שימוש של מערכת הרדמה דיגיטלית זרימה נמוכה עבור עכברים וחולדות

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

ישנם מכשירי אידוי דיוק רבים זמינים לשימוש וטרינרי הפועלות בין הספיקות של 0.5-10 ליטר / דקה ^2. ספיקות אלה אינן אידיאליות מכרסמים, כמו הטווח הוא גבוה לעומת נפח דקת הנשימה הקטן שלהם. ספיקה גבוהה אינן מומלצת בפועל וטרינרים בשל לקידומם של היפותרמיה וייבוש של ^3,4 בדרכי הנשימה. יתר על כן, מדריכי יצרן מאדה וטרינרים נפוצים רבים מזהירים כי ספיקות גבוהות עלולות לגרום לעלייה הקרה תנודות backpressure. כמו כן הוכח כי מאדים סטנדרטיים רבים להיות מדויק מתחת ספיקות של 500 מ"ל / דקה, ושיעור זה נחשב קצב הזרימה מינימום בתחום וטרינרי ^5-7.

בעל חיים שאפשר לקיים מעגל T-piece או שונה במעגל ביין באמצעות קצב הזרימה נמוך כמו 1.5-2.2 פעמים את נפח דקות של החיה ^8-10. ספיקות אלה נחשבים sufficient כדי למנוע rebreathing גזים פגו ולמנוע עלייה בריכוז הפחמן הדו-חמצני בדם ^8. שימוש המלצת קצב הזרימה הזה, עכבר 30 גרם יכול להישמר בקצב זרימה נמוך כמו 52 מיליליטר / דקה, כמעט פי עשרה פחות ממינימום 500 מיליליטר / דקת המקובלים מאדה מסורתי.

בעוד מאדה מסורתית תלוי זרימת גז ובלחץ אטמוספרי אידוי הרדמה פסיבי, מאדה הזרקה ישירה מודד את זרימת הגז הטריה הכוללת מזריק האדים ישירות לתוך זרם הגז ^2. חלק במכשירי אידוי הזרקה ישירה לנצל משאבת מזרק כדי לנהל הרדמה לתוך זרם הגז. בקרות ממוחשבות לאפשר מערכות אלה כדי להתאים את מהירות משאבת מזרק אוטומטית להזריק נפח הסוכן נזיל הנדרש להגיע לריכוז הרצוי של הרדמה. מאדים מונע מזרק זמין ומאושר לשימוש קליני ילדים, תצורות דומות רבות כאלאסתטי שימור התקנים בקליניקה ^11-16. זמן קצר לאחר אישורם, התקני שימור הרדמה עם מאדים משאבת מזרק הותאמו לשימוש במחקרים בבעלי חיים ^8,17,18. בניגוד מאדה מסורתית, מערכת הזרקה ישירה ניצול משאבת מזרק אינה מוגבלת על ידי קצב זרימת מינימום כדי לשמור על דיוק. מסיבה זו, הטכנולוגיה הזו היא אידיאלית לשימוש הרדמה מכרסמת ומקרים אחרים בם ספיקות נמוכות נחוצות. היתרונות וחיסכון בעלויות פוטנציאליות הקשורות עיצוב מאדה זו השראה בפיתוח מערכות הרדמה חדשה שתוכננה במיוחד עבור מכרסמים ^1,19,20. המערכת החדשה משלבת גם מובנה משאבת אוויר, המאפשר למשתמש לנהל הרדמה ללא צורך מקור גז דחוס. כיתרון נוסף, המערכת היא מראש מכויל לשימוש הן עם isoflurane ו sevoflurane. עם כניסתה של טכנולוגיה מאדה זה בתחום בחיות מעבדה, אניt כיום ניתן להרדים בחיות מעבדה קטנות ברמות ספיקה קרובות לרמות מומלצות ללא צורך גז דחוס.

Protocol

כל המחקרים הושלמו בהתאם להנחיות רגולציה ומוסדיות. ההיבטים חיה המחקר הוערכו על ידי תוכנית השתמש קנט מדעי Corporation בעלי חיים, אושר על ידי ועדת טיפול בבעלי חיים פרדו ושימוש (PACUC), וביצע בהתאם מדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה ^22.

הערה: מערכת ההרדמה דיגיטלית הזרימה הנמוכה בשימוש בפרוטוקול זה מצויד oximeter דופק משולב.

1. להגדיר את מערכת הרדמת הזרימה הנמוכה עם Oximeter הדופק המשולב

1. עבור משלוח Isoflurane
   1. בחר מקור גז מוביל. כדי לנצל את משאבת האוויר הפנימית, להתיר כניסת נמל על גב, ומאפשר המשאבה הפנימית לאוויר חדר צריך.
   2. חבר מיכל פחם למצות הנמל.
   3. חבר מתאם Y כדי קדמית של הזרימה הנמוכה, מערכת הרדמה דיגיטלית. השתמש קליפים בצבעים לחבר את הענפים הלבנים ל- tהוא חרטומו, וענפים כחולים לתא האינדוקציה.
   4. מלחציים קליפ לבן סגורים קליפ כחול פתוח מלחציים לכוון זרימת אוויר לתא.
   5. בחר מזרק 2 מ"ל.
2. לניטור פיסיולוגי, שימוש Oximeter הדופק המשולב
   1. חבר את חיישן כפה הדופק oximeter לנמל בגב המערכת הרדמה זרימה נמוכה, שכותרתו "AUX".

2. הגדר את הגדרות

1. עבור הרדמה
   1. הפעל את מערכת ההרדמה, ואת לגשת לתפריט הגדרה. העיתונות שהוצבה כדי לגשת לתפריט ראשי> הרדמה> Setup באדום.
   2. בחר את סוכן הרדמה. לחץ על Set Up כדי להדגיש סוג Anest באדום. השתמש בחצים למעלה ולמטה כדי לבחור Isoflurane.
   3. הגדרת גודל המזרק. העיתונות שהוצבה כדי להדגיש גודל Syr. השתמש בחצים למעלה ולמטה כדי לבחור מזרק 2 מ"ל.
   4. הגדרת מיקום רוקן. לחץ על Set עד highlight קבוצה ריק באדום. Secure מזרק הכוס הריקה, מדוכא לגמרי בבלוק שייר מזרק על ידי הצבת את המזרק כך קלאמפ Holding מזרק יושב על צווארון המתכת של מזרק. הקש על חץ למעלה או למטה כדי להזיז את בלוק Pusher כך בלוק Pusher יוצר קשר אור עם החלק העליון של הבוכנה במזרק. לחץ על בחירה כדי לקבוע עמדה ריקה.
   5. העיתונות שהוצבה כדי להדגיש סר באדום. הסר את המזרק למלא את המזרק עם isoflurane באמצעות מתאם העליון בקבוק.
   6. חבר את המזרק למערכת ההרדמה.
   7. ראש בצינור אספקת הרדמה. העיתונות שהוצבה כדי להדגיש Tube ממשלה באדום. לחץ כלפי מטה עד ההרדמה עוברת דרך המזרק לתוך הולם השחורה על הבלוק המאדה.
   8. אפשר הרדמה. העיתונות שהוצבה כדי להדגיש אפשר באדום. השתמש בחצים למעלה ולמטה כדי לבחור כן. לחץ על הפעלה / חזרה כדי לחזור לתפריט הראשי.
   9. בחר אאספקת ir ונפח דקות. לחץ על Set Up כדי להדגיש אייר סופליי באדום. השתמש בחצים למעלה ולמטה כדי לבחור משאבה פנימית. העיתונות שהוצבה כדי להדגיש כרך דק באדום. קצב הזרימה נקבע ל -250 מ"ל / דקה.
2. לניטור פיסיולוגי
   1. הגדר את קצב לב זוהה מינימום העכבר (240). העיתונות שהוצבה כדי לגשת לתפריט ראשי> MouseStat. השתמש בחצים מעלה ומטה כדי להגדיר קצב לב מינימום.

3. בגין משלוח הרדמה

1. להשרות את העכבר
   1. לחץ על הפעלה / חזרה פעמיים כדי להיכנס למצב הפעלה ולהתחיל זרימת האוויר.
   2. מניחים את העכבר בתא אינדוקציה, סגירת המכסה בחוזקה. התאם את ידית ריכוז סוכן ההרדמה עד 3%.
   3. צג עד שהעכבר הגיע המטוס הרצוי של הרדמה, נקבע על ידי אובדן ליישר רפלקס. התאם את ריכוז סוכן ההרדמה לפי צורך.
   4. לאחר שבעל החיים מאבדים את רפלקס ליישר שלהnd הוא הרדים מספיק, סובב את חוגת ריכוז הרדמה ל -0%. המחברים מצאו בעבר כי מתן זרימת האוויר כדי לשטוף בחדר האינדוקציה 30-60 שניות מספיקות כדי לטהר את החדר בלי היפוך עומק הרדמת ^1.
   5. לפתיחה מהירה של מלחציים הלבן לכוון את האוויר אל facemask, ולסגור את מלחציים הכחול המוביל לתא האינדוקציה.
   6. פתח את תא הרחק חוקר, הסר את העכבר, ומיד להתאים את חרטומו.
   7. מרכז את החיה על כרית חימום אינפרא אדומה, להגדיר כדי לשמור על טמפרטורת גוף על 37 מעלות צלזיוס באמצעות בדיקה רקטלית על לולאת משוב.
   8. כאשר סמן העכבר נמצא יציב על חרטומו, להתאים את ריכוז isoflurane ל -1.5% או לפי צורך בתחזוקה על ידי סיבוב ידית ריכוז סוכן ההרדמה.
   9. הפחתת נפח דק עבור תחזוקה. קצב זרימת המינימום לתמוך החיה שווה פעמים 1.5-2.2 נפח הדקות של החיה (עבור עכבר 30 גרם,מינימום של 52 מ"ל / דקה). עיין בהוראות היצרן עבור קצב זרימת הגדרה מומלץ ספציפי לסגנון החרטום ולהתאים לפי צורך. העיתונות שהוצבה כדי לגשת לתפריט הראשי, ולאחר מכן לחץ על Set עד הכרך דק הוא מסומן באדום. השתמש בחצים למעלה ולמטה כדי להתאים את זרימת היעד. לחץ על הפעלה / חזרה לחזור למסך הראשי.
   10. אשר עומק ההרדמה כפי שנקבע על ידי חוסר רפלקס נסיגה במהלך קמצוץ interdigital. החל משחת עיניים לעיניים למניעת יובש במהלך הרדמה.

4. בגין ניטור פיסיולוגי

1. מניח חיישן על בלוק של כפה אחורית. מקם את החיישן כך שהאור האדום הוא מתחת הכפה ומאיר את הכף. השתמש בחצים מעלה ומטה על המסך כדי להציג את oxiwave. החיה כעת הוא מורדם בבטחה באמצעות זרימה נמוכה, מונחה מזרק, מאדה דיגיטלית.

5. הסר את החיה

1. כבה אתמשלוח הרדמה.
   1. כדי לעצור את המסירה של הרדמה, להפוך ידית ריכוז סוכן ההרדמה לקבוע מינימום (או 0%) ולהסיר מן החי facemask.
   2. צג את העכבר במהלך התאוששות הרדמה. לאחר העכבר הפך אמבולטורי מלא, להחזיר אותו לכלוב.

תוצאות

בעלי חיים

עכברות 3 מבוגרים C57 / BL6NTac (Taconic, גיל 6-7 שבועות; משקל 15 +/- 1 גרם) היו מורדמים ומתוחזק עם isoflurane 1.3-1.5% בעוד קצב הלב, ריווי חמצן, ואת קצב הנשימה נוטרו. כל העכברים היו Murine הפתוגן חינם כפי שנקבע על ידי בדיקה שגרתית הספק לפני ההגעה למתקן. החיות היו שוכן קבוצה caging microisolation ובתנאים-גישה חופשית צ'או מכרסמים רגיל ומים בבקבוק.

שימוש isoflurane

מערכת הרדמת הזרימה הנמוכה מודדת את כמות סוכן הרדמה הנותר בתוך המזרק בזמן שימוש. ההיקף בתוך המזרק, כפי שהיא נמדדת על ידי מערכת ההרדמה צוין החיה הועברה חרטומו, ושוב בסוף תקופת האחזקה. ההיקף הסופי wכמו מפחית את הנפח הראשוני כדי לכמת את כמות הרדמה הצורכת במהלך תקופת האחזקה (איור 1).

פרמטרים פיזיולוגיים

קצב פעימות הלב, SpO _2, וקצב הנשימה נוטרו במהלך תחזוקה באמצעות הדופק oximetry (איורים 2 - 4). טמפרטורת גוף נשמרה 37.5 ° C באמצעות כרית חימום אינפרא אדומה. כל עכבר נשמרה בהצלחה ברמות ספיקה נמוכה של 100 מ"ל / דקה של אוויר החדר תחת מטוס כירורגית של הרדמה במשך 60 דקות, כפי שנקבע על ידי חוסר רפלקס הנסיגה צביטה interdigital. העכבר לא ער או להגיב צובט interdigital להחיל לסירוגין במהלך תקופת האחזקה. קצב הלב של החיות (איור 2), חמצן בדם (איור 3), ואת קצב נשימה (איור 4) נשאר relat ively יציבה לאורך כל תקופת המחקר. בשל מיצוב בעלי חי חיישן, אות קצב הנשימה מעכבר 1 ועכבר 3 הייתה מקוטעים נקטעה המדידה. כאשר המיצוב של החיה הותאם, האות משופרת ואת קצב הנשימה הנמדד היה דומה לאחרים בנקודות זמן דומים. מערכת ההרדמה דיגיטלית הזרימה הנמוכה בשימוש ממוצע של 0.63 מיליליטר של isoflurane במהלך 60 הדקות של תקופת אחזקה (איור 1).

