Tutaj prezentujemy protokół bezpiecznego i skutecznego podawania myszom gazu znieczulającego za pomocą cyfrowego systemu anestezjologicznego o niskim przepływie ze zintegrowanym respiratorem i modułami monitorowania fizjologicznego.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy protokół bezpiecznego i skutecznego podawania myszom gazu znieczulającego za pomocą cyfrowego systemu anestezjologicznego o niskim przepływie ze zintegrowanym respiratorem i modułami monitorowania fizjologicznego.
Cyfrowe waporyzatory o niskim przepływie zwykle wykorzystują pompę strzykawkową do bezpośredniego podawania lotnych środków znieczulających do strumienia gazu nośnego. Zgodnie z zaleceniami dotyczącymi dobrostanu zwierząt, zwierzęta są ogrzewane i monitorowane podczas zabiegów wymagających znieczulenia. Powszechny sprzęt do anestezjologii i monitorowania fizjologicznego obejmuje zbiorniki gazu, parowniki i stojaki anestezjologiczne, kontrolery i podkładki grzewcze, respiratory mechaniczne i pulsoksymetry. Komputer jest również niezbędny do zbierania danych i uruchamiania oprogramowania sprzętowego. W mniejszych przestrzeniach lub podczas wykonywania prac terenowych skonfigurowanie całego tego sprzętu w ograniczonej przestrzeni może być trudne.
Celem tego protokołu jest zademonstrowanie najlepszych praktyk korzystania z cyfrowego waporyzatora o niskim przepływie, wykorzystującego zarówno sprężony tlen, jak i powietrze w pomieszczeniu, wraz ze zintegrowanym wentylatorem mechanicznym, pulsoksymetrem i ogrzewaniem dalekiej podczerwieni jako kompleksowego zestawu do znieczulenia i monitorowania fizjologicznego, idealnego dla gryzoni.
Badania z udziałem modeli zwierzęcych często wymagają specjalistycznego sprzętu do zbierania danych. Istnieją dwa popularne rodzaje waporyzatorów anestezjologicznych powszechnie stosowanych w chirurgii małych zwierząt. Tradycyjne waporyzatory anestezjologiczne opierają się na pasywnym odparowywaniu lotnych środków znieczulających w oparciu o ciśnienie atmosferyczne i przepływ gazu1,2,3,4,5,6,7,8,9,10. Są zaprojektowane do pracy z natężeniami przepływu od 0,5 l/min do 10 l/min, co czyni je idealnymi dla dużych modeli zwierzęcych11.
Niedawno pokazaliśmy efekty działania cyfrowego waporyzatora o niskim przepływie w porównaniu z tradycyjnym waporyzatorem12,13. Cyfrowy system anestezjologiczny o niskim przepływie może być używany do utrzymywania zwierzęcia na stożku nosowym przy bardzo niskich natężeniach przepływu 1,5-2,2 razy większej niż objętość zwierzęcia na minutę14,15,16.
Istnieje wiele korzyści z korzystania z cyfrowego systemu znieczulenia. Zawiera wbudowaną pompę, która zasysa powietrze z otoczenia, które jest używane jako gaz nośny. Dzięki temu użytkownik może podać znieczulenie bez użycia sprężonego gazu. Ostatnie badania17,18 sugerują, że użycie powietrza zamiast tlenu jako gazu nośnego może być korzystne dla wielu procedur.
Monitorowanie fizjologiczne i funkcje ogrzewania mogą być również zainstalowane w cyfrowym systemie znieczulenia o niskim przepływie. W większości instytucji ocieplanie zwierząt i monitorowanie fizjologiczne są wymagane przez Instytucjonalne Komitety ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt19,20,21,22. Badania porównujące fizjologiczne działanie środków znieczulających wykazały drastyczne obniżenie temperatury ciała, funkcji serca i funkcji oddechowych23,24,25. Często wymagane jest umieszczenie zwierzęcia na podkładce rozgrzewającej w celu monitorowania i utrzymywania normalnej temperatury ciała. Dostępnych jest wiele metod ogrzewania zwierząt, takich jak podgrzewacze ciepłej wody, elektryczne poduszki grzewcze i lampy grzewcze, ale każda z nich ma istotne wady. W badaniach porównujących różne metody ocieplania zwierząt, stwierdzono, że ocieplenie dalekiej podczerwieni jest najbardziej korzystne26. Waporyzator cyfrowy posiada wbudowane homeotermiczne ogrzewanie dalekiej podczerwieni w celu utrzymania określonej temperatury ciała zwierzęcia. Eliminuje to potrzebę stosowania dodatkowych kontrolerów podkładek grzewczych.
Oprócz monitorowania temperatury ciała, pulsoksymetria jest popularną metodą monitorowania tętna zwierzęcia i nasycenia tlenem. Ta nieinwazyjna metoda jest prosta, dokładna i zapewnia ogólną ocenę zdolności zwierzęcia do regulowania poziomu natlenienia krwi. Czujnik łapy do pulsoksymetrii można podłączyć do systemu anestezjologicznego, jak to już wcześniej pokazaliśmy2.
