EEG-based Monitoring during General Anaesthesia and Sedation Studies on Cardiac Surgery and ...

124 Pages·2012·2.44 MB·English

d
i
s
s
e
r
t
a
t
i
o
n
s

| 1
4
Tadeusz Musialowicz 9
| T
EEG-based Monitoring a
d
e
u
during General Anaesthesia s
The use of anaesthetic agents z
M
and Sedation during general anaesthesia u
s Tadeusz Musialowicz
i
and sedation in the intensive a
Studies on Cardiac Surgery lo
care unit induce changes in w EEG-based Monitoring during
i
and Status Epilepticus Patients patient’s electroencephalographic c
z
(EEG) waveforms of the brain | E General Anaesthesia and Sedation
E
cortex. The utility of EEG-based G
-
b
neuromonitoring during general as Studies on Cardiac Surgery and Status Epilepticus
e
d
anaesthesia for patients undergoing M
Patients
o
cardiac surgery and postoperative n
ito
sedation and during the treatment r
in
of status epilepticus in the intensive g
d
u
care unit was evaluated in this r
in
study. The dissertation provides new g G
e
information about the differences n
e
r
between EEG-based monitoring a
l A
techniques and their feasibility to n
a
e
assess hypnosis in cardiac surgery s
th
and in intensive care settings. es
ia
a
n
d
S
e
d
a Publications of the University of Eastern Finland
t
io
n Dissertations in Health Sciences

Publications of the University of Eastern Finland
Dissertations in Health Sciences
isbn 978-952-61-1006-6
TADEUSZ MUSIALOWICZ

EEG-based Monitoring during General
Anaesthesia and Sedation

Studies on Cardiac Surgery and Status Epilepticus Patients

To be presented by permission of the Faculty of Health Sciences, University of Eastern Finland for
public examination in Kuopio University Mediteknia, Auditorium 1,
on Friday, January 18th 2013, at 12 noon

Publications of the University of Eastern Finland
Dissertations in Health Sciences
Number 149

Department of Anaesthesiology and Department of Intensive Care Medicine, Kuopio University
Hospital, Institute of Clinical Medicine, School of Medicine, Faculty of Health Sciences,
University of Eastern Finland
Kuopio
2013

Kopijyvä OY
Kuopio, 2013

Series Editors:
Professor Veli-Matti Kosma, M.D., Ph.D.
Institute of Clinical Medicine, Pathology
Faculty of Health Sciences

Professor Hannele Turunen, Ph.D.
Department of Nursing Science
Faculty of Health Sciences

Professor Olli Gröhn, Ph.D.
A.I. Virtanen Institute for Molecular Sciences
Faculty of Health Sciences

Distributor:
University of Eastern Finland
Kuopio Campus Library
P.O.Box 1627
FI-70211 Kuopio, Finland
http://www.uef.fi/kirjasto

ISBN (print):978-952-61-1006-6
ISBN (pdf): 978-952-61-1007-3
ISSN (print):1798-5706
ISSN: (pdf): 1798-5714
ISSN-L: 1798-5706

III

Author’s address: Department of Anaesthesiology
and Department of Intensive Care Medicine
Kuopio University Hospital
University of Eastern Finland
KUOPIO
FINLAND

Supervisors: Docent Ilkka Parviainen, M.D., Ph.D.
Department of Intensive Care Medicine
Kuopio University Hospital
University of Eastern Finland
KUOPIO
FINLAND

Professor Markku Hynynen, M.D., Ph.D.
Department of Anaesthesiology
Jorvi Hospital, Espoo
Helsinki University Hospital
University of Helsinki
HELSINKI
FINLAND

Reviewers: Professor Seppo Alahuhta, M.D., Ph.D.
Department of Anaesthesiology
Oulu University Hospital
University of Oulu
OULU
FINLAND

Docent Anne Vakkuri, M.D., Ph.D.
Department of Anaesthesiology
Peijas Hospital, Vantaa
Helsinki University Hospital
University of Helsinki
HELSINKI
FINLAND

