성인 수술 중 대뇌 흐름-대사 결합

뇌는 약 50mL/100g/min의 정상적인 대뇌 혈류(CBF)로 심박출량의 약 15%를 받는 매우 대사 활동적인 기관입니다. 정상적인 상황에서 CBF는 국소 대뇌 대사와 밀접하게 연결되어 있습니다. 뇌의 한 영역의 대뇌 대사 활동의 증가는 해당 뇌 영역으로의 혈류 증가를 유발합니다. 반대로 뇌의 대사 활동이 감소하면 혈류가 감소합니다. 이 엄격하게 제어되는 생리적 현상은 흐름-대사 결합으로 알려져 있습니다.

유동-대사 커플링은 뉴런 활동이 CBF를 직접 증가시켜 증가된 에너지 공급과 일치하는 피드포워드 생리학적 보호 메커니즘으로 생각됩니다. 대뇌 저관류(즉, CBF의 감소) 보상으로 뇌 혈관이 확장되고 국소 산소 추출 분율(OEF)이 증가합니다. 대뇌 저관류가 지속되고 역치 미만이면 뇌 세포의 활동이 억제되어 대뇌 대사율(CMR)과 대뇌 대사 산소 요구량(CMRO2)이 감소합니다. 이 흐름-대사 결합 메커니즘은 건강한 지원자와 병리학적 상태를 가진 환자 모두에서 PET 스캔을 사용하여 잘 연구되었습니다. 중요하게도, 뇌 허혈에 반응하는 흐름-대사의 이러한 생리학적 특성은 수술 중 대뇌 허혈의 초기 지표로 사용될 수 있습니다. 즉, CMRO2의 급격한 감소 또는 OEF의 증가를 나타내는 모니터링은 뇌 허혈의 초기 마커로 작용할 수 있습니다. 그러나 기술적 한계로 인해 이러한 미묘한 생리적 변화를 침대 옆에서 감지하는 것은 특히 수술 중 환경에서 어려운 일입니다. 또한, 많은 생리학적, 병리학적 및 약리학적 요인이 이러한 흐름-대사 결합 관계에 영향을 미칠 수 있으므로 뇌 허혈의 지표로서 CMRO2/OEF 변화의 해석에 영향을 미칠 수 있습니다. 마취제가 해석을 혼란스럽게 할 수 있는 방법을 다루기 위해서는 추가 연구가 필요합니다.

다른 마취제는 다른 방식으로 흐름-대사 결합을 변경할 수 있습니다. 대뇌 대사율은 신경계의 기능 상태, 마취제 및 체온을 비롯한 여러 요인에 의해 결정됩니다. CMR에 대한 개별 마취제의 효과는 잘 연구되었습니다. 요컨대, 케타민과 아산화질소(N2O)를 제외한 대부분의 마취제는 용량 의존적으로 CMR을 억제합니다. CMR의 마취 억제는 주로 전기생리학적 활동의 감소에 의해 유발됩니다. 이전 연구에서는 바르비투르산염, 이소플루란, 세보플루란, 데스플루란, 프로포폴, 에토미데이트를 포함한 여러 마취제가 혈장 농도를 증가시키고 EEG 활성을 점진적으로 억제하며 동시에 CMR을 감소시킬 수 있음을 보여주었습니다.

문제를 더욱 복잡하게 만드는 것은 수술 중 마취과 의사가 적절한 대뇌 관류 압력을 유지하여 대사 요구를 충족시키기에 충분한 CBF가 있는지 확인해야 한다는 것입니다. 전신마취 유도는 심박출량(CO) 및 전신혈관저항(SVR)의 감소에 기인하는 평균동맥혈압(MAP) 및 뇌관류압의 감소와 종종 관련이 있다. 혈액 손실 및 수술 위치 지정과 같은 많은 수술 중 조건은 환자의 혈압을 더욱 손상시킬 수 있으므로 CBF를 유발할 수 있습니다. 페닐에프린과 에페드린은 일반적으로 신경외과 시술 중에 심혈관 우울증에 대응하고 마취 관련 저혈압을 치료하기 위해 투여됩니다. 마취된 환자에 대한 근적외선 분광법(NIRS) 연구는 MAP의 현저한 증가에도 불구하고 페닐에프린이 에페드린에 비해 국소 대뇌 산소 포화도(StO2)를 감소시킨다는 것을 시사합니다. 이들 연구의 결과는 상충되며 다양한 한계점이 있다.