Wentylacja mechaniczna jest często wymagana, gdy zwierzę jest poddawane dłuższemu znieczuleniu, lub gdy wzorzec oddychania zwierzęcia musi być kontrolowany. Cyfrowy waporyzator o niskim przepływie ma możliwość dostarczania kontrolowanych oddechów z kontrolą ciśnienia lub objętości. Zintegrowany wentylator eliminuje potrzebę stosowania zewnętrznego wentylatora i nadmierne wymagania dotyczące konfiguracji przewodów.
Ponieważ wszystkie te popularne monitory i funkcje są połączone w jeden sprzęt, konfiguracja przewodów jest znacznie uproszczona. Celem tego protokołu jest zademonstrowanie konfiguracji i użytkowania cyfrowego systemu anestezjologicznego typu "wszystko w jednym".
Wszystkie badania na zwierzętach zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt w Purdue.
1. Konfiguracja waporyzatora o niskim przepływie
2. Konfiguracja ustawień
3. Rozpocznij podawanie znieczulenia
4. Rozpocznij wentylację mechaniczną
5. Rozpocznij monitorowanie fizjologiczne
Do badania wykorzystano dziesięciotygodniowe samce myszy typu dzikiego C57Bl6j o masie 25,41 ± 0,8 g. Myszy znieczulono i utrzymywano przy użyciu maski nosowej lub intubowano i podłączono do zintegrowanego respiratora mechanicznego z użyciem 1,5-2,5% izofluranu, monitorując jednocześnie częstotliwość akcji serca oraz saturację tlenem. Zwierzęta kwaterowano grupowo w klatkach do mikroizolacji, zapewniając im swobodny dostęp do standardowej karmy dla gryzoni oraz wody z poidełek.
Częstość akcji serca oraz SpO2 monitorowano podczas utrzymywania zwierząt przy życiu za pomocą pulsoksymetrii (Rycina 5, Rycina 6 oraz Rycina 7). Temperaturę ciała utrzymywano na poziomie 36,5-37,5 °C przy użyciu podgrzewania na podkładce na podczerwień oraz lampy grzewczej. Zwierzęta wentylowane otrzymywały ciągłą dawkę izofluranu podczas procedury intubacji za pomocą statywu do intubacji z zintegrowanym stożkiem nosowym. Każda mysz była skutecznie wentylowana lub utrzymywana na stożku nosowym przy niskich przepływach powietrza pokojowego (RA) lub tlenu (O2) nieprzekraczających 141 mL/min przez 15 minut. Częstość akcji serca oraz wysycenie krwi tlenem u zwierząt pozostały stabilne, przy niewielu istotnych zmianach w obu pomiarach we wszystkich grupach. SpO2 utrzymało się w przedziale 82-99% dla wszystkich grup, natomiast temperaturę ciała utrzymano w przedziale 36,5-37,5 °C. Zaobserwowano, że zarówno położenie pulsoksymetru, jak i temperatura ciała wpływały na pomiary SpO2. W przypadku stwierdzenia błędnego odczytu z pulsoksymetru korygowano umiejscowienie czujnika oraz poziom ogrzewania, aby utrzymać stabilną temperaturę głęboką ciała.
W celu określenia istotności danych przedstawionych na Rysunku 5, Rysunku 6 oraz Rysunku 7 przeprowadzono dwuczynnikową analizę wariancji (ANOVA) z korektą Bonferroniego. Wartość p mniejsza niż 0,05 uznano za istotną.

Rycina 1: Schemat układu drenów do indukcji znieczulenia i utrzymania maski nosowej. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2: Schemat układu drenów do indukcji znieczulenia, intubacji i wentylacji. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Myszy otrzymywały ciągłą podaż izofluranu podczas procedury intubacji za pomocą statywu do intubacji z zintegrowanym stożkiem nosowym. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Umiejscowienie zintegrowanego czujnika pulsoksymetru na tylnej łapie. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 5: Średnia częstość akcji serca w ciągu 15 minut ± SD przy podawaniu powietrza pokojowego (RA) lub 100% tlenu (O2) przez stożek nosowy lub wentylację przez rurkę tchawiczą (n=5/grupa). Nie zaobserwowano istotnych różnic między grupami. Kliknij tutaj, aby wyświetlić rycinię w większym rozmiarze.

Rysunek 6: Wartości tętna (bpm) zarejestrowane po wstępnej indukcji znieczulenia z zastosowaniem systemu znieczulenia niskoprzepływowego. Średnie wartości tętna obliczone z 30-sekundowych odstępów czasu w ciągu 15 minut. Każdy punkt danych reprezentuje średnią ± SD dla wszystkich zwierząt w każdej grupie (n=5). W żadnej z grup nie zaobserwowano istotnych zmian tętna w ciągu 15 minut. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 7: Poziomy wysycenia tkanek tlenem (%) po wstępnej indukcji znieczulenia przy użyciu systemu znieczulenia niskoprzepływowego. Średnie wartości SpO2 obliczone z 30-sekundowych odstępów czasu w okresie 15 minut. Każdy punkt danych reprezentuje średnią ± SD dla wszystkich zwierząt w każdej grupie (n=5). W żadnej z grup nie zaobserwowano istotnych zmian SpO2 w ciągu 15 minut. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Ten cyfrowy system anestezjologiczny o niskim przepływie integruje systemy anestezjologii, wentylacji, ogrzewania i monitorowania fizjologicznego w jednym urządzeniu. Dodatkowo system zawiera wewnętrzną pompę, dzięki czemu może zasysać powietrze z otoczenia do wykorzystania jako gaz nośny, eliminując potrzebę korzystania ze źródła sprężonego gazu.
