Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Einfluss von Isofluran, Sevofluran, Propofol und Alfaxalon auf den Hirnstoffwechsel des Hundes, dargestellt mittels Protonen-Magnetresonanzspektroskopie (1HMRS)

Söbbeler, Franz Josef

Ziel dieser Studie war es, den Einfluss der vier Anästhetika Isofluran, Sevofluran, Propofol und Alfaxalon auf das metabolische Profil des caninen Hirnes, insbesondere aber Veränderungen von Laktat, mittels Single Voxel Short Echo Time 1HMRS bei einer Feldstärke von 3 T darzustellen. Hypothetisch wurde angenommen, dass die volatilen Anästhetika Isofluran und Sevofluran, entsprechend vorheriger Studien an Nagern, Affen und Menschen, zu einem reversiblen Anstieg von zerebralem Laktat und Glukose führen. Gleichzeitig nahmen wir Anstiege von Creatin und Glutamat unter Einfluss von Isofluran und Sevofluran im Vergleich zu Propofol und Alfaxalon an. An der Studie nahmen zehn adulte, gesunde Beagle der Klinik für Kleintiere der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover teil. Sie wurden in einer randomisierten kompletten Cross-over-Studie jeweils mit den beiden volatilen Anästhetika Isofluran und Sevofluran und mit den beiden Injektionsanästhetika Propofol und Alfaxalon anästhesiert. Bei einer Feldstärke von 3 T wurden 1HMRS-Messungen mit einer Single Voxle Point Resolved Spectroscopy Sequence in drei Hirnregionen (Basalganglien, Parietallappen, Okzipitallappen) und aufeinanderfolgend bei drei verschiedenen Dosierungen durchgeführt. Die Messungen unter Isofluran und Sevofluran erfolgten bei den Dosierungen 1,5 MAC, 2 MAC und 1,2 MAC. Dies entspricht endexspiratorischen Isofluran-Konzentrationen von 2,1 %, 2,8 % und 1,7 % und endexspiratorischen Sevofluran-Konzentrationen von 3,5 %, 4,7 % und 2,8 %. Propofol und Alfaxalon wurden mit steigender Dosis verabreicht. Die Dosierungen für Propofol waren 30 mg/kg/h, 45 mg/kg/h und 60 mg/kg/h und für Alfaxalon 10 mg/kg/h, 15 mg/kg/h und 20 mg/kg/h. Während der Anästhesie wurden Pulsfrequenz, arterielle Sauerstoffsättigung, in- und exspiratorische Konzentrationen von Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff und den Anästhesiegasen, sowie die Atemfrequenz und die Körperinnentemperatur überwacht. Weiterhin wurden Plasma-Konzentrationen von Glukose, Laktat und Triglyzeriden sowie die Plasmaelektrolyt-Konzentrationen und Blutgase zu ausgewählten Zeitpunkten bestimmt. Die 1HMRS-Daten wurden mittels LCModel analysiert, um die Konzentrationen von Laktat, Glutamin und Glutamat, Inositol, N-Acetylaspartat, Cholin und Creatin relativ zur Wasser-Konzentration zu bestimmen. Die statistische Auswertung erfolgte mittels Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test oder ANOVA für wiederholte Messungen und dem Bonferroni Post-hoc-Test (p < 0,05). Ein Laktatsignal von ausreichender Qualität konnte für keines der verwendeten Anästhetika detektiert werden. Für die einzelnen Metaboliten konnten typische, regionale Unterschiede festgestellt werden. Die NAA-Konzentration stieg dosis- beziehungsweise zeitabhängig in der Alfaxalon-Gruppe an, während die Cholin-Konzentration unter Einfluss der Inhalationsanästhetika abnahm. Des Weiteren kam es zu einem zeitabhängigen Abfall an Creatin unter Sevofluran. Einzelne weitere Signifikanzen ohne Zeit- und Dosisabhängigkeit wurden festgestellt. Die Plasmaglukose-Konzentration stieg über die Zeit unter Isofluran, Sevofluran und Alfaxalon an, fiel jedoch in der Propofolgruppe ab. Gleichzeitig kam es mit steigender Propofoldosis zu einem Anstieg der Körpertemperatur, wohingegen die Körpertemperatur in den anderen Behandlungsgruppen sank. Plasmalaktat stieg unter den Inhalationsanästhetika deutlicher an als unter Propofol oder Alfaxalon (Isofluran > Sevofluran > Propofol > Alfaxalon). Es konnte weder unter Isofluran noch unter Sevofluran ein Anstieg an zerebralem Laktat dargestellt werden. Ursache können technische Schwierigkeiten bei der Messung von Laktat mittels 1HMRS oder ein Ausbleiben des Laktatanstieges beim Hund sein. Die getesteten Anästhetika haben auf die weiteren bei 3 T mittels 1HMRS gemessenen Metaboliten in klinisch anwendbaren Dosierungen nur minimalen Einfluss.