NIRS는 근적외선 범위의 빛에 대한 조직의 상대적 투명성과 StO2 측정의 비침습적 방법을 제공하는 헤모글로빈의 산소화에 대한 빛 흡수의 의존성으로 인해 오랫동안 유망한 신경 모니터로 인식되어 왔습니다. 또한 NIRS는 매우 안전하고 저렴하며 실시간 모니터링을 제공합니다. 상용 시스템을 사용할 수 있으며 관상 동맥 우회 및 경동맥 내막 절제술을 포함하여 뇌 손상 위험과 관련된 다양한 수술 절차 중에 신경 모니터링에 사용되었습니다.1,2 NIRS의 장점에도 불구하고 수술 중 허혈을 감지하는 진단 정확도는 논란의 여지가 있습니다.3 최근의 체계적 검토에서는 다음과 같은 결론을 내렸습니다.

"NIRS는 수술 중 허혈을 식별하기 위한 민감도는 낮고 특이도는 높습니다. 두개외 신호 기여도는 매우 다양했습니다." 4

이 결론은 상용 NIRS 시스템의 두 가지 주요 제한 사항을 반영합니다. 첫째, StO2와 허혈 사이의 관계는 StO2가 CBF뿐만 아니라 조직의 대사 요구에도 의존하기 때문에 직접적이지 않습니다. 둘째, 두피와 두개골의 빛 흡수는 신호 오염의 주요 원인입니다. 실제로 NIRS 신호의 80% 이상은 피부 표면에서 뇌까지의 거리가 1.0~1.5cm이기 때문에 뇌외 조직에서 발생합니다. 결과적으로 표면 조직의 혈역학적 변화가 뇌 관련 신호를 압도할 수 있습니다. 이러한 두 가지 제한 사항 때문에 수술 중 허혈을 식별하기 위한 특정 StO2 임계값이 설정되지 않았습니다.

우리 팀은 상용 NIRS 시스템의 두 가지 주요 한계를 해결하기 위한 기술을 개발해 왔습니다. 깊이 감도 향상과 관련하여 광자가 조직을 통과하는 데 걸리는 시간을 측정하는 시간 분해(tr)NIRS 시스템을 개발했습니다.5 시간은 거리와 같다는 원리를 바탕으로 두피와 두개골을 심문하는 빛이 뇌에 도달하는 빛보다 먼저 기록됩니다.

지속적인 혈류 모니터링을 제공하기 위해 trNIRS를 확산 상관 분광법(DCS)으로 알려진 보완 광학 기술과 결합했습니다. 광 흡수를 측정하는 대신 DCS는 조직에서 미세혈관 혈류(즉, 조직 관류).8 NIRS와 마찬가지로 DCS는 표재 조직의 신호 변화에 의해 영향을 받을 수 있지만 두피에 비해 뇌에서 혈류가 상당히 높다는 본질적인 이점이 있습니다(~5:1).9 두 가지 신호 기여를 분리하기 위해 우리 시스템은 두 가지 소스-검출기 거리에서 데이터를 수집합니다: 두피 혈류를 모니터링하기 위한 짧은 거리와 CBF에 대한 민감도가 더 높은 더 긴 거리. 우리는 이전에 조산아에서 CBF 안정성을 모니터링하기 위해 DCS를 사용했습니다. 생애 첫 날과 심장 수술 중.11,12 경동맥 내막절제술 동안 CBF를 모니터링하기 위해 DCS를 사용하는 것을 조사한 최근 논문은 클램핑13으로 평균 관류가 57% 감소했다고 보고했습니다.

우리의 하이브리드 trNIRS/DCS는 CBF와 StO2를 동시에 측정할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 이 조합으로 뇌의 산소 대사율(CMRO2)이라고 하는 뇌의 산소 대사는 두 측정값을 조합하여 계산할 수 있습니다.

이 새로 개발된 병상 기법을 기반으로 전신 마취 하에서 CBF와 CMRO2가 어떻게 변화하고 저혈압 동안 페닐에프린과 에페드린에 대한 반응을 평가할 계획입니다.

