Clinical study of the effect of inspired oxygen fraction and type of surgery on pulmonary venous admixture, in isoflurane-anaesthetised, spontaneously breathing dogs

Abstract

It is known that in patients with normal lungs, anaesthesia is associated with some degree of impaired oxygenation of the blood. Venous admixture is the mixing of oxygenated arterial blood and desaturated blood in the pulmonary circulation, resulting from ventilation-perfusion (V/Q) mismatching. Venous admixture can be calculated after the simultaneous sampling of arterial and mixed venous blood, and measurement of the blood gases. It is expressed as Qs/Qt ratio, which is the fraction of the shunted blood flow (Qs) to the total blood flow (total cardiac output, Qt). The number of clinical studies for the measurement of V/Q mismatch is limited in dogs. So far, V/Q mismatch has not been measured with the shunt fraction equation in dogs. The aims of the present study were: to compare the effect of two different concentrations of inspired oxygen, as well as the non-abdominal versus abdominal surgical trauma effect on pulmonary aeration and gas exchange in isoflurane anaesthetised, spontaneously breathing dogs and positioned in lateral or dorsal recumbency for non-thoracic surgical procedures. Our hypotheses were that the administration of high FiO2 would lead to a greater V/Q mismatch, than the administration of lower FiO2 and that abdominal surgery would contribute to a greater extent in increasing V/Q mismatch compared to non-abdominal surgery. Seventy dogs, 1-10 years old, weighing 7-50 kg, clinically healthy and scheduled for non-thoracic surgical procedures, were used. The animals were premedicated with dexmedetomidine along with morphine intramuscularly. In each patient, the dorsal metatarsal artery and pulmonary artery were catheterized for the collection and measurement of arterial and mixed venous blood samples respectively. Anaesthesia was induced with propofol and was maintained with isoflurane in either 100% or 40% oxygen. The dogs were randomly allocated into four groups, which differed in the fraction of inspired oxygen (FiO2) in the gas mixture, and in the surgical procedure (non-abdominal/abdominal). Heparinized samples of arterial and mixed venous blood were anaerobically and simultaneously obtained at several time points. Pulmonary shunt (venous admixture) was calculated at all time points. The difference of Qs/Qt between the two groups of FiO2 was statistically significant (p=0.003). Qs/Qt for the 0.4 FiO2 group was 11 ± 4.1% while in the 1.0 FiO2 group it was 7.9 ± 3.9%. There was no statistically significant difference between the two groups of the type of surgery (non-abdominal and abdominal) on Qs/Qt or on any other measured variable. There was a statistically significant interaction of FiO2 and type of surgery on VT/kg (p=0.018). In conclusion, the administration of maximal FiO2 (1.0) does not lead to greater V/Q mismatch, as expected compared to lower FiO2 (0.4), in spontaneously breathing anaesthetised dogs. Abdominal surgery appeared to have no effect in increasing V/Q mismatch compared to non-abdominal surgery.

