2. Material und Methoden

2.1. Patienten

▼ 9 (fortgesetzt)

Nach Einwilligung der Ethikkommission der Charité wurden 36 Patienten der Kliniken für Urologie sowie Frauenheilkunde und Geburtshilfe in diese prospektive Studie eingeschlossen. Alle Patienten befanden sich wegen elektiver urologischer oder gynäkologischer Eingriffe in stationärer Behandlung. Im Rahmen der Prämedikationsvisite wurden sie am Vortag über Ziel, Zweck, Ablauf und Risiken der Studie aufgeklärt. Alle Patienten gaben ihr schriftliches Einverständnis für die Teilnahme an der Studie. Die Studienteilnehmer waren volljährige und einwilligungsfähige Patienten der ASA-Risikoklassen I + II. Als Ausschlusskriterien galten neurologische Erkrankungen, chronische Einnahme ZNS-wirksamer Medikamente, Drogen- oder Alkoholabusus, Schwangerschaft und alle Kontraindikationen für eine Maskeneinleitung.

2.2. Narkose

2.2.1. Narkosemittel Propofol

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Propofol (Disoprivan® 2%, Astra Zeneca, Wedel, Deutschland) wurde in den späten 80er Jahren als ein sehr potentes Hypnotikum in die Klinik eingeführt. Propofol führt zu einer direkten Aktivierung von GABAA-Rezeptor-Chloridionen-Komplexen. Diese Aktivierung erhöht die Leitfähigkeit für Chloridionen. Hara et al. schlussfolgern daraus den anästhetischen Effekt von Propofol [Hara, 93]. Propofol wird zur Einleitung und Aufrechterhaltung der Narkose eingesetzt unter anderem auch in der Neurochirurgie, Kardiochirurgie sowie in der Kinderanästhesie, als auch zur Sedierung von Patienten auf Intensivstationen eingesetzt. Ein wesentlicher Vorteil von Propofol ist seine schnelle metabolische Umsetzung. Die Halbwertzeit liegt bei 10 bis 20 min, wodurch die Aufwachzeit für den Patienten sehr kurz ist verglichen mit Narkosen unter Thiopental und vielen inhalativen Anästhetika.

2.2.2. Propofolzufuhr und Aufzeichnung der Propofolkonzentration

Die Propofolzufuhr erfolgte zielgesteuert über eine TCI-Pumpe (TCI = „target controlled infusion“) (Perfusor® compact, B/BRAUN, Melsungen, Deutschland) gesteuert durch die Software „TCI for Windows“ (Version 1.07 Rel. 1c © KAI Bonn 2000), um eine bestimmte, vorher eingestellte Propofolkonzentration zu erreichen und aufrecht zu erhalten. Zur Berechnung der Konzentration wurde der Parametersatz von Marsh [Marsh, 91; Coetzee, 95] verwendet.

2.2.3. Bestimmung der Propofolkonzentration im Blut

Zur Bestimmung der Propofolkonzentration im Blut wurde jedem Patienten am Ende der Messung vor der Gabe anderer Medikamente 5 ml Blut in einem Serum-Röhrchen abgenommen. Anschließend wurden die Proben für 10 min bei 3000 Umdrehungen/ min zentrifugiert und 1 ml Serum für die weitere Analyse tiefkühlgelagert. Die Propofolbestimmungen erfolgten im toxikologisch, chemischen Labor des Instituts der Rechtsmedizin der Charité. Die Analyse der Serumproben erfolgte mit der Hochleistungschromatographie (HPLC = high performance liquid chromatography). Dazu wurde eine HPLC-Anlage der Firma Shimadzu (Shimadzu Europa GmbH, Duisburg) bestehend aus einer HPLC-Pumpe LC-6A, einem Autosampler SIL-9A, einem Photodiodenarraydetektor SPD-M10Avp, einem Vakuumentgaser DG-1210 (Optilab Chromatographie Technik, Berlin) und einem Standard IBM PC verwendet. Die Anlage wurde durch die Software Class-VP 5.032 gesteuert. Die Messungen erfolgten an einer HPLC-Säule Lichrospher-RP8ec, 5 µm, 250 x 4,0 mm (Merck, Darmstadt) mit einer isokratischen mobilen Phase bestehend aus 0,1 M Phosphatpuffer pH 2,3 und Acetonitril (UV-Qualität Merck, Darmstadt) im Verhältnis 1 : 1 (v/v) bei einer Fließgeschwindigkeit von 1 ml/min. Alle Proben wurden in Doppelbestimmung gemessen. Jeweils 200 µL Serum wurden 200 µL Acetonitril zugesetzt. Nach 5 min Schütteln wurde die Mischung 1 min zentrifugiert und vom Überstand 50 µL in die HPLC injiziert. Der Propofol-Peak im Chromatogramm ist durch das UV-Spektrum identifiziert worden. Die Quantifizierung erfolgte bei 219 ± 5 nm.

