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Römer, Dirk (2003): Untersuchungen zur künstlichen Beatmung bei der Maus (Mus musculus) mit dem UNO Micro-Ventilator®. Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

In the present experimental essay the effect of controlled ventilation with the UNO Micro-Ventilator? (UMV) on the mouse is examined. The UMV is a pressure controlled and volume limited ventilation device with a sinus ventilation pattern and lowflow rebreathing of the respiration gas. Not only the impact of a preoxygenation is assessed but also the effect of different respiratory rates on mice of different weight. The assessment is made with blood gas analysis, circulatory parameters and histological examinations of the lungs. The animals can be assigned to nine groups: The non-preoxygenized animals are split up in six groups and the preoxygenized ones in two groups. Additionally, group H serves as histological control group. The non-preoxygenized animals of N100 are ventilated with a respiratory rate of 100 /min (n = 6), i.e. the animals of the N130 with 130 /min (n = 6). The animals in N100L (n = 8 settings) are non-preoxygenized, weigh between 25 and 38 grams and the respiratory rate is adjusted to 100 /min. The animals of the group N100S (n = 7) which weigh between 39 and 50 grams are not preoxygenized either. In P80L (n = 7, settings) the animals are ventilated with 80 /min, are preoxygenized, and their weight varies between 25 and 38 grams. Grouped in P80S (n = 7) are animals which weigh between 39 and 50 grams. Group H (n = 7, animals) was not ventilated and serves for the histological examination. To expose the animals to as little stress as possible they are premedicated to the intubation with the completely antagonizable injectable anesthesia medetomidine, midazolam, and fentanyl (MMF). With the beginning of the anesthesia with isoflurane (the concentration of the isoflurane is 2.7 vol.-%) the injectable anesthesia is antagonized with atipamezol, flumazenil, naloxone (AFN). The anesthesia lasts 100 minutes. The A. carotis of all ventilated animals is canulated in order to measure the blood pressure and take blood samples. Besides the blood gas results (pHa, pa CO2, paO2, BE, HCO3¯) the measured parameters are the blood pressure (in mmHg) and the heart rate (in beats /min). To ascertain the normal distribution the Kolmogorov-Smirnov test is carried out. The comparison between the groups is made with the distribution-free Mann-Whitney test. The level of significance is fixed at p < 0.05 (5 %). The mice of group N130 stay in the physiological sector with their blood gas results. Animals of group N100L show a respiratory acidosis. The preoxygenized P80L and P80S require a lower respiratory rate than non-preoxygenized animals independent of their weight. The medium arterial blood pressure of all groups sinks steadily while the heart rate increases at the same time. In the histological preparations of all groups including the control groups atelectasis, perivascular edemas, congestions and emphysemas can be seen. However, on what these pathological findings are based cannot be thoroughly explained. Therefore, mice should be preoxygenized 5 minutes prior to a ventilation. Thus, a respiratory rate of 80 per minute is sufficient for all weights. If not preoxygenized, a respiratory rate of 130 /min is suggested for animals up to 39 grams and approximately 110 /min for mice over 39 grams. With these settings the UNO Micro-Ventilator® is to be recommended for the ventilation of mice.

Abstract

In der vorliegenden experimentellen Studie wird der Effekt der kontrollierten Beatmung über den UNO Micro-Ventilator® (UMV) bei der Maus untersucht. Der UMV ist ein druckgesteuertes, volumenbegrenztes Beatmungsgerät mit einer sinusförmigen Beatmungskurve und Rückatmung der Atemgase im Lowflow. Es werden sowohl der Einfluss einer Präoxygenierung wie auch die Wirkung verschiedener Atemfrequenzen auf Mäuse unterschiedlichen Gewichts beurteilt. Eine Bewertung erfolgt anhand von Blutgasanalysen, Kreislaufparametern und histologischen Untersuchungen der Lungen. Die Tiere lassen sich neun Gruppen zuordnen, von denen die nicht-präoxygenierten in sechs Gruppen und die präoxygenierten Tiere in zwei Gruppen zusammengefasst sind. Hinzu kommt die Gruppe H als histologische Kontrollgruppe. Die nicht-präoxygenierten Tiere der N100 werden mit Atemfrequenz von 100 /min (n = 6) beatmet bzw. die Tiere der N130 mit 130 /min (n = 6). Die Tiere in N100L (n = 8 Einstellungsparameter) sind nicht-präoxygeniert, wiegen zwischen 25g und 38g und die Atemfrequenz ist auf 100 /min eingestellt. Die Tiere der Gruppe N100S (n = 7) Körpergewichte zwischen 39g und 50g sind ebenfalls nicht-präoxygeniert. In P80L (n = 7 Einstellungsparameter) werden die Tiere mit 80 /min beatmet, sind präoxygeniert und die Körpergewichte liegen zwischen 25g und 38g. In der P80S (n = 7) sind Tiere, die Körpergewichte zwischen 39g und 50g besitzen. Gruppe H (n = 7 Tiere) wurde nicht beatmet und dient der histologischen Untersuchung. Um die Tiere so geringem Stress wie möglich auszusetzen, werden sie mit den vollständig antagonisierbaren Injektionsanästhetika Medetomidin, Midazolam und Fentanyl (MMF) zur Intubation prämediziert. Mit Beginn der Isoflurannarkose (Isoflurankonzentration beträgt 2,7 Vol.-%) wird die Injektionsnarkose mit Atipamezol, Flumazenil, Naloxon (AFN) antagonisiert. Die Narkosedauer beträgt insgesamt 100 Min.. Bei allen Tieren, die beatmet werden, wird die A. carotis kanüliert, um die Blutdruckmessung durchzuführen und Blutproben entnehmen zu können. Zu den gemessenen Parametern zählen neben den Blutgaswerten (pHa, paCO2, paO2, BE, HCO3?) der Blutdruck (in mmHg) und die Herzfrequenz (in Schlägen /min). Zur Feststellung der Normalverteilung wird der Kolmogorov-Smirnov Test durchgeführt. Der Vergleich unter den Gruppen erfolgt mit dem verteilungsfreien Mann-Whitney-Test. Als Signifikanzniveau wurde p < 0,05 (5 %) festgelegt. Die Mäuse der Gruppe N130 bleiben mit den Blutgaswerten im physiologischen Bereich. Tiere der Gruppe N100L zeigen eine respiratorische Azidose. Die präoxygenierten P80L und P80S benötigen unabhängig vom Körpergewicht eine geringere Atemfrequenz als die nicht-präoxygenierten Tiere. Der mittlere arterielle Blutdruck sinkt bei allen Gruppen stetig ab, bei gleichzeitigem Anstieg der Herzfrequenz. In den histologischen Präparaten sind in allen Gruppen, auch in der Kontrollgruppe, Atelektasen, perivaskuläre Ödeme, Stauungen und Emphyseme zu erkennen. Worauf diese pathologischen Befunde zurückzuführen sind, ist allerdings nicht genau zu klären. Mäuse sollten daher vor einer Beatmung 5 Min. präoxygeniert werden. Eine Atemfrequenz von 80 /min ist dann für alle Körpergewichte ausreichend. Wird nicht präoxygeniert ist eine Atemfrequenz von 130 /min für Tiere bis 39g von Vorteil und etwa 100 /min für Mäuse über 39g. Mit diesen Einstellungen ist der UNO Micro-Ventilator® für die Beatmung von Mäusen zu empfehlen.