Einfluss einer Inhalationsnarkose, Injektionsanästhesie und hohen Epiduralanästhesie auf die postoperative Entwicklung
von Kälbern
INAUGURAL – DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer Doktorin
der Veterinärmedizin - Doctor medicinae veterinariae -
( Dr. med. vet. )
vorgelegt von
Jessica Fischer
Gießen
Hannover 2010
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. J. Rehage
2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. M. Kietzmann
Tag der mündlichen Prüfung: 1. November 2010
Meinen Großeltern
Gisela und Dieter Schombert
Else und Daniel Fischer
2.1 Anästhesiemethoden zur Nabeloperation am Kalb 10
2.1.1 Inhalationsnarkose 10
2.1.2 Injektionsanästhesie 10
2.1.3 Hohe Epiduralanästhesie 11
2.2. Multimodales Schmerzmanagement 12
2.3. Auswirkungen der Rückenlage auf die Lungengesundheit 13
2.4. Weiterführende Untersuchung der Lunge 13
2.4.1. Ultrasonographie 14
2.4.2. Blutgasanalyse 15
2.5 Auswirkungen des Studienprotokolls auf die Magen-Darm-Schleimhaut 15
2.5.1. Labmagenläsionen beim Kalb 16
2.5.2. Ätiologie abomasaler Ulzera beim Kalb 16
2.5.3. Prophylaxe und Therapie abomasaler Ulzera beim Kalb 17
3. Kapitel 1: Impact of inhalation anaesthesia, injection anaesthesia and high- volume caudal epidural anaesthesia on postoperative recovery in calves with emphasis on pulmonary health
3.1. Abstract 19
3.2. Introduction 20
3.3. Materials and Methods 22
3.3.1 Animals 22
3.3.2. Experimental design 22
3.3.3. Milk intake, total energy intake and daily weight gain 23
3.3.4. Clinical and behavioural monitoring 24
3.3.5. Cortisol 25
3.3.6. Examination of the respiratory tract 26
3.3.7. Statistical analyses 27
3.4. Results 28
3.4.4. Examination of the respiratory tract 29
3.5. Discussion 34
4. Kapitel 2: Impact of umbilical surgery in dorsal recumbency under inhalation
anesthesia, injection anesthesia or high-volume caudal epidural anesthesia on the development of gastrointestinal lesions in calves
4.1 Abstract 40
4.2. Introduction 41
4.3. Materials and Methods 42
4.3.1. Animals 42
4.3.2. Study design 42
4.3.3. Data collection 43
4.3.4. Statistical analyses 44
4.4. Results 45
4.4.1. Comparison of anesthetic groups 45
4.4.2. Findings in calves with abomasal lesions and the remaining calves of the study 46 4.4.3. Postmortem examinations of two calves with perforated abomasal ulceration 46
4.5. Discussion 56
5. Schlussbetrachtung 62
6. Zusammenfassung 68
7. Summary 70
8. Literaturverzeichnis 72
9. Tabellenverzeichnis 83
10. Abbildungsverzeichnis 84
11. Anhang 85
COX Cyclooxygenase
d Tag (day)
EPI Epiduralanästhesie (high-volume epidural anaesthesia)
H Stunde
HR Herzfrequenz (heart rate)
IM intramuskulär
INH Inhalationsnarkose (inhalation anaesthesia) INJ Injektionsanästhesie (injection anaesthesia)
IV intravenös
kg Kilogramm
l Liter
ME umsetzbare Energie
mg Milligramm
min Minute
MJ Megajoule
mL Milliliter
mmol Millimol
MPDS multifaktorielle Schmerzskala (multipe pain and discomfort scale)
µg Mikrogramm
n Anzahl
ng Nanogramm
NSAID nichtsteroidales Antiphlogistikum
P Irrtumswahrscheinlichkeit
paCO2 arterieller Kohlendioxidpartialdruck paO2 arterieller Sauerstoffpartialdruck RR Atemfrequenz (respiratory rate)
SD Standardabweichung (standard deviation)
SaO2 arterielle Sauerstoffsättigung (oxygen saturation)
U units
1. Einleitung
Aus wirtschaftlichen Gründen werden operative Eingriffe am Kalb in der Regel auf das notwendigste Maß beschränkt sowie ein adäquates Schmerzmanagement und eine angemessene postoperative Betreuung häufig vernachlässigt (HUXLEY u. WHAY 2006). Ist etwa eine Nabeloperation angezeigt (Hernie, Infektion), wird in der Praxis aus ökonomischen Gründen und wegen der einfachen Handhabe häufig eine Injektionsanästhesie mit dem α2 - Agonisten Xylazin und dem dissoziativen Anästhetikum Ketamin gewählt. Durch ihre eingeschränkte Steuerbarkeit und kardiorespiratorische Nebenwirkungen (WATERMAN 1981; RINGS u. MUIR 1982; RIOJA et al. 2008) birgt diese Methode jedoch gravierende Risiken. Die gut steuerbare Anästhesie mittels Inhalation gasförmiger Anästhetika (DOHOO 1996; KEEGAN et al. 2006) ist in der Nutztiermedizin, aufgrund des hohen materiellen und damit finanziellen Aufwandes, in der Regel klinischen Einrichtungen vorbehalten. Als Alternative zur Allgemeinanästhesie gilt die hohe Epiduralanästhesie mit Xylazin und einem Lokalanästhetikum, die, in Kombination mit einer Infiltrationsanästhesie des Operationsfeldes, eine ausreichende Analgesie gewährleistet (MEYER et al. 2007).
Für die Auswahl einer geeigneten Anästhesiemethode sind jedoch neben den direkten intraoperativen auch die postoperativen Auswirkungen von Bedeutung. Sowohl aus wirtschaftlicher Sicht als auch im Sinne des Tierschutzes ist eine komplikationslose postoperative Erholung des Tieres anzustreben.
Ziel dieser Studie ist es zu überprüfen, ob verschiedene Anästhesiemethoden (Inhalationsnarkose, Injektionsanästhesie und Epiduralanästhesie) die postoperative Entwicklung von Kälbern unterschiedlich beeinflussen. Dabei liegt der Schwerpunkt der Fragestellung zum einen bei den Auswirkungen einer Nabeloperation in Rückenlage und der anästhetischen Medikation auf die postoperative Lungengesundheit (Kapitel 1), zum anderen bei dem Effekt von mit der Operation zusammenhängenden Stressoren sowie Medikation auf die Integrität der Magen-Darm-Schleimhaut, genauer auf das Auftreten von abomasalen Läsionen bei Kälbern (Kapitel 2).
Parallel zu dieser Arbeit wurden die intraoperativen Auswirkungen der Anästhesiemethoden untersucht (OFFINGER 2010).
2. Literaturübersicht
2.1. Anästhesiemethoden zur Nabeloperation am Kalb
Hernien oder Infektionen von Urachus, Nabelarterie oder -vene sind regelmäßig vorkommende Indikationen für Nabeloperationen beim Kalb (TRENT et al 1984; NUSS 2007). Obwohl praktizierende Tierärzte diese Operationen als sehr schmerzhaft einschätzen, werden Anästhesie und Analgesie oftmals vernachlässigt (HUXLEY u. WHAY 2006). Für Nabeloperationen am Kalb stehen verschiedene Anästhesiemethoden zur Wahl. Im Folgenden sollen die drei in dieser Studie verwendeten Methoden kurz beschrieben werden:
2.1.1. Inhalationsnarkose
Aufgrund schneller An- und Abflutung wird die Inhalationsnarkose als sehr sichere Anästhesiemethode mit guter Steuerbarkeit angesehen (DOHOO 1990; MUIR 1993;
KEEGAN et al. 2006). Für das Rind ist als Inhalationsanästhetikum ausschließlich das Isofluran (gelistet in Tabelle 1 des Anhangs der EU Verordnung Nr. 37/2010 vom 22.
