(별표8-1)

실험동물 마취법

실험동물의 동통관리, 진통 및 마취

(Pain control, analgesia and anesthesis of Laboratory animals)

(1) 마취

실험동물에 있어서 마취는 외과적 처치시 통증을 예방하는데 필수적이다. 또한 약물을 처치하거나 생리학적 실험을 실시할 때는 가능하면 동통을 유발하지 않은 조건에서 실시하는 것이 신뢰성있는 결과를 얻을 수 있다. 마취란 신체의 일부나 전신의 감각상실로 정의할 수 있으며 신체의 일부나 국소부위의 감각 및 통증의 상실되는 것을 진통이라 한다. 진통은 통증을 완화할 수는 있지만 외과적 수술을 하기에는 적당하지 않다. 외과적 수술을 하기 위해서는 전신마취가 필요한데 전신마취는 전신으로부터 통감이 상실되어야 하며 무의식상태에 있어야 한다.  동물실험을 수행하는 연구자는 다양한 동물 종에서 마취제를 사용하는 문제에 자주 직면한다. 즉, 동물종별로 약물의 반응이 상당히 다를 수 있으며, 이는 어떤 동물 종에서는 충분히 사용할 수 있는 마취제가 다른 특정 종에서는 문제를 야기할 수도 있다. 외과적 처치가 가능한 마취(full surgical anesthesia)란 외부자극 인식 감소, 진통, 반사활동과 골격근 tone의 억제를 말하며, 이는 중추신경계(CNS)의 억압에 의해 가능해 진다. 만일 CNS의 억압이 충분하면 동물은 ① 무의식, ② 근육이완, ③ 통증성 자극에 대한 무반응상태를 나타낸다. 그러나 외과적처치가 가능한 마취는 호흡·심혈관계 및 다른 주요 중추신경을 억제하여 심각한 부작용이나 사망을 초래할 수 있다.

동물의 종과 수술의 종류에 따라 균형마취에 사용하는 약제의 종류를 다양하게 선택할 수 있다. 균형마취의 장점은 단일약제의 사용량을 감소시켜, 단일 약제의 과량 투여에 의해 나타날 수 있는 독성 반응과 부작용을 감소시켜 주는 것이다. 동물종의 차이로 인해 마취약제에 대한 반응이 다양하게 나타나는데, 이는 동물종별 대사의 차이에 기인한다. 마우스, 랫드, 햄스터와 같은 소형동물은 대사율이 높아 대동물에 비해 상대적으로 많은 용량의 마취제를 필요로 한다.

특정 약물에서 동물종간의 특별한 차이도 존재한다. Morphine은 동물에서 일반적으로 억제작용(depressive action)을 나타내지만, 개와 동일한 양을 투여하는 경우 고양이는 흥분을, 마우스는 경련을 유발한다. Ketamine은 영장류에서 강력한 진정제이지만, 랫드와 기니픽에서는 효과가 미약하다. 품종 차이도 약물의 반응에 영향을 줄 수 있다. 이는 간효소 및 혈장 효소의 작용 차이에 주로 기인한다.

마취제의 효과는 성별 간에도 차이가 있다. 예를 들면, 수컷 랫드보다 암컷 랫드가 pentobarbitone과 d-tubocurarine에 더욱 민감하다. 마취제의 작용은 동물의 나이와도 관련이 있다. 효소 활력 또는 체지방의 양 차이로 인해 어린 동물이 약제에 더욱 민감하다.  Barbiturates나 phenothiazines과 같은 약물의 반복투여는 간세포의 약물 분해효소의 활력을 증가시켜 약물의 작용시간을 감소시킨다.

(2) 마취제의 투여

1) 주사마취

주사마취의 장점은 장비가 간단하지만, 약물작용 개시가 느리고 마취심도 조절이 어려운 것이 단점이다. 대부분의 소형실험동물에서는 근육 및 복강투여가 비교적 손쉽고 간단한 경로이다.

그러나 흡수율 및 마취 효과는 상당히 다양하게 나타난다. 근육 및 복강투여를 선택할 때는 안전 범위가 넓은 약제를 선택한다. 정맥투여는 기술적으로 좀더 어렵지만, 원하는 마취심도를 달성하기 위해 마취제를 투여할 때 사용할 수 있는 투여경로이다. 정맥주사시 금속성 needle보다는 정맥주사용 카테터(IV catheter)의 사용을 권장한다. 마취를 하는 동안 IV catheter는 수액과 연결하여야 정맥투여경로를 지속적으로 확보할 수 있다.

2) 흡입마취

흡입마취는 마취심도의 조절이 쉽고 회복이 빠르다는 장점이 있으나, 고가의 정교한 장비가 필요하고, 흡입마취제에 의해 실내가 오염될 수 있는 단점이 있다.

① 폐포내로의 산소 공급, ② 폐로부터의 이산화탄소 제거, ③ 조절된 분압으로 폐포막내로 마취가스 공급이 흡입마취를 위한 필요조건으로, 충분한 페포환기가 이들 세 가지 조건을 만족시키기 위한 선행조건이다. 대부분의 마취제가 호흡중추를 억제하고 폐포환기를 감소시킨다. 따라서 정상적인 산소화(oxygenation) 및 산염기 균형을 바탕으로 안정된 신체상태를 유지하기 위해 인공 환기가 필수적이다.

