Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Bestimmung der Anästhesietiefe bei der Katze über die Herzfrequenzvariabilität, verarbeitetes Elektroenzephalogramm und klinische Parameter

Raue, Jonathan Friedemann

Das Elektroenzephalogramm (EEG) bietet die Möglichkeit, Informationen über die Aktivität der grauen Substanz der Großhirnrinde und damit des Zentralen Nervensystems (ZNS) zu gewinnen. Die Herzfrequenzvariabilität (heart rate variability, HRV) hingegen kann die Aktivität des Autonomen Nervensystems (ANS) abbilden. Beide Systeme werden durch die in der Anästhesie verwendeten Pharmaka beeinflusst, weshalb ihre Evaluation eine Möglichkeit zur Bestimmung der Anästhesietiefe darstellen könnte. Das Ziel dieser prospektiven kompletten cross-over-Studie war es, die Effekte von Isofluran, Remifentanil und Dexmedetomidin auf die HRV und ausgewählte (vom Narcotrend® Monitor bereitgestellte) EEG-Parameter vor und nach supramaximaler nozizeptiver Stimulation in verschiedenen definierten Anästhesietiefen zu untersuchen, welche durch die Minimale Alveoläre Konzentration (MAC) des volatilen Anästhestikums bestimmt wurden. Sieben gesunde Katzen der Rasse Europäisch Kurzhaar wurden verwendet, und jede Katze wurde 3 Behandlungsgruppen zugeordnet mit einer Auswaschphase von 8 Tagen zwischen den Behandlungen. Gruppe I bekam ausschließlich Isofluran, Gruppe IR bekam zusätzlich eine Dauertropfinfusion (DTI) mit Remifentanil (18 μg/kg/h), und Gruppe ID bekam zusätzlich eine DTI mit Dexmedetomidin (3μ g/kg/h). Konstante Bedingungen wie Eukapnie und Aufrechterhaltung der physiologischen Körpertemperatur sowie konstante Umgebungsfaktoren wurden eingehalten. Die MAC-Werte wurden durch elektrische supramaximale nozizeptive Stimulation der rechten Vordergliedmaße bestimmt, individuell für jedes Tier in jeder Behandlungsgruppe. Die nozizeptive Stimulation wurde dann in je 3 verschiedenen Anästhesietiefen (0,75 MAC, 1,0 MAC und 1,5 MAC) wiederholt und es wurden elektrokardiographische (Televet® 100, EKG) und elektroenzephalographische (Narcotrend®, EEG) Messungen je 1 Minute vor und nach Stimulation durchgeführt und aufgezeichnet. Das EKG wurde über 4 Elektroden an den Pfoten und das EEG-Signal über 3 subkutane Elektroden am Kopf gemessen. Die EKG-Daten (RR-Intervalle, Abstände zwischen 2 aufeinander folgenden R-Zacken) wurden exportiert und über eine spezielle Software (Kubios HRV®) offline analysiert. Die hieraus gewonnenen zeitbasierten Daten wie die Standardabweichung der Herzfrequenz (STD HR) sowie frequenzbasierte Daten aus dem Niedrigfrequenz- (LF) und dem Hochfrequenz-Bereich (HF) und deren Verhältnisse (LF/HF) wurden für die statistische Analyse verwendet. Die EEG-Frequenzbänder δ, θ, α und β, sowie die Spektrale Eckfrequenz (SEF95), die Medianfrequenz (MF), und der Narcotrend® Index, wurden ebenfalls exportiert und offline weiter analysiert. Für die statistische Analyse wurden der Wilcoxon Rangsummentest, gepaarte t-Tests, der Friedman-Test sowie die Spearman-Rangkorrelation genutzt. Das Signifikanzlevel lag bei 0,05. Der mittlere Isofluran-MAC ± Standardabweichung (SD) lag bei 1,83 ± 0,22 Vol% in Gruppe I, bei 1,65 ± 0,13 Vol% in Gruppe IR (MAC-sparender Effekt 9,8%) und 0.82 ± 0,20 Vol% in Gruppe ID (MAC-sparender Effekt 55,2%). Nozizeption wurde durch mehrere HRV-Parameter abgebildet, allerdings mit hoher Variabilität zwischen den Behandlungsgruppen. Die stärkste Korrelation mit MAC hatte STD HR in Gruppe I. STD HR konnte außerdem zwischen 1,5 MAC und 1,0 MAC sowie zwischen 1,0 MAC und 0,75 MAC in Gruppe I unterscheiden, ebenso zwischen 0,75 MAC und 1,5 MAC in Gruppe ID. Die beste Korrelation unter den EEG-Parametern hatte der NI in Gruppe I. Der NI konnte außerdem sicher 0,75 MAC und 1,5 MAC in Gruppe IR unterscheiden. SEF95 hatte eine niedrigere Korrelation mit dem MAC, konnte aber zwischen 0,75 MAC und 1,5 MAC in den Gruppen I und IR unterscheiden, zudem zwischen 1,0 MAC und 1,5 MAC in Gruppe IR. Der Klinische Score korrelierte stärker als alle EEG-Parameter mit dem MAC in allen Gruppen. Die stärkste Korrelation bestand auch hier in Gruppe I, gefolgt von Gruppe IR und Gruppe ID. Schmerzstimulation führte zu signifikanten Anstiegen des Scores bei 0,75 und 1,0 MAC in Gruppe I. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass das Anästhesieprotokoll großen Einfluss auf HRV- und EEG-Parameter hat. Einige HRV-Parameter können sinnvoll zur Detektion von Schmerzerlebnissen sein. STD HR und der NI können als zusätzliche Parameter zur Einschätzung der Narkosetiefe genutzt werden; ihre alleinige Nutzung ist derzeit nicht sinnvoll.