Dezember 2009), über die zweite Stufe der Umwidmungskaskade zugelassen. Die analgetische Wirkung von Inhalationsanästhetika wird im Allgemeinen als gering eingeschätzt (PASCOE 2000; ALEF 2003), wobei Isofluran ein größeres analgetisches Potential zugesprochen wird als Halothan (DOHOO 1990). Um eine ausreichende Analgesie zu erzielen, muss die Inhalationsnarkose im Sinne einer multimodalen Anästhesie immer in Kombination mit anderen analgetisch wirksamen Medikamenten eingesetzt werden.
2.1.2. Injektionsanästhesie
Die Bolus - Injektion von Xylazin und Ketamin ist eine in der Praxis etablierte und weit verbreitete Anästhesiemethode beim Kalb (RINGS u. MUIR 1982). Der Vorteil liegt unter
anderem in der unkomplizierten Applikationsmöglichkeit. Nachteile sind vor allem in einer ausgeprägten kardio - respiratorischen Depression zu sehen (RINGS u. MUIR 1982).
Der α2-Agonist Xylazin wirkt sedativ-hypnotisch, analgetisch und zentral muskelrelaxierend und ist nach intramuskulärer Applikation lokal gut verträglich (SAGNER et al. 1968). Zu den nach Xylazinverabreichung auftretenden unerwünschten Wirkungen zählen kardiorespiratorische Beeinträchtigungen wie eine deutliche Bradykardie durch zentrale Verringerung des Sympathikotonus und eine dosisabhängige Bradypnoe in Folge der depressiven Wirkung auf respiratorische Zentren (RINGS u. MUIR 1982). Außerdem wurde am Schaf eine kontraktile Wirkung auf Bronchien und pulmonale Arteriolen nachgewiesen (NOLAN et al 1986). Bei Operationen in Rückenlage ist außerdem die verstärkte Salivation durch Xylazin zu beachten, da sich hieraus ein erhöhtes Risiko für eine Aspirationspneumonie ergibt. Im Vergleich zu anderen Tierarten zeigt das Rind die größte Sensibilität gegenüber Xylazin (GREENE u. THURMON 1988).
Das dissoziative Anästhetikum Ketamin wirkt stark analgetisch und oberflächlich sedierend.
Gesteigerter Muskeltonus, Tachykardie, Bluthochdruck und eine dosisabhängige Depression der Atmung sind mögliche Nebenwirkungen. Die Halbwertszeit von Ketamin ist vergleichsweise kurz mit einer analgetischen Wirkungsdauer von etwa 20 Minuten, so dass es bei längeren Eingriffen mehrfach nachdosiert werden muss (WATERMAN 1981).
2.1.3. Hohe Epiduralanästhesie
Eine Alternative zur Allgemeinanästhesie (Inhalations- bzw. Injektionsanästhesie) stellt im Fall der Nabeloperation die hohe, kaudale Epiduralanästhesie, in Form der epidurale Applikation des α2-Agonisten Xylazin in Kombination mit einem Lokalanästhetikum in einem Volumen von 0,4 – 0,6 ml/kg dar. Dieses Verfahren hat sich bereits in früheren Studien zur Schmerzausschaltung bei Nabeloperationen am Kalb als wirkungsvoll erwiesen (MEYER et al. 2007). Die durch Xylazin bedingten kardio - respiratorischen Wirkungen nach epiduraler Applikation werden dabei als deutlich geringer eingestuft als nach intravenöser oder intramuskulärer Injektion (SKARDA et al. 1990; PICAVET et al. 2004; MEYER et al.
2009). Diese Anästhesiemethode ist außerdem auch unter Praxisbedingungen leicht
anwendbar und bedarf keiner so intensiven Überwachung der Kreislaufsituation des Patienten wie im Fall einer Injektionsanästhesie oder Inhalationsnarkose.
2.2. Multimodales Schmerzmanagement
Der Umgang mit intraoperativ generiertem Schmerz ist essentiell für die postoperative Erholungsphase. Eine unzureichende Schmerzausschaltung kann eine Sensibilisierung des Schmerzsystems bewirken, die zu einem erhöhten Schmerzempfinden nach der Operation führt (ANDERSON u. MUIR 2005) und damit das Wohlbefinden des Tieres einschränkt.
Ausgelöst durch eine traumatische Gewebsschädigung oder Entzündung werden verschiedene Entzündungsmediatoren und intrazelluläre Bestandteile (Zytokine, Leukotriene, Interleukine, Prostaglandine, Bradikinin, Histamin, Serotonin, u.a.) freigesetzt. Diese haben eine Sensibilisierung von Nozizeptoren, eine Vasodilatation sowie eine gesteigerte Gefäßpermeabilität zur Folge (OTTO 2001). Durch diese Reaktion, periphere Sensibilisierung genannt, wird die Schwelle der Schmerzwahrnehmung herabgesetzt, wodurch eine erhöhte Schmerzempfindlichkeit im Bereich der Schädigung auftritt, die als primäre Hyperalgesie bezeichnet wird.
Diesem Umstand kann durch eine präventive Schmerzbehandlung in Form von nicht - steroidalen Antiphlogistika (NSAIDs) entgegengewirkt werden. Außerdem unterstützt der multimodale Einsatz von NSAIDs, Lokalanästhetika und/oder α2-Agonisten (ACVA 1998, VALVERDE u GUNKEL 2005) deren analgetische Effekte synergistisch und erlaubt somit eine niedrigere Dosierung der einzelnen Wirkstoffe. Mögliche Nebenwirkungen der einzelnen Wirkstoffe können so reduziert werden (ACVA 1998, MCMEEKAN et al. 1998, EARLEY u.
GROVE 2002). Aus diesem Grund wurden in der vorliegenden Untersuchung die drei zu vergleichenden Anästhesieverfahren jeweils mit einer lokalen infiltrativen Umspritzung der Nabelregion mit dem Lokalanästhetikum Procain sowie mit der Verabreichung des NSAIDs Flunixin über drei Tage kombiniert.
2.3. Auswirkungen der Rückenlage auf die Lungengesundheit
Neben den unerwünschten Wirkungen der anästhetischen Medikation auf das Herz- Kreislaufsystem und speziell auf die Lunge, kommt es durch eine Positionierung in Rückenlage bei operativen Eingriffen zu einer zusätzlichen Belastung. Es entsteht ein erhöhter Druck der Baucheingeweide auf das Zwerchfell, wodurch die Ausdehnungsfähigkeit der Lunge im Thorax eingeschränkt wird und es zur Kompression zwerchfellnaher sowie basal gelegener Lungenareale kommt. Die dabei entstehenden atelektatischen Bereiche führen zu einem Ventilations – Perfusions - Missverhältnis und pulmonärem Shunt. Eine Beeinträchtigung des Gasaustausches und Hypoxie sind die Folgen (KLEIN u. FISCHER 1988; NYMAN et al. 1990; DUGGAN u. KAVANAGH 2005; STAFFIERI et al. 2007). Eine Schädigung von pulmonären Abwehrzellen im Zuge eines intraoperativen Sauerstoffmangels wird ebenfalls für eine erhöhte postoperative Anfälligkeit der Lunge verantwortlich gemacht (WELCH 1985; KOTANI et al. 1998). Darüber hinaus wird durch die Positionierung in Rückenlage das Risiko der Aspiration von Speichel oder regurgitiertem Panseninhalt erhöht, die Entstehung einer Aspirationspneumonie ist die Folge.
Die hier beschriebenen Konsequenzen der Rückenlage können zu einer über den Operationszeitraum hinaus anhaltenden Schädigung der Lunge führen, die sich somit auch auf die postoperative Entwicklung von Kälbern auswirken.
2.4. Weiterführende Untersuchung der Lunge
Um die Auswirkungen des OP-Regimes und der einzelnen Anästhesiemethoden auf die Lungengesundheit der Kälber zu überprüfen wurden, neben täglichen klinischen Untersuchungen des Atmungsapparates, folgende weiterführende Untersuchungsmethoden angewandt:
2.4.1. Ultrasonographie
Die Ultrasonographie stellt eine geeignete (BRAUN 1997, FLÖCK 2003), nicht – invasive, mit geringem Aufwand durchführbare und beliebig wiederholbare Methode zur Lungenuntersuchung dar. Die Untersuchung ist sowohl mit einem Linear- als auch mit einem Sektorschallkopf durchführbar (BRAUN 1997), wobei eine Frequenz von 5 – 7,5 MHz empfohlen wird (RANTANEN 1994). Das Scheren des Fells und die Benutzung von Kontakt- Gel führen zu einer Optimierung der Bildqualität.