흡입마취제의 약효(potency)는 최소폐포농도(MAC)으로 규정한다. MAC이란 특정 자극(외과적 피부절개)을 주었을 때 50%의 동물에서 반응을 차단하는 1기압하에서의 폐포내 마취제의 농도를 말한다. 여러 가지 연구결과에 따르면, 일반적으로 MAC은 서로 다른 동물종에서도 일정하지만, 동물종간에 10-20%의 차이를 보이는 것으로 알려져 있다. 개에서 저산소증은 MAC에 영향을 주지 않으나 저혈합은 MAC을 20% 감소시킨다. 중추신경계의 catecholamine 방출은 MAC을 증가시켜 마취요구량을 증가시킨다. 연령, 체온, 임신 등의 요소도 MAC을 감소시켜 마취요구량을 감소시킨다. 킴 진정제와 진통제는 MAC을 감소시켜 수술기 마취가 저용량에서도 이루어진다. 마취가스의 실내오염을 막기 위해 흡입마취는 기관내삽관하에서 실시하는 것을 원칙으로 한다.

가장 단순한 흡입마취기구는 Ayre's T-piece로, 일회호흡량의 약 1/3의 용적을 가진 1개의 파형도관(corrugated tubing), 기관튜브와 연결된 T-piece, 산소와 마취제인 공급가스로 구성되어 있다. 공급가스는 분시환기량의 약 두배의 유량으로 T-piece로 유입된다. Magill 시스템은 환자 근접부에 위치한 비순환호기밸브, 배기가스가 가스저장소(gas reservoir)에 재유입되지 않을 용적을 가진 파형도관, 동물 일회호흡량의 8배 이상 용적의 가스저장소로 구성되어 있다. 가스의 유입량은 동물의 분시호흡량과 같아야 한다.

왕복식(to-and-fro) 시스템은 pop-valve가 부착된 soda-lime CO2 흡착제와 마취가스가 유입되는 밀폐형(closed) rebreathing bag로 구성되어 있다. 마취가스를 저유량으로 사용할 수 있는 점이 왕복식 시스템의 장점이다.

개방식(open), 반개방식(semi-open) 시스템은 비교적 많른 양의 마취가스를 사용하는 점과 실내오염을 유발하는 단점이 있다. 호흡부전이 초래되는 경우 조절환기가 어려운 단점도 있다. 폐쇄회로식(closed circle) 시스템이 가장 많이 이용되며 이산화탄소의 제거와 마취가스의 흡입 농도 조절이 용이하다. 인공환기는 정상적인 pO2, pCO2 및 혈액의 산염기 균형을 유지하는데 필수적이다.

실험동물별로 사용되는 대표적 마취약제 및 투여용량

동물종	마 취 약 제	투여량(mg/kg)	투여경로	마취유지시간	비 고
개 & 고양이	주사약제 -항콜린성 약제- Atropine Glycopyrrolate (Robinul-V) -진정 약제- Acepromazine Xylazine (Rompun) -마취 약제- Pentobarbital Sodium Thiopenta sodiuml Ketamine Ketamine+Xylazine Ketamine+Midazolam Ketamine+Acepromazine Telazol Propofol -진통제- Butorphanol Buprenorphine Fentany (sublimaze) Ketorolac 흡입마취제 Halothane Isoflurane Nitrous oxide	0.02-0.04 0.02 0.05-0.1 0.1-0.5 0.4-0.9 20-30 8-12 10-20(고양이) 5+(1-2)(개) 15+1(고양이) 10+0.5 (2-4)+0.1 6-12(개) 9-12(고양이) 6 0.2-0.4/min 1(bolus, as needed) 0.1-0.5 0.01-0.02(개) 0.005-0.01(고양이) 0.02-0.04 30, 개<17kg 60, 개>17kg MAC : 0.87%(개) 1.19%(고양이) 임상범위 : 3% 까지 MAC : 1.3%(개) 1.6%(고양이) 임상범위 : 3% 까지 MAC : 200%(개) 250%(고양이) 임상범위 : 50-66%	im, sc im, sc im, sc iv im iv iv im iv+(iv or im) im+(sc or im) iv+iv iv+(im or iv) sc, im sc, im iv(induction) iv(infusion) iv im, iv im, sc im, sc iv, im, sc 흡입 흡입 흡입	30-60분 60-120분 4시간 30-60분 30-45분 15분 30-45분 30-60 - 10분 20-30분 15분 유지용량 유지용량 4시간까지 6-8시간 6-8시간 30분 15분 Until discontinued	항콜린성 작용 진정 진정, 진통, 근이완 비생존실험 마취도입 진단 및 간단한 처치 간단한 외과적 처치 " " " " 마취도입 마취유지