איור 1:.. שימוש Isoflurane כמות isoflurane המשמשת מיליליטר במשך שלושה עכברים שונים מעל 1 שעות של תחזוקת הרדמה באמצעות מערכת הרדמה הדיגיטלית זרימה נמוכה אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

o: keep-together.within-page = "1">
איור 2:.. Heart Rate קצב הלב של שלושה עכברי פעימות לדקה (BPM) 5-60 דקות לאחר אינדוקצית הרדמה ראשונית עם מערכת הרדמת הזרימה נמוכה הדיגיטלית אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3:.. ריווי חמצן רמות רוויון חמצן בדם (%) של שלושה עכברים 5-60 דקות לאחר אינדוקצית הרדמה ראשונית עם מערכת הרדמת הזרימה נמוכה הדיגיטלית אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

e = "1">
איור 4:.. נשימת דרג קצב הנשימה של שלושה עכברי נשימות לדקה (BPM) 5-60 דקות לאחר אינדוקצית הרדמה ראשונית עם מערכת הרדמת הזרימה נמוכה הדיגיטלית אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Discussion

מערכת ההרדמה הדיגיטלית התזרים נמוך מאפשרת למשתמש להרדים עכברים ביעילות ברמות ספיקה נמוכה מאוד ללא שימוש כל גז דחוס. זה מאוד שונה מאדים פסיבית תקן, שרובם דורשים מקור גז דחוס ברמות ספיקה מינימלית של כ -500 מ"ל / דקה. מאדים רגיל לנצל מחייג כי אינו מדייק בין דרגות, והם חייבים להיות שירות מדי שנה כדי לשמור על דיוק. מערכת הרדמה מונע מזרק יכולה לספק ריכוז מסוים של הרדמה בקצב זרימת הסט לחשב את מהירות דרושה המדויקת של משאבת המזרק. כיולים שיגרתי הם מיותרים, וכתוצאה מכך חיסכון בעלויות ובזמן נוסף.

קצב הזרימה המינימאלי המומלץ לשמור חיה הנמצא במעגל הלא rebreathing הוא 1.5-2.2 פעמים את נפח הדקות של החיה. קצב הזרימה של 100 מ"ל / דקה השתמשו במחקר זה עלה מינימלי זה למסור הרדמה מספיק לבעלי החיים. Settin קצב הזרימהGS הן קריטית עבור טכניקת משלוח הרדמה זו, כמו את קצב הזרימה קשור ישירות לכמות של isoflurane בשימוש למשך פרק זמן קצוב. כאשר נעשה שימוש ברמות ספיקה נמוכה, טכניקה זו יכולה לצמצם במידה ניכרת את כמות isoflurane נדרש במהלך שימוש, בעוד החיה עדיין היא מורדמת ביעילות ^1,19-21.

עלויות ציוד חדשות בין מאדים המסורתי ומכשירי אדים דיגיטליים זרימה נמוכה ניתנות להשוואה. עם זאת, מערכת ההרדמה הדיגיטלית הזרימה נמוכה יש את היכולת לספק גם isoflurane או sevoflurane. זו מבטלת את צורך isoflurane המיועד ומכשירי אדי דיוק sevoflurane, הפחתת עלויות ציוד ראשוניות לקבוצות הן באמצעות סוכני הרדמה. לאחרונה השוואות שפורסמו בין טכנולוגיות המאדות הציעו חיסכון בעלויות לאורך זמן כאשר באמצעות אידוי דיגיטלי זרימה נמוכה ^1,19,20. תוצאות ההשוואות האלה אפשר להשתמש בו כדי לאמוד חיסכון בעלויות פוטנציאל במשך שנה. כפי שsuming הגדרות שימוש רגיל שבוצעו 2 במרווחים hr, 5 ימים בשבוע במשך 52 שבועות, מאדה isoflurane המסורתית יצרוך 3.8 ליטר של isoflurane, או שנים עשר 250 מ"ל בקבוקים. מאדה דיגיטלי זרימה נמוכה בשימוש באותו התדר היה לצרוך רק 0.32 L, או שניים 250 מ"ל בקבוקים. צריכת פחם מכל מצטמצמת גם. בהנחה שכל מכל מחזיק 50 גרם של גז פסולת מפסולת, מאדה מסורתית תמלא כ 21 בלוני פחם במשך שנה. לשם השוואה, מאדה דיגיטלית זרימה נמוכה תדרוש 6 או פחות. מאדה מסורתי היה נזקק כ 5 בלוני גז גדולים בשנה, כל אחד עם קיבולת של 9,500 ל משאבת האוויר הפנימית, זמינה בדגמים מסוימים של מאדים הדיגיטלי זרימה נמוכה, המייתר את צורך גז דחוס. אם גז דחוס היה אמור לשמש, המערכת תשתמש רק 1 גליל בשנה ^1.