W tej procedurze system jest używany jako jedyny element wyposażenia zastępujący parownik znieczulający, wentylator mechaniczny, pulsoksymetr i podkładkę rozgrzewającą. Wcześniej zademonstrowaliśmy podawanie środka znieczulającego przy natężeniu przepływu 100 ml / min2 . Ustawienia natężenia przepływu mają kluczowe znaczenie dla tej techniki podawania środka znieczulającego, ponieważ natężenie przepływu bezpośrednio kontroluje objętość użytego płynnego środka znieczulającego. Wcześniej pokazaliśmy również, w jaki sposób przy niskich natężeniach przepływu można zaoszczędzić płyn znieczulający 1,2. Gdy tradycyjny waporyzator jest podłączony do wentylatora mechanicznego, parownik musi pracować w sposób ciągły, podczas gdy wentylator wpuszcza próbki ze strumienia gazu. W przypadku parownika cyfrowego ze zintegrowanym wentylatorem, tylko gaz niezbędny do wentylacji jest odprowadzany przez wentylator. Zmniejsza to koszty związane z płynem znieczulającym, gazami nośnymi i filtrami węglowymi.
Chociaż korzystanie z waporyzatora cyfrowego o niskim przepływie ma wiele zalet, istnieją również ograniczenia. System ten jest przeznaczony do pracy przy niskich natężeniach przepływu, idealnych dla gryzoni i innych małych ssaków, ale nie dostarcza znieczulenia powyżej natężenia przepływu 1000 ml / min. Ten konkretny system jest zatem odpowiedni tylko dla małych gatunków zwierząt. Zintegrowany pulsoksymetr zawiera czujnik przeznaczony wyłącznie do użytku na łapach. Czujnik nie jest zalecany do stosowania na ogonie, co może stanowić ograniczenie w przypadku niektórych zabiegów chirurgicznych. Ponadto, chociaż częstość oddechów może być monitorowana za pomocą tego systemu za pomocą czujnika łapy, uzyskanie spójnych zapisów oddechowych przez dłuższy czas może być trudne. Wreszcie, w przeciwieństwie do tradycyjnego waporyzatora, ten cyfrowy system wymaga energii elektrycznej. Baterie są dostępne do użytku w przypadkach, gdy energia elektryczna jest niedostępna lub w przypadku przerwy w dostawie prądu i mogą zasilać system przez kilka godzin użytkowania.
Ta konfiguracja i protokół demonstrują bezpieczne i skuteczne wykorzystanie cyfrowego systemu znieczulenia o niskim przepływie ze zintegrowanym respiratorem i modułami monitorowania fizjologicznego. Ta konfiguracja będzie przydatna we wszystkich laboratoriach z ograniczoną przestrzenią stołową lub tam, gdzie nie jest możliwe umieszczenie wielu elementów sprzętu i rurek w pobliżu pola operacyjnego. System typu "wszystko w jednym" ma wiele zalet, w tym eliminację zbiorników ze sprężonym gazem i oddzielnych urządzeń do monitorowania fizjologicznego. Ogólnie rzecz biorąc, ten zintegrowany system może być rozważany przez grupy, w których korzystanie z tradycyjnego waporyzatora nie jest idealne.
Projekt ten został wsparty sprzętem i funduszami przez Kent Scientific Corporation. Autorzy, Krista Bigiarelli i Dave FitzMiller, są pracownikami firmy Kent Scientific Corporation, która produkuje sprzęt używany 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 |
|---|---|---|---|
| Zestaw do intubacji | Kent Scientific Corporation | ETM-MSE | Zawiera etap intubacji, rurkę intubacyjną, światło LED |
| Izofluran Płynna inhalacja 99,9% | Henry Schein, Inc. | 1182097 | Szklana butelka 250 ml |
| Pulsoksymetr MouseSTAT | Scientific Corporation | SS-03 | SomnoSuite |
| Indiana Oxygen Company | 23-160246 | Klasa medyczna O2 | |
| Automatyczny wentylator 99% RoVent | Kent Scientific Corporation | SS-04 | zintegrowany z SomnoSuite |
| SomnoSuite Low Flow Digital System anestezjologiczny | Kent Scientific Corporation | SS-01 | Zawiera homeotermiczny regulator ogrzewania RightTemp, podkładkę i czujniki temperatury |
| Zestaw startowy myszy SomnoSuite | Kent Scientific Corporation | SOMNO-MSEKIT | Zawiera stożek nosowy, strzykawki, komorę indukcyjną i kanister na węgiel drzewny |
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie