げっ歯類のための統合された低流量麻酔気化器、換気装置および生理学的モニタリングシステムの使用

要約

ここでは、人工呼吸器と生理学的モニタリングモジュールを内蔵したデジタル低流量麻酔システムを用いて、マウスに麻酔ガスを安全かつ効果的に管理するプロトコルを提示する。

要約

低流量のデジタル気化器は、一般的に、揮発性麻酔薬をキャリアガスの流れに直接投与するためにシリンジポンプを利用します。動物の福祉勧告に従って、動物は麻酔を必要とする処置の間に温められ、監視される。一般的な麻酔および生理学的モニタリング装置はガスタンク、麻酔気化器および立場、加温制御装置およびパッド、機械換気装置および脈拍の酸化計を含んでいる。また、データ収集や機器ソフトウェアの実行には、コンピュータが必要です。小さなスペースやフィールドワークを行う場合、限られたスペースですべての機器を構成することは困難な場合があります。

このプロトコルの目的は、圧縮酸素と室内空気の両方を使用した低流量デジタル気化器の使用に関するベストプラクティスを示すとともに、統合された機械式人工呼吸器、パルスオキシメータ、および高い範囲の麻酔と齧歯類に理想的な生理学的モニタリングスイートとして遠赤外線の温暖化を示すことです。

概要

動物モデルを含む研究には、多くの場合、特殊なデータ収集装置が必要です。小さな動物の手術に一般的に使用される麻酔気化器の2つの一般的なタイプがあります。伝統的な麻酔気化器は、気圧と気流^{1、3、4、5、6、7、8、9、10}に基づく揮発性麻酔薬の受動的気化に依存しています。それらは10 L/minに0.5 L/minの流量で作動するように設計され、大きい動物モデル¹¹のために理想的である。

我々は最近、従来の気化器^12,13と比較して低流量のデジタル気化器の効果を実証した。低流量のデジタル麻酔システムは、動物の分量^14、15、16の非常に低い流量の1.5-2.2倍の速度で鼻錐に動物を維持するために使用することができる。

デジタル麻酔システムを使用するには、多くの利点があります。それはキャリアのガスとして使用するために周囲の空気で引き込む作り付けのポンプを、組み込む。これにより、圧縮ガスを使用せずに麻酔を投与することができます。最近の研究^17,18は^、酸素の代わりに空気をキャリアガスとして用いることも、多くの手順に有益であり得る可能性を示唆している。

また、生理学的モニタリングおよび温暖化機能は、デジタル低流量麻酔システムに取り付けることもできます。ほとんどの機関では、動物の温暖化と生理学的モニタリングは、施設動物のケアと使用委員会^{19、20、21、22}によって必要^とされます。麻酔薬の生理的影響を比較した研究は、体温、心機能、および呼吸機能^23、24、25の急激な鬱病を示している。動物を温めパッドの上に置いて、体温を監視し維持することがしばしば必要です。温湯器、電気暖房パッド、ヒートランプなど、動物の温暖化の方法はたくさんありますが、それぞれに大きな欠点があります。動物の温暖化の異なる方法を比較する研究では、遠赤外線温暖化が最も有益であることが分^かった。デジタル気化器は特定の動物の体温を維持するために家庭の遠赤外線の暖まるの組み込み。これにより、追加のウォーミングパッドコントローラの必要性がなくなります。

体温のモニタリングに加えて、パルスオキシメトリーは、動物の心拍数と酸素飽和度を監視する一般的な方法です。この非侵襲的な方法は、単純で正確であり、血液酸素化レベルを調節する動物の能力の全体的な評価を提供します。パルスオキシメトリー用の足センサーは、前に示したように、麻酔システムに接続することができます².

