Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Christina Anna Gerlach

Continuous intravenous infusion anaesthesia following two

different protocols for immobilisation in impala (Aepyceros melampus)

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-109032

title (ger.)

Kontinuierliche intravenöse Infusionsanästhesie nach Einleitung mit zwei verschiedenen Immobilisationsprotokollen bei Impalas (Aepyceros melampus)

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2016

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/gerlachc_ws16.pdf

abstract (deutsch)

Kurzzeitnarkosen werden normalerweise bei verscheidenen Antilopenarten für kurze und nicht-invasive Eingriffe eingesetzt. Eine möglichst kurze Einleitungszeit ist dabei wichtig um Aufregung, Hyperthermie und Traumata zu vermeiden. Bisher wurden vor allem auf Opioiden basierende Protokolle in Kombination mit a2-Agonisten oder verschiedenen Tranquilizern beschrieben. Impalas erscheinen besonders anfällig für eine Opioid-induzierte Atemdepression, die bei Breitmaulnashörnern erfolgreich mit Butorphanol behandelt werden konnte.

Für längere und schmerzhafte Eingriffe wird eine Inhalationsanästhesie empfohlen, um eventuell autretenden Komplikationen (Hypoxämie) entgegen steuern zu können. Dies ist in Feld- und Stallsituationen technisch nicht immer möglich, sodass Anästhetika je nach Anästhesietiefe in Form von Boli verabreicht werden, um die Anästhesie aufrecht zu erhalten, was zu sehr unterschiedlichen Anästhesietiefen und den damit einhergehenden Komplikationen führt.

Ziel dieser Studie war es eine sichere, reversible und zuverlässige kontinuierliche intravenöse Infusionsanästhesie (CII) für Impalas zu bewerten. Desweiteren standen eine schnelle Einleitung, eine intravenöse Aufrechterhaltung eine ruhige Aufwachphase und eine Alternative zu potenten Opioiden im Fokus dieser Studie.

 

Material und Methoden

 

Die Versuche wurden durch das Ethik-Komittee der Universität von Pretoria genehmigt und fanden zwischen dem 23.06.2014 und dem 25.07.2014 an der Universität von Pretoria in Südafrika statt. Fünfzehn weibliche adulte und subadulte Impalas wurden auf einer privaten Wildfarm in Südafrika gefangen. Die Tiere wurden für einen Zeitraum von 3 Monaten in einem Gehege (Boma) an der Universität von Pretoria gehalten. Das Boma bestand aus zwei Abteilen (10x30m und 20x30m), die durch Schwingtüren verbunden waren. Die Wände bestanden aus einem 2,7 m hohen Windfangzaun. Den Tieren stand frisches Wasser, Heu und Luzerne ad libitum zur Verfügung und Antilopenpellets wurden nach Bedarf gefüttert (ca. 100 g/Tier/Tag). Vor Beginn der Studie wurden die Impalas 30 Tage an die Gegebenheiten, die Anwesenheit von Menschen und das Distanzimmobilisationsgewehr gewöhnt. Zehn der 15 Tiere wurden zufällig ausgewählt, um an der Studie teilzunehmen. Die hier beschriebenen Ergebnisse stammen aus den ersten beiden von insgesamt vier Anästhesieversuchen. Zwischen den Versuchen lagen jeweils zwei Wochen.

Jedes Tier wurde einmal mit jedem Protokoll anästhesiert. Die Tiere hatten bis zur Anästhesie freien Zugang zu Futter und Wasser, einzig die Pellets wurden spätestens 12 Stunden vorher gefüttert. Für die Induktion wurden alle Impalas in das kleinere Abteil des Bomas gebracht und das ausgewählte Tier wurde mit einem 3 ml Injektionspfeil und einem Distanzimmobilisationsgewehr injiziert. Die Anästhesie wurde mit zwei verschiedenen Protokollen eingeleitet: MKB bestand aus 8 mg Medetomidin, 160 mg Ketamin und 6 mg Butorphanol pro Tier während EMM 1,5 mg Etorphin, 8 mg Medetomidin und 8 mg Midazolam pro Tier beinhaltete. Alle Tiere wurden auf 40 kg geschätzt. Etorphin wurde direkt nach dem Zugriff mit Butorphanol (1:1mg Etorphin) teilreversiert. Außerdem bekamen die Tiere vor Beginn der CII einen Bolus von 2 mg/kg Ketamin IV im EMM Protokoll. Falls sich die Impalas innerhalb von 15 Minuten noch nicht hingelegt hatten, wurde mit der halben oder der vollen Dosis nachdosiert, je nach Grad von Ataxie und Sedation. Sobald das Tier lag, wurde die restliche Herde in das benachbarte Boma-Abteil gebracht.