2.2.4. Narkosegerät

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Als Narkosegerät diente das transportable Narkosesystem Ohmeda Modulus ® CD (Datex Ohmeda, Madison WI, USA). Der Modulus ist ein Standard-Narkosegerät und verfügt über Messverfahren und Anzeigen der Herzfrequenz, des automatisch nichtinvasiv gemessenen Blutdrucks (NIBP), der Pulsoxymetrie, der Kapnometrie sowie den entsprechenden Beatmungsparametern. Mit einem integriertem Diskettenlaufwerk wurden alle 20 Sekunden die Daten des Narkosegerätes aufgezeichnet.

2.3. Technischer Aufbau zur Ableitung und Aufzeichnung der elektrophysiologischen Parameter

2.3.1.  H-Reflex

Mit dem Gerät Neuropack „Four mini“ der Firma Nihon Kohden (Nihon Kohden Corporation, Tokio, Japan) wurde der H-Reflex ausgelöst und aufgezeichnet. Die Filterung der eingehenden Signale erfolgte mit einem Tiefpassfilter (3 kHz) und einem Hochpassfilter (20 Hz). Die Stimulation wurde mit Rechteckimpulsen von 1ms Dauer und einer Frequenz von 0,1 Hz durchgeführt. Parallel zur Aufzeichnung wurden die Daten des Neuropack bis 100 ms nach Stimulus reizgetriggert an ein Notebook gesandt und mittels der DASYLab® 5.6 Software (Firma Datalog, Mönchengladbach, Deutschland) registriert. Die Ableitung des H-Reflexes erfolgte über dem M. soleus. Als Oberflächenelektroden für die Stimulation und Ableitung dienten Ag/AgCl-Selbstklebeelektroden („blue sensor“ Medicotest S/A, Istykke, Dänemark). Für die Ableitung des Elektromyogramms klebten wir eine Messelektrode auf den Muskelbauch des M. soleus, distal des M. gastrocnemius. Die zweite Messelektrode wurde über der Achillessehne platziert, wodurch die Amplitudenantwort vergrößert wird [Fisher, 92]. Der Übergangswiderstand war stets kleiner als 5000 Ohm. Die Erdungselektrode wurde seitlich zwischen den beiden Messelektroden in Höhe der Peroneusmuskulatur angebracht. Zum Aufsuchen der Stimulationspunkte wurde zuerst mittels einer bipolaren Handelektrode der N. tibialis in der Kniekehle aufgesucht. Bei konstanter Auslösung des H-Reflexes markierten wir den Stimulationsort und klebten zwei Oberflächenelektroden zur konstanten Stimulation im Abstand von 2 cm auf, wobei die Kathode proximal zur Anode angeklebt wurde, um den anodalen Block zu vermeiden. Zur besseren Fixierung bekamen die Patienten eine Knierolle mit einem Durchmesser von ca. 20 cm in die Kniekehle gelegt. Der Fuß wurde außerdem in leichter Dorsalflexionsstellung mit einer Schiene fixiert, um eine konstante Fußposition zu gewährleisten.

Abbildung 3: Schema zur Ableitung des H-Reflexes über dem M. soleus des rechten Beins.
A = distale Ableitung, B = proximale Ableitung, C = Erdung, D = Stimulation (Anode) und
E = Stimulation (Kathode).

