Einfluss des Anästhetikuns Sevofluran und schmerzhafter Stimuli auf den H-Reflex

Abstract

Einleitung: Für die Messung der "Narkosetiefe" werden vorwiegend Parameter des Elektroenzephalogramms (EEG) untersucht, welche offenbar keine Aussage zur Unterdrückung von Bewegungen auf Schmerzreize treffen können. Dies ist auch wenig verwunderlich, da Untersuchungen an Tieren die Ausschaltung einer Bewegung auf Schmerzreiz durch Anästhetika auf der spinalen Ebene erwarten lassen. Der spinale H-Reflex, ein elektrisch ausgelöster, monosynaptischer Reflex, wurde bereits zur Überwachung der Unterdrückung von Bewegungen während der Narkose vorgeschlagen. Diese Arbeit diente der vergleichenden Untersuchung der H-Reflex-Amplitude mit EEG-Parametern unter Sevofluran-Narkosen. Es wurden Konzentrations-Wirkungs-Kurven ermittelt, sowie die Eignung als Parameter zur Vorhersage von Bewegungen auf schmerzhafte Reize überprüft. Weiterhin sollte der Effekt des schmerzhaften Reizes auf die H-Reflex-Amplitude selbst aufgeklärt werden. Methodik: Nach Zustimmung der Ethikkommission und schriftlicher Einwilligung wurden 28 Patientinnen in die Studie eingeschlossen. Sie wurden präoperativ untersucht. Nach anfänglicher Vertiefung bis zur Toleranz einer Larynxmaske, wurde die Narkose mit Hilfe der "up-and-down"-Methode auf einen Wert nahe der minimalen alveolären Konzentration (MAC) eingestellt. Nach mindestens 15 Minuten konstanter Konzentration wurde von einem "steady-state" ausgegangen und am volaren Unterarm ein elektrisch ausgelöster Schmerzreiz (Tetanus-Reiz, 60 mA) appliziert. Für die Ermittlung der Konzentrations-Wirkungs-Kurve diente ein pharmakokinetisch-pharmadynamisches Modell, welches auf einem sigmoidalen Emax-Modell beruht. Die Eignung eine Bewegung vorherzusagen wurde anhand der "Prediction Probability" (PK-Wert) überprüft. Ergebnisse: Bei 14 Patientinnen konnte der H-Reflex kontinuierlich über die gesamte Messperiode ausgelöst werden. Die Wachwerte betrugen für die H-Reflex-Amplituden 6,5 (+/- 4,1 SD) mV. Sevofluran unterdrückt die H-Reflex-Amplituden konzentrationsabhängig. Die Unterdrückung konnte gut durch das sigmoidale Modell dargestellt werden (Median - r^2 = 0,96). Die Unterdrückung der H-Reflex-Amplitude unterliegt einer signifikant steileren Konzentrations-Wirkungs-Beziehung als die der EEG-Parameter spektrale Eckfrequenz 95 (SEF95) und bispektraler Index (BIS). Die H-Reflex-Amplitude konnte Bewegungen auf einen Schmerzreiz mit einer PK von 0,74 vorhersagen, während mittels der EEG-Parameter SEF95 und BIS lediglich zufällige Aussagen bezüglich stattfindender Bewegungen getroffen werden können. Der Schmerzreiz veränderte die H-Reflex-Amplitude, das spontane frontale Elektromyogramm und die Herzfrequenz, nicht jedoch die kortikal abgeleiteten Parameter BIS und SEF95. Schlussfolgerung: Aus dieser Arbeit ergeben sich Hinweise, dass die Unterdrückung von Bewegungen auf schmerzhafte Reize und die Unterdrückung der H-Reflex-Amplitude durch Sevofluran eng verknüpft sind. Auch wenn kein kausaler Zusammenhang besteht, so würde dies die hohe Vorhersagekraft der H-Reflex-Amplituden für Bewegungen auf Schmerzreiz erklären. Sie ist zur Überwachung der Unterdrückung von groben gezielten Bewegungen während einer Narkose geeignet. Mittels H-Reflex-Amplituden können Aktivierungen des Rückenmarkes registriert werden, welche auf kortikaler Ebene nicht sichtbar werden. Zukünftige auf dem H-Reflex basierende Studien können weitere Einsichten in die Mechanismen der Anästhesie liefern und behilflich an der Erarbeitung von Richtlinien zur optimalen Medikamentendosierung sein.

Introduction: The measurement of "depth of anesthesia" is mostly done by parameters of the electroencephalogram (EEG), which can not make a statement about the suppression of movement due to painful stimulation. This is not surprising, looking at recent animal studies that assume the anesthetic induced unresponsiveness to noxious stimulation at the side of the spinal cord. The spinal H-reflex, an electric induced, monosynaptical reflex has been proposed to monitor the suppression of movements during anesthesia. This dissertation shows a comparative examination of the H-reflex-amplitude and parameters of the EEG under anesthesia with sevoflurane. Concentration-response functions have been determined, the prediction of movement to painful stimulation has been tested. Also the effect of the painful stimulus itself on the H-reflex-amplitude has been discovered. Methods: After approval of the institutional review board and informed consent were obtained, 28 patients were included into this study. The examination has been done prior to surgery. After induction of anesthesia until a laryngeal mask was tolerated, sevoflurane was decreased to a level close to minimum alveolar concentration (MAC) using the "up-and-down" method. After at least 15 minutes of constant sevoflurane concentration a "steady-state" was assumed and a painful electrical stimulation (tetanic stimulus of 60mA) was applied. The concentration-response functions were determined using pharmacokinetic and pharmacodynamic modeling, based on a sigmoid Emax model. To estimate and compare the predictive value of the parameters, prediction probability Pk was calculated. Results: On 14 patients the H-reflex could been measured continuously throughout the study period. At awake level, H-reflexes had a mean amplitude of 6,5 (+/- 4,1 SD) mV. Sevoflurane depresses the H-reflex-amplitude in a concentration dependent way, which was well modeled by the sigmoid Emax model (median r^2 = 0,96). The depression of the H-reflex-amplitude underlies a significant steeper concentration-response function as the EEG-parameters spectral edge frequency (SEF95) and bispectral index (BIS). H-reflex-amplitude could predict movement on to painful stimulation with a Pk value of 0,74, whereas EEG-parameters could only make statements, concering upcoming movements, by chance. The painful stimulation changed H-reflex-amplitude, frontal recorded electromyogram and heart-frequency but not the cortical recorded parameters BIS and SEF95. Conclusions: Results indicate that the suppression of movement and the suppression of the H-reflex-amplitude caused by sevoflurane are close connected. Although it does not imply a causual connection, it would explain the high predictive value of the H-reflex-amplitude for motor responses to noxious stimuli. H-reflex-amplitude can be used to monitor the suppression of gross purposeful movements during sevoflurane anesthesia. Using H-reflex-amplitude spinal activation can be registered, which are not seen on cortical level. Coming up studies based on the H-reflex can help to get more insights into the mechanisms of anesthesia and help to develop guidelines for optimal drug dosing.