機械的換気は、多くの場合、動物が麻酔のより長い期間の下にある場合、または動物の呼吸パターンを制御する必要がある場合に必要とされます。低流量のデジタル気化器は圧力制御または容積制御の制御された呼吸を提供する機能を有する。統合された換気装置は外的な換気装置および余分な管のセットアップの条件のための必要性を除去する。

これらの共通のモニタと機能はすべて単一の機器に組み合わされるため、チューブの設定は大幅に簡素化されます。このプロトコルの目的は、オールインワンデジタル麻酔システムのセットアップと使用を実証することです。

プロトコル

すべての動物研究は、パデュー動物ケアと使用委員会によって承認されました。

1. 低流量気化器のセットアップ

1. イロフルランまたはセボフルランの配達
   1. キャリアガスの供給源を選択します。内部エアポンプを利用するには、システムの背面にある入口ポートから赤いキャップを取り外し、システムが室内の空気を吸い込むことを可能にします。圧縮ガスを使用するには、圧力調整器または圧力減圧器を15 PSIに設定し、システム背面の圧縮ガスポートに接続します。
   2. 炭キャニスターを排気口に接続します。
   3. アクセサリコネクタを、システム前面のインスピタリポートと呼気用ポートに接続します。青いクリップで分岐に誘導チャンバーを接続し、鼻コーンを白いクリップで分岐します(図1)。
2. 機械換気用
   1. 挿管コネクタのチューブを黄色のコード化されたクリップに接続します(図2)。
   2. デッドスペースキャリブレーションを実行して、換気装置をキャリブレーションします。 [ベント実行] 画面で [セットアップ]をタップし、[ キャリブとテスト] をタップします。 デッドスペースのキャリブレーションを 選択し、 ダイヤルBを押します。
3. パルスオキシメトリー用
   1. センサーをシステム背面のポートに接続します(MouseSTATと表示)。
4. 温暖化のため
   1. ウォーミングパッドをシステム前面の「パッドパワー」ポートに接続します。
   2. 一方のセンサーを「ボディセンサー」ポートに接続し、もう一方のセンサーを「パッドセンサー」ポートに接続します。パッドセンサーをウォーミングパッドに固定します。

2. 設定を構成する

1. 麻酔用
   1. 麻酔システムの電源を入れます。[ アネスト実行] 画面で、[ セットアップ] をタップします。
   2. 麻酔薬を選択します。[ アネスト]をタッチし、[ダイヤル B] をオンにして イロフルラン または セボフルランを選択します。
   3. シリンジのサイズを設定します。[ シリンジ サイズ]をタップし、[ダイヤル B] をタップしてサイズを選択します。
   4. [戻る] をタップして、 アネスト実行画面に戻ります。
   5. ボトルトップアダプターを使用して、注射器に麻酔薬を充填します。
   6. 注射器を麻酔システムに接続します。必要に応じてプッシャーブロックを後方に移動するには、[ 削除] を押します。
   7. 注射器を盛り付けろ。押し出しブロックがシリンジプランジャーの上部に触れるまで、プッシャーブロックを前方に動かすために Prime をタッチして押さえます。 プライム ボタンを押しながらBを回すとプッシャーブロック速度が調節されます。
2. 機械換気用
   1. [ ベント実行画面 ] タブをタップし、[ セットアップ]をタップします。
   2. 体重をタッチし、動物の体重を入力します。
   3. タッチ 優先順位 は、ボリュームまたは圧力制御換気を選択します。体重設定は、適切な呼吸数と潮の体積を自動的に設定します。
3. パルスオキシメトリー用
   1. [Oxi Run Screen]タブをタップし、[セットアップ]をタップします。
   2. HRをタッチし、ダイヤル B を回して、心拍数の最小読み取りを設定します。プリセットを使用できます。
4. 温暖化のため
   1. ウォームラン画面から[セットアップ]をタップします。温暖化方法と目標温度設定を選択します。