Opponent: Professor Arvi Yli-Hankala, M.D., Ph.D.
Department of Anaesthesiology
Tampere University Hospital
University of Tampere
TAMPERE
FINLAND
IV
V

Musialowicz, Tadeusz.
EEG-based monitoring during general anaesthesia and sedation. Studies on cardiac surgery and status
epilepticus patients.
University of Eastern Finland, Faculty of Health Sciences, 2013.
Publications of the University of Eastern Finland. Dissertation in Health Sciences number 149. 2013. 92 p.

ISBN (print):978-952-61-1006-6
ISBN (pdf): 978-952-61-1007-3
ISSN (print):1798-5706
ISSN: (pdf): 1798-5714
ISSN-L: 1798-5706

ABSTRACT

The aim of this study was to evaluate and compare the utility of different EEG-based
neuromonitoring methods during general anaesthesia for cardiac surgery and sedation in
the ICU. In study I, midlatency auditory-evoked potentials (MLAEPs) were evaluated as a
measure of the sedation level in cardiac surgery patients during postoperative sedation.
The purpose of this study was to evaluate whether graded changes in sedation induced by
pre- and postoperative sedative drugs can be detected by any of the components of
MLAEPs. The latency of the Nb component increased significantly after premedication and
during deep and moderate sedation, and remained increased the day after surgery. The Na-
Pa amplitude was decreased during deep sedation compared with baseline and moderate
sedation. In study II, MLAEPs were evaluated in cardiac surgery patients when anaesthesia
was guided with the aid of the bispectral index (BIS). It was tested whether the parameters
derived from EEG indicate similar states of anaesthesia with the two different anaesthesia
techniques. At similar BIS levels, the latency of the Nb component of MLAEPs was
significantly increased after intubation, and both the Nb and Pa component was
significantly increased after sternotomy in the patients anaesthetised with isoflurane
compared with propofol. Our results suggest that the parallel use of these two methods can
show differences in the components of anaesthesia. In study III, the feasibility of the BIS
index to assess the EEG burst suppression pattern during anaesthesia for refractory status
epilepticus (RSE) in the ICU was evaluated. An excellent correlation was found between the
BIS index and bursts per minute in the raw EEG. BIS monitoring represents a useful
alternative for titration of an anaesthetic agent to reach sufficient suppression in the EEG. In
study IV, state entropy (SE) values were compared with the BIS index in patients
undergoing general anaesthesia for cardiac surgery. Response entropy (RE) as a predictor
for surgical noxious stimulation was also evaluated. A poor agreement between SE and BIS
index values was found, but RE was a good predictor of arousal after surgical stimulation.
In conclusion, in EEG-based monitoring for the assessment of hypnosis during cardiac
surgery, different indices show poor agreement (BIS vs. SE) and indicate different
components of anaesthesia (MLAEP vs. BIS). In the ICU settings, EEG-based methods can
be used to titrate various levels of sedation and to monitor the response to RSE treatment.
National Library of Medical Classification: QU 34, WG 169, WL 150, WL 385, WO 200, WO 275, WV 270
Medical Subject Headings: Anesthesia, General; Consciousness Monitors; Conscious Sedation; Deep Sedation;
Electroencephalography; Entropy; Evoked Potentials, Auditory; Cardiac Surgical Procedures; Intensive Care
Units; Status Epilepticus
VI
VII

Musialowicz, Tadeusz.
EEG:hen pohjautuva yleisanestesian ja sedaation valvonta sydänleikkattulla ja status-epileptikus potilailla.
Itä-Suomen yliopisto, Terveystieteiden tiedekunta, 2013.
Publications of the University of Eastern Finland. Dissertation in Health Sciences number 149. 2013. 92 p.

