Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

The use of the alpha2-agonist xylazine (Rompun®) in a multimodal analgesic protocol for orthopaedic intervention in lateral recumbency on a surgical tipping table in dairy cows

Rizk, Awad Zaboulla Hassan

Since animal welfare is a growing subject of concern, recently members of the EuropeanCollege of Veterinary Anaesthesiology demanded generally in order to avoid or at least to alleviate stress the pre-emptive use of sedatives before fixation of dairy cows in lateral recumbency (LR) for orthopaedic surgery. Thus, we performed two studies, an experimental study aimed to investigate the effects of pre-emptive xylazine treatment and LR in combination on cardio-respiratory, endocrine-metabolic and behavioural stress responses in healthy dairy cows undergoing pain-less claw trimming on surgical tipping tables. A clinical study was performed in which we hypothesized that the sedative, analgesic and myo-relaxant effects of xylazine in a pre-emptive treatment would improve the analgesic protocol for claw treatment in LR on a surgical tipping table in lame dairy cows. Study 1 The aim of the study was to investigate the effects of lateral recumbency (LR) and xylazine treatment in combination on stress response and cardio-respiratory depression in cows undergoing pain-less claw trimming. In a blinded experimental study, six healthy, non-pregnant, non-lactating, German Holstein Frisian cows weighing 610±87.9 kg (mean± SD) and aged 4.3±3.3 years old were used in a cross over design with two weeks intervals between treatments. The treatments were Xyl-LR: xylazine (Rompun®, 0.05 mg kg-1 BW, IM) or Plac-LR: an equal volume of placebo 15 minutes before LR (30 minutes) for claw trimming or Xyl-St: xylazine in the same dose and route of administration without further manipulation (cows remained standing). In short term intervals (30 minutes before until 2 hours after drug application) heart rate (HR), respiratory rate (RR), mean arterial blood pressure (MAP), venous and arterial blood gases and venous plasma levels of cortisol, insulin, glucose, lactate and non-esterified fatty acids (NEFA) were measured and clinical signs of sedation and free gas bloat recorded. In placebo treated cows (Plac-LR) LR induced on average a significant (P < 0.05) increase in MAP, RR, pulmonary shunt volume, plasma levels of cortisol, lactate and NEFA, a significant (P < 0.05) decrease in mean arterial partial pressure of oxygen (PaO2) and carbon dioxide (PaCO2) and arterial oxygen saturation (SaO2). Xylazine induced in average (Xyl-St) a significant (P < 0.05) reduction in HR, RR, MAP, plasma insulin, and NEFA, PaO2, SaO2, and a significant increase in plasma glucose and PaCO2. After pre-emptive sedation with xylazine (Xyl-LR) during LR HR, RR, MAP, PaO2, SaO2 and plasma levels of cortisol, lactate and NEFA, were significantly (P < 0.05) reduced whereas PaCO2 was increased compared to Plac-LR. Lowest SaO2 found during LR after xylazine treatment were about 90%. All xylazine treated cows showed mild to moderate signs of sedation, mild and clinically irrelevant free gas bloat and were able to stand and walk before and after restraining in LR. We concluded that, xylazine administered in a low dose in adult cows preceding LR and claws trimming on a surgical tipping table can reduce hormonal and metabolic stress responses but has some additional effect on respiratory depression of LR. When xylazine is applied before cows are turned into LR the desired effects of sedation and analgesia need to be balanced against the adverse effect of