Στον άνθρωπο, ασθενείς με φυσιολογικούς πνεύμονες πριν την αναισθησία, ενδέχεται, κατά τη διάρκεια αυτής να εμφανίσουν μειωμένη ικανότητα οξυγόνωσης του αίματος. Η ανισοκατανομή αερισμού-αιμάτωσης (V/Q) είναι αποτέλεσμα της πρόσμειξης οξυγονωμένου αρτηριακού αίματος με φλεβικό αίμα της πνευμονικής κυκλοφορίας. Οι στόχοι της διατριβής ήταν να γίνει σύγκριση της επίδρασης δύο συγκεντρώσεων εισπνεόμενου οξυγόνου (FiΟ2), 1,0 και 0,4, καθώς και η επίδραση του χειρουργικού τραύματος μη ενδοκοιλιακών σε σύγκριση με αυτή των ενδοκοιλιακών επεμβάσεων, στον αερισμό των πνευμόνων και στην ανταλλαγή αερίων σε σκύλους, οι οποίοι βρίσκονται υπό γενική αναισθησία με ισοφλουράνιο, έχουν αυτόματη αναπνοή για μη ενδοθωρακικές χειρουργικές επεμβάσεις. Οι υποθέσεις οι οποίες εξετάστηκαν ήταν: 1) Η χορήγηση υψηλού FiO2 θα οδηγούσε σε μεγαλύτερη διαταραχή του αερισμού των πνευμόνων και της ανταλλαγής αερίων, δηλαδή σε μεγαλύτερη διαταραχή του λόγου V/Q, σε σύγκριση με τη χορήγηση χαμηλότερου FiΟ2 και 2) Η ενδοκοιλιακή χειρουργική επέμβαση θα συνέβαλε σε μεγαλύτερο βαθμό στην αύξηση της διαταραχής του λόγου V/Q σε σχέση με τη μη ενδοκοιλιακή χειρουργική επέμβαση. Εβδομήντα σκύλοι συμπεριλήφθηκαν στη μελέτη, ηλικίας 1-10 ετών, βάρους 7-50 kg, κλινικά υγιείς για μη ενδοθωρακικές χειρουργικές επεμβάσεις. Η προνάρκωση περιελάμβανε την ενδομυϊκή χορήγηση δεξμεδετομιδίνης μαζί με μορφίνη. Σε κάθε ζώο καθετηριάστηκαν η ραχιαία μετατάρσια αρτηρία και η πνευμονική αρτηρία για λήψη δειγμάτων αρτηριακού και μεικτού φλεβικού αίματος αντίστοιχα. Η εγκατάσταση της αναισθησίας έγινε με προποφόλη και η διατήρησή της με ισοφλουράνιο σε 100% ή σε 40% οξυγόνο. Τα ζώα κατανεμήθηκαν τυχαία σε τέσσερις ομάδες, οι οποίες διέφεραν ως προς το ποσοστό του FiO2 στο μείγμα αερίου και ως προς το είδος της χειρουργικής επέμβασης (μη ενδοκοιλιακή/ενδοκοιλιακή). Έγινε ταυτόχρονη αναερόβια λήψη ηπαρινισμένων δειγμάτων αρτηριακού και μεικτού φλεβικού αίματος σε διάφορες χρονικές στιγμές. Το ενδοπνευμονικό shunt (venous admixture, Qs/Qt) υπολογίσθηκε σε όλες τις παραπάνω χρονικές στιγμές. Οι δύο ομάδες των ζώων με βάση τη συγκέντρωση του FiO2 διέφεραν ως προς το Qs/Qt στατιστικώς σημαντικά (p=0,003). Το shunt για την ομάδα με 0,4 FiO2 ήταν 11 ± 4,1%, ενώ για την ομάδα με 1,0 FiO2 ήταν 7,9 ± 3,9%. Δεν παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική διαφορά ανάμεσα στις ομάδες με βάση το είδος της χειρουργικής επέμβασης (μη ενδοκοιλιακή-ενδοκοιλιακή) ως προς το shunt, αλλά ούτε προς κάποια άλλη μεταβλητή. Στατιστικά σημαντική διαφορά παρατηρήθηκε ως προς την αλληλεπίδραση του FiO2 και του είδους της χειρουργικής επέμβασης στον όγκο αναπνοής ανά κιλό σωματικού βάρους (p=0,018). Συμπερασματικά, Η χορήγηση μέγιστης συγκέντρωσης FiO2 (1,0) δεν οδηγεί σε μεγαλύτερη ανισοκατανομή V/Q, όπως αναμενόταν, σε σύγκριση με τη χρήση χαμηλότερης συγκέντρωσης FiO2 (0,4), σε σκύλους υπό γενική αναισθησία με αυτόματη αναπνοή. Η ενδοκοιλιακή χειρουργική επέμβαση φάνηκε να μην έχει καμία επίδραση στην αύξηση της ανισοκατανομής του V/Q σε σύγκριση με τη μη ενδοκοιλιακή επέμβαση.