ISBN (print):978-952-61-1006-6
ISBN (pdf): 978-952-61-1007-3
ISSN (print):1798-5706
ISSN: (pdf): 1798-5714
ISSN-L: 1798-5706

TIIVISTELMÄ

Tämän väitöskirjatyön tavoitteena oli arvioida ja verrata eri EEG-perusteisten mittareiden
käyttökelpoisuutta sydänanestesian ja tehohoidon sedaation aikana. Ensimmäisessä
osatyössä tutkittiin keskilatenttisia kuuloherätevasteita postoperatiivisessa sedaation asteen
arvioinnissa sepelvaltimo-ohitusleikkauspotilaalla. Tutkimuksen tarkoituksena oli todeta,
pystyykö kuuloherätevasteiden eri kompononttien avulla arvioimaan sedaation eri vaiheita
ja sedaatiivisten lääkkeiden vaikutuksia ennen leikkausta ja sen jälkeen.
Kuuloherätevasteiden Nb-komponentin latenssi piteni esilääkitysten jälkeen, syvässä ja
kohtalaisessa sedaatiossa ja leikkauksen jälkeen seuraavana päivänä. Na-Pa komponentin
amplitudi oli pienempi syvässä sedaatiossa kuin leikkausta edeltävänä päivänä ja
kohtalaisessa sedaatiossa. Toisessa osatyössä tutkittiin keskilatenttisia kuuloherätevasteita
sepelvaltimo-ohitusleikkauspotilaalla, kun anestesian syvyyttä ohjattiin bispektraali (BIS)
indeksin avulla käyttäen kahta eri anestesiamenetelmä. Tutkimuksen tarkoitus oli selvittää,
kuvastavatko kaksi eri EEG:hen pohjatuvaa anestesian komponentteja monitoroivaa
menetelmää anestesian tilaa samalla tavalla sydänleikkauksen eri vaiheessa mitattuna. Kun
BIS-indeksi oli samalla tasolla molemmissa anestesiaryhmissä, Nb- ja Pa latenssit erosivat
ryhmien välillä kipuärsytyksen jälkeen. Tulokset viittaavat siihen, että BIS mittaa
anestesian hypnoottista komponenttia, kun taas herätepotentiaalit kuvastavat anestesian
hypnoottisen ja analgeettisen komponentin välistä tasapainoa. Kolmannessa osatyössä
tutkittiin BIS-monitorin soveltuvuutta tunnistaa purskevaimentuma status epileptikuksen
hoidossa anestesian aikana. Sekä BIS indeksi että BIS-supressiosuhde korreloivat hyvin
EEG:n purskevaimentuman kanssa. BIS- monitoroinnin avulla voidaan ohjata anestesia-
aineiden annostelua ylläpitämään purskevaimentuma status epileptikuksen hoidossa.
Neljännen osatyön tarkoituksena oli verrata BIS- ja entropiamonitorin indeksien
yhtäpitävyyttä ja korrelaatiota sydänleikkauksen anestesian yhteydessä. Samalla tutkittiin,
onko vaste-entropia (Response entropy, RE) parempi kirurgisen stimulaation indikaattori
kuin BIS, otsalihasten elektromyografia (EMG) tai hemodynaamiset vasteet. Tase-entropia
(State entropy, SE) ja RE korreloivat hyvin BIS:n kanssa verrattaessa koko anestesian
aikaista keskiarvoa, mutta leikkauksen eri vaiheissa SE:n ja BIS:n välillä oli huomattavia
eroja. RE oli hyvä nosiseption indikaattori kirurgisen stimulaation jälkeen. Johtopäätöksenä
voidaan todeta, että eri EEG:hen perustuvat anestesian mittarit eroavat kyvyssä kuvastaa
anestesian eri komponentteja. Tehohoidossa näitä sedaation mittareita voidaan käyttää
sedaation asteen säätelyssä ja status epileptikuspotilaan anestesian seurannassa.

Yleinen Suomalainen asiasanasto: EEG; monitorointi; nukutus; sedaatio; tehohoito; epilepsia; sydänkirurgia