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Schäfer, Bettina (2012): Einfluss einer Isoflurananästhesie im Vergleich zu einer Kombinationsanästhesie mit Xylazin, Ketamin und Isofluran auf die Konzentrationen ausgewählter Immunparameter im Blut von Kälbern mit und ohne chirurgischen Eingriff. Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

Aus zahlreichen humanmedizinischen Studien ist bekannt, dass eine Anästhesie und ein chirurgischer Eingriff zur Beeinträchtigung des Immunsystems mit Komplikationen wie Wundheilungsstörungen, schweren Allgemeininfektionen oder gar zum Tod des Patienten führen können. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurde untersucht, inwiefern zwei unterschiedliche Anästhesieverfahren einerseits alleine durch eine direkte Anästhetikaeinwirkung (Gruppen ohne chirurgischen Eingriff) und andererseits in Kombination mit einem chirurgischen Eingriff (Gruppen mit einer Nabelexstirpation) ausgewählte Immunzellkonzentrationen bei Kälbern beeinflussen. Verglichen wurde eine reine Inhalationsanästhesie mit Isofluran (INH) mit einer kombinierten Anästhesie mit einer Xylazin-Ketamin-Einleitung und Aufrechterhaltung mit Isofluran (KOM). Insgesamt wurden 24 Anästhesien durchgeführt, jeweils sechs in den Gruppen mit (INHc, KOMc) und ohne chirurgischen Eingriff (INHo, KOMo). Die Zuordnung zu einer Anästhesieform wurde per Losverfahren entschieden. Die Anästhesien wurden an insgesamt 20 Kälbern der Rasse Deutsches Fleckvieh durchgeführt. Es handelte sich um 16 männliche und 4 weibliche Tiere, mit einem durchschnittlichen Gewicht von 81,0 ± 19,6 kg. Im Schnitt waren die Kälber 51,9 ± 22,8 Tage alt. 24 Stunden vor der OP/Anästhesie erhielten alle Kälber Meloxicam (0,5 mg/kg KGW s.c.) und zusätzlich ab diesem Zeitpunkt für fünf Tage das Antiinfektivum Cefquinomsulfat (1 mg/kg KGW s.c.) verabreicht. Einen Tag vor der Anästhesie, am Morgen vor der Anästhesie (OP-Tag), sowie ein, drei und acht Tage postoperativ wurde den Kälbern eine Blutprobe entnommen, daraus die Gesamtleukozytenzahl (WBC), der Absolutwert und die Prozentwerte der Granulozyten bestimmt und die Leukozyten isoliert. Die Lymphozytensubpopulationen CD4+ und CD8+ T-Zellen sowie die Monozyten wurden mit fluoreszenzmarkierten Antikörpern markiert und im Durchflusszytometer gemessen. Bei den Leukozytenkonzentrationen war ein Anstieg der Konzentrationen bei INHc auffällig, wohingegen es bei INHo zum Absinken der Konzentrationen kam. Diese Unterschiede waren bereits am Morgen des OP-Tages vor der Anästhesie und dann am dritten postoperativen Tag statistisch signifkant. In den beiden chirurgisch versorgten Gruppen lagen die Leukozytenkonzentrationen acht Tage postoperativ über den Ausgangswerten, wohingegen sie bei den Kontrollgruppen unterhalb der Ausgangskonzentrationen blieben, jedoch ohne statistisch signifikante Unterschiede. INHo wies auch bei den Lymphozyten geringere Konzentrationen als in den anderen drei Gruppen auf. Es kam aber bei der Untersuchung der Lymphozytenkonzentrationen zwischen den Gruppen zu keinen statistisch signifikanten Unterschieden. Der Vergleich der CD4+ T-Zellkonzentrationen lieferte sowohl beim Vergleich INHc und KOMc als auch bei Untersuchung