如何在太空中進行動物實驗手術？
劉驥，戰略支援部隊特色醫學中心（原306醫院），麻醉科
如何在太空中進行動物實驗手術？神經對其所支配的骨骼肌有著顯著的影響。為了了解抗重力肌肉在失重環境下的改變，不僅要研究肌肉本身結構功能的變化，還要研究其支配神經的變化。肌肉的神經支配來源於脊髓。為了研究特定的脊髓神經元，必須對它們進行標記，以區別它們與脊髓中的其他神經細胞。通常使用逆行標記法對脊髓內的神經元進行標記，具體做法為將少量的標記物沉積在目標肌肉中，標記物就會被運動神經末梢攝取，通過軸突運送回脊髓中的神經細胞內。然後通過光學顯微鏡觀察脊髓組織切片，標記的神經細胞就非常易於辨認。
進行脊髓神經細胞元的逆行標記有其技術上的挑戰。首先，需要進行逆行標記的肌肉非常小，直徑為1~2個毫米，標記物必須用微升級的細針進行注射。其次，需要實施顯微外科手術以暴露目標肌肉實施精確注射。第三，正確的麻醉方法和恢復技術是保證大鼠可以耐受手術並且順利恢復的必要條件。第四，在太空中，這些工作都必須在工作站中進行，以保證工作區域與眼睛之間保持手臂長度的距離。
太空神經實驗室（Neurolab）首次應用以上技術在太空中實施康復手術。5隻21日齡大鼠麻醉後，比目魚肌與趾長伸肌注射標記物。手術切口以創面粘合劑封閉。所有大鼠耐受良好，順利恢復。術後2 d複查，傷口部位癒合良好。手術實施成功同時表明，如果未來有需要，可以在太空中實施具有挑戰性的精細外科手術。
手術記錄
麻醉
對小鼠實施適當的麻醉可能是困難的。麻醉過量會導致死亡，麻醉不充分則不可耐受手術。致命劑量和安全劑量之間的差距只有十分之幾毫升。為了確定太空神經實驗室的麻醉方案，進行了廣泛的飛行前測試。最終決定使用含有乙醯丙嗪、甲苯噻嗪和氯胺酮（酮胺鹽雞尾酒）的組合用於麻醉。通過測試不同劑量以確定何種劑量能保證最好麻醉效果的同時可以完全恢復。基於飛行前測試，建立了列線圖，列出了根據小鼠尾巴長度的對應給藥劑量。小鼠尾部長度與體重呈強相關。Neurolab沒有在微重力下測量小鼠的體重的裝備。列線圖規定了與大鼠體型匹配的個體化給藥劑量。麻醉劑通過25 G針頭的胰島素注射器注入小鼠前肢肌肉，劑量在0.3~0.5 ml之間。圖1顯示麻醉試劑盒。注射器里預先充好麻醉藥液，注射器主體與注射器蓋之間有尼龍搭扣，注射器放置於可移動的密封袋中。使用時，將夾持注射器的卡片從塑料袋中取出，並以尼龍搭扣附著在通用工作站的內部。根據需要，注射器單獨從卡上取出，注射後更換。在天基任務中，麻醉方案必須稍作修改。天基任務中的小鼠與地基試驗中同齡小鼠體型大小不同。此外，在飛行中，幾隻小鼠的尾巴出現了意外的縮短。這意味著尾巴長度不能再被用作準確預測體重的指標。然而，飛行前訓練為麻醉的使用和效果提供了經驗。將飛行前訓練中使用常規劑量減少了約25%，獲得了良好的麻醉效果。由於麻醉起效延遲，一隻小鼠接受了額外的0.1毫升麻醉劑量。
手術
圖2顯示了在前門打開前的飛行訓練期間的通用工作站。在手術之前，船員將從太空艙積載區域卸下必要的設備，並將其放入通用工作站中。設備包括軟木頂工作台（圖3）和所有必要的工具包和手術工具（小剪刀、拉鉤、鑷子）。此外，一個帶有網蓋的透明塑料盒，用作大鼠可以安全地從麻醉中蘇醒的區域。工作站配置適當後，船員戴手套，關閉通用工作站門，並將手臂通過TyvEX手套插入工作站進行操作。另一名船員將動物盒從側門送入工作站內，小鼠被轉移到工作站內一個透明的保持盒中。麻醉給葯後，需等待5~10 min以使其生效。小鼠麻醉充分對捏腳刺激無反應後，使用尼龍繃帶繞腹固定於工作台上，腿部以膠帶固定。手術前，酒精消毒腿部。由於工作台距離眼睛是手臂的長度，手術部位只有幾毫米大小，需要通過手術放大鏡來進行手術操作（圖4）。在小鼠的腿部做一個小切口，顯露肌肉，注射標記物。切口用皮膚粘合劑（NEXABAND）封閉。手術結束後，將小鼠置於塑料箱中蘇醒。小鼠清醒後，轉移到動物盒內，並重新安置在研究動物飼養設施中。這次手術在FD 13任務的太空神經實驗室中順利完成。所有試驗小鼠麻醉充分，完全恢復。術後2 d，小鼠腿部傷口檢查顯示傷口癒合良好。飛行後評估證實，標記物已被放置在正確的肌肉內，但由於標記技術問題，標記物並沒有按照預期向脊髓逆行標記。本次手術包含了麻醉，手術，恢復的全部過程，是首次在太空完成的活體手術。
應用
本研究結果表明，在太空中執行精細外科手術在技術上（固定工具、充分麻醉、清晰視野）是可行的。在未來更長時間的太空探索任務中，手術可能需要在太空中完成，本次研究的經驗具有意義。
圖1、 麻醉工作包.
圖2、 通用工作台
圖3 、軟木頂工作台
圖4 、手術放大鏡來進行手術操作
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