동물종	마취약제	투여량(mg/kg)	투여경로	마취유지시간	비고
마우스	주사마취제 Pentobarbital Sodium Ketamine Ketamine+Acepromazine Ketamine+Xylazine 5% a-chloralose 1.2% Tribromoethanol Propofol 흡입마취제 Ether, Halothane, Isoflurane	30-40 50-90 100 44+0.75 (100-200)+(5-16) 114 125-250 12-26 random	ip ip ip ip im+ip ip ip iv 개방 점적, 흡입	10-300분 - - - 60-100분 - 30-45분 5.6-6.9 Until discontinued	진정 마취 진정 진정수준 수술적 마취 비생존실험에 사용 트란스제닉마우스 제작
랫 트	주사마취제 Pentobarbital Sodium Ketamine Ketamine+Acepromazine Ketamine+Xylazine 5% a-chloralose 0.25% Tribromoethanol 50% urethane 흡입마취제 Ether Halothane Isoflurane	40-60 50-100 (75-80)+2.5 (40-87)+(5-13) 31-65 300 1000-1500 random 0.5-2% 1-4%	ip im ip im+ip ip ip ip 개방 점적 흡입 흡입	80-95분 - - 45-90분 - - 24시간 까지 Until discontinued	마취 진정 수술적 마취 수술적마취 반사소실 최소, 비생존실험에 이용 장시간 마취,비생존실험
토 끼	주사마취제 2% Pentobarbital Sodium Thiopental sodium Ketamine+Xylazine Ketamine+Xylazine+Acepromazine 흡입마취제 Halothane Enflurane Isoflurane	30 10-30 (35-50)+(5-10) 35+5+0.75 1-2% 1-3% 1-3%	iv iv im im 흡입 흡입 흡입	60분 5-10분 30-60분 40-60분 Until discontinued	얕은 마취 얕은 마취 간단한 외과적 처치 간단한 외과적 처치
돼 지	주사마취제 Ketamine+Xylazine Ketamine+Acepromazine Ketamine+Azaperone 흡입마취제 Halothane Enflurane Isoflurane	20+2 33+1.1 15+2 1-2% 1-3% 1-3%	im im im 흡입 흡입 흡입	40-60분 30분 20분 Until discontinued	도입마취 및 간단한 외과적 처치 " "

표. 마우스와 랫드에서 사용되는 마취제의 종류, 투여량 및 지속시간

동물종	마취약제	투여량(㎎/㎏)	투여경로	마취유지시간	비고
마우스	주사마취제
	Thiopental sodium	25~50	iv	10분
		50	ip
	Methohexitone	8~16	iv	2분
	Pentobarbital sodium	30~40	ip	10~300분	진정
		50~90	ip		마취
		50~60	iv
	Ketamine	80~100	im	-
		100	ip
		50	iv
	Ketamine+ Acepromazine	100 2.5	im im
	Ketamine+ Diazepam	200 5	im ip
	Ketamine+ Xylazine	100~200 5~16	im ip	60~100분	수술적 마취
	5% α-Chloralose	114	ip
	1.2% Tribromoethanol	125~250	ip	30~45분	형질전환 시
	Innovar-Vet	0.001~0.01 ㎖/g	im
	Hyponorm	0.01㎖/30g	ip
	Propofol	12~26	iv	5.6~6.9분
	흡입마취제
	Ether, Halothane, Isoflurane	random	개방점적	dicontinued
랫드	주사마취제
	1.25% Thiopental sodium	20~40	iv	5~10분
		40	ip
	1% Methohexitone	10~16	iv	5~10분
		40	ip	15~20분
	Pentobarbital sodium	40~60	ip	80~95분	진정
		60~100	ip		마취
	Ketamine	50~100	im	-	진정
	Ketamine+ Acepromazine	75~80 2.5	im im		수술적 마취
	Ketamine+ Diazepam	45~60 5~10	ip ip		수술적 마취
	Ketamine+ Xylazine	40~87 5~13	ip, im ip, im	60~100분	수술적 마취
	5% α-Chloralose	31~65	ip		빈사소실 최소
	0.25% Tribromoethanol	300	ip	30~45분	비생존 실험 시
	Innovar-Vet	0.02~0.06 ㎖/100g	ip
	Hyponorm	0.4~0.5㎖/㎏	ip, im	20~90분
	50% Urethane	1000~1500	ip	24시간까지
	흡입마취제				장시간
	Ether Halothane Isoflurane	random 0.5~2% 1~4%	개방점적 흡입 흡입	Until dicontinued	마취, 비생존실험

(3) 마취의 일반

1) 마취전처치

① 마취전 검사(임상평가)

대부분의 실험동물은 건강한 상태에서 실험에 제공되므로 광범위한 신체검사를 필요로 하지 않는다. 하지만 사육환경 및 운송도중 일어날 수 있는 변화에 대처하여야 한다. 일반적으로 실험에 제공 되기 전 검사해야 할 항목은 호흡기계와 소화기계에 대한 검사를 실시해야 한다.

청진시에 비정상적인 호흡음이 들리거나, 분비물이 증가된 경우에는 호흡기계에 이상이 있는 동물이며 변이 무르거나 설사를 한 경우는 소화기계에 이상이 있는 동물로 간주한다. 또한 피부를 잡았다가 놓았을 때 피부의 탄력성이 감소하여 원상복귀가 지연된 경우는 탈수가 심한 것으로 판정한다.

