Evaluierung der Herzfrequenzvariabilitätsmessung zur perioperativen Schmerzkontrolle bei Schweinen im Kastrationsmodell
Seiten
2021
|
1. Aufl.
Mensch & Buch (Verlag)
978-3-96729-093-6 (ISBN)
Mensch & Buch (Verlag)
978-3-96729-093-6 (ISBN)
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Evaluation of heart rate variability measurement as perioperative pain control in castration model in pigs
Measurement of heart rate variability (HRV) is a non-invasive technique visualizing the functionality of the autonomic nervous system at the heart (von Borell 2007). HRV analysis is used besides various clinical applications of human and veterinary medicine in anesthesiology and pain research in pigs. For instance, the sympathovagal balance describing parameter LF/HF changes in pigs after tail biting (Zupan et al. 2012). Frequency-related parameters in pigs are equally affected by surgical manipulations during general anesthesia (Martin-Cancho et al. 2006).
HRV measurement in pigs has so far been conducted using invasive measurement methods in addition to non-invasive telemetric measurement methods in order to also perform measurements on non-restrained pigs. Telemetric measurements in pigs are achievable on the one hand by the means of telemetric ECG devices (Suzuki et al. 1998, Kuwahara et al. 1999, Kuwahara et al. 2004, Olmstead et al. 2005) or by telemetric chest strap systems primarily designed for humans (Marchant-Forde and Marchant-Forde 2004, Marchant-Forde et al. 2004, Düpjan et al. 2011, Zupan et al. 2012, Mahnhardt et al. 2014, Leliveld et al. 2016). The chest strap BioHarnessTM 3 utilized in this study (Zephyr Technology, Medtronic, Annapolis, USA; below called: BioHarness chest strap) has not yet been used on pigs before.
The aims of this study were to evaluate the BioHarness chest strap’s measurement accuracy with an established telemetric ECG device (Televet® 100, Engel Engineering GmbH, Heusenstamm, Germany; below called: Televet 100) and after assessing the suitability of the BioHarness chest strap, to determine whether HRV-analysis allows for a valid analgesia monitoring in the castration model. For this purpose, HRV parameters at the time of intraoperative pain reactions (based on a pain scoring) were compared with pre- and postoperative base values.
To evaluate the BioHarness chest strap in the pilot study, simultaneous measurements were carried out on five male rearing pigs (German Landrace/German Large White x Piétrain/Duroc; 28 – 58 kg) with the BioHarness chest strap and Televet 100.
For the HRV-analysis with the BioHarness chest strap in the main study, 30 male rearing pigs (genetics see above; 36 – 48 kg) were castrated for imminent fattening and slaughtering. One day before castration, the pigs in waking state were kept in temporary separate housing and recorded by BioHarness chest strap in their lying resting position. Castration at Regio Pubis was conducted under ketamine-azaperone general anesthesia customary in practice.
Each intraoperative step (measurements in parts of 3 minutes) was assessed with a pain scoring, where score 0 describes no defense reaction (surgical tolerance) and score 1 or higher the presence and intensity of defense reactions. 24 hours after surgery, HRV was recorded like one day before surgery and a clinical examination of pain symptoms was performed.
The evaluation of BioHarness chest strap resulted in a comparable measuring accuracy to the Televet 100 ECG-device. Results of the HRV analysis with the BioHarness chest strap related to intraoperative steps or manipulations compared to the base value before castration in main study were an increase of meanRR parameter and decrease of SDNN and RMSSD parameters. There was an increase of parameter LF (n.u.) and LF/HF that reflects sympathetic activity at the time of skin incision, incision of vaginal process and traction of spermatic cord. The mainly by vagal activity affected parameter HF (n.u.) decreased at the time of skin incision and incision of vaginal process. Pertaining to the pain scoring, there was a significant rise of LF (n.u.) when Score 1 to 3 occurred compared to surgical tolerance (Score 0). The parameters HF (n.u.) and LF/HF narrowly missed out the significance level (p < 0,05). Only two pigs had postoperative potentially pain-related symptoms (fever or wound irritation), so it is not possible to make a conclusive statement. In general, pigs tolerated the chest strap very well, species-specific habits of eating, resting and activity were not influenced by it.
