Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Effects of different sedative drug combinations on echocardiographic, haematologic and biochemical parameters in cats

Biermann, Kirsten

One aim of this study was to test different echocardiographic approaches to calculate cardiac output using Teichholz method, Simpson’s method, area length method and the Trace method and to evaluate the repeatability and agreement of these methods in healthy cats. Using the ultrasound method with best repeatability, the second aim of this study was to compare the effects of midazolam and butorphanol, either with ketamine or dexmedetomidine and ketamine combined with dexmedetomidine alone on sedation, echocardiographic, haematologic and biochemical parameters and recovery in cats. Six healthy cats received each of the following treatments intramuscularly (IM) in a randomised cross-over design with at least 8 days wash-out: midazolam 0.4 mg kg-1 with butorphanol 0.4 mg kg-1 (MB), combined with ketamine 3 mg kg-1 (MBK) or dexmedetomidine 5 µg kg-1 (MBD) or ketamine 3 mg kg-1 with dexmedetomidine 5 µg kg-1 (KD) alone. Sedation was scored on a scale from 0 to 5 as the response to tactile and auditory stimulation and was recorded 2, 4, 6, 8 and 10 minutes after injection. Echocardiography, systolic arterial blood pressure (SAP) measurement and blood sampling were performed at baseline and 10 minutes after treatment. Echocardiography included measurement of standard parameters as well as stroke volume (SV) and cardiac output (Qt) measurements obtained by four different methods: Teichholz method (geometric method), Simpson’s method and area length method (planimetric methods) and trace method (volumetric flow method).  Recovery was videotaped and quality was scored by the same anaesthetist, blinded to the protocol, using a numeric descriptive scale (NDS). Times to sternal position and standing were recorded. Data are presented as mean ± SD and were analysed by ANOVA for repeated measures and paired t-tests. The coefficient of variation (CV) was calculated to evaluate between-day intra-observer repeatability of different cardiac output measurements and Bland-Altman analysis was used to assess agreement between methods. Alpha was set at 5%. Baseline values did not differ among treatments. The CV was acceptable (CV < 20%) for all parameters, except SV and Qt obtained by using the Simpson’s method (28.8%; 22.4%) and area length method (21.6%; 22.6%). Values of SV and Qt obtained with the Trace method were significantly higher compared with all other methods. Both planimetric methods resulted in the lowest values for SV and Qt. Tight limits of agreement were observed between both planimetric methods regarding all parameters. Comparison between planimetric methods and both other methods resulted in wider limits of agreement. All treatments caused a decrease in SAP of 17%, 25%, 13%, 5% in MB, MBK, MBD and KD, respectively. Heart rate statistically significantly (p<0.05) increased after MB (5%) and statistically significantly (p<0.05) decreased after MBD (44%) and KD (34%). All treatments statistically significantly (p<0.05) (except MBK) decreased SV by 24%, 21%, 24%, 36% in MB, MBK, MBD and KD, and Qt by 23%, 34%, 54%, 53%, respectively. All treatments but MB produced a statistically significant (p<0.05) decrease in packed cell volume of 20%, 31%, 29% in MBK, MBD and KD, respectively. There were minimal effects on electrolytes and serum chemistry. Glucose concentration was increased after treatment with MBD (31%) and KD (52%) and lactate concentration was statistically significantly (p<0.05) decreased after MBK (58%), MBD (72%) and KD (65%). The lowest sedation score was obtained with MB (12.33 ± 5.13) and the highest with KD (39.00 ± 4.00). Quality of recovery was best with KD (0.67 ± 0.8) and worst with MB (7.33 ± 2.3). Evaluation of recovery times was only possible for MBD and KD. Times to sternal recumbency and standing were faster after treatment with KD (46 ± 8 min; 56 ± 16 min) compared to MBD (77 ± 33 min; 87 ± 36 min). In conclusion, Qt can be calculated by a geometric method based on Teichholz formula with good repeatability and obtaining Qt values comparable to previous studies in which Qt measurement was performed by using thermodilution. Both planimetric methods were not well repeatable and seemed to underestimate SV and CO, whereas the Trace method appeared to overestimate these parameters. Midazolam with butorphanol failed to produce adequate sedation in healthy cats and caused them to behave dysphoric and aggressive. Cardiovascular and haematological changes were only minimal with this combination. Protocol MBK led to an acceptable sedation and minimal cardiovascular changes. Both treatments with dexmedetomidine produced excellent sedation and recovery but induced more cardiovascular depression and haematologic changes.

