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.
Det er mange presisjon vaporizers tilgjengelig for veterinær bruk som opererer mellom strømningshastigheter på 0,5-10 L / min 2. Disse strømningshastigheter ikke er ideelle for gnagere, som omfanget er høy sammenlignet med deres lille luftminuttvolum. Høye strømpriser er ikke anbefalt i veterinærpraksis på grunn av deres promotering av hypotermi og tørking av luftveiene 3,4. Videre mange vanlige veterinær vaporizer produsentens manualer advare at høye strømningsrater kan forårsake en økning i forekomsten av Avlastnings svingninger. Det har også vist seg at mange standard vaporizers bli unøyaktig under strømningshastigheter på 500 ml / min, og denne prisen er å anse som en minimumsmengde i veterinærmedisin 5-7.
Et dyr kan opprettholdes på et T-stykke krets eller endring bain krets med en strømningshastighet så lav som 1,5-2,2 ganger dyrets minuttvolum 8-10. Disse strømningshastigheter anses sufficient for å hindre gjeninnånding av utgåtte gasser og hindre en økning i blod carbondioxydkonsentrasjoner 8. Ved hjelp av denne strømningshastigheten anbefaling, kan en 30 g mus bli opprettholdt ved en strømningshastighet så lav som 52 ml / min, nesten ti ganger mindre enn den aksepterte 500 ml / min minst en tradisjonell fordamper.
Mens en tradisjonell fordamper avhengig av gasstrømmen og atmosfærisk trykk i passiv bedøvelse fordampning, måler en direkte injeksjon fordamper den totale frisk gass-strøm og injiserer damp direkte inn i gasstrømmen 2. Noen direkte injeksjon fordampere anvende en sprøytepumpe for å administrere bedøvelse inn i gasstrømmen. Datastyrte kontroller lar disse systemene for å automatisk justere sprøytepumpehastigheten for å injisere det væskevolum middel som er nødvendig for å nå den ønskede konsentrasjon av bedøvelse. Sprøyte drevet vaporizers er tilgjengelig og godkjent for klinisk og pediatrisk bruk, og mange lignende konfigurasjoner regnes som enestetisk bevare enheter i klinisk praksis 11-16. Kort tid etter sin godkjenning, ble anestesispar enheter med sprøytepumpe vaporizers tilpasset for bruk i dyrestudier 8,17,18. I motsetning til en tradisjonell fordamper, blir en direkte injeksjon system som benytter en sprøytepumpe ikke er begrenset av en minimumsmengde for å opprettholde nøyaktighet. Av denne grunn er denne teknologien er ideell for bruk i gnager anestesi og andre tilfeller hvor lave strømningshastigheter er nødvendige. Fordelene og potensielle kostnadsbesparelser forbundet med dette vaporizer design inspirert utviklingen av nye anestesi systemer utviklet spesielt for gnagere 1,19,20. Dette nye system inneholder også en innebygget luftpumpe, slik at brukeren kan administrere anestesi uten å kreve en komprimert gasskilde. Som en ekstra fordel, er systemet forhåndskalibrert for bruk med både isofluran og sevoflurane. Med innføringen av denne fordamper teknologi hos forsøksdyret feltet, it er nå mulig å bedøve små forsøksdyr ved strømningshastigheter nærmere anbefalte nivåer uten behov for komprimert gass.
Den digitale lav strømnings bedøvelse system gjør det mulig for brukeren å effektivt å bedøve mus ved meget lave strømningshastigheter uten bruk av noe komprimert gass. Dette skiller seg sterkt fra vanlige passive vaporizers, hvorav de fleste krever en komprimert gass kilde på minimum forbruk av ca 500 ml / min. Standard vaporizers bruke ringer som mangler presisjon mellom graderinger, og de må vedlikeholdes årlig for å opprettholde nøyaktighet. En sprøyte drevet bedøvelse system kan tilveiebringe en spesifikk konsentrasjon av bedøvelse ved den innstilte strømningshastighet for å beregne den eksakte nødvendige hastigheten til sprøytepumpe. Rutine kalibreringer er unødvendig, noe som resulterer i ekstra kostnader og tidsbesparelser.
Den anbefalte minimumsmengde for å opprettholde et dyr på en ikke-gjenpustings krets er 1,5-2,2 ganger dyrets minuttvolum. Strømningshastighet på 100 ml / min anvendt i denne studien skredet dette minimum for å levere tilstrekkelig bedøvelse av dyrene. Strømningsraten stillings er kritiske for denne bedøvelse levering teknikk, som strømningshastigheten er direkte relatert til mengden av isofluran som brukes for en gitt tidsramme. Når de anvendes ved lave strømningshastigheter, kan denne teknikken i stor grad redusere mengden av isofluran kreves under bruk, samtidig som dyret er bedøvet fremdeles effektivt 1,19-21.