EEG parameters provide information about the activity of the grey matter of the brain cortex, and therefore about the activity of the central nervous system (CNS), and heart rate variability (HRV) provides information about the autonomous nervous system (ANS) activity. Both systems are affected by anaesthesia, and their assessment might represent a possible tool to assess anaesthetic depth. The aim of the present prospective and complete crossover study was to evaluate the effects of isoflurane, remifentanil and dexmedetomidine on HRV and on selected EEG parameters derived from a Narcotrend® Monitor before and after supramaximal nociceptive stimulation at different MAC-defined anaesthetic depth levels. Seven healthy domestic short hair cats were used, and each cat was anaesthetized three times, with a wash-out interval of 8 days – group I was anaesthetized with isoflurane alone, group IR with isoflurane and a constant rate infusion (CRI) of remifentanil (18 μg/kg/h), and group ID with isoflurane and a CRI of dexmedetomidine (3 μg/kg/h). Constant conditions like eucapnia and physiological body temperature were maintained. Minimum alveolar concentration (MAC) values were determined via electrical supramaximal nociceptive stimulation on the right thoracic limb, individually for each cat in each treatment group. Nociceptive stimulation was repeated at 3 different MAC multiples (0.75, 1.0 and 1.5 MAC), and electrocardiographic (Televet® 100, ECG) and electroencephalographic (Narcotrend®, EEG) recordings were performed for 1 minute before and after stimulation. The ECG was obtained via 4 surface electrodes which were placed on the paws, and the EEG signal was obtained from three electrodes placed subcutaneously on the skull. ECG data (RR intervals, time between 2 consecutive R peaks) were exported, and offline HRV analysis via special software (Kubios HRV®) was performed to obtain time domain data such as standard deviation of heart rate (STD HR) and frequency domain data such as LF (low frequency) and HF (high frequency), and their ratio (LF/HF). The EEG frequency bands δ, θ, α and β, as well as spectral edge frequency (SEF95), the median frequency (MF), and most important the Narcotrend® Index (NI), were exported and analysed offline as well. For statistical analysis, Wilcoxon signed rank tests, paired t-tests, the Friedman test and Spearman’s rank correlation were used. The significance level was set at p < 0.05. Mean isoflurane MAC ± standard deviation (SD) was 1.83 ± 0.22 Vol% in group I, 1.65 ± 0.13 Vol% in group IR (MAC-sparing effect 9.8%) and 0.82 ± 0.20 Vol% in group ID (MAC sparing effect 55.2%). Nociception was indicated by several HRV parameters, however with high variability between treatments. The best correlation with MAC was found for STD HR in group I. STD HR was also able to distinguish 0.75 MAC from 1.5 MAC and 1.0 MAC from 1.5 MAC in group I, as well as 0.75 MAC from 1.5 MAC in group ID. The best correlation of EEG and MAC multiples was found in the NI in group I. NI was also able to differentiate between 0.75 MAC and 1.5 MAC in group IR. SEF 95 had a lower correlation to MAC multiples but was able to differentiate between 0.75 MAC and 1.5 MAC in groups I and IR, and also between 1.0 MAC and 1.5 MAC in group IR. The clinical score correlated closer than any of the EEG parameters with MAC in all groups, with the highest correlation values in group I, followed by group IR and ID. Noxious stimulation led to a significant increase of the clinical score at 0.75 MAC and 1.0 MAC when isoflurane was administered alone. In conclusion, the anaesthetic protocol has great influence on HRV and EEG variables. Some HRV variables might be useful for detection of nociception. STD HR and NI have the potential to be used as an additional parameter for assessment of anaesthetic depth in isoflurane-anaesthetized cats; however, their sole use is not recommended.

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Raue, Jonathan: Bestimmung der Anästhesietiefe bei der Katze über die Herzfrequenzvariabilität, verarbeitetes Elektroenzephalogramm und klinische Parameter. Hannover 2019. Tierärztliche Hochschule Hannover.

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