Here, we present a protocol to more safely and efficiently administer anesthetic gas to mice using a digital, low flow anesthesia system utilizing a syringe-driven direct injection vaporizer.
A traditional vaporizer depends on flowing gas and atmospheric pressure for passive anesthetic vaporization. Newly developed direct injection vaporizers utilize a syringe pump to directly administer volatile anesthetics into a gas stream. Unlike a traditional vaporizer, it can be used at very low flow rates, making it ideal for use on mice and rats.
The equipment’s capability to use low flow rates could result in a substantial cost savings due to the reduced need for anesthetic agents, compressed gas, and charcoal scavenging filters1. A lower flow rate means less waste of anesthetic gas and likely reduces the risk of anesthetic exposure to laboratory personnel. Thus, the high levels of precision and safety associated with direct injection vaporizers, along with a reduced need for anesthetic agents, compressed gas, and charcoal filters are beneficial for research requiring small animal anesthesia.
The goal of this protocol is to demonstrate the use of a syringe-driven direct injection vaporizer as part of a digital, low-flow anesthesia system. The direct injection vaporizer is capable of accurately delivering anesthesia at very low flow rates compared to a traditional vaporizer, making it a promising alternative for controlled gas anesthetic delivery to rodents.
Er zijn veel precisie vaporizers beschikbaar voor diergeneeskundig gebruik die werken tussen debieten van 0,5-10 l / min 2. Deze debieten zijn niet ideaal voor knaagdieren, zoals het bereik is hoog in vergelijking met hun kleine luchtwegen minuut volume. Hoge stroomsnelheden worden niet aanbevolen bij de veterinaire praktijk als gevolg van hun bevordering van onderkoeling en uitdroging van de luchtwegen 3,4. Bovendien hebben veel gemeenschappelijke veterinaire vaporizer fabrikant handleidingen waarschuwen dat hoge stroomsnelheden een toename van het optreden van tegendruk schommelingen kunnen veroorzaken. Ook is gebleken dat vele standaard vaporizers onnauwkeurig onder stroomsnelheden van 500 ml / min, en dit percentage wordt beschouwd als een minimumdebiet veterinair gebied 5-7.
Een dier kan worden gehandhaafd op een T-stuk circuit of aangepast bain circuit met behulp van een debiet zo laag als minuut volume 1,5-2,2 maal het dier 8-10. Deze stroomsnelheden worden beschouwd sufficient om rebreathing verlopen gassen te voorkomen en te voorkomen dat een verhoging van het bloed koolstofdioxideconcentraties 8. Met deze stroomsnelheid aanbeveling, zou een 30 g muis met een stroomsnelheid zo laag als 52 ml gehandhaafd / min, bijna tien keer minder dan de gangbare 500 ml / min minste een traditionele vaporizer.
Terwijl een traditionele vaporizer afhankelijk gasstroom en atmosferische druk passieve verdoving verdamping, een directe injectie vaporizer meet de totale verse gasstroom en injecteert de damp direct in de gasstroom 2. Sommige directe injectie vaporizers maken gebruik van een injectiespuit pomp verdoving toe te dienen in de gasstroom. Gecomputeriseerde besturingselementen kunnen deze systemen automatisch de spuit pompsnelheid het vloeistofvolume middel om de gewenste concentratie te bereiken van anestheticum injecteren. Injectiespuit aangedreven vaporizers zijn en goedgekeurd voor klinische en pediatrisch gebruik en vele vergelijkbare configuraties worden beschouwd alsesthetische behoud van apparaten in de klinische praktijk 11-16. Kort na de goedkeuring ervan, werden verdoving behoudend apparaten met injectiepomp verdampers aangepast voor gebruik in dierstudies 8,17,18. In tegenstelling tot een traditionele verdamper, is een directe injectie systeem met behulp van een injectiespuit pomp niet beperkt door een minimum debiet om de nauwkeurigheid te behouden. Daarom is deze technologie is geschikt voor gebruik in knaagdieren anesthesie wanneer dit anderszins lage stroomsnelheden nodig zijn. De voordelen en mogelijke kostenbesparingen in verband met deze verdamper ontwerp inspireerde de ontwikkeling van nieuwe anesthesie-systemen speciaal ontworpen voor knaagdieren 1,19,20. Dit nieuwe systeem omvat ook een ingebouwde luchtpomp, zodat de gebruiker verdooft zonder een gecomprimeerde gasbron. Als extra voordeel is het systeem vooraf gekalibreerd voor gebruik met zowel isofluraan en sevofluraan. Met de introductie van deze vaporizer technologie op het gebied proefdier, it is nu mogelijk om kleine proefdieren verdoven met stroomsnelheden dichterbij aanbevolen niveaus zonder dat samengeperste gas.