In this study, it is recognizable that pain specific defense reactions correlate positively with LF, which is also described in the literature with intraoperative pain stimuli and other painful conditions in pigs (see above). Both somatic (skin incision) and visceral pain components (incision of vaginal process and traction of spermatic cord) influence LF (n.u.), HF (n.u.) and LF/HF parameters. For an effective and predictive management of analgesia, further studies should be conducted with a greater number of animals or number of data records establishing a threshold value for LF (n.u.) or possibly other parameters which allows for detecting pain due to decreasing anesthesia before the onset of defense reactions. Prospectively, the BioHarness chest strap could also be used to examine animal welfare impairments in other clinicals contexts or zootechnical interventions in pigs. Die Messung der Herzfrequenzvariabilität (HRV) stellt eine nicht-invasive Technik dar, mit der die Funktionsweise des autonomen Nervensystems am Herzen sichtbar gemacht werden kann (von Borell et al. 2007). Die HRV-Analyse kommt neben vielerlei anderer klinischen Anwendungen in Human- und Veterinärmedizin auch im Bereich der Schmerzforschung und Anästhesiologie zum Einsatz. So verändert sich der das sympathovagale Gleichgewicht beschreibende Parameter LF/HF bei Schweinen nach Schwanzbeißen (Zupan et al. 2012). Ebenso wirken sich chirurgische Manipulationen unter Allgemeinanästhesie auf frequenzbezogene HRV-Parameter bei Schweinen aus (Martin Cancho et al. 2006). Die HRV-Messung bei Schweinen erfolgte bisher neben invasiven Messmethoden auch mittels nicht-invasiven telemetrischen Messmethoden, um auch Messungen am nicht-fixierten Schwein vorzunehmen. Telemetrische Messmethoden sind bei Schweinen einerseits mittels telemetrischen EKG-Geräten (Suzuki et al. 1998, Kuwahara et al. 1999, Kuwahara et al. 2004, Olmstead et al. 2005) oder mittels primär für den Menschen konzipierten Brustgurtsystemen möglich (Marchant-Forde and Marchant-Forde 2004, Marchant-Forde et al. 2004, Düpjan et al. 2011, Zupan et al. 2012, Mahnhardt et al. 2014, Leliveld et al. 2016). Der in der Studie verwendete Brustgurt BioHarnessTM 3 (Zephyr Technology, Medtronic, Annapolis, USA; im Folgenden: BioHarness-Brustgurt) wurde bisher am Schwein noch nicht eingesetzt.
Ziele der Studie waren, den BioHarness-Brustgurt auf seine Messgenauigkeit mit einem etablierten, telemetrischen EKG-Gerät (Televet® 100, Engel Engineering GmbH, Heusenstamm, Deutschland; im Folgenden: Televet 100) zu evaluieren und nach Feststellung der Eignung des BioHarness-Brustgurts zu untersuchen, ob die HRV-Analyse ein valides Analgesiemonitoring im Kastrationsmodell ermöglicht. Dafür wurden die HRV-Parameter bei intraoperativen, schmerzspezifischen Abwehrreaktionen anhand eines Scorings mit prä- und postoperativen Ruhewerten verglichen.
Für die Evaluierung des BioHarness-Brustgurts in der Voruntersuchung wurde bei fünf männlichen Aufzuchtschweinen (Deutsche Landrasse/Deutsches Edelschwein x Piétrain/Duroc; 28 – 58 kg) unter Betäubung zeitgleich Messungen mit dem BioHarness-Brustgurt und dem Televet 100 durchgeführt.
