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 finns många precisions förångare tillgängliga för veterinärt bruk som fungerar mellan flödeshastigheter av 0,5-10 l / min 2. Dessa flöden är inte idealiskt för gnagare, eftersom området är högt jämfört med sina små minutvolym. Höga flödeshastigheter rekommenderas inte inom veterinärpraxis på grund av deras främjande av hypotermi och torkning i luftvägarna 3,4. Dessutom har många gemensamma veterinär manualer förångare tillverkaren varnar för att höga flödeshastigheter kan orsaka en ökad förekomst av mottrycksvariationer. Det har även visats att många standard förångare blir felaktig nedan flödeshastigheter av 500 ml / min, och denna hastighet betraktas som en minimiflödeshastighet inom veterinärområdet 5-7.
Ett djur kan upprätthållas på ett T-stycke krets eller modifierad bain krets med en flödeshastighet så låg som 1,5-2,2 gånger djurets minutvolymen 8-10. Dessa flödeshastigheter anses sufficient för att förhindra återandning av utgångna gaser och förhindra en ökning av blodkoldioxidkoncentrationer 8. Genom att använda denna flödeshastighet rekommendation, skulle en 30 g mus upprätthållas vid en flödeshastighet så låg som 52 ml / min, nästan tio gånger mindre än den accepterade 500 ml / min minimum av en traditionell förångaren.
Medan en traditionell förångare beror på gasflödet och atmosfärstryck under passiv anestetikum förångning, en direkt injektion vaporizer mäter den totala färskgasflödet och sprutar in ångan direkt in i gasströmmen 2. Några direkta injektions förångare utnyttjar en sprutpump för att administrera bedövningsmedel in i gasströmmen. Datoriserade kontroller gör dessa system för att automatiskt justera sprutpumphastigheten för att injicera den vätskevolym medel som erfordras för att nå den önskade koncentrationen av anestesimedel. Sprutan drivna förångare finns tillgängliga och godkända för klinisk och pediatrisk användning, och många liknande konfigurationer betraktas som enestetisk bevara enheter i klinisk praxis 11-16. Strax efter deras godkännande, var anestesi bevara enheter med sprutpump förångare anpassade för användning i djurstudier 8,17,18. Till skillnad från en traditionell förångare, är en direkt insprutningssystem som utnyttjar en sprutpump inte begränsad av en minimiflödeshastighet för att bibehålla noggrannhet. Av denna anledning är denna teknik idealisk för användning i gnagare anestesi och andra fall där låga flödeshastigheter är nödvändiga. Fördelarna och potentiella kostnadsbesparingar i samband med denna förångare design inspirerad utveckling av nya anestesisystem som utformats speciellt för gnagare 1,19,20. Detta nya system har också en inbyggd luftpump, så att användaren kan administrera anestesi utan att kräva en komprimerad gaskälla. Som en ytterligare fördel, är systemet i förväg kalibrerad för användning med både isofluran och sevofluran. Med introduktionen av denna förångare teknik i försöksdjursområdet, it är nu möjligt att söva små laboratoriedjur vid flödeshastigheter närmare rekommenderade nivåer utan behov av komprimerad gas.
Den digitala lågt flöde anestesisystemet tillåter användaren att på ett effektivt sätt söva möss vid mycket låga flödeshastigheter utan användning av någon komprimerad gas. Detta skiljer sig mycket från vanliga passiva förångare, varav de flesta kräver en komprimerad gaskälla vid minimiflödeshastigheter av ca 500 ml / min. Standard förångare utnyttjar rattar som saknar precision mellan graderingar, och de måste kontrolleras årligen för att upprätthålla noggrannhet. En spruta driven narkosutrustningen kan ge en viss koncentration av narkosmedel i det inställda flödet att beräkna den exakta nödvändiga hastigheten på sprutpumpen. Rutin kalibreringar är onödiga, vilket resulterar i ytterligare kostnads- och tidsbesparingar.
Den rekommenderade minsta strömningshastighet för att upprätthålla ett djur på en icke-återandningskrets är 1,5-2,2 gånger djurets minutvolymen. Flödeshastighet av 100 ml / min användes i denna studie överskred detta minimum för att leverera tillräcklig anestetisk till djuren. Flödeshastigheten settings är kritiska för denna anestetikum utsändningsteknik, eftersom flödeshastigheten är direkt relaterad till den mängd isofluran som används för en viss tidsram. När de används vid låga flödeshastigheter, kan denna teknik i hög grad minska mängden isofluran krävs vid användning, medan djuret fortfarande är bedövades effektivt 1,19-21.
