置2或3之间未观察到显著差异。然而，在酒店内，位置1与位置2（T50和T25均延迟；p均<0.01）以及位置1与位置3（Tmax、T50和T25均延迟；p均<0.05）之间存在显著差异。这种差异在图4中直观地表现出来，其中位置1的小鼠在Tmax上相较于同一采集中的其他小鼠表现出明显的延迟。
[99mTc]Tc-MAG3肾脏动力学在单只小鼠床位与三只小鼠床位酒店检查中的比较
主动脉示踪剂排泄半衰期以T50aorta（秒）表示，肾脏摄取则以达峰时间（Tmax）、T50（50%清除率）和T25（75%清除率）（分钟）表示。每组数据均包括中位数、四分位数间距[IQR]、最小值-最大值和动物数量
〉在单一位置与位置1之间，#p < 0.05
〉位置1与位置2之间的p值<0.01
〉位置1与位置3之间的p值<0.05
示例（分别为左右肾合并）。在注射示踪剂时，位置1的麻醉持续时间约为30分钟，位置2为20分钟，位置3为10分钟。位置1的小鼠表现出延迟的达峰时间（Tmax）、T50（50%清除率）和T25（75%清除率）。小鼠由Biorender.com创建
总之，小鼠深度麻醉的特征是呼吸频率降低，这会对肾功能参数产生不利影响，包括血液清除半衰期延长、肾示踪剂流入速率延迟以及达峰时间（Tmax）推迟，同时动力学变异性增加。因此，建议在肾闪烁扫描期间保持呼吸频率一致，并选择高呼吸频率（80~90次/分）的低深度麻醉，以确保数据可靠且动力学变异性最小。此外，麻醉持续时间过长，尤其是在三床位小鼠笼具设置中第一只小鼠经历的情况，会对肾功能参数产生负面影响。为缓解这一问题，在多个小鼠笼具中进行研究时，理想情况下最多同时检查两只小鼠，因为对低麻醉状态进行个体化调整具有挑战性。