Aufgrund der Reflexion von Ultraschallwellen am Übergang zweier Oberflächen mit großem akustischem Impedanzunterschied (in diesem Fall Weichteilgewebe und Luft), ist eine intakte, belüftete Lunge nicht im Ultraschallbild darstellbar. Die Schallwellen werden wiederholt zwischen Schallkopf und Grenzfläche (Pleura) hin und her geworfen und führen so zum Auftreten so genannter Wiederholungsartefakte (Reverberation Artifacts). Diese stellen sich als konzentrische, parallel in gleich bleibendem Abstand auftretende weiße Linien dar, die mit zunehmendem Abstand vom Schallkopf echoärmer werden und auf eine intakte Lungenoberfläche schließen lassen. Weißt die Lungenoberfläche bzw. Pleura Irregularitäten auf, in Form von Gasbläschen oder kleine Verdichtungen des oberflächlichen Lungengewebes (RANTANEN 1986), so treten diese als Kometenschweifartefakte (Comet - tail – oder Ring – down - Artifacts) in Erscheinung; helle, schweifartige Streifen, die von der Pleura (schallkopfnah) nach schallkopffern ziehen. Die Breite der Streifen korreliert dabei mit der Größe der oberflächlichen Veränderung, lässt aber keine Schlüsse über den Zustand des tiefer gelegenen Gewebes zu (RANTANNEN 1993). Während wenige Kometenschweifartefakte ohne klinische Bedeutung sind (RAMIREZ et al 2004), kann eine große Anzahl als Hinweis auf eine abheilende bzw. vorausgegangene Pneumonie angesehen werden (RANTANEN 1993). Liegt eine akute pneumonische Veränderung der Lunge vor, dann zeichnet sich diese durch Verdichtung des Gewebes (Konsolidierungen), verminderten Luft- und erhöhten Flüssigkeitsgehalt aus (GRESSER u RAUH 1992) und erscheint, vorausgesetzt die Veränderungen liegen pleuranah, als heterogen hyperechogener Bereich (BRAUN 1997).
Dabei stellen sich alveoläre Flüssigkeitsansammlungen und Hyperämie echoarm, luft- führende Bereiche (Gasbläschen, luftgefüllte Bronchus (Bronchogramm)) echoreich dar. Der Begriff „Hepatisation“ beschreibt in diesem Zusammenhang großflächig verdichtete
Lungenbereiche mit flüssigkeitsgefüllten Luftwegen, die sich dann im Ultraschallbild leberähnlich zeigen. Ähnlich, aber ohne echogene Bronchogramme stellt sich auch das luftleere Gewebe im Fall einer Atelektase dar, d.h. als homogen hyperechogener Bereich (BRAUN 1997). Die Pleura über atelektatischem Lungengewebe ist glatt, im Vergleich zur meist unregelmäßig welligen Pleura bei Pneumonie (BRAUN 1997).
2.4.2. Blutgasanalyse
Unter einer Blutgasanalyse wird die Bestimmung des Sauerstoffpartialdruckes (pO2) sowie des Kohlendioxidpartialdruckes (pCO2) und weiterhin meist der Sauerstoffsättigung des Hämoglobins (S O2, Anteil von Oxyhämoglobin am gesamten vorhandenen Hämoglobin) im heparinisierten, arteriellen (a) oder venösen (v) Vollblut verstanden. Zur Überprüfung des Gasaustauschsvermögens und damit der Funktionalität der Lunge wird eine Blutgasanalyse des arteriellen Blutes durchgeführt. Physiologische Werte für das Kalb liegen um 9,8 – 11,7 kPa für paO2 , 4,8 – 6,8 kPa für paCO2 und 91,9 – 96,3 % für SaO2 (KIORPES 1978; UHLIG u.
GORZNY 1993; STRIE 1997), wobei Schwankungen bedingt durch Rasse, Alter und Gewicht der Tiere sowie Entnahmetemperatur, -Lokalisation und Analyseverfahren auftreten können. Eine respiratorische Partialinsuffizienz liegt bei erniedrigtem paO2 (Hypoxämie) und gleichzeitig unverändertem paCO2 (Normocapnie) vor; ist der paO2 erniedrigt (Hypoxämie) und der paCO2 erhöht (Hyperkapnie), so spricht man von einer Globalinsuffizienz (SCHOLZ et al 1987, REINHOLD und FÖDISCH 1993).
2.5. Auswirkungen des Studienprotokolls auf die Magen-Darm-Schleimhaut
Neben den bisher beschriebenen unerwünschten Auswirkungen einer Anästhesie auf den Atmungsapparat, kann es weiterhin infolge operativer Eingriffe zur Beeinträchtigung anderer Organsysteme, wie z.B. des Magen-Darm-Traktes, kommen.
2.5.1. Labmagenläsionen beim Kalb
Abomasale Erosionen oder Ulzera sind weit verbreitet bei Kälbern, bleiben aber in der Regel ohne klinische Erscheinungen (WELCHMANN und BAUST 1987, DIRKSEN 1994, RADEMACHER und LORCH 2001. In der Literatur finden sich, je nach Nutzungsart, Fütterung, Alter der Kälber und angelegten Kriterien, teilweise stark differierende Angaben zur Verbreitung. In Untersuchungen von WELCHMAN und BAUST (1987) wurden bei 87%
von mit 3 bis 5 Monaten geschlachteten Mastkälber Läsionen der Labmagenschleimhaut festgestellt. In anderen Untersuchungen ergaben sich Unterschiede in Abhängigkeit von der Fütterung: Bei 34,9% der mit Vollmilch gemästeten und bei 65,2% der zusätzlich mit Raufutter versorgten 6 Monate alten Schlachtkälber wurden Labmagengeschwüre verzeichnet (VAN DER MEI 1985). Für Nachzuchtkälber liegen keine entsprechenden Daten vor.
Obwohl die Läsionen in den meisten Fällen ohne klinischen Symptome bleiben, können sich in Einzelfällen allerdings lebensbedrohlichen Komplikationen ergeben. Bei etwa 2,2% der Tiere kommt es zur der Perforation von Labmagenulzera mit anschließender Peritonitis (FRERKING et al 1996).
2.5.2. Ätiologie abomasaler Ulzera beim Kalb
Als Ursache von abomasalen Läsionen werden verschiedene Faktoren in Betracht gezogen, die primär oder sekundär, einzeln oder in Kombination auf das Tier einwirken können.
Große Bedeutung wird dabei dem endokrinen Einfluss von Stress zugesprochen, der, ausgelöst durch Situationen wie Verkauf, Impfung, Enthornen oder Futterumstellung auf die Tiere einwirkt. Auch operative Eingriffe, wie im Falle der dieser Studie zugrunde liegenden Nabeloperation, können, bedingt durch Handling, Anästhesie und gegebenenfalls postoperativen Schmerz, einen bedeutenden Stressor darstellen. Aufgrund der stressbedingten Hemmung der Prostaglandinsynthese kommt es zu einer vermehrten Sekretion von Magensäure und Pepsin bei gleichzeitig verringerter Schleimproduktion und gesenkter Durchblutung der Magenwand, wodurch die Entstehung von Labmagengeschwüren gefördert werden kann (LILLEY et al. 1985; BRAUN et al. 1991).
Eine Hemmung der Prostaglandinsynthese ist außerdem die Folge einer Verabreichung von Medikamenten wie nicht-steroidalen Antiphlogistika, wodurch eine Irritation der Magen- Darm-Schleimhaut ausgelöst werden kann. Läsionen der Magenschleimhaut nach Verabreichung des nicht spezifischen Cyclooxygenase (COX)- Hemmers Flunixin-Meglumin konnten beim Hund (DOW et al. 1990) und beim Fohlen (TRAUB-DARGATZ et al 1988) nachgewiesen werden.
