Measuring Hypnosis, Analgesia, and EEG Burst Suppression Pattern During Intravenous Anaesthesia

Abstract

Tajuttomuus tärkein nukutuksen osatekijä

Nukutusaineiden tärkein tehtävä leikkauksen aikana on aiheuttaa tajuttomuus. Se on kaikki tai ei mitään ilmiö: nukutettava joko on tai ei ole tajuton. Jos nukutettavalle jää tietoisia tai tiedostamattomia muistikuvia leikkauksesta, on nukutus epäonnistunut. Tajuttomuuden lisäksi nukutuksen aikana pyritään vaimentamaan elimistön reaktiota kivuliaille ärsykkeille. Kivun tunteminen ja siihen herääminen nukutuksen aikana on hyvin ahdistava kokemus. Kolmas nukutuksen osatekijä on lihaslamaus. Lihaslamaus tekee mahdollisen hereilläolon kokemuksen vieläkin ahdistavammaksi, koska nukutettu ei pysty mitenkään ilmaisemaan hereilläoloaan. Lihaksien lamausta tarvitaan helpottamaan mm. vatsan alueen leikkauksien suorittamista. Lihaksia lamaavien lääkkeiden osuutta nukutuksen aikana on suositeltu vähenettäväksi ja tajuttomuuden aiheuttavien lääkkeiden osuutta lisättäväksi. Toisaalta jos pyritään saavuttamaan kaikki nukutuksen osatekijät yhdellä lääkeaineella (tajuttomuus-kivuttomuus-lihaslamaus), joudutaan käyttämään hyvin suuria lääkeannoksia. Siksi lääkeaineita yhdistämällä pyritään mahdollisimman hyvään ja turvalliseen nukutukseen.

Viime aikoina on kehitetty useita lähinnä aivosähkökäyrään (EEG) perustuvia unensyvyysmittareita. Niistä mikään ei ole täysin varma toteamaan tai ennustamaan hereilläoloa. Vaikka potilas olisi syvässä unessa mittarin mukaan, niin hän voi herätä äkilliselle kivuliaalle ärsykkeelle. Toisaalta liikereaktio kivulle on pääasiassa selkäydintason reaktio ja se ei välttämättä liity tajuisuuden kokemukseen, joka tapahtuu aivoissa. Vielä monimutkaisemmaksi asian tekee se, että on tutkimuksia, joissa potilas on nukutuksen aikana noudattanut kehoituksia, mutta ei muista mitään tapahtumista jälkeenpäin. Nukutus on siis hyvin haastava toimenpide. Nukutuksen syvyyttä on jo 30-luvulta lähtien mitattu mm. verenpaineen ja sydämen rytmin muutoksilla sekä silmän luomiheijasteen ja mustuaisen valoreaktion häviämisellä. Koska vieläkään ei ole keksitty täysin varmaa menetelmää unensyvyyden mittaukseen, näitä heijasteita käytetään edelleen.

Tässä tutkimuksessa selvitettiin yleisimpien laskimoon annettavien nukutusaineiden ­ propofolin, tiopentaalin ja ketamiinin - annoksia tajuttomuuden ja kivuttomuuden aikaan saamisessa. Tajuttomuuden aiheuttavina mittauspisteinä käytettiin mm. silmän luomi- ja mustuaisreaktioita, numeroiden laskemista sekä puhevasteen katoamista. Kipureaktiomittareina käytettiin liikevastetta ranteen sähköärsytykseen sekä hengitysputken laittoon liittyvää stressihormonireaktiota. Lisäksi EEG:n syväunivaihetta ilmaisevaa purskevaimentumaa käytettiin yhtenä mittauspisteenä.

Laskimoanesteeteilla on eroja

Kaneilla suoritetussa koe-eläintyössä havaittiin, ettei mikään käytetyistä nukutusaineista ollut hyvä yksinään poistamaan kipureaktiota. Kivuttomissa tutkimustoimenpiteissä propofoli oli paras nukutusaine kaneilla, koska herääminen oli nopeaa ja ongelmatonta suurtenkin annosten jälkeen. Sekä tiopentaali- että ketamiininukutuksen jälkeen herääminen oli hidasta. Ketamiini poisti huonosti kipureaktion kaneilta, vaikka on hyvä kipulääke ihmisillä ja joillakin muilla eläinlajeilla.

Annosteltaessa nukutusainetta pumpulla tasaisena infuusiona nukahtamiseen tarvittavat annokset pienenivät merkittävästi. Ihmisillä propofoli ja tiopentaali poistivat yksinään huonosti hengitysputken laittoon liittyvät verenkierto- ja stressihormonivasteet, kun niitä annosteltiin kerta-annoksena. Synteettinen morfiinin sukuinen kipulääke ­ alfentaniili - yhdistettynä propofoliin tai tiopentaaliin poisti tehokkaasti hengitysputken laittoon liittyvän verenkiertoreaktion.

