Gebruik van een geïntegreerd low-flow verdovende middelen, ventilator en fysiologisch bewakingssysteem voor knaagdieren
Summary
Hier presenteren we een protocol om veilig en effectief verdovingsgas toe te dienen aan muizen met behulp van een digitaal anesthesiesysteem met lage stroom met geïntegreerde beademings- en fysiologische monitoringmodules.
Abstract
Low-flow digitale vaporizers gebruiken vaak een spuitpomp om vluchtige verdovingsmiddelen rechtstreeks toe te dienen in een stroom draaggas. Volgens aanbevelingen voor dierenwelzijn worden dieren opgewarmd en gecontroleerd tijdens procedures die anesthesie vereisen. Gemeenschappelijke anesthesie- en fysiologische bewakingsapparatuur zijn gastanks, verdovende verdampers en standaards, verwarmingsregelaars en pads, mechanische ventilatoren en pulsoximeters. Een computer is ook nodig voor het verzamelen van gegevens en het uitvoeren van apparatuursoftware. In kleinere ruimtes of bij het uitvoeren van veldwerk kan het een uitdaging zijn om al deze apparatuur in beperkte ruimte te configureren.
Het doel van dit protocol is om best practices te demonstreren voor het gebruik van een low-flow digitale vaporizer met behulp van zowel perszuurstof als kamerlucht, samen met een geïntegreerde mechanische ventilator, pulsoximeter en ver infraroodverwarming als een all-inclusive anesthesie- en fysiologische bewakingssuite die ideaal is voor knaagdieren.
Introduction
Voor onderzoek met diermodellen is vaak gespecialiseerde apparatuur voor het verzamelen van gegevens nodig. Er zijn twee veel voorkomende soorten verdovende middelen die vaak worden gebruikt voor kleine dierenchirurgie. Traditionele verdovende middelen vertrouwen op de passieve verdamping van vluchtige anesthetica op basis van atmosferische druk en gasstroom1,2,3,4,5,6,7,8,9,10. Ze zijn ontworpen om te werken met debieten van 0,5 L / min tot 10 L / min, waardoor ze ideaal zijn voor grote diermodellen11.
We hebben onlangs de effecten van een low-flow digitale vaporizer gedemonstreerd in vergelijking met een traditionele vaporizer12,13. Het low-flow digitale anesthesiesysteem kan worden gebruikt om een dier op een neuskegel te houden met een zeer laag debiet van 1,5-2,2 keer het minuutvolume van het dier14,15,16.
Er zijn tal van voordelen aan het gebruik van een digitaal anesthesiesysteem. Het bevat een ingebouwde pomp, die omgevingslucht aanzuigt om als draaggas te gebruiken. Hierdoor kan de gebruiker anesthesie toedienen zonder het gebruik van gecomprimeerd gas. Recente studies17,18 hebben gesuggereerd dat het gebruik van lucht in plaats van zuurstof als draaggas gunstig kan zijn voor veel procedures.
Fysiologische bewakings- en opwarmingsmogelijkheden kunnen ook worden geïnstalleerd in het digitale low-flow anesthesiesysteem. In de meeste instellingen zijn dieropwarming en fysiologische monitoring vereist door institutional animal care and use committees19,20,21,22. Studies waarin de fysiologische effecten van verdovingsmiddelen worden vergeleken, hebben een drastische depressie van de lichaamstemperatuur, de hartfunctie en de ademhalingsfunctie aangetoond23,24,25. Het is vaak nodig om het dier op een verwarmingskussen te plaatsen om een normale lichaamstemperatuur te controleren en te behouden. Er zijn veel methoden voor het verwarmen van dieren beschikbaar, zoals warmwaterverwarmers, elektrische verwarmingskussens en warmtelampen, maar elk van deze heeft aanzienlijke nadelen. In studies die verschillende methoden van dierlijke opwarming vergelijken, is gebleken dat verre infraroodverwarming de meest gunstigeis 26. De digitale vaporizer bevat ingebouwde homeothermische ver infraroodverwarming om een specifieke lichaamstemperatuur van dieren te behouden. Dit elimineert de behoefte aan extra verwarmingskussencontrollers.
Naast het monitoren van de lichaamstemperatuur, is pulsoximetrie een populaire methode om de hartslag en zuurstofverzadiging van het dier te controleren. Deze niet-invasieve methode is eenvoudig, nauwkeurig en biedt een algemene beoordeling van het vermogen van het dier om het zuurstofgehalte in het bloed te reguleren. Een pootsensor voor pulsoximetrie kan worden aangesloten op het anesthesiesysteem, zoals we eerder hebben aangetoond2.