Als weiterer bedeutender Risikofaktor für die Entstehung von Labmagenläsionen beim Kalb wird die Fütterung und im Besonderen deren Einfluss auf den abomasalen pH-Wert angesehen. Fasten, niedrig - frequente Fütterungsintervalle und krankheitsbedingte Inappetenz führen zu einem Absinken des pH-Wertes im Labmagen, welches eine Steigerung der proteolytischen Aktivität zur Folge hat und damit die Ulcus- Entstehung unterstützt.
Weiterhin stellt das Vertränken großer Volumina ein Risiko dar, da es zu einer Überdehnung speziell der trichterförmigen Pylorusregion und somit zu einer hypoxischen Gewebeschädigung führen kann (DEGEN 1982, KRAUSER 1987; MARSHALL 2009).
Schleimhautverletzungen, ausgelöst z.B. durch Raufutter oder Trichobezoare (TULLENERS und HAMILTON 1980; KATCHUIK 1992, JELINSKI et al. 1996) sowie infektiöse Ursachen (MILLS et al. 1990; JELINSKI 1995) werden außerdem im Zusammenhang mit Labmagenläsionen beim Kalb genannt.
2.5.3. Prophylaxe und Therapie abomasaler Ulzera beim Kalb
Es gibt verschiedene Ansätze, wie der Entstehung von Labmagenläsionen beim Kalb entgegengewirkt werden kann. Der Einfluss der Fütterung auf den abomasalen pH-Wert ist dabei von besonderer Bedeutung. Mehrere Milchmalzeiten am Tag und die Vermeidung von längeren Fasten - Perioden können zu einer Stabilisierung des abomasalen pH-Wertes führen und vermindern so die Ulkusgefahr (AHMED et al. 2002). Neben diätetischen - prophylaktischen Maßnahmen kann der pH-Wert im Labmagen mittels Medikamentenwirkung beeinflusst werden. AHMED et al. (2005) verabreichten den Protonenpumpenhemmer Omeprazol (Gastrogard® Paste, für das Pferd zugelassen, gelistet in Tabelle 1 der EU-Verordnung 37/2010, Stufe 2 der Umwidmungskaskade) in einer Dosierung
von 4 mg/kg einmal täglich während der Tränke unter Ausnutzung des Schlundrinnenreflexes an Kälber. Die pH-Wert senkende Wirkung wurde als Ulkus - vorbeugend eingeschätzt. Die gleiche Forschungsgruppe konnte 2001 schon eine ähnliche Wirkung der Histamin-H2- Rezeptor-Antagonisten Cimetidin (50 bzw. 100mg/kg, 3xtäglich) und Ranitidin (10 bzw.
50mg/kg, 3xtäglich) bei Kälbern nachweisen (nicht in Tabelle 1 der EU-Verordnung 37/2010 geführt, zurzeit kein Präparat für Tiere zugelassen). In einem weiteren Versuch von DIRKSEN (1994) wird Cimetidin eine die Heilung unterstützende, nicht aber eine prophylaktische oder therapeutische Wirkung zugesprochen. Eine preiswertere Alternative stellt die orale Applikation von Antazida, Aluminiumhydroxid (Al(OH)3) und Magnesiumhydroxid (Mg(OH)2), dar. In einer früheren Studie konnte für eine 3xtägliche Antazida - Verabreichung eine, durch partielle Neutralisierung der Magensäure und Hemmung des proteolytischen Enzyms Pepsin erreichte pH-Wert senkende Wirkung nachgewiesen werden (AHMED et al 2001). Der Verdünnungseffekt, dem oral verabreichte Antazida durch das große Pansenvolumen bei erwachsenen Tieren ausgesetzt sind (BRAUN 1991), kann bei Kälbern durch die Ausnutzung des Schlundrinnenreflexes umgangen werden.
Arzneimittelrechtlich sind Antazida (Aluminium- und Magnesiumhydroxid) durch ihre Listung in Tabelle 1 der EU-Verordnung 37/2010 zu Rückstandshöchstmengen für Tierarzneimittel in Nahrungsmitteln tierischer Herkunft über Stufe 4 der Umwidmungskaskade für Kälber zugelassen.
Neben diesen konservativen Therapieansätzen gibt es außerdem die Möglichkeit eines operativen Eingriffs mit Resektion des Ulcus. In den meisten Fällen gilt eine solche Operation als nicht profitabel (DIRKSEN 1994), wenn das Geschwür jedoch in einem frühen Stadium diagnostiziert werden konnte, keine weitläufige Schädigung der Schleimhaut vorliegt und es noch nicht zur Perforation gekommen ist, ist sie dennoch eine Option (Überlebensrate von 74
% in Kälbern nach Resektion nicht - perforierender Labmagenulzera (KATCHUIK 1992). Die Prognose ist dabei abhängig vom Allgemeinzustand des Kalbes und absteigend von nicht perforiertem Geschwür, perforiertem Geschwür mit lokaler Peritonitis zu perforiertem Geschwür mit diffuser Peritonitis.
3. Kapitel 1: Impact of inhalation anaesthesia, injection anaesthesia and high - volume caudal epidural anaesthesia on postoperative recovery in calves with emphasis on pulmonary health
3.1. Abstract
Objective To evaluate the postoperative recovery in calves after inhalation-, injection-, and epidural anaesthesia with emphasis on pulmonary health.
Study design Prospective randomised experimental study.
Animals Twenty-nine healthy Holstein Friesian calves, twenty-two male, seven female, mean (± SD) age 45.5 ± 5.9 days and mean (± SD) weight 66.2 ± 6.3 kg.
Materials and Methods Calves were assigned to three groups receiving either inhalation anaesthesia (INH, induced by 0.1 mg kg-1 xylazine IM and 2 mg kg-1 ketamine IV, maintained by isoflurane), anaesthesia by injection (INJ, 0.2 mg kg-1 xylazine IM and 5 mg kg-1 ketamine IV, maintained by ketamine bolus injections every 15 minutes) or epidural anaesthesia (EPI, 0.2 mg kg-1 xylazine diluted with procaine to a final volume of 0.6 ml kg-1). All calves received local infiltration and pre-emptive and post surgical NSAID (2.2 mg kg-1 flunixine- meglumine) and underwent umbilical surgery in dorsal recumbency. During study period, 5 days before to 6 days after surgery, feed intake and weight gain were assessed daily, clinical examination with emphasis on the respiratory tract and behavioural monitoring was performed twice a day. Furthermore, venous cortisol concentration and arterial blood gases were analysed and ultrasonographic examinations of the lungs were performed before surgery and on days 1, 3, and 5 after surgery.
Results Feed intake and daily weight gain in INJ group decreased significantly to before surgery (0.29 MJ ME to 0.25 MJ ME, 910 g d-1 to 322 g d-1). Signs of respiratory affection and discomfort were most pronounced in INJ group, followed by EPI and INH.
Conclusion Postoperative pulmonary complications in calves occur dependent on the anaesthetic regime and may lead to significant impairment of well-being and decrease in daily weight gain, most pronounced after injection of xylazine and ketamine.
Clinical relevance High-volume epidural anaesthesia, in combination with infiltration of incision line, is an efficient anaesthetic alternative in calves for umbilical surgery in the field.
It is independent from the complex equipment of inhalation anaesthesia and has shown to lead to less side effects and smoother recovery than bolus injection of xylazine and ketamine.
Keywords: cattle - anaesthesia - xylazine - isoflurane - convalescence
3.2 Introduction
Umbilical surgery is a common surgical intervention in calves (Virtala et al. 1996). The painfulness of this procedure (Hudson et al. 2008) requires adequate and effective anaesthesia. In food animal practice the choice of anaesthesia is limited by drug regulations and economic constrictions. The latter is also the reason why rapid recovery and therewith regain of productivity of the animal is a determining criterion for the choice of the anaesthetic regime.
Pulmonary affection is known to be a common complication of anaesthesia and surgical interventions in many species (Brooks-Brunn 1997, Warner 2000, Alwood et al. 2006, Staffieri et al. 2009). Regarding aetiology, several reasons are held responsible. During positioning in lateral and especially dorsal recumbency the pressure of abdominal organs on the diaphragm increases whereby compression of dependent lung tissue (basal portion and region close to the diaphragm) and atelectasis arise. Hence, a ventilation-perfusion mismatch occurs, pulmonary shunt follows and gas exchange impairment and hypoxia are the consequences (Klein & Fisher 1988, Nyman et al. 1990, Duggan & Kavanagh 2005, Staffieri et al. 2007). This may be aggravated by adverse cardiopulmonary effects of anaesthetic drugs.
