Tutaj prezentujemy protokół do bezpieczniejszego i skuteczniejszego podawania myszom gazu znieczulającego za pomocą cyfrowego systemu anestezjologicznego o niskim przepływie, wykorzystującego napędzany strzykawką parownik do bezpośredniego wtrysku.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy protokół do bezpieczniejszego i skuteczniejszego podawania myszom gazu znieczulającego za pomocą cyfrowego systemu anestezjologicznego o niskim przepływie, wykorzystującego napędzany strzykawką parownik do bezpośredniego wtrysku.
Tradycyjny waporyzator zależy od przepływającego gazu i ciśnienia atmosferycznego do pasywnej waporyzacji znieczulającej. Nowo opracowane waporyzatory z wtryskiem bezpośrednim wykorzystują pompę strzykawkową do bezpośredniego podawania lotnych środków znieczulających do strumienia gazu. W przeciwieństwie do tradycyjnego waporyzatora, może być używany przy bardzo niskich natężeniach przepływu, dzięki czemu idealnie nadaje się do stosowania u myszy i szczurów.
Zdolność sprzętu do korzystania z niskich natężeń przepływu może skutkować znacznymi oszczędnościami kosztów ze względu na zmniejszone zapotrzebowanie na środki znieczulające, sprężony gaz i filtry przedmuchujące węgiel drzewny1. Mniejsze natężenie przepływu oznacza mniejsze straty gazu znieczulającego i prawdopodobnie zmniejsza ryzyko narażenia personelu laboratoryjnego na działanie środka znieczulającego. W związku z tym wysoki poziom precyzji i bezpieczeństwa związany z waporyzatorami z wtryskiem bezpośrednim, wraz ze zmniejszonym zapotrzebowaniem na środki znieczulające, sprężony gaz i filtry węglowe, są korzystne dla badań wymagających znieczulenia małych zwierząt.
Celem tego protokołu jest zademonstrowanie użycia napędzanego strzykawką parownika do bezpośredniego wtrysku jako części cyfrowego systemu znieczulenia o niskim przepływie. Parownik z bezpośrednim wtryskiem jest w stanie dokładnie dostarczyć znieczulenie przy bardzo niskich prędkościach przepływu w porównaniu z tradycyjnym waporyzatorem, co czyni go obiecującą alternatywą dla kontrolowanego podawania znieczulenia gazowego gryzoniom.
Istnieje wiele precyzyjnych waporyzatorów dostępnych do użytku weterynaryjnego, które działają w zakresie natężeń przepływu 0,5-10 l/min2. Te natężenia przepływu nie są idealne dla gryzoni, ponieważ zakres jest wysoki w porównaniu z ich małą objętością oddechową na minutę. Wysokie prędkości przepływu nie są zalecane w praktyce weterynaryjnej ze względu na sprzyjanie hipotermii i wysuszaniu dróg oddechowych3,4. Co więcej, wiele popularnych instrukcji producentów parowników weterynaryjnych ostrzega, że wysokie natężenia przepływu mogą powodować wzrost występowania wahań ciśnienia zwrotnego. Wykazano również, że wiele standardowych waporyzatorów staje się niedokładnych poniżej natężenia przepływu 500 ml/min, a szybkość ta jest uważana za minimalne natężenie przepływu w dziedzinie weterynarii5-7.
Zwierzę może być utrzymywane na obwodzie trójnika lub zmodyfikowanym obiegu bain, używając natężenia przepływu tak niskiego jak 1,5-2,2 razy objętości minutowej zwierzęcia8-10. Te natężenia przepływu uważa się za wystarczające, aby zapobiec ponownemu wdychaniu wydychanych gazów i zapobiec wzrostowi stężenia dwutlenku węgla we krwi8. Korzystając z tego zalecenia dotyczącego natężenia przepływu, mysz o wadze 30 g może być utrzymywana na poziomie zaledwie 52 ml/min, czyli prawie dziesięć razy mniej niż akceptowane minimum 500 ml/min w tradycyjnym waporyzatorze.