Mechanische ventilatie is vaak nodig wanneer het dier onder langere periodes van anesthesie is, of wanneer het ademhalingspatroon van het dier moet worden gecontroleerd. De low-flow digitale vaporizer heeft de mogelijkheid om gecontroleerde ademhalingen te leveren in druk- of volumeregeling. Een geïntegreerde ventilator elimineert de noodzaak van een externe ventilator en overtollige vereisten voor het instellen van slangen.
Omdat al deze gangbare monitoren en functies worden gecombineerd tot één apparaat, is de buizenopstelling aanzienlijk vereenvoudigd. Het doel van dit protocol is om de installatie en het gebruik van een alles-in-één digitaal anesthesiesysteem aan te tonen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit digitale low-flow anesthesiesysteem integreert anesthesie-, ventilatie-, opwarmings- en fysiologische bewakingssystemen in één apparaat. Bovendien bevat het systeem een interne pomp, waardoor het omgevingslucht kan opnemen voor gebruik als draaggas, waardoor er geen bron van gecomprimeerd gas nodig is.
In deze procedure wordt het systeem gebruikt als een enkel apparaat om een verdovende verdamper, mechanische ventilator, pulsoximeter en verwarmingskussen te vervangen. We demonstreerden eerder verdovingsafgifte bij een debiet van 100 ml / min2. De debietinstellingen zijn van cruciaal belang voor deze verdovende afgiftetechniek, omdat het debiet direct het volume van de gebruikte vloeibare verdoving regelt. We hebben eerder ook aangetoond hoe het gebruik van lage debieten verdovende vloeistof1,2bespaart. Wanneer een traditionele vaporizer is aangesloten op een mechanische ventilator, moet de vaporizer continu draaien terwijl de ventilator monsters uit de gasstroom inlaat. In het geval van de digitale vaporizer met geïntegreerde ventilator wordt alleen het gas dat nodig is voor ventilatie door de ventilator uitgevoerd. Dit vermindert de kosten in verband met verdovende vloeistof, dragergassen en koolstoffilters.
Hoewel er veel voordelen zijn aan het gebruik van een low-flow digitale vaporizer, zijn er ook beperkingen. Dit systeem is ontworpen om te werken met lage debieten, ideaal voor knaagdieren en andere kleine zoogdieren, maar levert geen anesthesie boven de stroomsnelheden van 1000 ml / min. Dit specifieke systeem is daarom alleen geschikt voor kleine diersoorten. De geïntegreerde pulsoximeter bevat een sensor alleen voor pootgebruik. De sensor wordt niet aanbevolen voor gebruik op de staart, wat een beperking kan zijn voor bepaalde chirurgische ingrepen. Bovendien, terwijl de ademhalingssnelheid via dit systeem via de pootsensor kan worden gecontroleerd, kan het moeilijk zijn om gedurende een langere periode consistente ademhalingsopnamen te verkrijgen. Tot slot heeft dit digitale systeem, in tegenstelling tot een traditionele vaporizer, elektriciteit nodig. Batterijen zijn beschikbaar voor gebruik in gevallen waarin elektrische stroom niet beschikbaar is of in het geval van een stroomstoring, en kunnen het systeem enkele uren van stroom voorzien.
Deze opstelling en dit protocol tonen een veilig en effectief gebruik van een digitaal anesthesiesysteem met lage stroom met geïntegreerde ventilator- en fysiologische bewakingsmodules. Deze opstelling is handig voor laboratoria met beperkte bankruimtes, of waar het niet haalbaar is om meerdere apparaten en buizen in de buurt van een chirurgisch veld te huisvesten. Er zijn tal van voordelen aan een alles-in-één systeem, waaronder de eliminatie van gecomprimeerde gastanks en afzonderlijke fysiologische bewakingsapparatuur. Over het algemeen kan dit geïntegreerde systeem worden overwogen door groepen waar het gebruik van een traditionele vaporizer niet ideaal is.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs hebben geen erkenningen.
Materials
| Intubation Kit | Kent Scientific Corporation | ETM-MSE | Includes intubation stage, intubation tube, LED light |
| Isoflurane Liquid Inhalation 99.9% | Henry Schein, Inc. | 1182097 | Glass bottle 250mL |
| MouseSTAT Pulse Oximeter | Kent Scientific Corporation | SS-03 | Integrated into SomnoSuite |
| Oxygen Tank | Indiana Oxygen Company | 23-160246 | Medical Grade O2 99% |
| RoVent Automatic Ventilator | Kent Scientific Corporation | SS-04 | Integrated into SomnoSuite |
| SomnoSuite Low Flow Digital Anesthesia System | Kent Scientific Corporation | SS-01 | Includes RightTemp Homeothermic Warming control, pad, and temperature sensors |
| SomnoSuite Mouse Starter Kit | Kent Scientific Corporation | SOMNO-MSEKIT | Includes nose cone, syringes, induction chamber, and charcoal canister |
References
- El-Attar, A. M. Guided isoflurane injection in a totally closed circuit. Anaesthesia. 46 (12), 1059-1063 (1991).