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Die Patienten wurden aufgefordert, sich zu entspannen und das Bein nicht mehr zu bewegen. Im Anschluss daran wurde die Reizstärke solange verändert, bis der H-Reflex mit maximaler Amplitude konstant ausgelöst werden konnte. Der H-Reflex hat bei submaximaler Stimulation die größte Amplitude, da die orthodromen Impulse bei größer werdender Stimulationsstärke von den antidrom verlaufenden Impulsen abgeschwächt werden [Schieppati, 87]. Zur Messung des H-Reflexes wurden zwei unterschiedliche Messverfahren angewandt. Im Rahmen der so genannten „paired-pulse-depression“ wurden Doppelreize appliziert, wobei der Abstand zwischen beiden Reizen zunehmend größer wurde. Die einzelnen Reizabstände betrugen 50, 80, 100, 150, 200, 500, 750, 1000, 2000, 4000 und 8000 ms. Die Messung des H-Reflexes mit der Doppelstimulation wurde bei jedem Patienten vor Beginn der Propofolzufuhr und nach Erreichen eines steady states von Propofol durchgeführt. Bis zum Erreichen eines steady states sowie 5 min vor und nach dem Tetanusreiz wurde der H-Reflex kontinuierlich alle 10 s ausgelöst und aufgezeichnet. Die Auswertung des H-Reflexes erfolgte durch die Berechnung der maximalen EMG-Antwort („peak-to-peak“-Amplitude).

Abbildung 4: Darstellung eines Doppelreizes mit dem Interstimulusintervall von 80 ms. Zunächst werden die M-Welle (M1) und der H-Reflex (H1) auf den 1. Stimulus registriert. Danach folgt computergesteuert der 2. Reiz, dem wiederum eine M-Welle (M2) und ein H-Reflex (H2) folgen.

2.3.2. EEG-Parameter

2.3.2.1. Bispektraler Index und spektrale Eckfrequenz 95%

Die Auslösung und Ableitung des Bispektralen Indexes sowie der spektralen Eckfrequenz95% erfolgten mit dem A-1000TM EEG-Monitor der Firma Aspect Medical Systems, Inc. (Framingham MA, USA). Die EEG-Rohdaten wurden mit Hilfe einer direkt in den BIS-Monitor integrierten Software ausgewertet. Über die gesamte Aufzeichnung wurde der BIS (Version B31v02) kontinuierlich auf dem Display angezeigt. Die EEG-Ableitungen erfolgten frontopolar mittels Klebeelektroden auf der Stirn. Um die Impedanz zu verringern, wurde die Stirnhaut der Patienten mit einer Abrasivpaste entfettet und aufgeraut. Als Elektroden dienten Ag/ AgCl-Selbstklebeeletroden („blue sensor“, Medicoteyst S/A, Istykke, Denmark). Die Ableitung erfolgte wie von der Herstellerfirma beschrieben über eine Oberflächenelektrode jeweils in der linken und rechten seitlichen Stirnregion (Fpz-A1, Fpz-A2), sowie über eine seitlich neben der Erdungselektrode angebrachten Referenzelektrode in der Medianlinie der Stirn. Mit einem Impedanztest am Aspect-Monitor wurde vor Beginn der Aufzeichnung die korrekte Funktion der Elektroden überprüft.

2.3.2.2. Spektrale Entropie und Entropie des kombinierten EEG/EMG-Signals

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Die Entropieparameter spektrale Entropie (SE) und die Entropie des kombinierten EEG/EMG-Signals (RE) wurden mit dem Entropiemodul (M-Entropy plug-in module S/5™) des Narkosegerätes (Datex Ohmeda, Division Instrumetarium Corporation, He l sinki, Finland) aufgezeichnet. Unterhalb der Ableitungselektroden für den BIS wurden, wie vom Hersteller beschrieben, zur Ableitung der Entropieparameter ein Entropiesensor („entropy sensor“; Helsinki, Finnland), quer auf das zuvor mit Abrasivpaste entfettete und aufgerauhte Hautareal der Stirn des Patienten, geklebt. Mit der Software S5-Collect 4.0 wurden die Rohdaten direkt ausgewertet und konstant als SE und RE auf dem Monitor angezeigt.