Podczas gdy tradycyjny waporyzator zależy od przepływu gazu i ciśnienia atmosferycznego dla pasywnej waporyzacji znieczulającej, parownik z bezpośrednim wtryskiem mierzy całkowity przepływ świeżego gazu i wtryskuje parę bezpośrednio do strumienia gazu2. Niektóre waporyzatory z wtryskiem bezpośrednim wykorzystują pompę strzykawkową do podawania środka znieczulającego do strumienia gazu. Skomputeryzowane sterowanie umożliwia tym systemom automatyczną regulację prędkości pompy strzykawkowej w celu wstrzyknięcia ilości płynnego środka wymaganej do osiągnięcia pożądanego stężenia środka znieczulającego. Waporyzatory napędzane strzykawkami są dostępne i zatwierdzone do użytku klinicznego i pediatrycznego, a wiele podobnych konfiguracji jest uważanychw praktyce klinicznej za urządzenia oszczędzające środki znieczulające. Wkrótce po ich zatwierdzeniu, urządzenia do oszczędzania środków znieczulających z parownikami z pompką strzykawkową zostały przystosowane do stosowania w badaniach na zwierzętach8,17,18. W przeciwieństwie do tradycyjnego waporyzatora, system bezpośredniego wtrysku wykorzystujący pompę strzykawkową nie jest ograniczony minimalnym natężeniem przepływu, aby zachować dokładność. Z tego powodu technologia ta jest idealna do stosowania w znieczuleniu gryzoni i innych przypadkach, w których konieczne są niskie natężenia przepływu. Korzyści i potencjalne oszczędności związane z tą konstrukcją waporyzatora zainspirowały opracowanie nowych systemów anestezjologicznych zaprojektowanych specjalnie dla gryzoni1,19,20. Ten nowy system zawiera również wbudowaną pompę powietrza, dzięki czemu użytkownik może podawać znieczulenie bez konieczności korzystania ze źródła sprężonego gazu. Dodatkową korzyścią jest to, że system jest wstępnie skalibrowany do stosowania zarówno z izofluranem, jak i sewofluranem. Wraz z wprowadzeniem tej technologii parowników do hodowli zwierząt laboratoryjnych, możliwe jest teraz znieczulanie małych zwierząt laboratoryjnych przy natężeniach przepływu bliższych zalecanym poziomom bez konieczności stosowania sprężonego gazu.
Wszystkie badania zostały zakończone zgodnie z wytycznymi regulacyjnymi i instytucjonalnymi. Zwierzęce aspekty tego badania zostały ocenione przez Kent Scientific Corporation Animal Use Program, zatwierdzony przez Purdue Animal Care and Use Committee (PACUC) i przeprowadzone zgodnie z Przewodnikiem opieki i wykorzystania zwierząt laboratoryjnych22.
Uwaga: Cyfrowy system anestezjologiczny o niskim przepływie używany w tym protokole jest wyposażony w zintegrowany pulsoksymetr.
1. Konfiguracja systemu anestezjologicznego o niskim przepływie ze zintegrowanym pulsoksymetrem
2. Konfiguracja ustawień
3. Rozpocznij podawanie znieczulenia
4. Rozpocznij monitorowanie fizjologiczne
5. Usuń zwierzę
Zwierzęta
3 dorosłe samice myszy C57/BL6NTac (Taconic, wiek 6-7 tygodni; masa 15+/-1 g) zostały poddane anestezji i utrzymano je w niej za pomocą 1,3-1,5% izofluranu, monitorując jednocześnie częstotliwość akcji serca, saturację tlenową oraz częstość oddychania. Wszystkie myszy były wolne od patogenów mysich (Murine Pathogen Free), co potwierdzono w rutynowych testach dostawcy przed transportem do placówki. Zwierzęta przebywały w grupach w klatkach do mikroizolacji z nielimitowanym dostępem do standardowej karmy dla gryzoni oraz wody z butelek.
Stosowanie izofluranu
System anestezji o niskim przepływie mierzy ilość środka anestetycznego pozostałego w strzykawce podczas użytkowania. Objętość w strzykawce, zmierzona przez system anestezji, została odnotowana w momencie przeniesienia zwierzęcia do stożka nosowego oraz ponownie po zakończeniu okresu utrzymywania znieczulenia. Objętość końcową odjęto od objętości początkowej, aby określić ilość środka anestetycznego zużytego podczas okresu utrzymywania znieczulenia (Rycina 1).