cardio-respiratory depression of xylazine. Higher doses of xylazine than the used 0.05 mg kg-1 BW may induce clinically relevant cardio-respiratory depression during LR in cows. Study 2 The aim of this study was to investigate the effect of pre-emptive xylazine treatment in the analgesic protocol for claw treatment in lateral recumbency (LR) in lame cows on the stress and pain response. In a prospective, blinded, placebo-controlled clinical case study, 24 lame, German Holstein Frisian cows (not more than four month pregnant), weighing 531±85.5 kg and aged 4.4 ±1.5 (mean ± SD) years old were used. Cows were randomly allocated into two groups of 12 cows each and either treated with Xylazine (Rompun®; 0.05 mg kg-1 BW, IM) or an equal volume of sterile saline (controls) 15 minutes before LR for claw treatment. After initial claw examination in each cow a retrograde intravenous local anaesthesia (LA) with 20 ml of 2% procaine was performed. At regular preset time intervals over an observation period of 6 hours (30 min before drug application to 6 hours post-operative) heart rate (HR), respiratory rate (RR), plasma levels of cortisol, glucose, lactate and non-esterified fatty acids (NEFA) were determined and signs of behaviour monitored (via video recording and pedometer). All cows treated with xylazine showed mild signs of sedation for about one to two hours, and were able to walk and to stand at all times. In the evaluation of behavioural signs xylazine demonstrated significantly additional analgesic effects to LA by reduced pain response on the insertion of the needle for LA, reduced ear flicking during claw treatment, reduced lameness score and longer standing periods in the first hour after claw treatment and improved appetite after claw treatment in LR. No significant (P < 0.05) difference was found for rumen motility in both groups. In both groups rumen motility ceased during the surgical intervention in LR. Mean HR and RR as well as plasma levels of lactate and NEFA were significantly (P < 0.05) reduced after xylazine treatment compared to baseline and controls. Mean plasma level of cortisol was significantly (P < 0.05) lower in xylazine treated cows after being turned into LR but raised to levels in controls during the surgical treatment. In conclusion, according to the signs of behaviour monitoring, plasma cortisol, NEFA and lactate, the use of low dose xylazine in the analgesic protocol for treatment of lame cows in LR on a surgical tipping table can alleviate stress and has additional analgesic effects to LA. Due to cardio-respiratory depression by xylazine we discourage to use higher doses of xylazine in cows receiving claw treatment in lateral recumbency. From the results of both studies it was conclude that low dose xylazine treatment in healthy or clinically lame dairy cows preceding LR for painless claws trimming or surgical treatment of the claw disorders on a surgical tipping table can reduce behavioural, hormonal, and metabolic stress response. Xylazine provides additional analgesic effects to local anaesthesia in lame cows undergoing surgical claw treatment. Although xylazine pre-treatment will aggravate slightly cardio-respiratory depression of LR xylazine appears to be a suitable sedative and analgesic in combination with LA in dairy cows turned into LR for orthopaedic treatment. However, since cows used to close human contact and handling tolerate the fixation in LR on surgical tipping tables well without sedation the desired effects of sedation and analgesia need to be balanced against the cardio-respiratory depression of xylazine.