2.3.3. Tetanusreiz

Auf dem zur Venenverweilkanüle kontralateralen distalen Unterarm wurden auf die volare Ulnarseite zwei Oberflächenelektroden (3M, London, Ontario, Kanada) im Abstand von 5 cm geklebt. Die Stimulation erfolgte manuell mit einem Reiz von 60 mA, 50 Hz über 5 s, anlehnend an die Untersuchung von Rehberg et al. [Rehberg, 04] mit einem peripherem Nervenstimulator (Innervator, Fisher & Paykel Electronics Ltd., Auckland, Neuseeland).

2.4. Durchführung

2.4.1. Vorbereitung der Patienten

Die Vorbereitung aller Patienten für die Operation erfolgte routinemäßig durch das Stationspersonal. Auf Wunsch konnten die Patienten bis 22:00 Uhr am Vorabend 1 mg Flunitrazepam (Rohypnol®; Hoffman La Roche AG; Grenzach-Whylen, Deutschland) zur Beruhigung einnehmen. Eine präoperative Prämedikation fand nicht statt. Die wachen, orientierten und nüchternen Patienten wurden auf dem Rücken liegend im OP-Vorbereitungsraum der Anästhesie an die operativen Überwachungseinheiten (EKG, Pulsoxymetrie, NIBP, Temperatursonde) angeschlossen. Für die Zufuhr des Narkosemittels Propofol sowie zur Verabreichung einer kristalloiden Lösung wurde am rechten oder linken Unterarm eine Venenverweilkanüle gelegt. Die Messelektroden für den H-Reflex und die EEG-Parameter wurden angebracht und überprüft.

2.4.2. Durchführung der Messungen

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Alle Messungen fanden vor Operationsbeginn statt, um die Beeinflussung der neurophysiologischen Parameter durch operative Stimuli oder durch die Gabe verschiedener Medikamente zu vermeiden. Die Messungen erfolgten nach einem festen Protokoll. Ein exemplarischer Messverlauf ist in Abbildung 5 dargestellt. Nach Anschluss aller Geräte und vor Beginn der Narkoseeinleitung wurde unter Kontrollbedingungen eine Recovery-Messung durchgeführt. Während der Kontrollmessung wurden die Patienten aufgefordert, die Augen zu schließen, sich zu entspannen und nicht mehr zu bewegen. Anschließend stellten wir auf die kontinuierliche Messung des H-Reflexes aller 10 s um. Über mindestens 1 min wurden wiederum Wachwerte aufgezeichnet. Danach wurde die Narkose mit Propofol eingeleitet. Über eine TCI-Pumpe wurde den Patienten Propofol in einer vorher mittels der „up-and-down“-Methode (siehe unten) nach Dixon [Dixon, 80; Dixon, 83] bestimmten Konzentration zugeführt. Um zu gewährleisten, dass sich Propofol in allen Mess-Kompartimenten gleichmäßig anreichern kann und sich somit im „steady state“ befindet, wurde eine Anflutungsphase von 15 min eingehalten. Die Vitalparameter einschließlich der Körpertemperatur wurden während der Messung in engen Grenzen konstant gehalten. Eine Normokapnie (pETCO2 35-40 mmHg) wurde mittels manueller Unterstützung der Beatmung sichergestellt. Eine zweite Recovery-Messung fand nach der Äquilibrierungszeit statt. Im Anschluß an diese Recovery-Messung wurde der H-Reflex wieder kontinuierlich aufgezeichnet. Nach einer Aufzeichnungszeit von 3-5 min sind alle Patienten einem Schmerzreiz ausgesetzt worden, der durch einen elektrisch ausgelösten Tetanusreiz imitiert wurde. Die Auslösung des Tetanus-Reizes erfolgte durch die manuelle Bedienung eines peripheren Nervenstimulators (Innervator, Fisher&Paykel Elektronics Ltd., Auckland, Neuseeland). Dazu wurden auf die volare Ulnarseite des distalen Unterarms zwei Oberflächenelektroden im Abstand von 5 cm aufgeklebt. Die Stimulation erfolgte mit einem Reiz von 60 mA, 50 Hz über maximal 5 s, anlehnend an die Untersuchung von Rehberg et al.[Rehberg, 04]. Nach dem „Alles-oder-Nichts“-Prinzip wurde die Reaktion auf den Reiz beurteilt. Als „positive Reaktion“ wurden grobe gezielte Muskelbewegungen (gross purposeful muscular movements) gewertet wie zum Beispiel Bewegungen der Extremitäten, mit Ausnahme der stimulationsbedingten Kontraktion am ipsilateralen Arm sowie Zucken und Drehen im Kopfbereich gezählt. Keine Bewegung sowie Husten, Schlucken oder Kaubewegungen wurden als „negative Reaktion“ gewertet.