② 마취전 급이

마우스와 랫드는 마취약물에 대해서 구토를 하지 않으므로 소화기 수술을 제외하고는 사료의 급여에 신경을 쓰지 않아도 괜찮다. 급수는 수술시 탈수를 방지하기 위하여 가능한 한 마취 전까지 섭취하도록 하는 것이 좋다.

③ 동물의 진정

마취도입전 동물을 진정시키는 것이 좋다. 동물을 진정시키기 위해서는 두려움 없애고 무리하지 않게 동물을 보정하면 된다. 동물이 잘 진정되면 catecholamine의 방출이 감소되어 마취제의 용량을 감소시킬 수 있다. 진정제는 신경이완(neurolepsis), 졸음을 유발하는 약물로 전 마취제로 사용할 경우 본 마취제의 용량을 줄일 수 있다.

진정제의 종류로는 phenothiazines계 약물로 acepromazine, chlorpromazine, promazine, propionylpromazine, methotrimeperazine, promethazine 등이 있으며, butyrophenones계 약물로는 azaperone, droperidol, fluanisone 등이 있다. 또한 benzodiazepines계 약물로는 diazepam이 있으며 Xylazine Hydrochloride도 진정제에 포함된다.

2) 마취유지

① 마취도입

마취의 도입은 별도의 준비실에서 실시하는 것이 좋으며 마취도입에 필요한 물품(정맥용 카테터, adhesive tape, 후두경 등)을 구비해 두는 것이 좋다. 초단시간작용형 바비투르산 유도체인 thiopental이나 단시간작용제제인 pentobarbital을 사용하며 마취 도입(용량은 표 참조)을 시작하고 랫드에서는 16G IV catheter 삽입과 같은 기관튜브 삽관을 실시한다. 또한 이 시기에 제모, 피부세척, 피부소독을 실시하며 이 과정이 끝나면 수술실로 이송한다.

② 마취유지

마취의 유지는 주사마취 및 흡입마취에 의해 유지하면 된다. 주사마취는 동물이 통증성 자극에 반응할 때마다 일정 용량 반복 주사하며 단시간 작용 약제는 정맥내에 지속적으로 주입하는 것이 좋다. 흡입마취는 정확한 농도로 마취제를 전달하는 기화기와 산소공급시스템이 필요하며 모든 마취약제는 호흡중추를 억제하므로 산염기 불균형을 예방하기 위해 호흡 보조는 필수적으로 필요하다. 마취의 심도는 호흡형태, 반사유무 등을 통해 확인하는데 마취가 깊을수록, 늑간근에 이어 횡격막이 마비된다. 마취한 동물이 복식호흡을 나타내면 마취심도 깊어졌음을 의미하며, 이 때에 마취기의 마취제 주입 눈금을 줄여준다. 마취가 이루어졌는지를 확인하는 방법은 후지의 지간피부를 forcep으로 clamping하는 수족반사(pedal reflex), 수분 있는 솜으로 각막에 접촉하는 각막반사(corneal reflex), 안검반사(palpebral reflex)가 있다.

마취의 경과는 4시기로 나누어 설명할 수 있는데 제 1기는 진통(analgesia)의 시기, 제 2기는 흥분(excitement)의 시기, 제 3기는 외과적 마취(surgical anesthesia)의 시기이며 제 4기는 연수마비(medullary paralysis)의 시기이다. 이 중 제 3기에 해당하는 외과적 마취의 제 1단계는 자동적인 규칙호흡의 개시로부터 시작하며 호흡의 속도와 깊이는 증가되고 안구의 운동이 현저하다. 제 2단계는 순조롭게 제1단계의 뒤를 이어야 하며 이 때 호흡의 속도와 분량은 증가한다. 수의근의 긴장도는 상실되고 복직근은 이완한다. 이 시기에 대부분의 외과수술을 실시한다. 제 3단계는 실험적으로 요구되는 경우가 매우 드물다. 이 단계에서는 늑골 사이의 근육은 마비되고 호흡운동은 가라앉는다. 호흡은 전적으로 횡격막에 의지하게 된다. 제 4단계는 빠르고도 불규칙한 호흡과 빠르고도 약한 맥박아 두드러진다. 이 시기에는 자칫하면 호흡이 멈추기 쉽다.

마취로부터 회복단계는 마취단계의 역순이며, 완전히 회복되기 전에 흥분기가 있어 자해행위를 하는 경우도 있기 때문에 주의를 요한다.

3) 마취된 동물의 감시(MONITORING)

① 기본감시항목

- 호흡수 및 호흡형태

- 가시점막의 색조

- 확인 가능한 동맥의 맥박

- 수술부위 장기(organ)의 혈관 톤(tone)

② 대규모 수술시 감시 항목(특히 근육이완제를 사용하는 경우)

- 심혈관 기능 감시 : 심박수 및 리듬(심전도), 동맥혈압(femoral atery)

- 호흡기능 감시 : 호흡수 및 호흡형태, 동맥혈가스분석(arterial pO2, pCO2, acid-base balance), 호기말 이산화탄소 분압(PetCO2)

4) 마취시 응급상황

① 호흡부전

불충분한 환기에 기인(호흡중추 억압)하며 원인은 마취제 과량, 저산소증, 기관지 분비물·혈액·구토에 의한 호흡기도 폐색 등이 있다. 근육이완제의 투여 후 나타나는 호흡근의 마비가 있을 때에는 충분한 인공호흡이 시켜주는 것이 필요하다. 호흡부전의 치료는 마취제 투여를 중지하고 호흡기도내 분비물 흡인해 주며 100% 산소 공급과 인공환기를 시켜준다.