Parametry fizjologiczne
Częstość akcji serca, SpO2 oraz częstość oddechów monitorowano podczas utrzymywania znieczulenia za pomocą pulsoksymetrii (Ryc. 2-4). Temperaturę ciała utrzymywano na poziomie 37,5 °C przy użyciu podgrzewacza podczerwonego. Każda mysz była pomyślnie utrzymywana przy niskim przepływie powietrza pokojowego wynoszącym 10 ml/min w płaszczyźnie znieczulenia chirurgicznego przez 60 min, co stwierdzono na podstawie braku odruchu wycofania po uciśnięciu przestrzeni międzycyfrowych. Myszy nie budziły się ani nie reagowały na przerywane uciśnięcia przestrzeni międzycyfrowych wykonywane w okresie utrzymywania znieczulenia. Częstość akcji serca zwierząt (Ryc. 2), utlenowanie krwi (Ryc. 3) i częstość oddechów (Ryc. 4) pozostawały stosunkowo stabilne przez cały czas trwania badania. Ze względu na ułożenie zwierząt i czujników, sygnał częstości oddechów z Myszy 1 i Myszy 3 był przerywany, a pomiar został przerwany. Po skorygowaniu ułożenia zwierzęcia sygnał uległ poprawie, a zmierzona częstość oddechów była porównywalna z wynikami innych osobników w podobnych punktach czasowych. Cyfrowy system znieczulenia o niskim przepływie zużył średnio 0,63 ml izofluranu podczas 60-minutowego okresu utrzymywania znieczulenia (Ryc. 1).

Rysunek 1: Stosowanie izofluranu. Ilość izofluranu zużyta w ml dla trzech różnych myszy podczas 1 godziny utrzymywania znieczulenia przy użyciu cyfrowego systemu znieczulenia o niskim przepływie. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 2: Częstość akcji serca. Częstość akcji serca trzech myszy w uderzeniach na minutę (bpm) w czasie od 5 do 60 min po początkowym wprowadzeniu w znieczulenie przy użyciu cyfrowego systemu znieczulenia o niskim przepływie. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.

Rycina 3: Saturacja tlenem. Poziomy wysycenia krwi tlenem (%) trzech myszy w odstępie od 5 do 60 min po początkowym wprowadzeniu w znieczulenie z użyciem cyfrowego systemu znieczulenia niskoprzepływowego. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.

Rysunek 4: Tempo oddychania. Częstość oddechów trzech myszy w oddechach na minutę (bpm) w czasie od 5 do 60 min po początkowym wprowadzeniu w znieczulenie z użyciem cyfrowego systemu znieczulenia o niskim przepływie. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego schematu.
Cyfrowy system znieczulenia o niskim przepływie pozwala użytkownikowi skutecznie znieczulać myszy przy bardzo niskich natężeniach przepływu bez użycia sprężonego gazu. Różni się to znacznie od standardowych waporyzatorów pasywnych, z których większość wymaga źródła sprężonego gazu o minimalnym natężeniu przepływu około 500 ml/min. Standardowe waporyzatory wykorzystują pokrętła, którym brakuje precyzji między gradacjami i muszą być serwisowane co roku, aby zachować dokładność. System anestezjologiczny napędzany strzykawką może zapewnić określone stężenie środka znieczulającego przy ustawionym natężeniu przepływu w celu obliczenia dokładnej niezbędnej prędkości pompy strzykawkowej. Rutynowe kalibracje nie są konieczne, co skutkuje dodatkowymi kosztami i oszczędnością czasu.
Zalecane minimalne natężenie przepływu do utrzymania zwierzęcia w obiegu bez ponownego oddychania wynosi 1,5-2,2 razy mniejsza objętość minutowa zwierzęcia. Natężenie przepływu wynoszące 100 ml/min użyte w tym badaniu przekroczyło to minimum, aby zapewnić zwierzętom wystarczającą ilość środka znieczulającego. Ustawienia szybkości przepływu mają kluczowe znaczenie dla tej techniki podawania środka znieczulającego, ponieważ natężenie przepływu jest bezpośrednio związane z ilością izofluranu użytego w danym przedziale czasowym. W przypadku stosowania przy niskich natężeniach przepływu, technika ta może znacznie zmniejszyć ilość izofluranu wymaganego podczas użytkowania, podczas gdy zwierzę jest nadal skutecznie znieczulone1,19-21.