von INHo und KOMo einen Tag postoperativ statistisch signifikante Unterschiede mit deutlich geringeren Werten bei Einsatz einer reinen Inhalationsanästhesie. Bei den beiden OP-Gruppen war dieser signifikante Unterschied auch am achten postoperativen Tag feststellbar und zeigte sich auch bei den CD8+ T-Zellkonzentrationen. Zwischen den beiden Kontrollgruppen bestand bereits am Morgen des OP-Tages vor der Anästhesie ein statistisch signifikanter Unterschied bei den CD4+ T-Zellen. Ein ähnliches Bild zeigte sich im Vergleich der beiden OP-Gruppen bei den CD8+ T-Zellen. Bei den CD8+ T-Zellen kam es auch am achten postoperativen Tag bei INHc und KOMc zu einem statistisch signifikanten Unterschied. Auch der Vergleich des Verlaufs der CD4+ T-Zellkonzentrationen über alle Probenzeitpunkte hinweg erbrachte einen signifikanten Unterschied zwischen Inhalationsanästhesie und kombinierter Anästhesie mit deutlich höheren Konzentrationen nach einer kombinierten Anästhesie. Zu berücksichtigen ist jedoch, dass die beiden Gruppen mit einer Isoflurananästhesie bereits am ersten Probentag vor jeglicher Manipulation geringere Werte aufwiesen als die Gruppen mit einer kombinierten Anästhesie. Die Monozyten zeigten Anstiege der Konzentrationen bei INHc und KOMc sowie bei KOMo. Bei INHo hingegen kam es zum stetigen Absinken der Konzentrationen. Hier ergab sich an allen postoperativen Probentagen ein signifikanter Unterschied zu KOMo und am dritten postoperativen Tag auch im Vergleich zur INHc-Gruppe. Bei den neutrophilen Granulozyten kam es ab dem OP-/Narkose-Tag in der INHc-Gruppe zum Anstieg der Konzentrationen. In den anderen drei Gruppen hingegen verhielten sie sich genau umgekehrt und sanken ab. Daraus ergaben sich innerhalb der Inhalationsgruppe am OP-Tag, sowie am ersten und dritten postoperativen Tag und beim Vergleich der chirurgisch versorgten Gruppen am dritten postoperativen Tag statistisch signifikante Unterschiede. Hinsichtlich des Einflusses der Anästhetika auf die Immunzellen (Leukozyten, Lymphozyten, CD4+ T-Zellen, CD8+ T-Zellen, Monozyten) nehmen wir an, dass unsere Ergebnisse dafür sprechen, dass Isofluran alleine einen direkten hemmenden Effekt auf die Immunzellen besitzt, wohingegen es unter einem chirurgischen Eingriff zu einer Aktivierung der Immunabwehr und Aufhebung der negativen Isofluranwirkung kommt. Ketamin scheint einen, mitunter erst verspätet eintretenden, indirekt aktivierenden Effekt auf die Immunzellen zu haben, indem es zu einem Kortisolanstieg führt, der wiederum, nach anfänglicher Suppression, ca. 24 Stunden später eine Immunsystemaktivierung nach sich zieht. Lediglich auf die Neutrophilenchemotaxis wird Ketamin eine negative Wirkung zugeschrieben und erklärt möglicherweise das Absinken der Granulozytenkonzentrationen bei KOMc und KOMo. Aufgrund des Ergebnisses, dass nur wenige signifikante Unterschiede in den OP-Gruppen INHc und KOMc gefunden wurden, sowie der Tatsache, dass wir keine postoperativen Komplikationen in Form von Wundheilungsstörungen beobachteten, gehen wir davon aus, dass die beiden getesteten Anästhesieverfahren das Immunsystem von Kälbern bei einer Nabelbruchoperation nicht in klinisch relevanter Weise nachteilig beeinflussen.