3. 麻酔の配信を開始する

1. マウスを麻酔する
   1. アネスト実行画面から「誘導開始」をタッチして、エアーフローを開始します。デフォルトの誘導流量は 500 mL/min です。
   2. マウスを誘導チャンバーに置き、蓋をしっかりと閉じます。 麻酔薬濃度 ダイヤルをイオブルランの場合は3%に調整します。
   3. マウスが目的の麻酔面に到達するまで監視し、呼吸率の低下とチャンバーが転倒したときの右反射の喪失によって決定されます。必要に応じて麻酔 剤濃度 ダイヤルを調整します。
   4. 動物が正しい反射を失い、十分に麻酔が付いたら、 誘導を停止をタッチします。
   5. 必要に応じて、残存麻酔ガスのチャンバーを空にするために フラッシュチャンバー をタッチします。
   6. ノーズコーンにつながるクランプを開き、チャンバーに通じるクランプを閉じます。
   7. タッチ スタートノーズコーン.[ボディ ウェイト] 設定では、ノーズ コーンの流量を決定しますが、ダイヤル A を回すことで手動で調整できます。
   8. すぐにノーズコーンを装着し、赤外線ウォーミングパッドの上に動物を中央に配置します。
   9. 動物センサーを直腸プローブとして挿入します。

4. 機械換気を開始

1. 動物を挿管します。
   1. 動物を麻酔しながら挿管段階に動物を移す。
   2. 垂直挿管段階に固定された糸を使用して、動物を上切歯から吊り下げます(図3)。
   3. 動物の舌をそっと横にずらし、挿管キットに付属のライトを使用して気管を視覚化します。
   4. 気管チューブを慎重に挿入し、小さな空気の膀胱をチューブに接続し、肺が膨張するかどうかを確認することによって、正しい配置を確認します。
2. 気管内チューブを換気チューブに接続します。
3. [鼻のコーンを止める]をタッチし、[人工呼吸器の開始]をタッチします。
   注: [体重]設定では、適切な呼吸数と潮量が自動的に決定されます。圧力制御換気を行うには、15-18 cm H₂O. 外科プロトコルごとに必要に応じて人工呼吸器の設定を調整する間で、目標の吸気圧力を設定します。

生理的モニタリングを開始

1. 動物の後足の上にセンサーを置きます(図4)。パルスオキシメータはHRとSpO₂ の読み取りを自動的に開始します。 オキシラン画面タブ をタッチしてパルスオキシメトリーデータを表示します。

結果

生後10週、雄、野生型C57Bl6jマウスの重さ25.41±0.8gがこの研究に使用された。マウスは麻酔を受け、鼻コーンで維持されるか、挿管され、心拍数と酸素飽和度を監視しながら1.5〜2.5%のイオブルランを備えた統合された機械人工呼吸器上で維持された。動物はマイクロアイソレーションケージでグループ収容され、ボトルで標準的なげっ歯類のチョウと水への自由なアクセスを提供しました。

心拍数と_SpO2は、パルスオキシメトリーを介してメンテナンス中に監視した(図5、図6、図7、)。体温は、赤外線加熱パッドとヒートランプを介して36.5〜37.5°Cに維持された。換気された動物は統合された鼻のコーンと挿管の立場を通して挿管のプロシージャの間にイオブルランの連続的な配達を受けた。各マウスは、15分間、141 mL/minの室内空気(RA)または酸素_(O2)を超えない低流量で、鼻コーン上で正常に換気または維持されました。動物の心拍数と血中酸素飽和度は安定したままで、すべての群の測定に有意な変化はほとんどなかった。_SpO2は全群で82~99%の間にとどまり、体温は36.5~37.5°Cの間に維持された。 パルスオキシメーターの位置と体温の両方が_SpO2の測定に影響を与えるのを観察しました。パルスオキシメータからの無効な読み取りを観察した場合、センサーの配置と加熱レベルを調整して、コア体温を安定に保ちます。

図 5 、図 6、図7のデータの重要性を判断するために、ボンフェローニ補正を伴う双方向の ANOVA が実行されました。0.05 未満のp値は有意であると考えられた。

