New Insights Into Perioperative Thermal Management

Abstract

Ihminen ja muut nisäkkäät ovat tasalämpöisiä, ja ne pystyvät pitämään elimistön ytimen lämpötilan vakaana ympäristön lämpötilasta riippumatta. Ihmisen ydinlämpötila on noin 37 astetta. Lämmönsäätelyn kontrollointi tapahtuu hypotalamuksessa. Muuttumaton ytimen lämpötila on välttämätöntä elimistön häiriöttömälle toiminnalle.

Anestesiaan liittyvä ytimen lämpötilan lasku on kuvattu jo noin 150-vuotta sitten. Myöhemmin on selvinnyt, että anestesia-aineet aiheuttavat muutoksia elimistön lämmönsäätelyssä. Anestesia-aineet häiritsevät hypotalamuksen toimintaa ja aiheuttavat lisäksi raajojen verisuonten laajenemista, mitkä altistavat tahattomalle jäähtymiselle. Jäähtyminen heikentää veren hyytymistä, lisää infektioita, pitkittää lääkevaikutusta, altistaa sydäntapahtumille sekä hidastaa toipumista.

Anestesian aikainen hypotermia on määritelty ydinlämpötilaksi alle 36.0°C. Leikkauspotilaan ydinlämpötilaa pyritään ylläpitämään pääsääntöisesti erilaisin passiivisin ja aktiivisin lämmityskeinoin, ennen anestesiaa tapahtuvalla lämmittämisellä, sekä ympäristön lämpötilaan vaikuttamalla. Käytössä olevista menetelmistä huolimatta iso osa leikkauspotilaista jäähtyy.

Ydinlämpötilan mittaaminen kuuluu leikkauspotilaan hoitoon. Ideaalista ydinlämpömittaria ei toistaiseksi ole saatavilla. Luotettavimmat käytössä olevat menetelmät ovat kajoavia ja täten soveltumattomia hereillä olevalle potilaalle. 2000- luvun alkupuolella kliiniseen käyttöön on tullut menetelmiä, jotka mittaavat ydinlämpötilaa ihon pinnalta.

Väitöskirjani tavoitteena oli tutkia kahden uuden lämmitysmenetelmän tehokkuutta leikkauksen aikaisen jäähtymisen ehkäisyssä. Lämpöhaalaria tutkin osatöissä I ja II sekä itselämpiävää aktiivipeitettä osatyössä III. Lisäksi arvioin kahta kajoamatonta ydinlämpömittaria osatyössä IV.

Osatyö I oli satunnaistettu, kontrolloitu tutkimus, johon osallistui yhteensä 100 potilasta. Puolet potilaista sai päälleen lämpöhaalarin ja puolet tavanomaiset sairaalavaatteet. Ryhmien välillä ei ollut eroa ydinlämpötilan laskussa eikä hypotermian esiintyvyydessä.

Osatyö II oli kliininen laitetutkimus, johon osallistui yhteensä 40 potilasta. Puolet tutkittavista satunnaistettiin lämpöhaalariryhmään ja puolet sairaalavaateryhmään. Leikkauksen aikana haalarin lahkeisiin puhallettiin 38°C ilmaa. Sairaalavaateryhmän potilaita lämmitettiin alavartalolle asetettavalla lämpöpuhallinpeitolla, 38°C, ja lämpöpatjalla, 39°C. Ydinlämpötila laski yleisanestesian aikana molemmissa ryhmissä, mutta hypotermian esiintyvyys oli suurempaa sairaalavaateryhmässä, 6 vs. 1. Haittavaikutuksena kaksi haalariryhmän potilasta hikoili.

Osatyö III oli satunnaistettu, kontrolloitu tutkimus, jossa tutkittiin itselämpiävän peiton tehoa esilämmityksen ja leikkauksen aikana potilailla, joille tehtiin polven tekonivelleikkaus spinaalipuudutuksessa. Tutkimukseen otettiin yhteensä 150 potilasta, joista puolet satunnaistettiin saamaan itselämpiävä peitto ja puolet ylävartalolle asetettava lämpöpuhallinpeitto. Molemmat peitot olivat tehokkaita esilämmityksessä. Leikkauksen aikana puolet potilaista jäähtyi eikä kumpikaan peitto kyennyt ehkäisemään sitä. Lämpöpuhallinpeitto korkeimmalla asetetulla lämpötilalla kykeni nostamaan jäähtyneen potilaan ydinlämpötilaa leikkauksen aikana.

