Analysis of pH and electrolytes in blood and ruminal fluid, including kidney function tests, in sheep undergoing general anaesthesia
General anaesthesia in sheep is necessary for different medical reasons, as for example when performing Caesarean section or for the usage of sheep as model species for surgery in human research. Small ruminants show a unique physiology compared to monogastric animals, especially regarding the forestomach system. When sheep are in the supine position for general anaesthesia, the weight of the rumen and, in pregnant sheep, the uterus can compress large vessels and can exert pressure on the lungs. This can affect the oxygen supply of the ewe and its foetuses. Additionally renal function and the rumen as a fluid and electrolyte reservoir might have significant influence on the fluid and electrolyte equilibrium in the blood, yet no study documented these parameters in sheep during general anaesthesia. Thereby the aim of this study was to contribute to existing data on blood parameters and to document, for the first time, data on kidney function tests and ruminal fluid during general anaesthesia in sheep. By documentation of these parameters in sheep placed in supine position we further contribute to the discussion whether this position provides adequate oxygenation during general anaesthesia. The first part of the study (M1) documents blood gas and electrolytes in the blood and electrolytes in ruminal fluid and kidney function tests in eight sheep undergoing an invasive surgical procedure of left pneumonectomy and auto‑transplantation or isolated left lung perfusion. Blood samples were evaluated during nine hours of anaesthesia; ruminal fluid and kidney function tests were evaluated during seven hours of anaesthesia. The study included 63 blood samples and 23 samples of each, rumen fluid and urine, as content of statistical analysis. Blood parameters such as electrolytes and pCO2 revealed little changes, but blood glucose decreased significantly after four hours of anaesthesia and ß-HB increased significantly after five hours of anaesthesia. All ewes showed an elevated art_pH and HCO3- concentration despite artificial ventilation. In ruminal fluid no significant changes in electrolytes occurred but the ru_pH significantly decreased after seven hours of anaesthesia. Kidney function tests revealed no significant changes in any of the animals. However, fractional excretion of water and phosphate was slightly increased. One animal showed severe complications due to hypokalaemia. The second part of the study (M2) documented blood gas, electrolytes in the blood, electrolytes in ruminal fluid, and kidney function tests in 14 ewes during general anaesthesia for laparotomy in supine position over a period of three hours. The ewes were either under inhalational anaesthesia with isoflurane in oxygen and positive end-expiratory pressure or under total intravenous anaesthesia using xylazine and ketamine. 44 blood samples, 36 samples of ruminal fluid and 39 samples of urine were content of the descriptive analysis. In animals under inhalational anaesthesia, lower values for Hb and PCV were detected. Measurable values for pO2 were more than 50% lower in the intravenous anaesthetized group compared to ewes under inhalational anaesthesia. At hour three during surgery, the pCO2 was 6.2 mmHg higher than in the awake, standing animals after surgery. Animals ventilated with positive end-expiratory pressure and additional oxygen showed pO2, sO2 and pCO2 values within the reference ranges. An increase of 40% in blood glucose was detected over time together with the occurrence of glucoseuria, indicating that the full electrolyte infusion (containing 5% of glucose) exceeded the renal threshold for glucose. Kidney function could be maintained with a minimal electrolyte infusion regime. Additional glucose is not required during Sectio caesarea, even in pregnant ewes. In supine position the rumen and full uterus can exert significant pressure on major vessels and the lungs; therefore surgery in sheep in the supine position should be performed with supplemental oxygen whenever possible, to maintain physiological pO2 and sO2 values.
Eine Allgemeinanästhesie bei Schafen ist aus verschiedenen medizinischen Gründen erforderlich. So findet sie zum Beispiel Verwendung bei der Durchführung von Kaiserschnitten oder wenn Schafe als Modelltiere in der Chirurgie der Humanforschung eingesetzt werden. Kleine Wiederkäuer weisen im Vergleich zu monogastrischen Tieren eine einzigartige Physiologie auf; dies zeigt sich insbesondere im Hinblick auf das Vormagensystem. Wenn Schafe sich für eine Narkose in Rückenlage befinden, können durch das Gewicht des Pansens und bei trächtigen Schafen auch der Gebärmutter, große Gefäße komprimiert und Druck auf die Lunge ausgeübt werden. Dies kann die Sauerstoffversorgung der Tiere und gegebenenfalls ihrer Foeten beeinflussen. Obwohl zudem die Nierenfunktion und der Pansen als Flüssigkeits- und Elektrolytreservoir signifikanten Einfluss auf das