Für die HRV-Analyse mit dem BioHarness-Brustgurt der Hauptuntersuchung wurden insgesamt 30 männliche Aufzuchtschweine (Rasse s. o., 36 – 48 kg) zum Zwecke der weiteren Mastnutzung und Schlachtverwertung kastriert. Die Schweine wurden in vorübergehender Einzelhaltung im Wachzustand einen Tag vor der geplanten Kastration mit dem BioHarness-Brustgurt in liegender Ruheposition gemessen. Die Kastration in der Regio pubis erfolgte unter der praxisüblichen Ketamin-Azaperon-Allgemeinanästhesie. Alle intraoperativen Schritte (Messungen à 3 Minuten) wurden mittels eines Schmerzscorings beurteilt, wobei Score 0 keinerlei Abwehrreaktion (chirurgische Toleranz), Score 1 und höher Vorhandensein und Intensität von Abwehrreaktionen beschreiben. 24 Stunden nach der Operation erfolgte nochmals wie am Tag vor der Operation eine HRV-Messung und eine Untersuchung auf klinisch manifeste postoperative Schmerzanzeichen.
Ergebnisse der Evaluierung des BioHarness-Brustgurts in der Voruntersuchung waren eine vergleichbare Messgenauigkeit mit dem Televet 100-EKG-Gerät. Ergebnisse der HRV-Analyse mit dem BioHarness-Brustgurt in der Hauptuntersuchung waren, bezogen auf die intraoperativen Schritte bzw. Zeitpunkte, ein Anstieg des Parameters meanRR im Vergleich zum Ruhewert vor den Operationen bzw. ein Abfall der Parameter SDNN und RMSSD über alle intraoperativen Zeitpunkte Es kam zu einem Anstieg der für die sympathische Aktivität sprechende Parameter LF (n.u.) und LF/HF bei den Zeitpunkten Inzision in die Haut, Inzision in den Processus vaginalis sowie Zug am Samenstrang. Der hauptsächlich durch vagale Einflüsse dominierte Parameter HF (n.u.) fiel bei den Zeitpunkten Inzision in die Haut und Inzision in den Processus vaginalis ab. Bezogen auf das Schmerzscoring kam es zum signifikanten Anstieg von LF (n.u.) bei Score 1 bis 3 im Vergleich zur chirurgischen Toleranz (Score 0). Die Parameter HF (n.u.) und LF/HF verfehlten das Signifikanzniveau (p < 0,05) knapp. Postoperativ kam es nur bei zwei Tieren zu möglichen Schmerzsymptomen (Fieber, bzw. Wundirritation), weshalb hier keine Aussage getroffen werden konnte. Die Schweine tolerierten den Brustgurt allgemein sehr gut, es gab keinen Einfluss auf das arttypische Fress-, Liege- und Aktivitätsverhalten.
Erkennbar ist in dieser Studie ein mit schmerzspezifischen Abwehrreaktionen positiv korrelierender LF-Wert, welcher auch in der Literatur einerseits bei intraoperativen Schmerzstimuli, aber auch mit anderen schmerzhaften Zuständen beim Schwein beschrieben wird (s. o.). Sowohl die somatische (hier Inzision in die Haut) als auch die viszerale Schmerzkomponente (hier Inzision in den Processus vaginalis und Zug am Samenstrang) führen zu einer Beeinflussung der Parameter LF (n.u.), HF (n.u.) und LF/HF. In Bezug auf ein effektives, prädiktives Analgesiemanagement müsste in weiterführenden Studien an einer größeren Tierzahl bzw. Zahl an Messdaten ein Grenzwert für LF (n.u.) und ggf. weitere Parameter etabliert werden, welcher Schmerz bei nachlassender Anästhesie noch vor Auftreten einer Abwehrreaktion anzeigt. Ausblickend könnten mit dem BioHarness-Brustgurt auch Tierwohlbeeinträchtigungen bei Schweinen in anderen klinischen Fragestellungen untersucht oder auch bei zootechnischen Eingriffen überprüft werden.