Die von Dixon beschriebene „up-and-down“-Methode [Dixon, 80; Dixon, 83] dient der Anhäufung von Messkonzentrationen in einem Bereich, in dem sich die Hälfte der Patienten nicht mehr bewegen, also im C50- Tetanus-Bereich. Erfolgt bei einer eingestellten „steady-state“-Narkosemittelkonzentration eine Bewegung auf den Schmerzreiz, also eine „positive Reaktion“, so muss die Narkose vertieft werden. Dementsprechend wurde beim nächsten Patienten die Zielkonzentration von Propofol um 0,5 mg/l erhöht. Wird die Reaktion hingegen als „negative Reaktion“ eingestuft, so ist die Narkose abzuflachen und infolgedessen die nächste „steady-state“-Propofol-konzentration um das Intervall 0,5 mg/l zu vermindern. Die Gruppen der positiven und. negativen Reaktionen sind dadurch annähernd gleich groß, weil immer um den Bereich der Konzentration, in dem der sich 50 Prozent der Patienten bewegen, gependelt wird. Im Anschluss an den Reiz wurde die „steady-state“-Konzentration zur weiteren Beurteilung noch 5 min konstant gehalten. Nach der Erfassung der Messwerte ist die Narkose vertieft worden. Die Patienten erhielten 0,1 mg Fentanyl (Janssen, Neuss, Deutschland) und 0,1 mg/kg KG Cis-Atracurium (Nimbex®, Glaxo Wellcome, Bad Oldesloe, Deutschland) und wurden intubiert. Danach erfolgte die Übergabe der intubierten und beatmeten Patienten an das OP-Team. Nach der Messung wurden die aufgezeichneten Werte „offline“ ausgewertet.

Abbildung 5: Exemplarischer Verlauf einer Messung. Die durch eine Linie verbundenen Punkte entsprechen der berechneten Propofolplasmakonzentration (Zielkonzentration hier 4,5 mg/l).

2.5. Statistische Auswertung der Daten

2.5.1. Berechnung des C50-Tetanus–Wertes

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Der C50-Tetanus-Wert kann anhand der von Dixon beschriebenen „up-and-down“-Methode (Beschreibung siehe Kapitel 2.4.2.) berechnet werden [Dixon, 80; Dixon, 83]. Die Methode von Dixon hat den Vorteil, dass sich die Messpunkte um den Median der zu untersuchenden Größe sammeln und dadurch mit relativ geringen Fallzahlen die Konzentration des halbmaximalen Effekts (C50) bestimmt werden kann. Dadurch ist bei kleineren Populationen die statistische Aussagekraft in diesem Bereich um 30 bis 40 Prozent höher als bei einer Standardmethode vergleichbarer Population [Dixon, 80; Dixon, 83]. Aussagen über Werte kleinerer oder größerer Perzentilen sind allerdings mittels dieser Methode ungenau. Neben der Berechnung des C50-Tetanus-Wertes ist es ebenfalls möglich, die dazugehörige Standardabweichung zu berechnen.