Das anästhesierte Impala wurde in Brustlage gehalten, die Augen wurden abgedeckt und die Ohren verschlossen. Die V. cephalica wurde aseptisch katheterisiert und es wurde eine Blutprobe entnommen um später die Stressantwort der Tiere auf beide Protokolle beurteilen zu können.

Die Überwachung der Tiere begann noch im Boma mittels Auskultation, Puls-Oximetrie und Thermometrie. Die Zeiten bis zum ersten sichtbaren Effekt, einer Ataxie, Seitenlage und Zugriff wurden notiert. Dann wurde das Tier mit einem Auto in den Behandlungsraum gebracht. Dort wurde es gewogen und nach Intubation (Größe 8) und Katheterisierung der A. auricularis in rechter Seitenlage auf den Behandlungstisch gelegt. Der Katheter in der A. auricularis diente einer direkten Blutdruckmessung sowie der Gewinnung arteriellen Blutes für eine Blutgasmessung bei Beginn der CII und dann im Abstand von 30 Minuten. Das Blutgasmessgerät konnte den partiellen Sauerstoffdruck, den partiellen Kohlendioxiddruck, den pH, Glukose, Laktat und Kreatinin messen, sowie die Bikarbonatkonzentration errechnen. Sauerstoff wurde mithilfe einer Ernährungssonde (8 Gauge), die tief in den endotrachealen Tubus eingeführt wurde, verabreicht (2 l/min). Folgende Parameter wurden von einem Multiparameter-Monitor abgelesen: Herzfrequenz, Atemfrequenz, Blutdruck, Atemzugvolumen sowie die exspiratorische Kohlendioxid- und Sauerstoffkonzentration. Die Sauerstoffsättigung des Gewebes wurde mittels eines Pulsoximeters erfasst und die Körpertemperatur wurde mit einer Rektalsonde gemessen. Alle Werte wurden in einem Abstand von 5 Minuten erhoben. Die Differenz zwischen dem arteriellen Kohlendioxiddruck und dem exspiratorischen Kohlendioxiddruck sowie das Verhältnis von arteriellem Sauerstoffdruck zu inspiratorischem Sauerstoffanteil wurden berechnet.

Für die CII wurden folgende Anästhetika in 1000 ml 0,9%ige Kochsalzlösung gegeben: 0,5 mg Medetomidin, 1000 mg Ketamin und 15 mg Midazolam. Dies entspricht 0,5 µg/ml Medetomidin, 1 mg/ml Ketamin und 15 µg/ml Midazolam. Die CII wurde in den ersten 20 Minuten mit einer Infusionsgeschwindigkeit von 2,4 ml/kg/h (1,2 µg/kg/h Medetomidin + 2,4 mg/kg/h Ketamin + 36 µg/kg/h Midazolam). Folgend wurde die Infusionsgeschwindigkeit alle 20 Minuten um 0,2 ml/kg/h verringert, falls die Anästhesietiefe ausreichend war. Insgesamt wurde die Anästhesie für 120 Minuten aufrechterhalten. Zusätzlich wurde isotonische Kochsalzlösung mit einer Infusionsgeschwindigkeit von 5 ml/kg/h verabreicht. Beide Infusionen wurden an intravenöse Katheter in der linken und rechten V. cephalica angeschlossen und über zwei verschiedene Infusionspumpen kontrolliert. Die Anästhesietiefe wurde anhand des Lidreflexes und eines Tiefenschmerzes beurteilt. Hierzu wurde mit einer Vulsellum- Klemme für jeweils 60 Sekunden oder bis zu einer Reaktion Druck auf die Klaue (unter dem Koronarrand, über Phalanx 2) ausgeübt. Dieser Test wurde positiv beurteilt, wenn sich das Tier bewegte oder eine autonome Antwort (Anstieg in Herzfrequenz, Blutdruck) zeigte. Dann wurde die Infusionsgeschwindigkeit der CII beim nächsten Intervall nicht verringert bis der folgende Test negativ beurteilt werden konnte.