Nytt utstyr koster mellom tradisjonelle vaporizers og lav-flow digitale vaporizers er sammenlignbare. Imidlertid har den digitale lav-flow anestesi system evnen til å levere enten isofluran eller sevofluran. Dette eliminerer behovet for utpekte isofluran og sevofluran presisjon vaporizers, redusere innledende utstyr koster for grupper med både anestetika. Nylig publiserte sammenligninger mellom fordamper teknologi har foreslått kostnadsbesparelser over tid ved bruk av en lav-flow digitale vaporizer 1,19,20. Resultatene av disse sammenligningene kan brukes for å tilnærme potensielle kostnadsbesparelser i løpet av et år. Somæres typiske bruks innstillinger utføres i 2 timers intervaller, 5 dager i uken i 52 uker, vil en tradisjonell isofluran vaporizer forbruker 3,8 liter isofluran eller tolv 250 ml flasker. En lav-flow digital-fordamper som ble brukt ved den samme frekvens ville forbruke bare 0,32 L, eller to 250 ml flasker. Charcoal canister forbruk er også redusert. Forutsatt at hver beholder inneholder 50 g av spyles avfall gass, vil en tradisjonell fordamper fylle ca. 21 trekull beholdere i løpet av et år. Til sammenligning vil en lav strømnings digital fordamper kreve seks eller færre. En tradisjonell vaporizer ville kreve ca 5 store gassflasker i året, hver med en kapasitet på 9500 L. Den interne luftpumpe, som er tilgjengelig på enkelte modeller av digitale lav-flow vaporizers, eliminerer behovet for komprimert gass. Hvis komprimert gass skulle brukes, ville systemet bruker bare en sylinder per år 1.
Teknikken kan endres basert på behov. Low-flow digital vaporizers tillate brukeren å justere anestesidybden raskt og presist. Dersom anestesidybden må økes eller reduseres, kan brukeren øke anestesi konsentrasjonen i intervaller på 0,1% ved hjelp av tall på toppen av systemet. Strømningshastigheten kan også reguleres etter behov i løpet av prosedyren. Denne protokollen utnytter en 2 ml sprøyte, skjønt større sprøytestørrelser er tilgjengelige for lengre prosedyrer. Den interne luftpumpe gir brukerne muligheten til å bedøve dyr uten å kreve en komprimert gass kilde. For prosedyrer som krever komprimert gass eller ekstra oksygen, har brukeren muligheten til å koble til en gasskilde til lav-flow system istedenfor å bruke luften rundt. Brukeren kan fortsette å levere den valgte luftkilden gjennom hele prosedyren, eller kan veksle mellom den indre pumpe og en komprimert gasskilde som er nødvendig. For eksempel kan brukeren sette systemet til å levere romluften via den interne pumpen under induksjon og vedlikehold, men levere supplerende oksygengen under gjenoppretting.
Selv om det er mange fordeler med å bruke en lav-flow digitale vaporizer, er det begrensninger også. Fordi en flush ventil ikke er inkludert, manuelt spyle kammer med ren luft før åpning er den eneste måten å rense induksjonskammeret. Dette systemet er designet for å operere med bare lave hastigheter og ikke leverer anestesi ovenfor strømningshastigheter på 800 ml / min, der tradisjonelle vaporizers kan brukes med strømningshastigheter opp til 10 l / min. Dette spesielle systemet er derfor kun egnet for små dyrearter. I tillegg har systemet mindre anestesimiddel sammenlignet med en tradisjonell fordamper. Det kan være situasjoner hvor sprøyten må etterfylles under en prosedyre. Imidlertid kan forsinkelser under påfylling bli redusert ved å forhåndsfylling av en andre sprøyte nærliggende å erstatte den tomme sprøyten. Sprøytestørrelser opp til 10 ml er tilgjengelige for å redusere behovet for å fylle sprøyter mid-prosedyre. Til slutt, i motsetning til en tradisjonell fordamper, lav-flow digitale vaporizer krever elektrisitet. Batteriene er tilgjengelig for bruk i tilfeller der strøm ikke er tilgjengelig eller i tilfelle strømbrudd.
Tidligere studier har vist at lave strømnings digitale systemer bruker mindre isofluran, bærergass, og kull beholdere sammenlignet med et tradisjonelt system anestesi 1,19,20. Reduksjonen i spyles bedøvelse gass også kan identifisere en reduksjon i avfalls bedøvende gass, skjønt ytterligere arbeid som er nødvendig i disse områdene. Infrarød spektroskopi gass kan brukes til å overvåke avfall isofluran produksjon, og dosimeteret merkene kan brukes til å kvantifisere isofluran eksponering til laboratoriepersonell i fremtidige sammenlikninger.
Oppsummert vil denne teknikken for bedøvelse levering være gunstig for grupper utfører gnager anestesi på grunn av økt sikkerhet, effekt og presisjon enn tradisjonelle systemer.
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 |