Die Formel (3) nach Dixon wurde für die Berechnung des C50-Tetanus-Wertes angewandt. In die Berechnung gehen jeweils nur die positiven oder negativen Reaktionen ein, je nachdem welche Reaktion weniger oft stattfand. Xo entspricht der jeweiligen getesteten intravenösen Propofolkonzentration; n steht für die Anzahl der Stimuli; d ist das Intervall der Konzentrationsschritte. Je nachdem welche der Reaktionsqualitäten weniger oft eintrifft, wird der Wert d/2 addiert (positive Reaktion) oder subtrahiert (negative Reaktion). Anhand der Formel (4) wird mit Hilfe der Varianz () die Standardabweichung berechnet.

2.5.2. Bestimmung der „Prediction Probability“ (PK-Wert)

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Zur Bestimmung der Effizienz der einzelnen Parameter für die Möglichkeit der Vorhersage motorischer Reaktionen auf einen Schmerzreiz, wurden PK-Werte gebildet. Die „Prediction Probability“(PK-Wert) wurde von Smith et al. [Smith, 96] entwickelt und ist ein Maß für die Assoziation einer stetigen und einer ordinalen Variablen. Der PK-Wert liegt immer zwischen 1 und 0. Ein PK-Wert von 1 bedeutet, dass der gemessene Parameter zu 100 % die Narkosetiefe richtig darstellt und damit vorausgesagt werden kann, ob ein Patient auf einen Reiz reagieren wird oder nicht. Liegt der PK-Wert bei 0,5 so ist die Voraussagekraft des Narkosetiefeindikators rein zufällig. Für folgende mögliche Narkosetiefeindikatoren wurden PK-Werte berechnet: H-Reflex-Amplitude, angesteuerte Propofolzielkonzentration, Bispektraler Index, spektrale Eckfrequenz95%, spektrale Entropie, Entropie des kombinierten EEG/ EMG-Signals und Herzfrequenz. Neben der Berechnung des PK-Wertes ist mittels Jackknife-Methode auch die Berechnung des Standardfehlers möglich. Die Berechnung des PK-Wertes und des Standardfehlers erfolgte automatisiert mit Hilfe des von Smith et al. [Smith, 96] entwickelten Macro (PKMACRO) für Microsoft Excel 4.0 (Microsoft, Redmond, WA, USA).

2.5.3. Vergleich prätetanischer mit posttetanischen Werten

Um die Reaktion der einzelnen Messparameter (H-Reflex-Amplitude, BIS, SEF95%, SE, RE und Herzfrequenz) auf den schmerzhaften Stimulus zu erfassen und miteinander vergleichen zu können, wurde ein Friedman-Test durchgeführt. Dabei wurden die Mess-Parameter zum Zeitpunkt 2 min vor dem Tetanus jeweils mit denen zu den Zeitpunkten 1, 2, 3 und 4 min nach Auslösung des Schmerzreizes getestet. Ein p-Wert von p < 0,05 entsprach einem signifikanten Unterschied. Die statistische Analyse erfolgte mit dem Statistik-Programm Prism 3.00 (Graphpad, San Diego, CA, USA). Die Propofolkonzentration wurde während dieser Zeit konstant gehalten.

2.5.4. Untersuchung der Konzentrationsabhängigkeit

Aufgrund der geringen Fallzahl wurde ein nichtparametrischer t-Test (Kruskal-Wallis-Test) durchgeführt, der dazu diente den Einfluss der Propofolkonzentration auf die gemessenen Parameter zu testen. Dabei wurden die verschiedenen Mittelwerte der einzelnen Konzentrationen miteinander verglichen. Bei signifikanten Ergebnissen (p < 0,05) im Kruskal-Wallis-Test wurde anschließend der Dunn´s Post-Test durchgeführt.

2.5.5. Einfluss der Doppelreizstimulation

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Der Effekt von Doppelreizen auf die H-Reflexamplitude in Abhängigkeit des Interstimulusabstandes wurde mit einer doppelten Varianzanalyse untersucht. Bei signifikanten Werten (p < 0,05) in der doppelten Varianzanalyse ist weiterhin ein Bonferroni-Post-Test durchgeführt worden. Die Analyse der Patienten mit positiver und negativer Reaktion erfolgte sowohl zusammen als auch getrennt voneinander.


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10.04.2006