Measurement of heart rate variability (HRV) is a non-invasive technique visualizing the functionality of the autonomic nervous system at the heart (von Borell 2007). HRV analysis is used besides various clinical applications of human and veterinary medicine in anesthesiology and pain research in pigs. For instance, the sympathovagal balance describing parameter LF/HF changes in pigs after tail biting (Zupan et al. 2012). Frequency-related parameters in pigs are equally affected by surgical manipulations during general anesthesia (Martin-Cancho et al. 2006).
HRV measurement in pigs has so far been conducted using invasive measurement methods in addition to non-invasive telemetric measurement methods in order to also perform measurements on non-restrained pigs. Telemetric measurements in pigs are achievable on the one hand by the means of telemetric ECG devices (Suzuki et al. 1998, Kuwahara et al. 1999, Kuwahara et al. 2004, Olmstead et al. 2005) or by telemetric chest strap systems primarily designed for humans (Marchant-Forde and Marchant-Forde 2004, Marchant-Forde et al. 2004, Düpjan et al. 2011, Zupan et al. 2012, Mahnhardt et al. 2014, Leliveld et al. 2016). The chest strap BioHarnessTM 3 utilized in this study (Zephyr Technology, Medtronic, Annapolis, USA; below called: BioHarness chest strap) has not yet been used on pigs before.
The aims of this study were to evaluate the BioHarness chest strap’s measurement accuracy with an established telemetric ECG device (Televet® 100, Engel Engineering GmbH, Heusenstamm, Germany; below called: Televet 100) and after assessing the suitability of the BioHarness chest strap, to determine whether HRV-analysis allows for a valid analgesia monitoring in the castration model. For this purpose, HRV parameters at the time of intraoperative pain reactions (based on a pain scoring) were compared with pre- and postoperative base values.
To evaluate the BioHarness chest strap in the pilot study, simultaneous measurements were carried out on five male rearing pigs (German Landrace/German Large White x Piétrain/Duroc; 28 – 58 kg) with the BioHarness chest strap and Televet 100.
For the HRV-analysis with the BioHarness chest strap in the main study, 30 male rearing pigs (genetics see above; 36 – 48 kg) were castrated for imminent fattening and slaughtering. One day before castration, the pigs in waking state were kept in temporary separate housing and recorded by BioHarness chest strap in their lying resting position. Castration at Regio Pubis was conducted under ketamine-azaperone general anesthesia customary in practice.
Each intraoperative step (measurements in parts of 3 minutes) was assessed with a pain scoring, where score 0 describes no defense reaction (surgical tolerance) and score 1 or higher the presence and intensity of defense reactions. 24 hours after surgery, HRV was recorded like one day before surgery and a clinical examination of pain symptoms was performed.
The evaluation of BioHarness chest strap resulted in a comparable measuring accuracy to the Televet 100 ECG-device. Results of the HRV analysis with the BioHarness chest strap related to intraoperative steps or manipulations compared to the base value before castration in main study were an increase of meanRR parameter and decrease of SDNN and RMSSD parameters. There was an increase of parameter LF (n.u.) and LF/HF that reflects sympathetic activity at the time of skin incision, incision of vaginal process and traction of spermatic cord. The mainly by vagal activity affected parameter HF (n.u.) decreased at the time of skin incision and incision of vaginal process. Pertaining to the pain scoring, there was a significant rise of LF (n.u.) when Score 1 to 3 occurred compared to surgical tolerance (Score 0). The parameters HF (n.u.) and LF/HF narrowly missed out the significance level (p < 0,05). Only two pigs had postoperative potentially pain-related symptoms (fever or wound irritation), so it is not possible to make a conclusive statement. In general, pigs tolerated the chest strap very well, species-specific habits of eating, resting and activity were not influenced by it.