Nya utrustningskostnader mellan traditionella förångare och låga flöden digitala förångare är jämförbara. Dock har den digitala lågt flöde anestesisystemet förmåga att leverera antingen isofluran eller sevofluran. Detta eliminerar behovet av utsedda isofluran och sevofluran precision förångare, minska initiala utrustningskostnader för grupper med både anestesimedel. Nyligen publicerade jämförelser mellan Vaporizer teknik har föreslagit besparingar över tid när du använder ett lågt flöde digital förångare 1,19,20. Resultaten av dessa jämförelser kan användas för att approximera potentiella kostnadsbesparingar under loppet av ett år. Somkrävande typiska användningsinställningar som utförs i 2 tim steg, 5 dagar i veckan under 52 veckor, kommer en traditionell isofluran förångare konsumera 3,8 liter isofluran, eller tolv 250 ml flaskor. En låg-flöde digital förångare används vid samma frekvens skulle konsumera bara 0,32 L, eller två 250 ml flaskor. konsumtion kolkanistern reduceras också. Om man antar att varje kapsel innehåller 50 g rensas avgas, kommer en traditionell förångare fyller cirka 21 kol kapslar under loppet av ett år. I jämförelse kommer en låg-flödes digital förångare kräver sex eller färre. En traditionell förångare skulle kräva cirka fem stora gasflaskor per år, var och en med en kapacitet på 9500 L. Den interna luftpump, som finns i vissa modeller av digitala låga flöden förångare, eliminerar behovet av komprimerad gas. Om komprimerad gas skulle användas, skulle systemet använder endast en cylinder per år 1.
Tekniken kan modifieras baserat på behov. Lågt flöde digital vaporizers möjligt för användaren att justera anestesidjupet snabbt och exakt. Om narkosdjupet måste ökas eller minskas, kan användaren öka bedövningskoncentrationen i steg om 0,1% med ratten på toppen av systemet. Flödeshastigheten kan även justeras efter behov under hela förfarandet. Detta protokoll använder en 2 ml spruta, men större sprutstorlekar finns för längre procedurer. Den interna luftpump ger användarna möjlighet att söva djuren utan att kräva en komprimerad gaskälla. För förfaranden som kräver komprimerad gas eller extra syrgas, har användaren möjlighet att ansluta en gaskälla i systemet lågt flöde snarare än att använda omgivande luft. Användaren kan fortsätta att leverera den valda luftkällan under hela förfarandet, eller kan växla mellan den interna pumpen och en komprimerad gaskälla som behövs. Till exempel kan användaren ställa in systemet för att leverera rumsluften via den interna pumpen under induktion och underhåll, men leverera kompletterande oxigen under återhämtning.
Även om det finns många fördelar med att använda en lågt flöde digital förångare, det finns begränsningar också. Eftersom en spolventil inte ingår, manuellt spola kammaren med ren luft före öppnandet är det enda sättet för att rena induktionskammare. Detta system är utformat för att fungera vid låga flöden endast priser och inte leverera anestesi ovanför flödeshastigheter av 800 ml / min, där traditionella förångare kan användas med flödeshastigheter upp till 10 l / min. Just detta system är därför endast lämplig för små djurarter. Dessutom håller systemet mindre anestetiskt medel jämfört med en traditionell förångaren. Det kan finnas situationer där sprutan måste återfyllas under en procedur. Däremot kan förseningar under påfyllning reduceras genom att i förväg fylla en andra spruta i närheten för att ersätta den tomma sprutan. Sprutstorlekar upp till 10 ml finns tillgängliga för att minska behovet av att mitten-förfarande fylla sprutor. Slutligen, till skillnad en traditionell förångare, låg-flow digital förångare kräver elektricitet. Batterier är tillgängliga för användning i fall där elektrisk kraft inte är tillgänglig eller i händelse av ett strömavbrott.
Tidigare studier har visat att låga flöden digitala system förbrukar mindre isofluran, bärgas och kol kapslar jämfört med en traditionell anestesisystemet 1,19,20. Minskningen av rensas anestesigas kan också identifiera en minskning av avfalls narkosgas, men ytterligare insatser krävs på dessa områden. Infraröd gas spektroskopi kan användas för att övervaka avfalls isofluran produktion, och dosimeter märken kan användas för att kvantifiera isofluran exponering för laboratoriepersonal i framtida jämförelser.
Sammanfattningsvis kommer denna teknik för bedövningsmedel leverans vara till nytta för grupper som utför gnagare anestesi på grund av ökad säkerhet, effektivitet och precision jämfört med traditionella system.
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 |