Moreover, anaesthetised calves in dorsal recumbency are at risk of aspiration of saliva or even ruminal fluid which may lead to aspiration pneumonia.
The handling of intraoperative generated pain is also essential for postoperative recovery.
Deficient analgesia may cause a sensitization of the pain system resulting in increased pain perception after surgery (Anderson & Muir 2005) and therewith constricts the well-being and
recovery of the animal. Furthermore, the experience of stress created by anxiety and pain in the course of surgical interventions may be responsible for immunosuppression (Anderson &
Muir 2005), which may clear the way for infections in the postoperative period.
Thus, a good anaesthetic regime should cause only minor cardiopulmonary side effects and provide adequate analgesia. High controllability and flexible adjustment of narcotic depth characterize inhalation anaesthesia as exceedingly safe and reliable (Dohoo 1990, Keegan et al. 2006). However, use of inhalation anaesthesia in the field is clearly limited by financial, technical, and personnel demands and is therefore commonly reserved for clinical facilities.
Injection anaesthesia composed of xylazine and ketamine (Waterman 1981, Rings & Muir 1982) is often used in calves since it is easy to execute in the field. As ketamine has a short half-life time, repeated injections are necessary during the course of surgery (Waterman 1981) and maintenance of stable anaesthesia is difficult. A further anaesthetic alternative is high- volume epidural anaesthesia. The epidural application of xylazine and a local anaesthetic is easy to perform and, combined with local infiltration, assures an adequate analgesia of the umbilical region (Meyer et al. 2007).
The effects of anaesthetic drugs are responsible for intraoperative cardiopulmonary complications and might therefore as well affect postoperative recovery. However, adverse effects induced by epidural administration are less pronounced compared to intramuscular (IM) or intravenous (IV) administration (Skarda et al. 1990, Picavet et al. 2004). Accordingly, postoperative recovery in calves may differ depending on the underlying anaesthetic regime.
To our knowledge, recovery after inhalation-, injection- and high-volume epidural anaesthesia in calves has not been studied in direct comparison, yet.
The objective was to evaluate the impact of the above mentioned anaesthetic regimes for umbilical surgery in calves on postoperative recovery and, in particular, on postoperative pulmonary complications.
Findings regarding the intraoperative effects of the anaesthetic regimes on hormonal, metabolic and cardio-respiratory stress response in the same study population are presented elsewhere (Offinger 2010).
3.3. Materials and Methods
The study was approved by the Ethical Animal Care and Use Committee of the Federal State of Lower Saxony, Germany.
3.3.1. Animals
Twenty-nine healthy Holstein Friesian calves (22 male, 7 female), 45.5 ± 5.9 days old and weighing 66.2 ± 6.3 kg (mean ± SD) underwent umbilical surgery in dorsal recumbency. The animals were accustomed to environment and handling five days prior to surgery. Housing was provided in separate tiled boxes on straw bedding with intervisibility to other calves. All animals were considered healthy on clinical examination on the day of surgery.
3.3.2. Experimental design
All calves underwent umbilical hernia surgery in dorsal recumbency. The calves were randomly assigned to three groups of different anaesthetic regimes. Group INH received inhalation anaesthesia, induced by 0.1 mg kg-1 2% xylazine IM (Rompun, Bayer Vital GmbH, Leverkusen, Germany) followed by 2 mg kg-1 ketamine IV (Ketamin 10%, Selectavet;
GmbH, Weyarn-Holzolling, Germany) (Tadmor et al. 1979) and maintained by isoflurane (CuraMED Pharma GmbH, Karlsruhe, Germany) in oxygen (CONOXIA med. O2, Linde Gas Therapeutics GmbH, Unterschleißheim, Germany) to effect. Calves in group INJ received anaesthesia by injection composed of 0.2 mg kg-1 xylazine IM followed by 5 mg kg-1 ketamine IV maintained by IV bolus administrations of ketamine every 15 minutes and a
second dose of xylazine (0.1 mg kg IM) if duration of surgery exceeded 60 minutes (Waterman 1981, Carroll & Hartsfield 1996). In group EPI high-volume epidural anaesthesia was performed using 0.2 mg kg-1 xylazine diluted with procaine (Procasel 2%, Selectavet GmbH, Weyarn-Holzolling, Germany) to a final corresponding volume of 0.6 ml kg-1 (modified from MEYER et al. 2007). All calves were breathing spontaneously.
Attending to principles of multimodal pain-management all calves received local anaesthesia of the umbilical region by rhomboid infiltration with 0.5 ml kg-1 of 2% procaine (Isocain, Selectavet GmbH, Weyarn-Holzolling, Germany) prior to surgery. They were also given flunixin-meglumine (Finadyne RPS, Intervet GmbH, Germany) one hour prior to surgery and the following two days after surgery. Moreover all animals received antibiotic treatment of 2.5 mg kg-1 enrofloxacin (Baytril®, 10%, Bayer Vital GmbH, Germany) for five days (day before surgery to three days after surgery) to cover the risks of infection around surgical intervention. If rectal temperature between day 4 and 6 increased to 39.6 - 40 °C in two consecutive measurements and the calf showed apparent signs of infection or after a single increase of rectal temperature to over 40 °C, antibiotic treatment was sustained or restarted with ampicillin (Ampicillin-Trihydrat 230, Medistar Arzneimittel GmbH, Holzwickede, Germany).
The calves were monitored five days prior to (d -5 to -1, baseline) and six days after anaesthesia (d 1 to 6) with day 0 being the day of surgery. Data collection was accomplished at the same time every day.
3.3.3. Milk intake, total energy intake and daily weight gain
Calves had free access to water and were offered a weight amount of hay (energetic value:
8.42 MJ ME kg-1) and calf starter (Bruno Fehse u. Sohn GmbH & Co. KG, Estdorf, Germany, 10.94 MJ ME kg-1) every morning for ad libidum intake. The difference between the initial weight and the weight after 24 h corresponded to daily intake. Moreover, calves were fed milk four times a day (10 % of BW divided into four feedings, 2.51 MJ ME kg-1, Kamphues 2004). The consumed amount of milk was documented after every feeding. From hay, calf starter and milk intake total energy intake per day in MJ ME was calculated (MJ ME d-1).
Moreover, all calves were weighed every morning on a livestock scale to determine daily weight gain. Milk intake, total energy intake and daily weight gain were averaged for the days before surgery (d -5 to -1) and compared to data after surgery (averaged for d 1 to 6). Food, excluding water, was withheld twelve h before surgery.
3.3.4. Clinical and behavioural monitoring
Clinical examination was performed twice a day at 7 am and 7 pm. From both recordings means were calculated and used for further evaluation. Rectal temperature and wound healing status in the form of a wound inflammation score on the basis of five categories (warmth, redness and/or swelling (non 0, slightly to moderate 1, moderate to severe 2), exudation (non 0, slightly to moderate 1, moderate to severe (purulence) 2), fluctuation (no 0, yes 1), adhesion between skin and muscle layer (no 0, yes 1), painfulness (non 0, slightly to moderate 1, moderate to severe 2), as well as an visual analogue scale (VAS) were assessed. Via the latter, the examiner’s subjective estimation of the calves’ pain perception when palpating the wound area was recorded on a 100 mm - line (0 = no pain, 100 = worst pain). Furthermore, the calves’ behaviour was monitored from distance (15 minutes) as well as in direct contact.
Observations were subjected to a multiple pain and discomfort score (MPDS) with final scores between 0 and 10 (modified from Schulze 2010, Table 1).