② 심혈관계 부전

심혈관계의 이상은 불충분한 조직 관류와 세포성 저산소증에 기인하며 이는 출혈, 심기능 억제 등에 의한다. 주요 원인이 교정되지 않을 경우 조직 저산소증, 조직내 젖산 형성 증가, 모세혈관의 투과성 증가, 부종, 치명적인 산증을 초래할 수 있다. 증상은 혈관수축으로 인한 피부 및 점막이 창백하고 맥박은 약하고 빠르며, 동맥혈압이 하강한다. 심박수는 심부전 초기에는 증가하지만 저산소증이 발전함에 따라 감소(서맥 발현)하며 호흡은 얕고 빠르다.

심부전의 치료는 원인에 따라 심기능 억제가 1차적 원인일 경우 마취제 투여 중지하고 출혈이 원인일 경우는 지혈을 실시한다. 원인에 따라 치료를 실시하였으나 증상이 개선되지 않고 중심정맥압(CVP)이 여전히 높을 경우 심부전이 원인일 가능성 높다. 이 때는 isoprenaline(1:5000 5% dextrose)을 10분 동안 분당 1ml의 속도로 정주하여 심박수와 심박출량을 자극한다. 승압제(vasopressor agents)도 혈압을 증가시키는데 효과적이나 cardiac work과 산소소모량을 증가시키는 부담이 있다.

③ 수액 및 전해질 불균형

탈수 및 전해질의 불균형은 출혈, 수술 중 노출된 장기표면에서 수분 증발, 발열, 설사, 구토에 의해 일어나며 피부의 탄력성을 검사하여 임상적으로 진단한다. 즉 5%의 탈수가 있을 때에는 피부가 약간 부드럽고, 탄력성 저하되어 있으며, 7%의 탈수가 있을 때에는 피부의 탄력성 거의 없고 모세혈관 재충만 시간이 2-3초이며 약간의 안구함몰이 존재한다. 10-12%의 탈수가 있을 경우는 피부의 탄력성 거의 없으며, 모세혈관 재충만 시간은 3초 이상으로 길다.

심한 안구함몰과 쇠약한 동물에서는 쇽이 있으며 불수의적인 근육연축이 있다. 12-15%의 탈수가 있는 경우는 심한 쇽에 빠질 수 있으며 죽음에 임박해 있다.

5) 마취로부터의 회복

마취의 회복기에는 무의식상태에서 의식상태로의 전환하면서 동물은 흥분기를 경험하게 되는데 이 때에 동물은 자해행위를 할 수 있기 때문에 주의를 요한다. 수술이 끝난 다음 동물은 별도의 회복실로 옮겨서 회복시키는 것이 좋으며 회복실의 온도는 35℃ 정도가 적당하다. 전구를 켜 놓으면 온도가 유지된다.

(4) 마우스의 마취

마우스는 체중이 작게 나가기 때문에 마취 시 애로사항이 있우며 체중에 비해 높은 체표면적으로 체열의 손실이 커 저 체온증을 야기할 수 있다. 또한 마우스는 근교계 동물의 유전적 차이가 있기 때문에 근교계별로 대사율 및 대사과정이 다양하여 마취제의 대사과정에서도 차이가 있다. 따라서 마취기준량 설정에 애로사항이 있기 때문에 새로운 품종을 사용할 때마다 반드시 예비실험을 하여 마취용량을 결정하여야 한다.

1) 마취전 투약 및 진정

기관지 분비물 등을 억제하기 위하여 atropine sulfate(0.04mg/kg)를 투여한 다음 20-30분 후 다른 약제를 투여하면 된다. 마우스에서 diazepam(5mg/kg/ip)은 우수한 진정효과를 갖는다.

2) 에테르마취

에테르 마취는 주로 마우스, 랫드에서 간편하게 사용된다. 마취 용기로는 500㎖ 용기 정도면 충분하다. 추가 마취는 폴리프로필렌 비이커에 에테르를 묻힌 탈지면을 넣어 그림과 같이 마취한다. 에테르는 가연성이며 안정화 화합물이 들어있으나 장기간 노출 시 유독 과산화물이 발생할 우려가 있으므로 환기가 잘되는 곳에서 사용해야 한다.

에테르 증기는 공기보다 무겁기 때문에 가라앉으므로 마취용기를 옆으로 눕히는 것이 좋다. 마취는 대체로 5분이 경과하면 동물이 움직이기 시작하고 10-15분 후에는 완전히 깨어남으로 5분 이내에 실험처치를 완료하여야 한다. 가능한 1회 마취하도록 한다.