Aim of this study was to investigate the influence of isoflurane, sevoflurane, propofol and alfaxalone on the metabolic profile of canine brain by Single Voxel Short Echo Time 1HMRS at a field strength of 3 T. Based on data published for rodents, monkeys and children, we hypothesized a reversible increase in cerebral levels of lactate and glucose caused by the volatile anesthetics isoflurane and sevoflurane but not propofol and alfaxalone. For isoflurane and sevoflurane we further hypothesized a mild increase in cerebral levels of creatine and glutamate. Ten healthy, adult beagle dogs owned by the small animal clinic of the University of Veterinary Medicine Hannover, Foundation, were included in this study. In a randomized complete cross-over study design the dogs were assigned to receive isoflurane, sevoflurane, propofol and alfaxalone. While 3 different doses of each anesthetic were consecutively applied, a single voxel Point Resolved Spectroscopy Sequence was performed in three brain regions (basal ganglia, parietal and occipital lobes) on a 3 T MRI scanner. Order and doses for isoflurane, sevoflurane were FE’Iso 2.1 vol%, 2.8 vol% and 1.7 vol%, FE’Sevo 3.5 vol% 4.7 vol% and 2.8 vol%. Propofol and alfaxalone were administered in rising order at doses of 30 mg kg−1 h−1, 45 mg kg−1 h−1 and 60 mg kg−1 h−1 and 10 mg kg−1 h−1, 15 mg kg−1 h−1 and 20 mg kg−1 h−1 respectively. Pulse rate, arterial oxygen saturation, inspiratory and expiratory concentrations of carbon dioxide, oxygen and anesthetic gases as well as respiratory rate and body temperature were monitored. Plasma concentrations of lactate, glucose, triglycerides, electrolytes and blood gas values were measured. The acquired raw spectral data were analyzed with the automatic quantification software LCModel. Concentrations of lactate, N-acetylaspartate, choline, creatine, inositol and glutamine and glutamate complex (Glx) relative to water content were obtained. Depending on distribution of data Wilcoxon-Sign-Rank-Test or a repeated measures ANOVA and a Bonferroni Post-hoc-Test with alpha set to 5% was used for statistical analysis. A lactate signal of sufficient quality could not be detected with any of the tested anesthetics. Typical regional metabolite differences were confirmed for the different brain regions. NAA increased in a dose or time dependent manner with alfaxalone. Choline decreased when isoflurane or sevoflurane was used and a time dependent decrease in in creatine was measured with sevoflurane. Further individual changes in cerebral metabolite concentrations occurred without dependence on dose or time. Plasma glucose increased with isoflurane, sevoflurane and alfaxalone but decreased with propofol. Concurrently, body temperature rose with increasing dose of propofol. Plasma lactate increased with volatile anesthetics more than with injectable anesthetics (isoflurane > sevoflurane > propofol > alfaxalone). Neither with isoflurane nor with sevoflurane increased levels of cerebral lactate could be detected. Technical difficulties with detecting lactate via 1HMRS or absence of cerebral lactate increase in dogs are possible causes. The anesthetics tested in this study had only minor effect on other cerebral metabolites measured by 1HMRS.

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Söbbeler, Franz: Einfluss von Isofluran, Sevofluran, Propofol und Alfaxalon auf den Hirnstoffwechsel des Hundes, dargestellt mittels Protonen-Magnetresonanzspektroskopie (1HMRS). Hannover 2019. Tierärztliche Hochschule Hannover.

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