Nach Ende der CII wurden die Tiere zurück zum Boma gebracht und in Brustlage mit gestrecktem Hals stabilisiert. Atipamezol wurde 10 Minuten nach dem Ende der CII IM verabreicht (5:1 Medetomidin) und Naltrexon 15 Minuten nach dem Ende der CII IM (2:1 Butorphanol; 20:1 Etorphin). Sobald der Schluckreflex zurückkehrte, wurde das Impala extubiert und die Augenbedeckung sowie die Ohrstöpsel wurden entfernt. Die Aufwachphase wurde von außerhalb des Bomas überwacht bis das Tier ohne Ataxie laufen konnte. Der Zeitpunkt der Reversierung, erste Anzeichen des Erwachens, Brustlage, Stehen sowie die Qualität der Aufwachphase wurden beurteilt. Die Ergebnisse sind als Mittelwert ± Standardabweichung (SD) dargestellt. Quantitative Daten wurden mithilfe des Anderson-Darling Tests auf Normalverteilung überprüft. Die Daten der beiden Protokolle wurden mit dem Wilcoxon-Signed-Rank Test ausgewertet. Die Korrelation zwischen zwei Variablen wurde anhand von Spearman`s rho berechnet. Der Effekt der Protokolle zu unterschiedlichen Zeitpunkten wurde mithilfe eines Linear Mixed Models dargestellt. Eine Bonferroni Korrektur wurde hinzugezogen um die P Werte für die post-hoc Vergleiche anzupassen. Die Ergebnisse wurden mit einem Signifikanz-Wert von 5% dargestellt.

 

Ergebnisse

 

Die Impalas wogen 38,0 ± 4,34 kg. Die Einleitung wurde mit beiden Protokollen erreicht: Medetomidin (0,214 ± 0,052 mg/kg), Ketamin (4,305 ± 1,035 mg/kg) und Butorphanol (0,162 ± 0,039 mg/kg) im MKB Protokoll und Etorphin (0,048 ± 0,017 mg/kg), Medetomidin (0,257 ± 0,09 mg/kg) und Midazolam (0,257 ± 0,09 mg/kg) im EMM Protokoll. Alle Impalas erhielten während des EMM Protokolls Butorphanol (0,038 ± 0,003 mg/kg) IV um die Atemdepression zu verringern. Die Induktionszeit betrug 11 ± 6,4 Minuten im MKB Protokoll und 9,5 ± 2,9 Minuten im EMM Protokoll. Während der MKB Einleitung zeigten die Impalas eine reduzierte Bewegung und Ataxie, bevor sie den Kopf hängen ließen und schließlich in Seitenlage fielen, während sie eine Hyperaktivität und Opisthotonus mit Ataxie zeigten, bevor es im EMM Protokoll zur Seitenlage kam. Ein Tier starb nach der EMM Einleitung. Eine pathologische Untersuchung ergab keinen Hinweis auf eine vorliegende Erkrankung. Die Anästhesie wurde in beiden Protokollen für 120 Minuten aufrechterhalten. Fünf von zehn Tieren im MKB Protokoll zeigten einen Tiefenschmerz zu Beginn der CII, während drei von zehn Impalas auch noch zu späteren Zeitpunkten eine Nozizeption zeigten. Im EMM Protokoll zeigten sechs von neun Tieren anfänglich einen Tiefenschmerz, aber keines zu einem späteren Zeitpunkt, sodass die Infusionsrate alle 20 Minuten verringert werden konnte. Im EMM Protokoll entwickelten alle Tiere eine Apnoe nach der Ketamin-Injektion. Die Tiere wurden manuell beatmet bis sie wieder eine Spontanatmung zeigten. In beiden Protokollen kam es zu einer Hypoxämie, obwohl den Tieren Sauerstoff zugeführt wurde. Der PaO2 war im MKB Protokoll über den gesamten Zeitraum deutlich höher. Die Atemfrequenz und das Atemminutenvolumen waren im EMM Protokoll deutlich geringer und das Atemzugvolumen war deutlich höher als im MKB Protokoll. Alle Tiere entwickelten im Verlauf der CII eine Hyperkapnie, die im EMM Protokoll deutlicher war. Das Verhältnis PaO2:FiO2 war im MKB Protokoll höher und stieg in beiden Protokollen über die Zeit an, während die Differenz PaCO2-PECO2 im EMM Protokoll deutlich höher war und auch in beiden Protokollen über die Zeit anstieg. Eine progressive leichte respiratorische Azidose entstand nur während des EMM Protokolls. Eine Hyperglykämie wurde bei allen Impalas beobachtet, aber war deutlich schlimmer im EMM Protokoll und verbesserte sich zum Ende der CII. Alle Tiere zeigten eine Bradykardie, die im MKB Protokoll deutlicher ausgeprägt war. Der Blutdruck war höher im MKB Protokoll. Eine leichte ruminale Aufgasung wurde bei allen Tieren beobachtet und nur ein Tier des EMM Protokolls musste mittels einer Schlundsonde abgegast werden. Die Kortisolwerte waren im EMM Protokoll höher. Außerdem hatten die Tiere, die mit einem Pfeil induziert werden konnten höhere Kortisolwerte, als die Tiere, die noch einen zweiten Pfeil bekamen. Die Kortisolkonzentrationen sanken während der CII.