Koszty nowego sprzętu między tradycyjnymi waporyzatorami a cyfrowymi waporyzatorami o niskim przepływie są porównywalne. Jednak cyfrowy system anestezjologiczny o niskim przepływie ma możliwość dostarczania izofluranu lub sewofluranu. Eliminuje to potrzebę stosowania dedykowanych waporyzatorów izofluranu i sewofluranu precyzyjnego, zmniejszając początkowe koszty sprzętu dla grup stosujących oba środki znieczulające. Niedawno opublikowane porównania między technologiami waporyzatorów sugerują oszczędności kosztów w czasie przy użyciu cyfrowego waporyzatora o niskim przepływie1,19,20. Wyniki tych porównań mogą być wykorzystane do przybliżenia potencjalnych oszczędności kosztów w ciągu roku. Zakładając typowe ustawienia użytkowania wykonywane w odstępach 2-godzinnych, 5 dni w tygodniu przez 52 tygodnie, tradycyjny waporyzator izofluranu zużyje 3,8 l izofluranu, czyli dwanaście butelek o pojemności 250 ml. Waporyzator cyfrowy o niskim przepływie używany z tą samą częstotliwością zużywałby zaledwie 0,32 l, czyli dwie butelki o pojemności 250 ml. Zmniejsza się również zużycie kanistrów z węglem drzewnym. Zakładając, że każdy kanister mieści 50 g odchmielonego gazu odpadowego, tradycyjny waporyzator wypełni około 21 kanistrów z węglem drzewnym w ciągu roku. Dla porównania, waporyzator cyfrowy o niskim przepływie będzie wymagał 6 lub mniej. Tradycyjny waporyzator wymagałby około 5 dużych butli gazowych rocznie, każda o pojemności 9 500 l. Wewnętrzna pompa powietrza, dostępna w niektórych modelach cyfrowych parowników o niskim przepływie, eliminuje konieczność stosowania sprężonego gazu. Gdyby zastosowano sprężony gaz, system zużywałby tylko 1 butlę rocznie1.
Technika może być modyfikowana w zależności od potrzeb. Waporyzatory cyfrowe o niskim przepływie pozwalają użytkownikowi szybko i precyzyjnie dostosować głębokość znieczulenia. Jeśli głębokość znieczulenia musi zostać zwiększona lub zmniejszona, użytkownik może zwiększyć stężenie środka znieczulającego w krokach co 0,1% za pomocą pokrętła na górze systemu. Natężenie przepływu można również regulować w zależności od potrzeb w trakcie całej procedury. Protokół ten wykorzystuje strzykawkę o pojemności 2 ml, chociaż do dłuższych procedur dostępne są większe rozmiary strzykawek. Wewnętrzna pompa powietrza oferuje użytkownikom możliwość znieczulania zwierząt bez konieczności korzystania ze źródła sprężonego gazu. W przypadku zabiegów wymagających sprężonego gazu lub dodatkowego tlenu użytkownik ma możliwość podłączenia źródła gazu do systemu o niskim przepływie zamiast korzystania z otaczającego powietrza. Użytkownik może kontynuować dostarczanie wybranego źródła powietrza przez cały czas trwania procedury lub w razie potrzeby przełączać się między pompą wewnętrzną a źródłem sprężonego gazu. Na przykład użytkownik może ustawić system tak, aby dostarczał powietrze z pomieszczenia przez pompę wewnętrzną podczas indukcji i konserwacji, ale dostarczał dodatkowy tlen podczas rekonwalescencji.