- Lockwood, G., Chakrabarti, M. K., Whitwam, J. G. A computer-controller closed anaesthetic breathing system. Anaesthesia. 48 (8), 690-693 (1993).
- Lowe, H. J., Cupic, M. Dose-regulated automated anesthesia (Abstract). British Journal of Clinical Pharmacologyl. 12 (2), 281-282 (1971).
- Walker, T. J., Chackrabarti, M. K., Lockwood, G. G. Uptake of desflurane during anaesthesia. Anaesthesia. 51 (1), 33-36 (1996).
- Weingarten, M., Lowe, H. J. A new circuit injection technic for syringe-measured administration of methoxyflurane: a new dimension in anesthesia. Anesthesia & Analgesia. 52 (4), 634-642 (1973).
- Enlund, M., Wiklund, L., Lambert, H. A new device to reduce the consumption of a halogenated anaesthetic agent. Anaesthesia. 56 (5), 429-432 (2001).
- Kelly, J. M., Kong, K. L. Accuracy of ten isoflurane vaporisers in current clinical use. Anaesthesia. 66 (8), 682-688 (2011).
- Matsuda, Y., et al. NARCOBIT – A newly developed inhalational anesthesia system for mice. Experimental Animals. 56 (2), 131-137 (2007).
- Soro, M., et al. The accuracy of the anesthetic conserving device (Anaconda) as an alternative to the classical vaporizer in anesthesia. Anesthesia & Analgesia. 111 (5), 1176-1179 (2010).
- Ward, C. S. . Physical principles and maintenance. Anaesthetic equipment. , (1985).
- Ambrisko, T. D., Klide, A. M. Evaluation of isoflurane and Sevoflurane vaporizers over a wide range of oxygen flow rates. American Journal of Veterinary Research. 67 (6), 936-940 (2006).
- Damen, F. W., Adelsperger, A. R., Wilson, K. E., Goergen, C. J. Comparison of traditional and integrated digital anesthetic vaporizers. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 54 (6), 756-762 (2015).
- Adelsperger, A. R., Bigiarelli-Nogas, K. J., Toore, I., Goergen, C. J. Use of a Low-flow Digital Anesthesia System for Mice and Rats. Journal of Visualized Experiments. (115), e54436 (2016).
- Flecknell, P. . Laboratory animal anaesthesia. , (2009).
- Mapleson, W. W. The elimination of rebreathing in various semiclosed anaesthetic systems. British Journal of Anaesthesia. 26 (5), 323-332 (1954).
- Chakravarti, S., Basu, S. Modern Anaesthesia Vapourisers. Indian Journal of Anaesthesia. 57 (5), 464-471 (2013).
- Mullin, L., et al. Effect of anesthesia carrier gas on in vivo circulation times of ultrasound microbubble contrast agents in rats. Contrast Media & Molecular Imaging. 6 (3), 126-131 (2011).
- Flores, J. E., et al. The effects of anesthetic agent and carrier gas on blood glucose and tissue uptake in mice undergoing dynamic FDG-PET imaging: sevoflurane and isoflurane compared in air and in oxygen. Molecular Imaging and Biology. 10 (4), 192 (2008).
- Carroll, G. . Small Animal Anesthesia and Analgesia. , (2008).
- Thomas, J., Lerche, P. . Anesthesia and Analgesia for Veterinary Technicians, 4th ed. 335, (2011).
- McKelvey, D. H. . Veterinary Anesthesia and Analgesia. , (2003).
- Tranquilli, W. J., Thurmon, J. C., Grimm, K. A. . Lumb and Jones’ veterinary anesthesia and analgesia. , 23-86 (2013).
- Matsuda, Y., et al. Comparison of newly developed inhalation anesthesia system and intraperitoneal anesthesia on the hemodynamic state in mice. Biological and Pharmaceutical Bulletin. 30 (9), 1716-1720 (2007).
- Garber, J., et al. . Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. 8th edn. , (2011).
- Zarndt, B. S., et al. Use of a far-infrared active warming device in Guinea pigs (Cavia porcellus). Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 54 (6), 779-782 (2015).
- Wolforth, J., Dyson, M. C. Flushing induction chambers used for rodent anesthesia to reduce waste anesthetic gas. Lab Animal. 40 (3), 76-83 (2011).