Ziel dieser Studie war es, vier verschiedene ultrasonographische Methoden zur Messung des Herzauswurfes zu vergleichen und hinsichtlich ihrer Wiederholbarkeit zu evaluieren sowie den Einfluss verschiedener Kombinationen von Midazolam, Butorphanol, Dexmedetomidin und Ketamin auf die Befunde einer echokardiographischen Untersuchung und die Ergebnisse einer hämatologischen und blutchemischen Untersuchung bei Katzen zu bestimmen. Des Weiteren wurden der Sedationsgrad und das Aufwachverhalten unter den verschiedenen Sedationsprotokollen evaluiert. In einem kompletten Cross over Design wurden 6 gesunden Katzen folgende vier Sedationsprotokolle intramuskulär mit einem Intervall von mindestens acht Tagen verabreicht: Midazolam 0,4 mg/kg mit Butorphanol 0,4 mg/kg (MB), kombiniert sowohl mit Ketamin 3 mg/kg (MBK), als auch mit Dexmedetomidin 5 µg/kg (MBD) und Ketamin 3 mg/kg mit Dexmedetomidin 5 µg/kg (KD) alleine. Der Sedationsgrad wurde 2, 4, 6, 8 und 10 Minuten nach Injektion mittels eines Punktesystems (0-5) bestimmt. Jeweils vor und nach Sedation wurde eine echokardiographische Untersuchung, eine Blutdruckmessung und Blutentnahme durchgeführt. Die echokardiographische Untersuchung beinhaltete neben Routineuntersuchungen die Messung des Schlagvolumens und des Herzauswurfes mittels vier verschiedener Methoden: Teichholz Methode (geometrische Methode), Simpsons Methode und area length Methode (planimetrische Methoden) und Trace Methode (volumetrische Flußmethode). Die Aufwachphasen der Tiere wurden auf Video aufgenommen und die Zeit bis zum Aufrichten in Brustlage und bis zum Hinstellen gemessen. Die Qualität der Aufwachphase wurde von einem Anästhesisten mittels einer Numerisch Deskriptiven Skala (NDS) evaluiert. Die Daten sind angegeben als Mittelwert ± Standardabweichung. Die statistische Auswertung  wurde mittels 2-faktorieller Varianzanalyse für wiederholte Messungen durchgeführt, gefolgt von gepaarten t-Tests. Um die Wiederholbarkeit der Herzauswurfmessungen zu analysieren, wurde der Variationskoeffizient (VK) berechnet. Die Übereinstimmung der vier verschiedenen Methoden zur Messung des Herzauswurfes wurde mittels Bland-Altman Analyse verglichen. Der p-Wert wurde auf 0,05 festgelegt. Die Ausgangswerte der echokardiographischen Untersuchung unterschieden sich nicht zwischen den Protokollen. Der VK für die Messungen von Schlagvolumen und Herzauswurf der Teichholz und Trace Methode lag < 20%, der der Simpsons und area length Methode > 20%. Die Trace Methode lieferte statistisch signifikant (p<0,05) höhere Werte für das Schlagvolumen und den Herzauswurf verglichen mit allen anderen Methoden. Die Bland-Altman Analyse ergab die beste Übereinstimmung zwischen beiden planimetrischen Methoden. Alle Protokolle führten zu einem Abfall des systolisch arteriellen Blutdrucks. Die Herzfrequenz fiel statistisch signifikant (p<0,05) nach Sedation mit MBD (44% Abfall) und KD (34% Abfall) und stieg statistisch signifikant (p<0,05) nach Sedation mit MB (5% Anstieg) an. Alle Protokolle außer MBK führten zu einem statistisch signifikanten (p<0,05) Abfall des Schlagvolumens. Der Herzauswurf wurde durch alle Protokolle statistisch signifikant (p<0,05) gesenkt. Beide Protokolle mit Dexmedetomidin erzielten die niedrigsten Herzauswürfe (MBD: 0,45 ± 0,11 l/min; KD: 0,51 ± 0,15 l/min). Die Protokolle MBK, MBD und KD senkten den Hämatokrit statistisch signifikant (p<0,05), wohingegen der Einfluss aller Protokolle auf die Elektrolyte und Serumchemie gering war. Die Glukosekonzentration im Plasma stieg nach Injektion von MBD und KD statistisch signifikant (p<0,05) an. Der niedrigste Sedationsgrad wurde mit MB (12,33 ± 5,13) erreicht, der höchste mit KD (39,00 ± 4,00). Nach Gabe von MB verhielten sich vier Katzen abwehrbereit, teilweise sogar aggressiv. Die Qualität der Aufwachphase war am besten mit KD (0,67 ± 0,8) und am schlechtesten mit MB (7,33 ± 2,3). Die Teichholz Methode zeigte eine gute Wiederholbarkeit mit repräsentativen Werten. Die beiden planimetrischen Methoden zeigten keine gute Wiederholbarkeit und erzielten sehr niedrige Herzauswurfwerte, wohingegen die Trace Methode am besten wiederholbar war, jedoch die Herzauswurfwerte zu überschätzen scheint. Das Protokoll Midazolam mit Butorphanol führte bei den Katzen zu dysphorischem und euphorischem Verhalten, welches die Durchführung der Echokardiographie und Blutentnahme erschwerte. In Kombination mit Ketamin wurde eine bessere Sedation erreicht, die aber im Gegensatz zu den beiden Protokollen mit Dexmedetomidin kürzer anhielt und nicht so tief war. Der Hämatokritabfall war bei den Protokollen, die Dexmedetomidin enthielten, am stärksten. Die Protokolle MBD und KD führten zu einer schnell einsetzenden Sedation mit einer exzellenten Aufwachphase, allerdings war die kardiovaskuläre Depression stärker ausgeprägt.

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Biermann, Kirsten: Effects of different sedative drug combinations on echocardiographic, haematologic and biochemical parameters in cats. Hannover 2009. Tierärztliche Hochschule.

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