In this study, it is recognizable that pain specific defense reactions correlate positively with LF, which is also described in the literature with intraoperative pain stimuli and other painful conditions in pigs (see above). Both somatic (skin incision) and visceral pain components (incision of vaginal process and traction of spermatic cord) influence LF (n.u.), HF (n.u.) and LF/HF parameters. For an effective and predictive management of analgesia, further studies should be conducted with a greater number of animals or number of data records establishing a threshold value for LF (n.u.) or possibly other parameters which allows for detecting pain due to decreasing anesthesia before the onset of defense reactions. Prospectively, the BioHarness chest strap could also be used to examine animal welfare impairments in other clinicals contexts or zootechnical interventions in pigs. Die Messung der Herzfrequenzvariabilität (HRV) stellt eine nicht-invasive Technik dar, mit der die Funktionsweise des autonomen Nervensystems am Herzen sichtbar gemacht werden kann (von Borell et al. 2007). Die HRV-Analyse kommt neben vielerlei anderer klinischen Anwendungen in Human- und Veterinärmedizin auch im Bereich der Schmerzforschung und Anästhesiologie zum Einsatz. So verändert sich der das sympathovagale Gleichgewicht beschreibende Parameter LF/HF bei Schweinen nach Schwanzbeißen (Zupan et al. 2012). Ebenso wirken sich chirurgische Manipulationen unter Allgemeinanästhesie auf frequenzbezogene HRV-Parameter bei Schweinen aus (Martin Cancho et al. 2006). Die HRV-Messung bei Schweinen erfolgte bisher neben invasiven Messmethoden auch mittels nicht-invasiven telemetrischen Messmethoden, um auch Messungen am nicht-fixierten Schwein vorzunehmen. Telemetrische Messmethoden sind bei Schweinen einerseits mittels telemetrischen EKG-Geräten (Suzuki et al. 1998, Kuwahara et al. 1999, Kuwahara et al. 2004, Olmstead et al. 2005) oder mittels primär für den Menschen konzipierten Brustgurtsystemen möglich (Marchant-Forde and Marchant-Forde 2004, Marchant-Forde et al. 2004, Düpjan et al. 2011, Zupan et al. 2012, Mahnhardt et al. 2014, Leliveld et al. 2016). Der in der Studie verwendete Brustgurt BioHarnessTM 3 (Zephyr Technology, Medtronic, Annapolis, USA; im Folgenden: BioHarness-Brustgurt) wurde bisher am Schwein noch nicht eingesetzt.
Ziele der Studie waren, den BioHarness-Brustgurt auf seine Messgenauigkeit mit einem etablierten, telemetrischen EKG-Gerät (Televet® 100, Engel Engineering GmbH, Heusenstamm, Deutschland; im Folgenden: Televet 100) zu evaluieren und nach Feststellung der Eignung des BioHarness-Brustgurts zu untersuchen, ob die HRV-Analyse ein valides Analgesiemonitoring im Kastrationsmodell ermöglicht. Dafür wurden die HRV-Parameter bei intraoperativen, schmerzspezifischen Abwehrreaktionen anhand eines Scorings mit prä- und postoperativen Ruhewerten verglichen.
Für die Evaluierung des BioHarness-Brustgurts in der Voruntersuchung wurde bei fünf männlichen Aufzuchtschweinen (Deutsche Landrasse/Deutsches Edelschwein x Piétrain/Duroc; 28 – 58 kg) unter Betäubung zeitgleich Messungen mit dem BioHarness-Brustgurt und dem Televet 100 durchgeführt.
Für die HRV-Analyse mit dem BioHarness-Brustgurt der Hauptuntersuchung wurden insgesamt 30 männliche Aufzuchtschweine (Rasse s. o., 36 – 48 kg) zum Zwecke der weiteren Mastnutzung und Schlachtverwertung kastriert. Die Schweine wurden in vorübergehender Einzelhaltung im Wachzustand einen Tag vor der geplanten Kastration mit dem BioHarness-Brustgurt in liegender Ruheposition gemessen. Die Kastration in der Regio pubis erfolgte unter der praxisüblichen Ketamin-Azaperon-Allgemeinanästhesie. Alle intraoperativen Schritte (Messungen à 3 Minuten) wurden mittels eines Schmerzscorings beurteilt, wobei Score 0 keinerlei Abwehrreaktion (chirurgische Toleranz), Score 1 und höher Vorhandensein und Intensität von Abwehrreaktionen beschreiben. 24 Stunden nach der Operation erfolgte nochmals wie am Tag vor der Operation eine HRV-Messung und eine Untersuchung auf klinisch manifeste postoperative Schmerzanzeichen.