Table 1: Multiple pain and discomfort Score (MPDS)
Parameter Findings Score
1. Examination from distance
alert and engaged (e.g.: exploring, food intake, grooming, ruminating) or
asleep 0
alert but obtund, shivering or agitated 1
Unprovoked behaviour
depressed, uninterested in surroundings 2
interest in fellow calves (reaction to events in vicinity: gaze, approach,
interaction) 0
Social behaviour
no reaction to fellow calves or events in vicinity 1
straight back, head carried physiological 0
Posture
hunched back, head hanging down 1
not shown (paying no attention to wound area) 0
repeated movements like „head to wound“, licking or kicking at wound
area, moaning, frequent position changes 1
Pain-associated behaviour
teeth grinding* (alone or with other pain associated behaviour) 2
*this parameter is judged from distance and in direct contact
2. Examination in direct contact
Flight or curious and interested in response to approach 0
moderate reaction in response to approach, dull 1
Provoked behaviour
little or no reaction in response to approach 2
physiological movements 0
Motivation to
move stiff or uncertain gait, reluctance to rise or walk 1
80 – 125/ min 0
Heart rate
< 80, >125/ min 1
3.3.5. Cortisol
Venous blood samples were taken from the jugular vein into serum tubes on d -1, 1, 3, and 5.
Samples were centrifuged (10 min, 3500 g, 4 °C) and stored at –80 °C until analysis (Cortisol-Immulite 1000-Test®, Siemens Healthcare Diagnostics GmbH, Eschborn, Germany).
3.3.6. Examination of the respiratory tract
Clinical Examination: As part of clinical examination, emphasis was placed on the respiratory tract using a respiratory score system: nasal discharge (absent or serous 0, mucous 1, profoundly mucopurulent 2), spontaneous coughing (absent 0, occasionally 1, frequently 2), respiratory rate (< 37/min 0, 37 - 50/min 1, > 50/min 2), intensity of breathing (physiologic 0, increased 1, severely increased 2), ratio of expiration to inspiration (physiologic (1.2:1) 0, inspiration elongated 1, expiration elongated 2), type of breathing (costo-abdominal 0, costal 1, abdominal 2), adding up to a total respiratory score (0 to 12). Furthermore, auscultatory findings were documented: The lung field was divided into five correlating areas per side (Figure 1). At least five breaths per area were auscultated and evaluated by a score system (Rocker 2000: physiological respiratory sounds 0; slightly increased inspiratory sounds* 1;
moderately increased inspiratory sounds* 2; severely increased inspiratory sounds* 3 (* score was raised by 1 if increased expiratory sounds were present); additional noises as crackles, wheezing, squeaking or rattling 4). The scores per auscultated area were added up to a total auscultation score (0 to 40) per calf.
Ultrasonography: Ultrasonographic examinations were performed using the Toshiba SSH 370A ultrasound machine (Toshiba Co., Tokyo, Japan) with a 7.5 MHz microconvex- transducer (PVF-738 F) and standardized settings as 6 cm penetration depth. In preparation, hair was clipped on both sides of the thorax and contact gel was applied. A total of 30 spots per side located on five levels (hip, hip/shoulder, shoulder, shoulder/elbow, elbow) was examined from 11th to third intercostal space, each from dorsal to ventral according to an examination technique by Schneider (1995) (Figure 1), which was slightly modified. To every spot a score between 0 and 5 was assigned (pleura appears smooth, reverberation artefacts 0;
three or less radiating artefacts in image section 1; more than three radiating artefacts in image section 2; consolidations (circumscribed hyperechoic areas) 3; fine- to medium-grained structure 4; medium- to coarse-grained structure 5). Score points of both sides were added and than divided by the number of spots showing lung tissue, which led to an average ultrasonographic score per calf and day.
Arterial blood gas analysis: Blood samples were taken from the auricular artery on d -1, 1, 3 and 5. Blood was collected into heparinized capillary tubes, which were sealed and cooled immediately and analysed within ten min. Partial pressure of oxygen (paO2) and carbon dioxide (paCO2), and oxygen saturation (SaO2) were determined using an automated blood gas analyser (Rapidlab 348, Bayer Diagnostics) after prior adjustment for body temperature and haemoglobin concentration (Celltax MEK-6108G, Nihon-Kohdan, Rosbach, Germany).
Figure 1: Schematic diagram of the thorax with the 30 spots of ultrasonographic examination on five levels (hip, hip / shoulder, shoulder, shoulder / elbow, elbow) and the five areas (interrupted circles) of auscultatory examination.
3.3.7. Statistical analysis
Data of two calves had to be removed from analyses as they died of perforated abomasal ulcers (confirmed by necropsy, one calf of EPI, another of INJ) on d 5 and 6 respectively.
Data of these calves are discussed elsewhere (Chapter 2). For final analyses, data of 27 calves (INH (n = 10), INJ (n = 9), EPI (n = 8)) remained.
Data were analysed using a commercial statistical analysis program (Statistical Analysing System, release 9.1 for Windows, SAS Institute Inc., Cary, N.C., USA). Data are presented as means with standard deviations. Results were analyzed by two-way analysis of variance for repeated measurements (Proc GLM, Repeated-Statement). Subsequently group means at different points of time were tested for statistical differences using the LSMEANS statement (pdiff/tdiff option). Differences between means and baseline within groups were tested using t-tests for paired observations. Results of the scoring systems were analysed with signed rank test for differences between each measurement and baseline. Groups were compared using the Wilcoxon test. For dichotomous traits Fisher’s exact test was used. The significance level was set at P = 0.05.
3.4. Results
The 27 evaluated calves went through surgical procedure (mean duration 65 min) without anaesthetic complications (Offinger 2010).
3.4.1. Milk intake, total energy intake and daily weight gain
When milk was offered for the first time after surgery (three h post op) all calves got up immediately, were able to stand firmly and drank the total amount of provided milk. Between d 1 and 6 milk intake was refused twice in INH (n = 10) group, twelve times in INJ group (n = 9) and once in EPI group (n = 8) with a significant difference between INJ and EPI group on d 3. Means of milk intake (kg kg BW-1 d-1) and total energy intake (MJ ME calf-1 d-1) decreased in all groups after surgery, in INJ group the difference was significant to baseline.
While mean daily weight gain before surgery (d -5 to -1) was highest in INJ compared to INH and EPI group (not significant) weight gain of INJ group was lowest (significant difference between INJ and INH) after surgery (d 1 to 6). In INJ group mean weight gain was significantly lower after surgery compared to before surgery (Table 2).
3.4.2. Clinical and behavioural monitoring
Mean rectal temperature in INJ group remained higher compared to other groups until d 5 with significant differences on d 1, 2 and 3 (Figure 3).
Additional antibiotic treatment, based on defined criteria, was required by none of ten calves of INH and four of nine calves of INJ group between d 4 and 6 (significant differences between groups on all days). In the EPI group two, three and four of eight calves received antibiotic treatment on d 4, 5 and 6 respectively (significant difference to INH group on d 6).
Wound inflammation score and VAS were significantly higher compared to baseline in all groups after surgery. Comparing the groups, the inflammation score was significantly higher in INJ compared to INH group on d 3, and higher in EPI compared to INJ group on d 5. The VAS score was significantly higher in INJ and EPI group compared to INH group on d 3 and in EPI compared to INH group on d 4.
The MPDS score was significantly increased compared to baseline in all groups after surgery.
INH obtained significantly lower scores than INJ and EPI group whereas highest scores were seen in INJ group (Figure 2).
3.4.3. Cortisol
Cortisol concentrations (Table 4) increased slightly in all groups with high dispersion about the mean. Significant differences to baseline were seen in group INJ on d 1 and in group INH on d 3, but the two-way analysis of variance showed no significant effects for time and group.
3.4.4. Examination of the respiratory tract
Clinical examination: The INJ group’s respiratory score (Table 3) was higher compared to INH and EPI group on d 3 to 6 with a significant difference on d 3. The auscultation score increased significantly compared to baseline in all groups after surgery and did not decrease
to baseline level during complete study period (Table 3). No significant group differences existed but highest scores were found in the INJ group.
Ultrasonography and arterial blood gas analysis: Ultrasonography and arterial blood gas analysis revealed no anaesthesia related differences between groups and blood gases remained in physiological range in all groups throughout the study period (Table 4).