הטכניקה ניתן לשנות בהתאם לצורך. vaporiz דיגיטלי זרימה נמוכהERS לאפשר למשתמש להתאים עומק ההרדמה במהירות ובדייקנות. אם עומק ההרדמה חייב להגדיל או להקטין, המשתמש יכול להגדיל את ריכוז ההרדמה במרווחים של 0.1% באמצעות החיוג על החלק העליון של המערכת. קצב הזרימה יכול להיות מותאם גם לפי הצורך לאורך כל ההליך. פרוטוקול זה מנצל מזרק 2 מיליליטר, למרות בגדלי מזרק גדולים זמינים עבור הליכים ארוכים יותר. משאבת האוויר הפנימית מציעה למשתמשים את האפשרות להרדים בעלי חיים ללא צורך מקור גז דחוס. עבור פרוצדורות מחייבות הזרמת גז דחוס או חמצן, יש למשתמש את האפשרות להתחבר למקור גז למערכת-הזרימה הנמוכה ולא באמצעות אוויר שמסביב. המשתמש יכול להמשיך לספק את מקור האוויר הנבחר לאורך כל ההליך, או יכול לעבור בין המשאבה הפנימית ומקור גז דחוס לפי צורך. לדוגמא, המשתמש יכול להגדיר את המערכת כדי לספק אוויר חדר דרך המשאבה הפנימית במהלך אינדוקציה ותחזוקה, אבל לספק אצטילן משלימהgen במהלך ההתאוששות.

אמנם יש יתרונות רבים לשימוש מאדה דיגיטלי זרימה נמוכה, יש מגבלות גם כן. בגלל שסתום סומק אינו כלול, שטיפה לתא באופן ידני עם אוויר נקי לפני הפתיחה היא הדרך היחידה לטהר את תא האינדוקציה. מערכת זו מיועדת לפעול ברמות ספיקה נמוכה בלבד ואינו לספק הרדמה מעל ספיקות של 800 מיליליטר / דקה, שבו מאדים מסורתי אינו יכול להיות עם ספיקות עד 10 ליטר / דקה. המערכת המסוימת הזה ולכן הוא מתאים רק עבור מינים של בעלי חיים קטנים. בנוסף, המערכת מחזיקה פחות סוכן הרדמה לעומת מאדה מסורתית. ייתכנו מצבים שבהם מזרק חייב להיות ומילא במהלך הליך. עם זאת, עיכובים במהלך המילוי יכולים להיות מופחתים על ידי מראש מילוי מזרק שני סמוך כדי להחליף את המזרק הריק. בגדלי מזרק עד 10 מ"ל זמינים כדי להפחית את הצורך למלא מזרקים באמצע ההליך. לבסוף, בניגוד מאדה מסורתית, את fl הנמוךמאדה דיגיטלית ow דורשת חשמל. סוללות זמינות לשימוש במקרים בם החשמל אינו זמין או במקרה של הפסקת חשמל.

מחקרים קודמים הראו כי מערכות דיגיטליות זרימה נמוכה לצרוך פחות isoflurane, גז מוביל, ומכלי פחם לעומת מערכת הרדמה מסורתית ^1,19,20. הפחתת גז הרדמה מפסולת גם יכולה לזהות ירידת גז הרדמה פסולת, למרות שנדרשת עוד עבודה רבה בתחומים אלו. ניתן להשתמש ספקטרוסקופיה גז אינפרא אדום כדי לפקח על ייצור isoflurane פסולת, ותגים מד מינון ניתן להשתמש כדי לכמת את החשיפה isoflurane ל אנשי המעבדה בהשוואות בעתיד.

לסיכום, טכניקה זו למסירת הרדמה תהיה מועילה לקבוצות ביצוע הרדמה מכרסמת בשל בטיחות משופרת, יעיל, דיוק מעל מערכות מסורתיות.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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
2 ml Glass Syringe	Kent Scientific Corporation	SOMNO-2ML
Low-Cost Induction Chamber, 0.5 L	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 (250 ml bottle)	Piramal Healthcare
Puralube Opthalmic Ointment	Perrigo