3) 주사마취

초단시간형 마취제(ultra-short anesthesia)로는 propanidid(0.3 ml/ip)이 있으며 마취작용 시간은 2~3분이다. 단시간형 마취제(mdium-length anesthesia)는 1 part Hypnorm +1 part diazepam(5 mg/ml) + 2 parts isotonic saline을 조합하여 outbred mice 0.1 ml/10g을 투여하고, inbred mice는 예비실험 후 투여량 결정하는 것이 좋다. 마취지속시간은 20-40분이며 체온이 하강하기 때문에 보온을 시켜주는 것이 좋다. 장시간형 마취제(long-term anesthesia)는 alphaxolone-alphadolone(20 mg/kg/iv)가 있으며 초기 투여 후 15분 간격으로 6 mg/kg/iv 추가 투여한다. 또한 ketamine 또는 pentobarbitone의 단독투여는 약제에 대한 반응이 매우 불규칙하므로 사용을 피하는 것이 좋다.

(5) 랫드의 마취

1) 마취도입

실험자는 동물실험 수행시 동물의 통증 및 불안을 최소화해야 하며, 윤리적으로나 법적으로도 문제가 없어야 한다. 그리고 실험 및 실험결과에 미치는 영향이 적은 마취제를 선택해야 한다. 또한 수행하는 수술의 성질과 시간을 고려하여 마취제를 선택한다. 예를 들어 간기능을 억제할 수 있는 실험(부분 또는 전간절제술, 문맥-후대정맥 문합술 또는 간이식)을 하는 경우 주로 간에서 대사 되는 마취제보다는 폐를 통해 약제의 대부분이 배출되는 흡입마취제(halothane, isoflurane)의 사용이 권장된다. 마취제는 충분한 진통, 보정, 진정, 근육이완, 및 (부)교감신경반사 억제 등의 효과를 얻기 위한 목적으로 사용한다.

2) 수술전 관리

동물실험 시 마취로 인해 정상적인 생리상태가 변화하고 대부분의 수술로 인해 심한 긴장(strain)상태에 놓이기 때문에 안전한 마취를 위해 건강한 동물을 사용하는 것이 무엇보다 중요하다. 만성 호흡기 질환에 걸린 동물을 사용할 경우 마취위험이 증가될 수 있다. 또한 특정병원체부재 동물(SPF animal)을 사용하면 술 후 감소된 면역능력에 기인한 사망가능성을 감소시킬 수도 있다. 동물의 건강상태 이외에 체중 및 연령 차이, 품종간 차이, 성, 영양상태, 순화정도, 내분비학적 상태와 같은 생물학적 요인도 고려해야 할 사항이다.

랫드의 경우 구토를 하지 않기 때문에 마취 전 절식이 요구되지 않으나 소화기부분을 수술하는 경우 술 전 위장관을 가능한 비우기 위해 12~24시간 정도의 마취 전 절식이 요구된다.

랫드에 있어서 마취 전 투약을 해야 하는데 이를 실시하는 6가지 이유는 다음과 같다.

- 불안, 공포, 마취유도시의 스트레스를 완화시킨다.

- 전신마취 유도 시 마취제의 양을 감소시키며 이들 약제로 인한 부작용을 경감시킨다.

- 마취도입 및 회복을 부드럽게 한다.

- 침 및 기관 분비물을 감소시켜 기도페색을 예방한다.

- Vaso-vagal reflex(서맥)을 차단한다.

- 술후 통증을 줄여준다.

실험자의 기술에 따라, 큰 불쾌감 없이 동물에게 복강, 근육, 피하투여가 가능하다. 동물의 통증 완화를 위해 복강과 피하주사법이 권장된다. 랫드에서 마취전 진정을 실시하지 않지만, 마취제를 정맥주사할 경우 진정시킨 후 정주한다.

랫드에서 물리적 보정을 할 경우, fentanyl-fluanisone(Hypnorm) 0.3-0.5 ml/kg/ip 사용하는 것이 좋다(0.2 mg fentanyl/ml + 10 mg fluanisone/ml). Hypnorm 투여 시 약간의 근이완과 함께 신경차단마취(neuroleptanaesthesia)가 가능하다. Hypnorm의 효과는 몰핀 길항제인 naloxone(0.1 mg/kg/iv)에 의해 길항된다. 호흡이 억제되고 청색증이 나타나거나 회복을 촉진시킬 때 naloxone을 사용할 수 있으나, 진통제인 buprenorphine의 사용이 더욱 추천된다. Hypnorm 투여 후 약 5분 안에 진통 및 진정효과가 나타나며 약 20~30분간 지속된다. 이와 같은 신경이완마취(neuroleptanaesthesia)를 통해 심장천자와 같은 간단한 처치(small superficial surgery)를 할 수 있다.

Diazepam(Valium) 이나 midazolam(Dormicum, 4 mg/kg/ip or sc) 투여시 충분한 진정과 근육이완효과가 나타난다. Ketamine(25~60 mg/kg.im) 투여 시 약간의 근육이완과 함께 깊은 진정효과가 발현된다. 침 및 기관지 수축을 줄이고, 부교감성(vagal)억제에서 심장을 보호하기 위해 atropine(0.05~0.1 mg/kg/ip,sc)을 투여한다.