Chociaż korzystanie z waporyzatora cyfrowego o niskim przepływie ma wiele zalet, istnieją również ograniczenia. Ponieważ zawór spłukujący nie jest dołączony, ręczne przepłukanie komory czystym powietrzem przed otwarciem jest jedynym sposobem na oczyszczenie komory indukcyjnej. System ten jest przeznaczony do pracy tylko przy niskich natężeniach przepływu i nie dostarcza znieczulenia powyżej natężenia przepływu 800 ml/min, podczas gdy tradycyjne waporyzatory mogą być używane z natężeniem przepływu do 10 l/min. Ten konkretny system jest zatem odpowiedni tylko dla małych gatunków zwierząt. Dodatkowo system zawiera mniej środka znieczulającego w porównaniu z tradycyjnym waporyzatorem. Mogą wystąpić sytuacje, w których strzykawka będzie musiała zostać ponownie napełniona podczas zabiegu. Opóźnienia podczas napełniania można jednak zmniejszyć, wstępnie napełniając drugą strzykawkę w pobliżu, aby zastąpić pustą strzykawkę. Dostępne są strzykawki o pojemności do 10 ml, aby zmniejszyć potrzebę ponownego napełniania strzykawek w trakcie zabiegu. Wreszcie, w przeciwieństwie do tradycyjnego waporyzatora, waporyzator cyfrowy o niskim przepływie wymaga energii elektrycznej. Baterie są dostępne do użytku w przypadkach, gdy energia elektryczna jest niedostępna lub w przypadku przerwy w dostawie prądu.
Wcześniejsze badania wykazały, że systemy cyfrowe o niskim przepływie zużywają mniej izofluranu, gazu nośnego i kanistrów z węglem drzewnym w porównaniu z tradycyjnym systemem anestezjologicznym1,19,20. Zmniejszenie ilości wyczyszczonego gazu znieczulającego może również oznaczać zmniejszenie ilości odpadowego gazu znieczulającego, chociaż potrzebne są dalsze prace w tych obszarach. Spektroskopia gazowa w podczerwieni może być wykorzystana do monitorowania produkcji izofluranu w odpadach, a plakietki dozymetryczne mogą być wykorzystane do ilościowego określenia narażenia na izofluran dla personelu laboratoryjnego w przyszłych porównaniach.
Podsumowując, ta technika podawania znieczulenia będzie korzystna dla grup wykonujących znieczulenie gryzoni ze względu na większe bezpieczeństwo, skuteczność i precyzję w porównaniu z tradycyjnymi systemami.
Projekt ten był wspierany sprzętem i funduszami przez Kent Scientific Corporation, American Heart Association dla CJ Goergena (SDG18220010) i Purdue University. Autorki Krista Bigiarelli i Irina Toore są pracownicami Kent Scientific Corporation, która produkuje sprzęt wykorzystany w tym artykule. Publikacja tego artykułu w otwartym dostępie jest sponsorowana przez Kent Scientific Corporation.
Autorzy nie mają żadnych podziękowań.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Sprzęt anestezjologiczny em | |||
| SomnoSuite Cyfrowy system anestezjologiczny o niskim przepływie | Kent Scientific Corporation | SOMNO | Zawiera adapter do butelki z filtrem zapobiegającym rozlewaniu i parom; Rurka adaptera Y; filtr oczyszczający węgiel drzewny |
| Pulsoksymetr MouseSTAT i Monitor pracy serca | Kent Scientific Corporation | Moduł SS-MSTAT-Zintegrowany | z czujnikiem łapy myszy SomnoSuite |
| MouseSTAT | Kent Scientific Corporation | MSTAT-MSE | |
| 2 ml Szklana strzykawka | Kent Scientific Corporation | SOMNO-2ML | |
| Niskokosztowa komora indukcyjna, 0,5 l | Kent Scientific Corporation | SOMNO-0705 | |
| Niskoprofilowa maska na twarz, x-small | Kent Scientific Corporation | SOMNO-0304 | |
| Animal Warming | |||
| PhysioSuite System monitorowania fizjologicznego z homeotermicznym ociepleniem RightTemp | Kent Scientific Corporation | PS-RT | Zawiera podkładkę rozgrzewającą na podczerwień, sondę doodbytniczą i sondę temperatury podkładki |
| Środki znieczulające i leki | |||
| Izofluran (butelka 250 ml) | Piramal Healthcare | ||
| Puralube Maść okulistyczna | Perrigo |