EEG:n syväunivaihe vaimentaa verenkierto- ja stressihormonivasteita

Kerta-annoksiin verrattuna verenkierto- ja steressihormonivasteet vaimenivat selvästi, kun potilaat nukutettiin EEG:n purskevaimentumaan propofolilla tai tiopentaalilla. Vasteiden yksilöllisiä eroja tutkittiin nukuttavan kerta-annos- ja purskevaimentumaryhmien välillä. Havaittiin, että kumpikaan menetelmä ei poistanut yksilöllisiä eroja lääkevasteissa ja se täytyy aina huomioida nukutuksessa. Propofolilla aikaansaadun EEG:n purskevaimentuman aikana hengitysputken laiton aiheuttama stressihormonivaste hävisi lähes kokonaan, mutta tiopentaalilla se ei hävinnyt. Toinen synteettinen nopeavaikutteinen morfiinin sukuinen kipulääke ­ remifentaniili - annettuna ennen nukutusta pienensi annosriippuvaisesti tajuttomuuteen, kivun poistoon ja EEG:n purskevaimentumaan tarvittavia propofoliannoksia.

Aivojen purskevaimentumaan tarvittavat veripitoisuudet ja annokset propofolilla ja tiopentaalilla määritettiin. Purskevaimentuman kuvassa oli tiettyjä yhteläisyyksiä propofolilla ja tiopentaalilla, mutta propofolilla esiintyi tyypillisiä muutoksia - spindeleitä . Propofolin ja tiopentaalin purskevaimentuman kuva EEG:ssä on erilainen kuin hengitettävillä nukutuskaasuilla. Tämä osoittaa epäsuorasti, että laskimoanesteeteilla ja nukutuskaasuilla on erilaisia vaikutuksia aivoissa. Automaattinen purskevaimentuman tunnistusmenetelmä kehitettiin.

In this study, differences, effective doses, and concentrations of propofol and thiopental in hypnotic, analgesic, and EEG end-point were evaluated. Nine New Zealand White rabbits, and 143 patients scheduled for elective surgical procedures were studied. Infusions of propofol and thiopental were used in all studies (I-V); bolus doses were used as an induction of anaesthesia in study II before the infusion of the anaesthetic agent started. Furthermore, in study III there was two bolus groups (loss of reflexes) as controls. In addition to propofol and thiopental, ketamine was used in study I.

A comparison of ketamine, propofol, and thiopental in rabbits revealed propofol to be the best choice during non-noxious diagnostic procedures because recovery was rapid and breathing patterns were well preserved during infusion. Recovery was prolonged after thiopental and ketamine. Effective doses and concentrations for hypnotic and analgesic end-points were defined. The main metabolites of ketamine in rabbits were norketamine and dihydronorketamine.

Alfentanil 17.5 microg/kg given 2 min before tracheal intubation with propofol 2.0 mg/kg or thiopental 5 mg/kg, followed by infusion attenuated arterial pressure response but not heart rate response. Neither infusion of propofol (12 mg/kg/h) nor infusion of thiopental (18 mg/kg/h) could attenuate the cardiovascular or catecholamine response to the insertion of the operating laryngoscope 10 min after alfentanil bolus. The response of SAP and ADR was more pronounced with thiopental. According to the present study, propofol better attenuates the catecholamine response to tracheal intubation than thiopental, especially the NOR response. This partially explains the differences in cardiovascular responses to tracheal intubation between propofol and thiopental. In fact, CA response to tracheal intubation was almost totally blocked during burst suppression pattern (BSP) of EEG induced by propofol. It is obvious that neither propofol nor thiopental alone can totally block the cardiovascular response to tracheal intubation. This shows that mechanical stimuli from the larynx and the base of the tongue are important in mediating the cardiovascular responses to tracheal intubation.

Our hypothesis that more precise information might be obtained on the reaction to tracheal intubation when unconsciousness is controlled by aid of the BSP instead of clinical signs was not supported. Levene s test showed insignificant differences of variance between BSP level anaesthesia compared with loss of reflexes level anaesthesia. Cardiovascular reflexes were still highly variable at BSP level except for the loss of catecholamine response with propofol. However, we did find that at BSP level, thiopental attenuated the hemodynamic response to intubation nearly as well as propofol.

The effective doses of thiopental at hypnotic and EEG end-points were determined. Remifentanil infusion started before the infusion of propofol significantly reduced times and doses of propofol at the attainment of hypnotic, analgesic and BSP end-points. Remifentanil also affects the BIS value at BSP onset level. However, when remifentanil was present, plasma concentrations of propofol were not reduced at BSP end-point as they were in hypnotic and analgesic end-points. These results suggest that remifentanil is kinetically useful for loss of consciousness because it accelerates the hypnotic onset of propofol.

The arterial concentrations of thiopental and propofol at the onset of BSP were determined. Propofol and thiopental have certain similarities in burst suppression pattern of EEG, but differences exist especially in the terminal parts of the bursts. During BSP induced by propofol 13-15 Hz spindle oscillations are seen both during bursts and suppressions. These oscillations are also present at a continuous suppression level. Different anaesthetics produce different BSPs indicating their different mechanisms of action. An algorithm for automatic detection of BSP was developed. Automatic detection is useful when comparing different anaesthetics at certain EEG effect level and when BSP level of anaesthesia is needed.