Table 2: Mean (± SD) daily milk intake, total energy intake and weight gain in INH (n = 10), INJ (n = 9) and EPI (n = 8) group, averaged over five days before surgery (pre op) and over six days after surgery (post op). * indicates significant (P < 0.05) difference to baseline (pre op). Different letters denote significant difference between groups (P < 0.05) at the specific point of time.
Time pre op (d -5 to -1) post op (d1 to d6)
Group INH INJ EPI INH INJ EPI Effect
Daily milk intake (ml kg-1 d-1)
88.4
± 8.85
91.2
± 6.79
87.5
± 8.54
85.3
± 9.13
80.2 *
± 10.96
86.2
± 4.78
Time:
P = 0.1652 Group:
P = 0.9631 Time x Group:
P = 0.3839
Total energy intake
(MJME kg-1 d-1)
0.27 ab
± 0.03
0.29 a
± 0.04
0.26 b
± 0.03
0.27
± 0.03
0.25 *
± 0.05
0.25
± 0.02
Time:
P = 0.8233 Group:
P = 0.5480 Time x Group:
P = 0.4590 Weight gain
(g d-1)
811
± 0.27
910
± 0.16
797
± 0.26
754 a
±0.19
322 *b
± 0.41
575 ab
±0.42
Time:
P = 0.0332 Group:
P = 0.2634 Time x Group:
P = 0.1140
Figure 2: Mean (± SD) multiple pain and discomfort score (MPDS) in INH (n = 10), INJ (n = 9) and EPI (n = 8) group one day prior to surgery (d - 1) to six days after surgery (d 6). MPDS was assessed twice a day and averaged for further calculation. Symbols with a cross differ significantly (P < 0.05) from baseline (d -1). Different letters denote a significant difference between groups (P < 0.05) at the specific point of time.
Figure 3: Mean (± SD) rectal temperature in INH (n = 10), INJ (n = 9) and EPI (n = 8) group one day prior to surgery (d -1) to six days after surgery (d 6). Temperature was assessed twice a day and averaged for further calculation. Symbols with a cross differ significantly (P <
0.05) from baseline (d -1). Different letters denote a significant difference between groups (P
< 0.05) at the specific point of time.
Table 3: Mean (± SD) wound inflammation score, visual analogue scale (VAS), respiratory score and auscultation score in INH (n = 10), INJ (n = 9) and EPI (n = 8) group one day prior to surgery (d -1) to 6 days after surgery (d 6). Parameters were assessed twice a day and averaged for further calculation. * indicates significant (P < 0.05) difference to baseline (d - 1). Different letters denote a significant difference between groups (P < 0.05) at the specific point of time.
d -1 d 1 d 2 d 3 d 4 d 5 d 6
INH 0.00
± 0.00
1.30 *
± 0.51
1.45 *
± 0.79
1.15 *a
± 0.92
1.28 *
± 1.06
1.78*ab
± 1.08
1.72 *
± 0.75 INJ 0.00
± 0.00
1.94 *
± 1.28
2.06 *
± 0.68
1.89 *b
± 0.39
1.61 *
± 1.26
1.22 *a
± 0.95
1.67*
± 0.71 Wound
inflammation score
EPI 0.00
± 0.00
0.31 *
± 0.70
2.25 *
± 0.66
2.25*ab
± 1.30
2.63 *
± 1.73
3.25 *b
± 1.92
2.65*
± 1.56 INH 0.00
± 0.00
10.30 *
± 9.81
8.89 *
± 8.50
6.39 a
± 8.21
6.39 *a
± 6.99
7.39 *
± 6.96
11.83 *
± 8.11 INJ 0.00
± 0.00
8.94 *
± 7.05
10.44 *
± 5.00
8.44 *b
± 4.04
8.06*ab
± 5.01
8.11 *
± 7.62
10.13 *
± 7.23 VAS
EPI 0.00
± 0.00
8.06 *
± 5.29
7.81 *
± 4.92
10.50*b
± 6.18
13.38*b
± 11.99
14.31 *
± 10.42
11.86 *
± 9.37 INH 0.82
± 0.97
1.10
± 0.86
1.90
± 1.76
1.25 a
± 1.08
1.35
± 0.98
1.70 *
± 1.33
1.30
± 0.68 INJ 0.42
± 0.19
1.61 *
± 0.99
1.83 *
± 1.25
2.28 *b
± 0.82
2.11 *
± 1.37
1.49 *
± 1.76
2.11 *
± 1.66 Respiratory
score
EPI 0.41
± 0.64
1.50 *
± 0.87
1.44 *
± 1.38
1.44 *a
± 0.53
1.50
± 1.17
1.00
± 0.85
1.43 *
± 1.12 INH 4.62
± 3.23
7.15 *a
± 3.36
10.05 *
± 3.50
8.20 *
± 2.91
8.56 *
± 3.30
9.35 *
± 4.23
8.55 *
± 2.62 INJ 6.43 *
± 2.20
11.22*ab
± 3.22
12.44 *
± 3.37
12.22 *
± 4.90
11.89
± 5.87
11.06 *
± 4.73
10.89*
± 4.09 Auscultation
score
EPI 3.31 *
± 2.39
9.06 *b
± 2.59
7.75 *
± 2.51
8.63 *
± 2.98
9.25*
± 3.39
7.13 *
± 2.78
8.69 *
± 2.41
Table 4 Mean (± SD) cortisol concentration, arterial partial pressure of oxygen (pa O2), arterial partial pressure of carbon dioxide (pa CO2), oxygen saturation (SaO2) and ultrasonographic score in INH (n = 10), INJ (n = 9) and EPI (n = 8) group one day prior to surgery (d -1) and on d 1, 3 and 5 after surgery. * indicates significant (P < 0.05) difference to baseline (d -1). Different letters denote a significant difference between groups (P < 0.05) at the specific point of time.
d -1 d 1 d 3 d 5 Effect
INH 2,34
± 0.60
4.53
± 2.94
6.66*
± 4.70
4.43
± 4.92
INJ 2.85
± 1.38
4.29*
± 2.11
4.91
± 3.74
3.81
± 2.20 Cortisol
(ng ml-1)
EPI 2.75
± 1.48
3.76
± 2.48
4.15
± 3.21
4.53
± 2.86
Time:
P = 0.0540 Group:
P = 0.6182 Time x Group:
P = 0.5721
INH 11.38
± 0.29
12.44
± 1.02
11.49
± 0.49
11.96
± 0.70
INJ 12.11
± 0.56
12.59
± 0.77
11.95
± 0.69
11.56
± 0.33 paO2
(kPa)
EPI 13.03
± 1.03
11.85
± 0.74
12.11
± 0.99
11.75
± 0.61
Time:
P = 0.2217 Group:
P = 0.3358 Time x Group:
P = 0.1164
INH 6.16 a
± 0.37
5.98 a
± 0.25
6.20
± 0.32
6.05
± 0.39
INJ 6.10 a
± 2.60
5.91 a
± 0.19
6.05
± 0.45
5.94
± 0.45 paCO2
(kPa)
EPI 6.33 b
± 0.56
6.26 b
± 0.35
6.39
± 0.33
6.29
± 0.21
Time:
P = 0.0650 Group:
P = 0.1553 Time x Group:
P = 0.1444
INH 94.3
± 1.67
95.7
± 1.59
94.3
± 1.70
96.0*
± 0.49
INJ 95.6
± 1.15
96.1
± 0.86
95.1
± 1.24
95.1
± 0.95 SaO2
(%)
EPI 94.2
± 4.6
95.6
± 0.81
96.1
± 1.14
94.8
± 1.18
Time:
P = 0.3011 Group:
P = 0.6394 Time x Group:
P = 0.1995
INH 2.05
± 0.36
2.11
± 0.22
2.14
± 0.24
2.15
± 0.23
INJ 2.11
± 0.19
2.11
± 0.18
2.11
± 0.25
2.11
± 0.16 Ultrasonographic
score
EPI 2.14
± 0.24
2.13
± 0.39
2.09
± 0.28
2.11
± 0.35
3.5. Discussion
The results of the present study indicate significant differences in postoperative recovery after umbilical surgery in calves depending on the anaesthetic regime used. After passing through the identical surgical procedure calves that received anaesthesia by injection of xylazine and ketamine had a more complicated recovery due to pulmonary complications compared to those anesthetized by epidural and particularly by inhalation anaesthesia. Postoperative pulmonary complications led to significant impairment of well-being and decreased daily weight gain in calves.