Laktat war am höchsten bei den Tieren im EMM Protokoll, die zwei Pfeile erhielten. Auch die Laktatkonzentrationen sanken im Verlauf der CII.

Die Aufwachphase dauerte 9,8 ± 6,0 Minuten im MKB und 6,3 ± 5,4 Minuten im EMM Protokoll, wobei es starke individuelle Unterschiede gab.

 

Diskussion

 

Die Anästhesieeinleitung war mit beiden Protokollen erfolgreich. Die Einleitungszeit kann durch eine Erhöhung der Opioiddosis verringert werden, aber folglich werden auch stärkere Nebenwirkungen beobachtet. Die Einleitungszeit ist also dosis-abhängig (MEYER et al. 2008; MEYER et al. 2010). Bisher beschriebene Protokolle mit Medetomidin und Ketamin sind in Dosis und Einleitungszeit sehr variabel und die Wirkung scheint spezies-abhängig zu sein (BERTHIER et al. 1996; CHITTICK et al. 2001; PORTAS et al. 2003). Außerdem ist die Einleitung mit diesen Protokollen extrem anfällig, wenn die Tiere sehr gestresst sind (CLARKE et al. 2014). Die in dieser Studie beschriebenen Induktionszeiten sind ausreichend für Zoo- und Bomasituationen, aber zu lang für Feldanästhesien, bei denen die Tiere bis zur Seitenlage verfolgt werden müssen. BUSH et al. (2004) fügten Hyaluronidase zu einer Kombination aus Medetomidin und Ketamin, was zu bedeutend kürzeren Einleitungszeiten führte. Außerdem könnte ein Vasodilator wie z.B. Azepromazin oder Azaperon der durch a2-Agonisten hervorgerufenen peripheren Vasokonstriktion entgegen wirken und somit die Induktionszeit verringern (KÄSTNER 2006; MARNTELL et al. 2005). Die durch Opioide hervorgerufene Atemdepression, die mit Thoraxsteifheit einhergeht, konnte erfolgreich mit der Verabreichung von Butorphanol behandelt werden (HAW et al. 2014; MILLER et al. 2013).

Auch nach Beginn der CII zeigten noch drei von zehn Tieren eine Nozizeption während des MKB Protokolls. Das Studiendesign ließ aber nur eine Verringerung der Infusionsrate und keine Erhöhung zu. Eine Anpassung der Infusion an die Anästhesietiefe ist jedoch leicht möglich, auch ohne Infusionspumpe mit einem normalen Infusionsbesteck kann dies erreicht werden.

Alle Tiere zeigten eine deutliche Hypoxämie, obwohl das Atemzugvolumen im Vergleich zu Schafen und Ziegen ausreichend war (CLARKE et al. 2014). Die Hyperkapnie wurde im Verlauf der CII sogar schlimmer, was auf eine zusätzliche Dysregulation außer der Hypoventilation hinweist. Andere Ursachen für eine Hypoxämie sind: ein Ungleichgewicht zwischen Belüftung und Lungendurchblutung (VQ-mismatch), ein Rechts-Links-Shunt, eine Einschränkung der Diffusion, vermehrter Sauerstoffverbrauch oder eine schlechte Lage des Tieres (CLARKE et al. 2014). Ein Rechts-Links-Shunt und pulmonale Hypertension sind bei Gabe von hochpotenten Opioiden beschrieben (LANCE et al. 2015; CORUH et al. 2013; BUSS et al. 2001; MEYER et al. 2015; READ et al. 2001). Außerdem verschlimmert die Hyperaktivität während der Induktionszeit die Hypoxämie durch eine Erhöhung des Sauerstoffverbrauchs (BLANE et al. 1967; MEYER et al. 2008). Auch a2-Agonisten können einen Rechts-Links-Shunt und pulmonlale Hypertension verursachen (CELLY et al. 2001; KÄSTNER 2006). Der Einsatz von einem potenten Opioid und einem a2-Agonisten könnten also einen synergistischen Effekt im Bezug auf diese Nebenwirkungen haben. Die zusätzliche Gabe von Azepromazin könnte einen Rechts-Links-Shunt und V/Q mismatch verringern (MARNTELL et al. 2005).