Osatyö IV oli etenevä, havainnoiva metodityö, jossa arvioitiin kahta kajoamatonta otsalta ydinlämpöä mittaavaa laitetta; zero heat flux -menetelmä (ZHF) ja double sensor -menetelmä (DS). Tutkimustiedot kerättiin 60 potilaalta, jotka oli rekrytoitu osatyöhön III. Potilaat saivat samanaikaisesti molemmille puolille otsaa joko kaksi ZHF-sensoria tai sekä ZHF- että DS-sensorin. Molemminpuoliset ZHF-sensorit antoivat lähes identtiset lämpötila-arvot. DS-menetelmä antoi pääsääntöisesti matalamman lämpötila-arvon kuin ZHF-menetelmä. Ero ZHF- ja DS-menetelmän välillä kasvoi ydinlämpötilan laskiessa.

Tutkimusten johtopäätöksenä voidaan esittää, että leikkauspotilaat jäähtyvät riippumatta käytetystä lämmitysmenetelmästä. Kuitenkin lämpöpuhallinpeitto 43 asteisena pystyy nostamaan potilaan ydinlämpötilan takaisin normotermiseksi. ZHF- menetelmän sisäinen tarkkuus vaikuttaa luotettavalta. DS-menetelmä näyttää yleensä matalampaa lämpötilalukemaa kuin ZHF-menetelmä.

Humans and other mammals are homeothermic species that can maintain constant core temperatures regardless of changes in environmental temperatures. The core temperature is kept within narrow limits at around 37 °C in humans by the thermoregulatory control of the hypothalamus. The physiological core temperature is referred to as <i>normothermia</i>, which is an important principle for survival.

Anesthesia-associated hypothermia has been recognized since soon after the first ether anesthesia. Changes in thermoregulation caused by anesthetics have been ascertained later. Anesthetics disrupt the normal function of the hypothalamus and cause vasodilatation of peripheral vessels, which then predisposes a patient to inadvertent hypothermia. Hypothermia has disadvantages, such as impaired coagulation, an increased risk of wound infections, decreased drug metabolism, an increased risk of cardiovascular incidences, and delayed recovery.

Intraoperative hypothermia has been defined as a core temperature below 36.0°C. The normothermia of surgical patients is maintained by utilizing different passive and active warming methods, as well as by using preoperative warming and influencing of the ambient temperature. Despite the effective warming techniques currently in use, a great number of surgical patients still experience hypothermia.

Core temperature monitoring is standard in care. However, there is no ideal thermometer available so far. The most reliable core temperature measuring methods are invasive and thus unsuitable for conscious patients. Non-invasive methods that measure core temperature from the intact skin surface were introduced at the beginning of the twenty-first century.

The aim of this thesis was to study the effectiveness of using two new warming methods in attempts to prevent inadvertent intraoperative hypothermia. A thermal suit was studied in Studies I and II, and a self-warming (SW) blanket was studied in Study III. Further, two different non-invasive thermometers were evaluated in Study IV.

Study I was a randomized controlled trial in which 100 patients were recruited and allocated to wear either a thermal suit or cotton hospital clothes at a one-to-one ratio. There were neither differences in intraoperative core temperature drop nor the incidence of hypothermia between the groups.

Study II was a clinical device investigation for which 40 patients were recruited and allocated to wear either a thermal suit or cotton hospital clothes at a one-to-one ratio. All the patients had forced-air warming (FAW) set at 38 °C during surgery. Warm air was blown into the legs of a thermal suit. Patients wearing cotton clothes had a commercial lower-body FAW blanket and a warming mattress. The core temperature decreased in all the patients. However, the incidence of hypothermia was greater among the patients wearing cotton clothes than those wearing the thermal suit at a ratio of six to one. Two patients wearing a thermal suit were noticed to sweat.

Study III was a randomized controlled trial evaluating the efficacy of a SW blanket during prewarming and intraoperatively in patients scheduled for total knee arthroplasty (TKA) under spinal anesthesia. Altogether 150 patients were recruited and randomized to have either an SW blanket or an upper-body FAW blanket set at 38 °C at a one-to-one ratio. Both blankets were effective in preoperative warming. However, the incidence of intraoperative hypothermia was great and neither of the blankets was able to prevent the core temperature drop. However, the FAW set at 43 °C was able to raise the core temperature value of hypothermic patients during surgery.

Study IV was a prospective, observational method study in which two non- invasive core temperature monitoring methods, the zero heat flux (ZHF) method and the double sensor (DS) method, were evaluated perioperatively. Either two ZHF sensors or a ZHF sensor and a DS sensor were placed simultaneously on the forehead skin of a patient, with thirty patients in each group. Data was obtained from a subset of sixty patients recruited to Study III. Bilaterally placed ZHF sensors showed almost identical temperature values. The DS method mostly showed lower values than the ZHF method. The temperature difference between the ZHF and DS sensors increased when the core temperature decreased.

The conclusion of this thesis can be stated as follows. Surgical patients easily become hypothermic despite the active warming method used. However, FAW set at 43 °C is an effective method for restoring normothermia. The ZHF method seems to have a good internal validity. The temperature values measured with the DS method were usually lower than those obtained with the ZHF method.