Flüssigkeits- und Elektrolytgleichgewicht des Blutes haben, wurden diese Parameter bisher bei Schafen während einer Allgemeinanästhesie nicht dokumentiert. Ziel dieser Studie war es daher, einen Beitrag zu den bestehenden Daten zu Blutparametern zu leisten und erstmals Daten zu Nierenfunktionstests und Pansenflüssigkeit während einer Allgemeinanästhesie bei Schafen zu dokumentieren. Die Dokumentation dieser Parameter bei Schafen in Rückenlage sollte einen weiteren Beitrag zur Diskussion leisten, ob diese Position eine ausreichende Sauerstoffversorgung während der Narkose gewährleistet. Der erste Teil der Studie (M1) dokumentiert die Blutgas- und Elektrolytwerte im Blut und die Elektrolyte in der Pansenflüssigkeit sowie Nierenfunktionstests bei acht Schafen, die sich einem invasiven chirurgischen Verfahren der linken Pneumonektomie mit anschließender Autotransplantation oder einer isolierten linken Lungenperfusion unterzogen. Die Blutproben wurden während neun Stunden unter Narkose ausgewertet; die Pansenflüssigkeit und die Nierenfunktionstests wurden während sieben Stunden unter Narkose ausgewertet. Die Studie umfasste 63 Blutproben und jeweils 23 Proben Pansenflüssigkeit und Urin als Inhalt der statistischen Analyse. Blutparameter wie Elektrolyte und pCO2 wiesen nur geringe Veränderungen auf, jedoch sank der Glukose Gehalt im Blut nach vier Stunden Narkose signifikant ab und ß-HB stieg bei den Schafen nach fünf Stunden in Narkose signifikant an. Alle Schafe wiesen trotz künstlicher Beatmung einen erhöhten art_pH und eine erhöhte HCO3- Konzentration auf. In der Pansenflüssigkeit traten keine signifikanten Elektrolytveränderungen auf, aber der pH-Wert in der Pansenflüssigkeit nahm nach sieben Stunden Narkose signifikant ab. Nierenfunktionstests ergaben bei keinem der Tiere signifikante Veränderungen. Allerdings war die fraktionelle Exkretion von Wasser und Phosphat leicht erhöht. Bei einem Schaf traten schwere Komplikationen aufgrund einer Hypokaliämie auf. Im zweiten Teil der Studie (M2) wurden Blutgaswerte, Elektrolyte im Blut und Elektrolyte in der Pansenflüssigkeit sowie Nierenfunktionstests bei 14 Mutterschafen während einer Allgemeinanästhesie für eine Laparotomie in Rückenlage über einen Zeitraum von drei Stunden dokumentiert. Die Mutterschafe befanden sich entweder unter Inhalationsnarkose mit Isofluran in Sauerstoff mit zusätzlichem, positiv end-exspiratorischem Druck oder unter intravenöser Anästhesie mit Xylazin und Ketamin. 44 Blutproben, 36 Proben Pansenflüssigkeit und 39 Urinproben wurden statistisch ausgewertet. Bei Tieren unter Inhalationsnarkose wurden niedrigere Werte für Hb und PCV festgestellt. Die messbaren Werte für pO2 waren in der intravenös anästhesierten Gruppe im Vergleich zu den Schafen unter Inhalationsanästhesie um mehr als 50 % niedriger. In der dritten Stunde während der Operation war der pCO2-Wert um 6,2 mmHg höher als bei den wachen, stehenden Schafen nach der Operation. Bei Tieren, die mit positiv end-exspiratorischem Druck und zusätzlichem Sauerstoff beatmet wurden, lagen die Werte für pO2, sO2 und pCO2 im Referenzbereich. Ein Anstieg des Blutzuckerspiegels um 40 % wurde zusammen mit einem massiven Auftreten von Glukose im Urin festgestellt, was darauf hindeutet, dass die Vollelektrolytinfusion (mit 5 % Glukose) den Schwellenwert für das Zurückhalten von Glukose in den Nieren überschritten hat. Die Nierenfunktion konnte mit einem minimalen Elektrolytinfusionsregime aufrechterhalten werden. Zusätzliche Glukose ist während der Sectio caesarea nicht erforderlich, auch nicht bei trächtigen Mutterschafen. Die Rückenlage bei Schafen birgt Risiken, da der Pansen und der volle Uterus einen erheblichen Druck auf die Lunge und Gefäße ausüben können. Operationen bei Schafen in Rückenlage sollten daher, wenn möglich, mit zusätzlichem Sauerstoff durchgeführt werden, um physiologische pO2 und sO2 Werte zu erhalten. Beide Studien zeigen deutlich, dass Schafe aufgrund ihrer speziellen Physiologie besondere Herausforderungen für die Anästhesist*in darstellen. Insbesondere in Rückenlage sollten bei Schafen pO2 und sO2 kritisch überwacht und zusätzlicher Sauerstoff bereitgestellt werden, wenn diese Position für einen Eingriff nötig ist. Wir haben gezeigt, dass ein einfaches Infusionsregime die Nierenfunktion aufrechterhalten kann, aber es ist wichtig zu beachten, dass sich bei Zugabe von 5 % Glukose in der Infusion ein massives Auftreten von Glukose im Urin zeigte. Die Zugabe von Glukose sollte daher erst bei Operationen von mehr als vier Stunden Dauer in Betracht gezogen werden. Um das Vorkommen eines lebensbedrohlichen K-Mangels zu minimieren, sollten zur Infusion kaliumreiche Lösungen gewählt werden. Veränderungen des ru_pH und der Elektrolyte in Pansenflüssigkeit wurden dokumentiert, weitere Aussagen zu treffen ist aber auf Grund der schlechten Datenlage zu Pansenflüssigkeit bei Schafen in Allgemeinanästhesie schwierig. D- und L-Laktat spielten bei der Ansäuerung der Pansenflüssigkeit keine Rolle.
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