The animals’ postoperative condition was measured by means of a multiple pain and discomfort scale (MPDS, Table 1). Score systems have proved to be a valuable instrument concerning the assessment of animal pain and discomfort (Molony & Kent 1997, French et al.
2000, Anil et al. 2002). The score system used here (modified according to Schulze 2010) is based on behavioural patterns considered as pain indicating in calves in earlier studies (Molony & Kent 1997, Hudson et al. 2008). In the current study the MPDS demonstrated a higher degree of postoperative pain and discomfort in calves anesthetized by injection of xylazine and ketamine (INJ) compared to calves after inhalation (INH) or epidural (EPI) anaesthesia. This was reflected in significantly decreased milk intake, total energy intake and daily weight gain in INJ group compared to before surgery. The decline in daily weight gain compared to before surgery averaged 7 % in INH group, 28 % in EPI group and 65 % in INJ group. This illustrates clear disparities in postoperative productivity.
Anderson & Muir (2005) state that producing depression (here decreased daily weight gain) may arise from severe stress, resulting from severe pain. In the present study, painfulness of the surgical wound was assessed twice a day via wound inflammation score and VAS (Table 3). Signs of inflammation and sensitivity of the wound area were significantly increased compared to baseline in all calves throughout the study period. A more pronounced affection in INJ group compared to other groups was not present. Wound inflammation and wound pain in the study population was generally low according to assessed scores and no unscheduled aftercare was necessary in any case. Thus, the wound healing process was considered as
normal in all calves. Mean plasma cortisol concentration, which is commonly used as indicator for pain induced stress (Molony & Kent 1997, Mellor et al. 2002, Stafford et al.
2002) was slightly but not significantly increased compared to baseline, in all groups at all times (Table 4). EPI calves showed lower cortisol concentrations compared to other groups, but no significant differences were found. The great dispersion about mean cortisol concentrations may be explained by the sensitivity of this parameter towards external influences. It is presumed, that inflammatory disturbance in the wound healing process and thereby excess of wound pain is not preferentially responsible for the INJ group’s low daily weight gain in the postoperative period. In this regard one has to consider that all calves in this study received pre-emptive and postoperative NSAID treatment. Thus, considerable pain reactions, by sensitization and/or inflammation, were not to be expected in any group.
Furthermore, it could be shown that disturbance of gastrointestinal mucosa after surgical intervention did not emerge subjected to the anaesthetic regime used (Chapter 2).
Most noticeable postoperative findings in all groups and especially in the INJ group were clinical respiratory symptoms. The increase in rectal temperature (Figure 3) and in respiratory and auscultation scores (Table 3) gave evidence of acute pulmonary affection although all calves received perioperative antibiotic treatment with enrofloxacin. Enrofloxacin accumulates in respiratory tissue and little antibiotic resistance of infectious microbiological respiratory agents against enrofloxacin is reported. According to pharmacokinetic studies it may be that the used dose of 2.5 mg enrofloxacin kg BW-1 was too low for reliable prevention of pulmonary infections (Davis et al. 2007). Unfortunately, no tracheobronchial lavage was performed (in the studied calves) so that no conclusive evidence can be provided regarding possibly responsible microbiological agents. Declined general condition, respiratory signs and increased body temperature were criteria for the extension of antibiotic treatment which appeared most frequently necessary in the INJ group. However, pulmonary affection appeared to be mild. This judgement was supported by in average undisturbed blood gas values and unremarkable results of lung ultrasonography (Table 4).
Extended affection of lung tissue (pneumonia) leads to impairment of pulmonary gas exchange, which is initially presented in decreased paO2 followed by an increase in paCO2
(Donawick & Baue 1968). In the current study respiratory affection was clinically present but not yet detectable via blood gas analysis. The same applies to ultrasonography, which is able to detect pathological processes that replace inflated lung tissue in superficial areas e.g.
atelectasis, consolidation or hepatisation (Braun et al. 1997, Rabeling et al. 1998, Flöck 2004). Acute obstructive pulmonary affection with bronchial constriction and oedematous swelling of mucus membranes as well as mucus accumulation in the trachea and bronchial tubes, as it was probably the case in calves of the present study, is not detectable by ultrasonography.
The development of only mild postoperative pulmonary complications (no changes in blood gases and ultrasonography) was probably supported by the effect of flunixin-meglumine, which has proved to be efficient in treatment of bovine respiratory disease, reducing pyrexia and the extent of lung consolidation in calves (Lockwood 2003). However, the observed acute respiratory affections after anaesthesia in calves of this study seemed still compromising enough to impair postoperative recovery.
The risk of aspiration of saliva or ruminal fluid, which may cause pulmonary affection, is always present during surgery in dorsal recumbency. Calves of the INH group were the only ones intubated which contributes to the prevention of aspiration pneumonia. However, all calves were placed on a cranially tilted table with the head positioned downwards and the shoulder being the highest point of the spinal column to avoid reflux or aspiration (Meyer et al. 2009). Thus, in the view of the authors, it appears improbable that respiratory affections were caused by aspiration.
Furthermore, all calves were housed in individual tiled pens without direct contact to other animals, wherefore new infections in the postoperative period appear to be unlikely. The authors assume that sub clinical infections, already existing at the start of the study, were stress activated by the effects of surgical intervention.
The occurrence of postoperative pulmonary complications is well known and discussed in human (Brooks-Brunn 1997, Warner 2000, Magnusson & Spahn 2003, Duggan & Kavanagh 2005) and veterinary medical literature (Alwood et al. 2006, Brainard et al. 2006, Staffieri 2007 and 2009). Adverse positioning is presumed to play a major role concerning the
development of postoperative pulmonary complications. Lateral and especially dorsal recumbency affects pulmonary health and results in hypoxemia during surgery (Klein &
Fisher 1988, Wagner et al. 1990, Nyman et al. 1990, Meyer et al. 2007). Via computed tomography in accordant positioning the prompt development of densities in pulmonary tissue could be detected in horses (Nyman et al. 1990, Staffieri et al. 2009) and dogs (Staffieri et al.
2007). These densities were identified as atelectasis and pulmonary congestion by histological analysis (Nyman et al. 1990). The extend of atelectatic areas increases with thoracic dimensions and body mass and therewith correlates positively with hypoxemia in dorsal recumbency as it has been demonstrated in horses (Nyman et al. 1990, Mansel et al. 2008) and humans (Eichenberger et al. 2002). According to the size of atelectatic areas, they disappear short after repositioning or may persist for up to 24 h and more (Nyman et al. 1990, Eichenberger et al. 2002). Considering the short duration of dorsal recumbency in the current study (65 minutes on average) and the low body mass of the calves, it is presumed that intraoperatively occurred atelectasis resolved prompt after repositioning in sternal recumbency. This is supported by paO2, paCO2 and SaO2, which recovered within two to three h after surgery (Offinger 2010) and stayed then within reference range (Kiorpes et al. 1978), indicating adequate gas exchange ability, for the entire postoperative study period.
Furthermore, no evidence of atelectasis (homogeneously hyperechoic areas (Braun et al.
1997) could be detected via ultrasonographic examination of the lung on d 1, 3, and 5.
However, in the present study, ultrasonography was not performed during or directly after dorsal recumbency. Moreover, development of atelectasis was not assessed by other methods, e.g. computed tomography.
The temporary (intraoperative) presence of atelectasis might clear the way for the (postoperative) occurrence of pneumonia (Warner 2000, Duggan & Kavanagh 2005). Exact correlation remains unexplained, but bacterial entrapment in alveoli during atelectasis may be causal (Staffieri et al. 2007). Furthermore, an inhibition of the microbicidal oxidative activity of pulmonary alveolar macrophages might play a role in the development of pneumonia. This effect was demonstrated for inhalation and injection anaesthesia in humans (Welch 1985, Kotani et al. 1998). Moreover, a general stress related immunosuppression after surgical intervention might also contribute to pulmonary infection (Anderson & Muir 2005).