Im Rahmen des Animal Welfare Gedanken haben kürzlich Mitglieder des European College of Veterinary Anaesthesiology eine vorbeugende Gabe von Sedativa bei der  Fixation von Milchkühen zur orthopädischen Klauenbehandlung in Seitenlage (SL) am Klauenkippwagen gefordert, um Stress der Tiere zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren. Ziel dieser Arbeit war es zu prüfen, ob der alpha2-Agonist Xylazin, ein Sedativum und Analgetikum, die kardio-respiratorische Depression bei Verbringung von Kühen in Seitenlage zur orthopädischen Behandlung verstärkt (Studie 1) und ob durch Xylazin die hormonell-metabolische (Studie 1 und 2) sowie die Stressantwort im Verhalten (Studie 2) von Kühen auf Verbringung in Seitenlage vermindert sowie die Analgesie einer Lokalanästhesie zur orthopädischen Behandlung verbessert wird (Studie 2).  Studie 1 Es wurde eine experimentelle Blindstudie mit sechs gesunden, nicht tragenden, nicht laktierenden  Milchkühen der Rasse Holstein Friesian (610±87.9 kg; 4.3±3.3 Jahre) in einem cross-over Design mit zwei Wochen Abstand zwischen den Experimenten durchgeführt. Die Tiere wurden jeweils drei Gruppen zugewiesen. A) Xylazin (Rompun®) in einer Dosierung von 0,05 mg kg-1 oder B) eine entsprechende Menge steriler, isotonischer Kochsalzlösung (Placebo) jeweils intramuskulär 15 Minuten vor Verbringung in Seitenlage (30 Min.) am Klauenkippwagen oder C) Xylazin in selber Dosierung ohne weitere Manipulation des Tieres. Ein Katheter wurde in die A. auricularis caudalis gelegt, zur invasiven Messung des arteriellen Blutdrucks sowie der Entnahme von arteriellem Blut, sowie ein Venenverweilkatheter in die v. jugularis zur stressfreien, regelmäßigen Blutentnahme. In kurzen Abständen (30 Minuten vorher bis 4 Stunden nach Medikamentengabe) wurden neben klinischen Anzeichen von Sedation Herzfrequenz (HF), Atemfrequenz (AF), mittlerer arterieller Blutdruck (MAP), arterielle und venöse Blutgase sowie Plasmakonzentration von Cortisol, Glukose, Laktat, und freien Fettsäuren (NEFA) bestimmt. Mit Placebo behandelte Tiere zeigten in Seitenlage eine signifikante (P<0,05) Erhöhung von MAP, AF, Plasmakortisol, Laktat und NEFA und eine signifikante (P<0,05) Erniedrigung des mittleren arteriellen Sauerstoffpartialdrucks und Kohlendioxidpartialdrucks sowie der arteriellen Sauerstoffsättigung. Vorhergehende Gabe von Xylazin verursachte eine signifikante (P<0,05) Reduktion der Plasmakonzentrationen von Kortisol, Laktat und NEFA. Mit Xylazin behandelte Tiere mit oder ohne Verbringung in Seitenlage zeigten eine signifikant (P<0,05) niedrigere AF und HF. Nach einer kurzen Phase der Hypotension zeigten die mit Xylazin vorbehandelten Kühe in Seitelage einen signifikant geringeren Anstieg des MAP als die placebo-behandelten Tiere. Eine Xylazin Behandlung induzierte signifikant Hypoxie und Hyperkapnie, welche durch die Seitenlage noch verstärkt wurde. Von sechs mit Xylazin behandelten und in Seitenlage verbrachten Kühen wiesen vier Kühe arterielle Sauerstoffsättigungen unter 92% auf. Mit Xylazin behandelte Kühe wiesen leichte bis mittlere Anzeichen einer Sedation auf und entwickelten eine leichte Pansentympanie, die direkt nach dem Aufstehen aus Seitenlage wieder verschwand. Mit Xylazin behandelte Kühe konnte nach dem Aufstehen aus der Seitenlage selbstständig stehen. Aus den Ergebnissen wird geschlossen, dass eine niedrig dosierte Xylazinbehandlung zu leichter bis mittlerer Sedation bei erhaltenem Stand- und Laufvermögen führt und bei einer Anwendung vor Seitenlage die hormonell-metabolische Stressantwort vermindert und die kardio-respiratorische Depression durch die Seitenlage der Kühe moderat verstärkt wird. Studie 2  In einer prospektiven, randomisierten, kontrollierten Blindstudie wurden 24 lahme Kühe der Rasse Deutsch Holstein Friesian (nicht länger als 4 Monate tragend) mit einem Körpergewicht von 531±85.5 kg (370-743 kg) und im Alter von 4.4±1.5 Jahren (2-7,4 Jahre) untersucht. Die Tiere wurden randomisiert einer Gruppe 1) Xylazin oder 2) Placebo zugeordnet und bekamen eine intramuskuläre Injektion mit Xylazin (0,05 mg/kg) oder einer entsprechenden Menge steriler Kochsalzlösung 15 Minuten vor der Fixierung in Seitenlage zur Klauenbehandlung. Nach initialer Klauenpflege und erster Untersuchung wurde bei den Tieren beider Gruppen eine retrograde, regionale Stauungsanästhesie mit 20 ml 2%igem Procain an der betroffenen Klaue durchgeführt. In kurzen Abständen (30 Minuten vorher bis 6 Stunden nach dem Aufstehen) wurden Herzfrequenz (HF), Atemfrequenz (AF), sowie Plasmakonzentration von Cortisol, Glukose, Laktat, und freien Fettsäuren (NEFA) bestimmt. Das Verhalten wurde beobachtet, sowie über Videoaufzeichnung und Pedometer überwacht. Alle Tiere der Xylazin-Gruppe zeigten leichte klinische Anzeichen einer Sedation und waren zu jeder Zeit in der Lage zu laufen und zu Stehen. Die mittleren Plasmacortisolkonzentrationen blieben in der Xylazingruppe unter denen der Placebogruppe (p<0,05) als die Kühe in Seitenlage verbracht wurden, stiegen aber auf gleiches Niveau während der chirurgischen Klauenbehandlung. Plasma-NEFA Konzentrationen waren im Mittel während und nach der Klauenbehandlung in Seitenlage im Vergleich zur Placebogruppe nach Xylazinvorbehandlung signifikant vermindert (p<0,05).  Die analgetische Wirkung des Xylazins über die der lokalen Anästhesie hinaus zeigte sich (p<0,05) in I) einer verminderten Abwehrreaktion auf die Nadeleinführung für die Lokalanästhesie, II) vermindertes Ohrenschlagen während der chirurgischen Klauenbehandlung, III) geringeren Lahmheitsgrad und IV) verlängerte Standperioden in der ersten Stunde nach der Klauenbehandlung sowie V) in besserem Appetit als die Kühe zurück in den Stall kehrten. Keine Unterschiede zwischen den Gruppen fanden sich in der Vormagenmotorik, die bei beiden Gruppen während der Seitenlage aussetzte aber 1 Stunde anschließend wieder einsetzte. Die mittlere HF und AF waren signifikant (P<0,05) erniedrigt bei Gabe von Xylazin im Vergleich zur Placebogruppe. Aus den Ergebnissen beider Studien wird geschlossen, dass niedrige Dosierungen von Xylazin bei gesunden oder lahmen Milchkühen vor der Verbringung in Seitenlage zur Klauenpflege oder chirurgischen Klauenbehandlung die hormonelle und metabolische Stressantwort verminderen und die analgetische Wirkung einer Lokalanästhesie zur Klauenbehandlung steigern. Obwohl Xylazin in niedriger Dosierung die kardio-respiratorische Depression durch Seitenlage bei Kühen moderat steigert, erscheint Xylazin als ein geeignetes Sedativum und Analgetikum für ein Schmerzprotokoll zur Klauenbehandlung von Kühen. Allerdings wird ohne zusätzliche wissenschaftliche Untersuchungen derzeit abgeraten, höhere Dosierungen als die hier verwendete (0,05 mg/kg KGW) einzusetzen, da dies möglicherweise zu klinisch relevanter respiratorischer Insuffizienz bei Kühen in Seitenlage führen mag. Kühe, die an die Nähe des und den Umgang mit dem Menschen gewöhnt sind, tolerieren eine Verbringung in Seitenlage ohne Anzeichen der Abwehr, sind allerdings dennoch gestresst. Bei Anwendung von Xylazin bei Kühen vor Verbringung in Seitenlage sind die positiven zu erwartenden Effekte der Sedation und Analgesie gegen die unerwünschte Wirkung der kardio-respiratorischen Depression abzuwägen.



Citation style:

Rizk, Awad Zaboulla Hassan: The use of the alpha2-agonist xylazine (Rompun®) in a multimodal analgesic protocol for orthopaedic intervention in lateral recumbency on a surgical tipping table in dairy cows. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.


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