Sowohl die Gabe des Ketamin-Bolus wie auch ein verzögerter Effekt des Etorphins können für die Apnoe nach Beginn der CII im EMM Protokoll verantwortlich sein (BERGMAN et al. 1999; MEYER et al. 2010). Eine Reduzierung der Ketamin-Dosis auf 1 mg/kg könnte ein Aussetzen der Atmung verhindern (ZEILER et al. 2015).

Die Aufwachphase war insgesamt kürzer mit dem EMM Protokoll, was daran liegen könnte, dass diese Tiere initial weniger Ketamin bekommen haben. Um diese Überlegung zu bestätigen wäre eine pharmakokinetische Studie notwendig, die hier nicht durchgeführt wurde. Die Aufwachphase beider Protokolle war akpeptabel für Zoo- Und Bomasituationen, aber nicht für Feldsituationen, bei denen noch ataktische Tiere sich im dichten Gebüsch verletzen könnten oder eine leichte Beute für Raubtiere wären.

Limitierungen dieser Studie lagen besonders in einer Problematik mit der Ausrüstung. Bei drei von zehn Tieren je Gruppe wurde die Medikamentenkammer des Medikamentenpfeils bei Auftreffen auf das Tier nicht vollständig entleert, sodass ein zweiter Pfeil notwendig war. Dies verzögerte die Induktionszeit deutlich. Außerdem wurden eine kleine Stichprobengröße (n=10) und ausschließlich weibliche Tiere untersucht, da die Haltungsbedingungen nur diese Variation zuließen.

Ursprünglich sollten die Tiere anstelle des EMM Protokolls mit Etorphin, Medetomidin und Ketamin eingeleitet werden. Dieses Protokoll wurde aber nach der Anästhesie von vier Tieren abgebrochen, da drei von vier Tieren zu keinem Zeitpunkt eine ausreichende Anästhesietiefe erreichten und sie unter hochgradigen cardiopulmonalen Nebenwirkungen litten, die ein weiteres Fortführen dieses Protokolls aus Tierschutzgründen nicht zuließen.

abstract (englisch)

Two different protocols for induction and maintenance with a continuous intravenous infusion (CII) were evaluated in wild-caught impala (Aepyceros melampus). Ten adult female impala were induced with two different induction protocols (cross-over design): the MKB protocol consisted of 0.2 mg/kg medetomidine and 4 mg/kg ketamine and 0.15 mg/kg butorphanol, whereas the EMM protocol consisted of 0.0375 mg/kg etorphine and 0.2 mg/kg medetomidine and 0.2 mg/kg midazolam. In both groups the anaesthesia was maintained with a CII at an initial dose rate of 1.2 µg/kg/h medetomidine, 2.4 mg/kg/h ketamine and 36 μg/kg/h midazolam. Partial reversal was achieved with naltrexone (2:1 mg butorphanol; 20:1 mg etorphine) and atipamezole (5:1 mg medetomidine). Evaluation of anaesthesia included respiratory rate, heart rate, rectal temperature, arterial blood pressure, oxygen saturation, end tidal carbon dioxide tension and tidal volume at 5 minute intervals, palpebral reflex and response to painful stimuli at 15 minute intervals and arterial blood gases at 30 minute intervals. Plasma cortisol concentration was determined after induction and before reversal. Duration and quality of induction and recovery were evaluated. EMM resulted in a faster induction of 9.5 ± 2.9 minutes compared to 11.0 ± 6.4 minutes in MKB group. Recovery was also quicker in EMM (EMM: 6.3 ± 5.4 minutes; MKB: 9.8 ± 6.0 minutes). However, EMM also produced more severe cardiopulmonary side effects like hypoxaemia and hypercapnia and calculated oxygenation indices (PaO2:FiO2; PaCO2-PECO2) were worse than in the MKB protocol. The CII provided surgical anaesthesia in 7/10 animals in MKB and in 9/9 animals in EMM for 120 minutes. In conclusion, the MKB protocol has advantages for prolonged anaesthesia in impala as the anaesthetic depth can easily be adjusted by an increase of the CII and it shows less cardiopulmonary depression.

keywords

Impala, CII, Medetomidine-Ketamine-Medazolam

kb

2.052