Abstract

Numerous studies in humans have shown that anesthesia and surgery can lead to suppression of the immune system, causing complications like wound healing complications, systemic infections or even death of the patient. The present study investigated two different forms of anesthesia in the combination with and without surgical intervention (navel extirpation) on the effect on specific immune cell concentration in calves. The first form of anesthesia was inhalation of isoflurane (INH) and the second form of anesthesia was the combined application of xylazine and ketamine for a start and isoflurane for further anesthesia (KOM). Anesthesia was conducted in total 24 times; six in each of the groups with (INHc, KOMc) and without surgery (IHNo, KOMo). The allocation to the anesthesia groups was by random selection. A total of 20 calves of the breed German Fleckvieh were used, 16 male and 4 female calves with an average body mass of 81,0 ± 19,6 kg. On average the calves were 51,9 ± 22,8 days old. 24 hours prior to the surgery/anesthesia, all calves received meloxicam (0,5 mg/kg body mass subcutaneously) and additionally the antibiotic cefquinome sulfate (1 mg/kg body mass s.q.) for a total of five days. One day prior to the anesthesia, the morning before the anesthesia (day zero), as well as on days one, three, and eight post surgery a blood sample was taken from the calves to determine the white blood count (WBC) and the absolute and relative count of granulocytes. Furthermore, leucocytes were isolated. Subpopulations of leucocytes, CD4+ and CD8+ T-cells, as well as monocytes were marked with fluorescent antibodies and measured in a flow cytometer. In the group of INHc, total leucocyte counts increase, while it decreased in the group of INHo. These differences were already observed on day zero and were statistically significant on day three. In both surgical groups, the concentration of leucocytes on day eight was higher than the baseline values, while it was below the baseline values in the control groups; however, these differences were not statistically significant. Calves in the group INHo also had lower lymphocyte counts than animals in the other three groups. However, no statistically significant differences were found between any of the groups in the concentration of lymphocytes. The comparison in CD4+ T-cell concentration showed statistically significant differences between anesthesia groups (INHc and KOMc as well as INHo and KOMo) on day one, whereby the inhalation group had significantly lower values than the combined anesthesia groups. In the two groups with surgery this difference was also statistically significant on day eight and was also observed in the CD8+ T-cell concentration. There was already a statistically significant difference in the CD4+ T-cell concentration between the two control groups on day zero. Similarly, the comparison between both surgical groups revealed a significant difference in the CD8+ T-cell concentration. On day eight there was also a statistically significant difference in this cell concentration between the two surgical groups. Comparing the course of CD4+ T-cell concentration over time revealed a significant difference between inhalation and combined anesthesia, whereby higher concentrations were observed in the combined anesthesia form. However, one has to consider, that the animals in the combined anesthesia had already higher values before any manipulation. Monocytes showed an increasing concentration in groups INHc and KOMc, as well as in KOMo. Animals in group INHo showed a constant decrease in concentration. Significant differences between INHo and KOMo were seen in all days examined post surgery and also on day three between group INHo and group INHc. In group INHc, neutrophil counts steadily increased, starting on the day of anesthesia/surgery, whereas they decreased in the calves of the other three groups. Thus, within the inhalation groups there were significant differences on day zero, one and three and between the two surgical groups on day three. We therefore conclude that pure inhalation anesthesia (without surgery) has a direct inhibitory effect on immune cells (leucocytes, lymphocytes, CD4+ T-cells, CD8+ T-cells, monocytes), while the surgical intervention causes an activation of the immune system and thus counteracts the negative effect of isoflurane. Ketamine seems to have an indirect activating effect on the immune cells, albeit delayed in some animals, by causing an increase in cortisol levels, which in turn results in a temporary suppression, but then, about 24 hours later, causes an activation of the immune system. Ketamine is known to have a negative effect on the chemotaxis of neutrophils and this might possibly explain the decrease in the concentration of granulocytes in animals of groups KOMc and KOMo. On the basis of the results indicating only few significant differences between the surgical and control groups and the fact that we did not observe any postoperative complications, such as wound healing complications, we conclude that the two investigated forms of anesthesia have no clinically relevant negative effect on the immune system in calves undergoing umbilical surgery.