3) 전신마취

① 주사마취제

Hypnorm(0.3-1.0 ml/kg/ip)과 diazepam(Valium,3.0-5.0 mg/kg ) 또는 midazolam (Dormicum)의 혼합 투여 시 충분한 근이완 효과와 함께 심마취가 가능하며 약효는 15~30분간 지속된다.  Hypnorm(0.1 ml/kg/ip) 추가투여로 마취시간을 연장 할 수 있으며 복부 및 흉부 수술도 가능하다. Atropine과 함께 ketamine(25-60 mg/kg/ip)과 xylazine(2.5 mg/kg/ip) 혼합투여시 약효는 30분간 지속되며, ketamine(20-40 mg/kg/ip)추가투여로 마취시간을 연장 할 수 있다. 실험동물마취에 pentobarbitone을 가장 보편적으로 사용하지만, 약제에 대한 반응이 개체마다 매우 다양하기 때문에 가급적 사용하지 않는 것이 좋다. Pentobarbitone 30-60mg/kg/ip 투여시 심한 호흡억제가 나타날 수 있으며 사망률 또한 높다. 흔히 사용할 수 있는 다른 약제인 urethane은 순환호흡기계의 억제효과가 적으며 장시간 지속되는 안정된 마취효과를 얻을 수 있다. 그러나 urethane은 발암성이 있어 사용자에게 위험하며 마취된 동물은 회복되지 않을 수도 있다. 간 순환을 통해 배출되는 주사마취제는 간수술시 금기사항으로, 사용시 동물의 회복기간이 상당히 연장될 수 있다.

② 흡입마취제

랫드에서 마취도입은 일반적으로 비활성 투명재질의 마취상자를 이용한다. 기화기가 부착된 마취회로를 이용하여 마취가스를 투여하는 것이 바람직하다. 기화성 마취제에 동물이 직접 노출될 경우, 피부의 냉각과 점막의 자극으로 동물에게 심한 불쾌감을 줄 수 있으며, 마취제의  흡입농도를 예측할 수 없어 더욱 위험할 수 있다. 마취유도 후, 마취기와 연결된 작은 마스크(50cc 주사기) 앞에 동물을 고정시켜 마취를 유지한다.

랫드 마취시 open method가 광범위하게 이용되는 이유는 방법이 간단하고 경제적인 장점이 있다. 그러나 마취제의 과량 소모, 대기로의 마취제 오염, 마취가스의 농도차로 인한 안정된 마취 유지 곤란 등의 단점이 있다. 마취기를 사용하여 이와 같은 여러 단점들을 보완할 수 있다. 마취기로부터의 전체유량은 적어도 랫드의 분당호흡량(±220 ml/min)의 2.5-3배(550-660 ml/min)는 되어야 한다.

기관삽관을 실시하면 필요시 보조환기를 시행할 수 있다. 마취가스를 지속적으로 투여하거나 인공환기가 필요한 경우(intrathorasic surgery)에는 기관삽관(intubation)을 실시한다. 장시간 마취해야 할 경우 주사제로 도입한 후 흡입마취제로 유지할 수 있다.

모든 경우에서 사용한 마취가스를 배출하는 시스템(vacuum system)을 갖춘 호흡회로를 준비하는 것이 중요하다. Halothane, N₂O, O₂의 혼합가스는 우수한 마취가스로 2~3분에 걸친 마취도입과 5-10분 사이에 회복이 가능하다. N2O와 O₂(2:1 또는 1:1)의 전체 유량은 600-800 ml/min로, halothane의 농도는 1-2%로 조절하여 사용한다. 마취도입 시 halothane의 농도를 4%까지 올릴 수 있지만 가능한 낮추는 것이 좋다.

간수술시 isoflurane, halothane, enfllurane과 같은 halogenated methyl-ethyl ether를 사용할 수 있다. Ether(diethyl-ether)는 가장 보편적인 휘발성 마취제중 하나로서 진통효과 및 근이완 효과가 우수하고 가격도 저렴하다. 그러나 마취도입시 상당한 흥분을 유발하고 흡입시 구강 및 기관점막을 자극하여 불쾌감을 주는 단점이 있다.

이와 같은 자극으로 인해 기관 및 타액분비가 촉진되고, 일부의 경우 호흡감염도 나타날 수 있다. Ether는 교감신경을 자극해 catecholamine의 수준을 높일 수 있다. 또한 ether는 인화성이 강하며 산소 및 공기의 혼합시 폭발성 물질로 변성할 수 있다. Ether는 반드시 방폭냉장고(spark-free refrigerator)에 보관한다. 일반적인 플라스틱 마취상자("ether jar")에서 ether는 독성화합물을 형성하며(peroxides) 이로 인해 심한 호흡억제 현상이 나타날 수 있다.

4) 마취기 동안의 관리

마취도입후 가능하면 정상에 가까운 생리적 상태를 유지하고 필요한 수술을 잘 수행 할 수 있도록 마취심도와 마취시간을 유지해야 한다.