図1:麻酔誘導および鼻コーンメンテナンスのためのチューブセットアップの図。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図2:麻酔誘導、挿管、換気のためのチューブ設定図。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図3:マウスは、統合された鼻コーンを備えた挿管スタンドを介して挿管手順中にイオブルランの連続送達を受けた。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図4:後足の上に一体型パルスオキシメータセンサーを配置。この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図5:15分以上 ±の平均心拍数は、ルームエア(RA)または100%酸素_(O2)が鼻コーンを通って送達されるか、気管管(n=5/群)を通して換気されたSDを有する。群間に有意差は認められない。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図6:低流動麻酔系による初期麻酔誘導後に記録された心拍数値(bpm)15 分間の 30 秒間隔から計算された平均心拍数値。各データポイントは、各グループ内のすべての動物の平均±SDを表します(n=5)。どのグループでも15分間の心拍数の有意な変化は認められなかった。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図7:組織酸素飽和度(%)低流動麻酔システムによる最初の麻酔誘導の後。15 分間の 30 秒の時間間隔から計算された平均 SpO₂ 値。各データポイントは、各グループ内のすべての動物の平均±SDを表します(n=5)。SpO₂ では、どのグループでも15分間有意な変化は認められなかった。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

ディスカッション

このデジタル低流量麻酔システムは、麻酔、換気、温暖化、および生理学的モニタリングシステムを単一の装置に統合します。さらに、システムは、それがキャリアガスとして使用するために周囲の空気を引き込むことを可能にする内部ポンプを含み、圧縮ガスの供給源の必要性を排除する。

この手順では、システムは麻酔気化器、機械換気装置、パルスオキシメータ、およびウォーミングパッドを交換するための唯一の装置として使用されます。以前は、100mL/min2の流量で麻酔送達を実証しました。流量は液体麻酔薬の体積を直接制御するので、この麻酔伝達技術では流量設定が重要です。また、低流量を使用して麻酔液^1,2を節約する方法も以前に実証^しました。従来の気化器が機械式人工呼吸器に接続されている場合、気化器はガス流からの換気口サンプル中に連続的に動かなければなりません。人工呼吸器を内蔵したデジタル気化器の場合、換気装置によって換気に必要なガスのみが出力される。これにより、麻酔液、キャリアガス、および炭フィルターに関連するコストが削減されます。

低流量デジタル気化器を使用することには多くの利点がありますが、制限もあります。このシステムはげっ歯類および他の小さい哺乳動物にとって理想的な低流量で作動するように設計されているが、1000 mL/minの流速より上の麻酔を提供しない。この特定のシステムは、したがって、小動物種にのみ適しています。統合された脈拍の酸化器は足の使用のためのセンサーを含んでいる。センサーは尾部の使用のために推薦されない、ある特定の外科処置のための制限であるかもしれない。また、このシステムを通して足センサを介して呼吸速度を監視できる一方で、長期間にわたって一貫した呼吸記録を得ることは困難な場合がある。最後に、従来の気化器とは異なり、このデジタルシステムは電気を必要とします。バッテリは、電力が利用できない場合や停電が発生した場合に使用でき、数時間の使用によってシステムに電力を供給できます。

このセットアップおよびプロトコルは統合された換気装置および生理学的モニタリングモジュールが付いたデジタル、低流量麻酔システムの安全で有効な使用を示す。このセットアップは限られたベンチスペースを持つあらゆる実験室のために有用であろう、または外科分野の近くに装置および管の複数の部分を収容することは不可能である。圧縮ガスタンクと別々の生理学的モニタリング装置の除去を含むオールインワンシステムには多くの利点があります。全体的に、この統合システムは従来の気化器の使用が理想的ではないグループによって考慮することができる。

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Intubation Kit	Kent Scientific Corporation	ETM-MSE	Includes intubation stage, intubation tube, LED light
Isoflurane Liquid Inhalation 99.9%	Henry Schein, Inc.	1182097	Glass bottle 250mL
MouseSTAT Pulse Oximeter	Kent Scientific Corporation	SS-03	Integrated into SomnoSuite
Oxygen Tank	Indiana Oxygen Company	23-160246	Medical Grade O2 99%
RoVent Automatic Ventilator	Kent Scientific Corporation	SS-04	Integrated into SomnoSuite
SomnoSuite Low Flow Digital Anesthesia System	Kent Scientific Corporation	SS-01	Includes RightTemp Homeothermic Warming control, pad, and temperature sensors
SomnoSuite Mouse Starter Kit	Kent Scientific Corporation	SOMNO-MSEKIT	Includes nose cone, syringes, induction chamber, and charcoal canister