Ergebnisse der Evaluierung des BioHarness-Brustgurts in der Voruntersuchung waren eine vergleichbare Messgenauigkeit mit dem Televet 100-EKG-Gerät. Ergebnisse der HRV-Analyse mit dem BioHarness-Brustgurt in der Hauptuntersuchung waren, bezogen auf die intraoperativen Schritte bzw. Zeitpunkte, ein Anstieg des Parameters meanRR im Vergleich zum Ruhewert vor den Operationen bzw. ein Abfall der Parameter SDNN und RMSSD über alle intraoperativen Zeitpunkte Es kam zu einem Anstieg der für die sympathische Aktivität sprechende Parameter LF (n.u.) und LF/HF bei den Zeitpunkten Inzision in die Haut, Inzision in den Processus vaginalis sowie Zug am Samenstrang. Der hauptsächlich durch vagale Einflüsse dominierte Parameter HF (n.u.) fiel bei den Zeitpunkten Inzision in die Haut und Inzision in den Processus vaginalis ab. Bezogen auf das Schmerzscoring kam es zum signifikanten Anstieg von LF (n.u.) bei Score 1 bis 3 im Vergleich zur chirurgischen Toleranz (Score 0). Die Parameter HF (n.u.) und LF/HF verfehlten das Signifikanzniveau (p < 0,05) knapp. Postoperativ kam es nur bei zwei Tieren zu möglichen Schmerzsymptomen (Fieber, bzw. Wundirritation), weshalb hier keine Aussage getroffen werden konnte. Die Schweine tolerierten den Brustgurt allgemein sehr gut, es gab keinen Einfluss auf das arttypische Fress-, Liege- und Aktivitätsverhalten.
Erkennbar ist in dieser Studie ein mit schmerzspezifischen Abwehrreaktionen positiv korrelierender LF-Wert, welcher auch in der Literatur einerseits bei intraoperativen Schmerzstimuli, aber auch mit anderen schmerzhaften Zuständen beim Schwein beschrieben wird (s. o.). Sowohl die somatische (hier Inzision in die Haut) als auch die viszerale Schmerzkomponente (hier Inzision in den Processus vaginalis und Zug am Samenstrang) führen zu einer Beeinflussung der Parameter LF (n.u.), HF (n.u.) und LF/HF. In Bezug auf ein effektives, prädiktives Analgesiemanagement müsste in weiterführenden Studien an einer größeren Tierzahl bzw. Zahl an Messdaten ein Grenzwert für LF (n.u.) und ggf. weitere Parameter etabliert werden, welcher Schmerz bei nachlassender Anästhesie noch vor Auftreten einer Abwehrreaktion anzeigt. Ausblickend könnten mit dem BioHarness-Brustgurt auch Tierwohlbeeinträchtigungen bei Schweinen in anderen klinischen Fragestellungen untersucht oder auch bei zootechnischen Eingriffen überprüft werden.
| Erscheinungsdatum | 16.04.2021 |
|---|---|
| Verlagsort | Berlin |
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 210 mm |
| Themenwelt | Veterinärmedizin ► Allgemein |
| Veterinärmedizin ► Vorklinik | |
| Veterinärmedizin ► Großtier | |
| Schlagworte | Animal model • Animal welfare • cardiac output • castration • chirurgische Eingriffe • heart • heart rate • Herz • Herzfrequenz • Herzleistung • Hoden • Kastration • livestock • Pain • Pigs • Schmerz • Schweine • surgical operations • testes • Tiermodel • Tierschutz • Viehbestand |
| ISBN-10 | 3-96729-093-X / 396729093X |
| ISBN-13 | 978-3-96729-093-6 / 9783967290936 |
| Zustand | Neuware |
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