De digitale low-flow anesthesiesysteem kan de gebruiker daadwerkelijk muizen tegen zeer lage stroomsnelheden verdoven zonder het gebruik van gecomprimeerd gas. Dit verschilt sterk van standaard passieve vaporizers, waarin meestal een gecomprimeerd brongas minimaal debiet van ongeveer 500 ml / min. Standard vaporizers gebruiken wijzerplaten die precisie tussen gradaties missen, en zij moet jaarlijks worden onderhouden om de nauwkeurigheid te behouden. Een spuit gedreven verdoving systeem kan een bepaalde concentratie van het verdovingsmiddel te leveren tegen de ingestelde stroom om de exacte benodigde snelheid van de injectiepomp te berekenen. Routine kalibraties zijn overbodig, wat resulteert in extra kosten en tijd te besparen.
De aanbevolen minimale debiet aan een dier op een niet-rebreathing circuit te handhaven is 1,5-2,2 maal minuut volume van het dier. De stroomsnelheid van 100 ml / min gebruikt in deze studie boven deze minimale voldoende verdoving leveren aan de dieren. Het debiet settings cruciaal zijn voor deze anesthesie afgiftetechniek het debiet direct gerelateerd aan de hoeveelheid isofluraan voor een gegeven tijdsbestek. Wanneer bij lage stroomsnelheden, kan deze techniek de hoeveelheid isofluraan vereist tijdens gebruik sterk verminderen, terwijl het dier toch effectief 1,19-21 verdoofd.
Nieuwe apparatuur kosten tussen de traditionele vaporizers en low-flow digitale vaporizers zijn vergelijkbaar. De digitale low-flow anesthesie systeem heeft de mogelijkheid om ofwel isofluraan of sevofluraan te leveren. Dit elimineert de noodzaak voor aangewezen isofluraan en sevofluraan precisie vaporizers, het verminderen van de initiële kosten voor apparatuur voor groepen met beide anesthetica. Recent verschenen vergelijkingen tussen verdamper technologieën hebben kostenbesparingen gesuggereerd verloop van tijd bij gebruik van een low-flow digitale verdamper 1,19,20. De resultaten van deze vergelijkingen kan worden gebruikt om potentiële kostenbesparingen benaderen de loop van een jaar. AlsSuming normaal gebruik de instellingen van een week uitgevoerd in 2 uur stappen, 5 dagen voor 52 weken, zal een traditionele isofluraan vaporizer 3.8 L van isofluraan, of twaalf 250 ml flessen verbruikt. Een lage-stroom digitale vaporizer gebruikt dezelfde frequentie zou verbruiken slechts 0,32 L of twee 250 ml flessen. Koolstoffilter consumptie is ook verminderd. Ervan uitgaande dat elke bus heeft 50 g weggevangen afvalgas, zal een traditionele verdamper ongeveer 21 houtskool bussen te vullen in de loop van een jaar. Ter vergelijking, een low-flow digitale vaporizer vereist 6 of minder. Een traditionele verdamper zou ongeveer 5 grote gasflessen per jaar, elk nodig met een capaciteit van 9.500 L. De interne luchtpomp, beschikbaar in sommige modellen van digitale low-flow vaporizers, elimineert de noodzaak voor samengeperste gas. Als samengeperst gas zou worden gebruikt, zou het systeem slechts 1 cilinder per jaar 1 gebruiken.