① 마취의 깊이

마취는 통증의 인식을 차단하여 통증성 자극에 대한 반응을 없애는 것이다. 랫드의 꼬리 또는 지간피부를 자극(pedal reflex)하여 손쉽게 마취심도를 판단할 수 있다. 귀, 발(albino rat의 경우), 구강점막부위의 색조 변화도 관찰한다. 순환부전에 기인한 산소부족시 점막의 색조는 푸르거나 창백하게 나타난다. 간의 색조와 혈관의 박동(복부수술시), 호흡 수와 깊이를 통해 마취 심도를 추정할 수 있다.

② 체온

동물이 마취되어 있는 경우 중추체온조절기구는 억제되며 이로 인해 랫드와 같은 소형동물에서 체표면을 통해 상당량의 열 손실이 이루어 지고 호흡기도를 통해 급격한 체온저하가 야기된다. 만일 특별한 조치를 취하지 않으면, 동물의 체온은 20분내에 33℃, 1시간 후에 30℃까지 떨어지며 이로 인해 동물이 사망하는 경우도 있다. 따라서 체온을 모니터링하고 항상 생리적 범위로 유지는 것이 중요하다.

랫드에서 급격한 체온저하를 방지하기 위해 온도조절 열판(heating pad)을 사용하며 이는 단시간 마취에서도 적용한다. 이때 동물이 화상을 입지 않도록 주의하고 패드온도를 41℃ 이하로 유지한다. 흡입마취시 가습기(humidifier)를 사용하여 마취가스를 가온, 가습하면 호흡기도를 통한 열손실을 막을 수 있다.

③ 수액요법(fluid balance)

저혈량성 순환부전으로 인해 동물이 사망하는 경우도 있다. 특히 장시간의 복부 및 흉부 수술 시 과도한 체액손실이 초래되며 호흡기도를 통해서 체액손실이 더욱 심화될 수 있다. 이와 같은 경우 마취가스를 가온, 가습시켜 호흡기도를 통한 수분손실을 예방한다.

일반적으로 복부수술 시 가온한(35℃) 생리식염수로 장(intestine)을 적셔준다. 만일 체액불균형의 원인이 심한 혈액손실(순환혈액의 10% 이상 실혈 시)에 기인할 경우, 전혈을 보충해 준다. 랫드에서 순환혈액의 총량은 체중 100 g당 6 ㎖이다. 장시간 수술 후나 개복 후 0.9% NaCl을 2-4 ㎖ 복강이나 피하로 투여한다. 피하주사시 한곳에 1.5 ㎖이상 투여하지 않도록 주의한다.

④ 기관내삽관

기관내삽관을 실시하면 환기조절이 용이하고 필요시 조절환기를 실시할 수 있다. 기관삽관시 검이경(otoscope)이나 후두경을 사용하면 편리하다. Halothane/N2O/O₂를 사용한 마취 도입 후 alphaxalone-alphadolone(Saffan, 8-10mg/kg/iv)을 투여한 후 특별 보정대나 사면 수술대에 랫드를 고정한다. Jaw를 eye lid retractor나 large paperclip을 사용하여 벌린다.

동물의 목을 높은 광도의 램프로 조사한다. 조직을 투과하는 빛을 통하여 후두와 vocal cords를 확인한다. 튜브는 후두개를 거쳐 후두 입구를 통해 기관으로 들어가서 bifurcation 부위에 거치시킨다. 랫드에서 기관튜브로는 IV catheter(Hemalock, Angiocath or Surflo 14,16 or 18G)를 사용한다. Hemalock arterial stick은 tip에서 2 ㎝ 부위에 silicon ring이 부착되어 있으며 이 ring은 튜브가 과도하게 삽입되는 것을 방지하고 vocal cord뒤에 고정되어 가스가 새는 것을 방지하는 역할을 한다. 기관튜브가 빠지지 않도록 동물을 보정대에 고정하고 인공호흡기와 기관튜브를 연결시킨다.

⑤ 조절환기

마취제에 의한 호흡억제시 과이산화탄소혈증(hypercapnia), 호흡성 산증 및 저산소증 (hypoxia)이 나타난다. 조절환기시 환기의 깊이와 횟수 둘 다 중요한 요소이다. 필요시 자발호흡을 보조해야 할 경우도 발생한다. 개흉 수술시 조절환기는 필수적이다.

인공환기를 통해 다음 항목을 정확히 조절할 수 있다.

- 흡기호기율(I:E ratio)

- 기도내 압력

- 전달되는 마취가스나 가스의 용량(=일회환기량)

- 환기횟수(=호흡수)

⑥ 랫드의 경우 인공호흡기설정 조건

- I/E ratio : 1:2

- 기도내 압력 : 2 kPa 이내(1kpa = 7.5 mmHg, 1 mmHg = 1.36 cmH2O)

- 일회환기호흡량 : 0.0062 ml(multiplication factor) x bodyweight in gram

- 호흡환기 횟수 :  60-90회/min

Tidal vioume(1회 환기량)은 매호흡 시 호흡기도로 유입되는 가스량을 말한다. 일회환기량 곱하기 호흡횟수는 분당호흡량을 나타낸다. 250g 이상의 랫드에서 일회환기량의 multiplication factor는 0.0062, 체중 250g이하인 경우 multiplication factor는 0.0067 이다.