De techniek kan worden aangepast op basis van behoefte. Low-flow digitale vaporizers kan de gebruiker narcose diepte snel en nauwkeurig passen. Als de narcose diepte moet worden verhoogd of verlaagd, kan de gebruiker het verdovingsmiddel concentratie te verhogen in stappen van 0,1% met de draaiknop aan de bovenzijde van het systeem. Het debiet kan ook worden aangepast als dat nodig is tijdens de gehele procedure. Dit protocol maakt gebruik van een 2 ml spuit, maar grotere spuit maten zijn beschikbaar voor langere procedures. De interne luchtpomp biedt gebruikers de mogelijkheid om dieren te verdoven zonder dat een gecomprimeerde gasbron. Voor procedures die samengeperst gas of extra zuurstof, heeft de gebruiker de mogelijkheid om een gasbron naar de low-flow systeem aan te sluiten in plaats van omgevingslucht. De gebruiker kan doorgaan met de geselecteerde lucht bron te leveren gedurende de hele procedure, of kan schakelen tussen de interne pomp en een samengeperst gas bron als dat nodig is. Bijvoorbeeld kan de gebruiker het systeem ingesteld kamerlucht leveren via de interne pomp tijdens inductie en onderhoud, maar leveren aanvullende oxygen tijdens het herstel.
Hoewel er vele voordelen aan het gebruik van een lage stroom digitale vaporizer, zijn er beperkingen. Omdat een flush klep niet is opgenomen, handmatig spoelen van de kamer met schone lucht vóór de opening is de enige manier om de inductie kamer te zuiveren. Dit systeem is ontworpen voor gebruik bij slechts lage stroomsnelheden en maakt anesthesie niet leveren boven debiet van 800 ml / min, waarbij traditionele vaporizers kan met capaciteiten tot 10 l / min. Dit specifieke systeem is daarom alleen geschikt voor kleine diersoorten. Bovendien, het bezit is minder verdovingsmiddel vergelijking met een traditionele vaporizer. Er kunnen situaties waarin de injectiespuit moet worden gevuld tijdens een procedure. Echter, kunnen vertragingen tijdens het bijvullen worden verminderd door pre-vullen van een tweede spuit in de buurt om de lege injectiespuit te vervangen. Spuiten met een volume tot 10 ml zijn beschikbaar om de noodzaak van spuiten vullen mid-procedure te verminderen. Tenslotte, in tegenstelling tot traditionele verdamper, de lage-flow digitale verdamper vereist elektriciteit. Accu's zijn beschikbaar voor gebruik in gevallen waar elektrische stroom niet beschikbaar is of in het geval van een stroomstoring.
Eerdere studies hebben aangetoond dat lage-stroom digitale systemen verbruiken minder isofluraan, dragergas en houtskool canisters opzichte van een traditioneel anesthesiesysteem 1,19,20. De vermindering van de weggevangen verdoving gas kan ook een vermindering van verspilling verdoving gas te identificeren, hoewel verdere werkzaamheden nodig is in deze gebieden. Infrarood spectroscopie gas kan worden gebruikt voor het bewaken afval isofluraan productie en dosimeter kentekens kunnen worden gebruikt om de blootstelling aan isofluraan laboratoriumpersoneel toekomstige vergelijkingen kwantificeren.
Samengevat zal deze techniek voor anesthesie afgifte gunstig voor die optreden knaagdier anesthesie dankzij betere veiligheid, werkzaamheid en precisie ten opzichte van traditionele systemen.
The authors have nothing to disclose.
The authors have no acknowledgements.
Anesthetic Equipment | |||
SomnoSuite Low-Flow Digital Anesthesia System | Kent Scientific Corporation | SOMNO | Includes anti-spill, anti-vapor bottle top adapter; Y adapter tubing; charcoal scavenging filter |
MouseSTAT Pulse Oximeter & Heart Rate Monitor | Kent Scientific Corporation | SS-MSTAT-Module | Integrated into SomnoSuite |
MouseSTAT Mouse Paw Sensor | Kent Scientific Corporation | MSTAT-MSE | |
2mL Glass Syringe | Kent Scientific Corporation | SOMNO-2ML | |
Low-Cost Induction Chamber, 0.5L | Kent Scientific Corporation | SOMNO-0705 | |
Low Profile Facemask, x-small | Kent Scientific Corporation | SOMNO-0304 | |
Animal Warming | |||
PhysioSuite Physiological Monitoring System with RightTemp Homeothermic Warming | Kent Scientific Corporation | PS-RT | Includes infrared warming pad, rectal probe, and pad temperature probe |
Anesthetic Agents and Medications |
|||
Isoflurane (250mL bottle) | Piramal Healthcare | ||
Puralube Opthalmic Ointment | Perrigo |