모든 연구 참가자는 지역 윤리 지침을 준수하여 모집되고 동의됩니다. 주치의 마취 전문의와 외과 의사는 개입의 특성상 눈이 멀지 않습니다. 그러나 환자와 결과 평가자는 치료 개입에 대해 눈이 멀게 됩니다. 모든 환자는 표준 마취 치료를 받게 되며 환자의 수술 및 마취 관리는 표준 방식으로 수행되며 본 연구에서는 변경되지 않습니다. 마취는 1-2 mcg/kg의 펜타닐, 1.5-3 mg/kg의 프로포폴, 0.6-0.9의 로쿠로늄으로 유도됩니다. mg/kg. 자동 혈압, 심전도, 산소 포화도 측정, 카프노그래피, 식도 온도, 흡입 및 호기 산소 및 CO2 농도를 모니터링합니다. 공기 중 50% 산소로 제어된 환기가 적용되고 호기말 CO2 수준이 35-40mmHg로 유지됩니다. 산소 포화도는 96% 이상으로 유지됩니다. 동맥 불포화가 발생하면 FiO2가 증가할 수 있습니다. 체온은 36℃ 이상으로 유지한다. 수술 후 환자는 발관되어 PACU로 이송됩니다. 마취 깊이는 BSI(Bispectral Index) 또는 PSI(환자 상태 지수)로 지속적으로 모니터링됩니다.

모든 환자는 마취 유도부터 수술 완료까지 trNIRS/DCS 장치로 모니터링됩니다. NIRS 센서는 환자의 이마에 배치됩니다.

마취 유도 전, ScO2, CBF, CMRO2, OEF와 같은 수술 전 기준 대뇌 혈류역학 및 대사 매개변수를 1분 동안 측정합니다. 마취 유도 및 기관 삽관 중에 모니터링이 계속됩니다. 마취 유도 후 유도 후 대뇌 혈역학 및 대사 매개변수를 얻습니다.

기도를 확보한 상태에서 기관 삽관을 한 후 할당된 그룹에 따라 유지 관리 및 승압제를 투여합니다. 네 가지 가능한 할당 그룹은 다음과 같습니다.

1군: 페닐에프린을 승압제로 사용한 프로포폴계 마취유지제 그룹 2: 에페드린을 승압제로 사용한 프로포폴계 마취유지제 그룹 3: 페닐에프린을 승압제로 사용한 세보플루란계 마취유지제 그룹 4: 세보플루란계 마취유지제 승압제로 사용되는 에페드린과 함께

유지보수제

• 프로포폴 투여군의 경우 환자는 수술 중 유지제로 프로포폴을 투여받게 됩니다. 일반적인 용량은 150-200 mg/kg/min입니다.
• sevoflurane 그룹의 경우 환자는 수술 중 sevoflurane의 1 MAC로 유지됩니다.
• propofol과 sevoflurane 모두 일반적으로 사용되는 유지제이며 마취의 깊이는 약제의 선택과 관계없이 PSI 30-40(정상범위 25-50)을 유지한다. 마취과 전문의는 두 가지 약제를 자주 사용하며 일상 진료에서 마취제의 선택은 악성 고열 또는 약물 알레르기와 같은 특정 금기 사항이 있는 환자를 제외하고는 주로 개인적 선호도에 따라 결정됩니다.

혈압상승제

• 페닐에프린 그룹의 경우, 환자는 선택의 일차 승압제로서 페닐에프린 주입을 받게 됩니다.
• 에페드린 그룹의 경우 환자는 1차 혈압상승제로 에페드린 주입을 받게 됩니다.
• 승압기는 기준선 위의 0-20% 내에서 MAP를 유지하기 위해서만 관리됩니다. 전신 마취 실습에서 에페드린과 페닐에프린은 볼루스 주사 또는 주입으로 투여할 수 있습니다. 본 연구에서는 각 군에서 뇌혈류역학을 반복적으로 측정하는 동안 안정적인 혈압을 유지해야 하기 때문에 주입 요법을 사용하였다. 페닐에프린 또는 에페드린 주입에도 불응성 저혈압이 있는 환자의 경우 다른 승압제 또는 수축촉진제가 사용됩니다. 승압제를 투여받지 않은 환자의 경우(예: 전체 수술 중 저혈압이 없음) 또는 여러 유형의 승압제를 받는 경우 치료 의도 및 프로토콜별 접근 방식을 모두 사용하여 데이터를 분석합니다.

마취 후 치료실(PACU)에 있는 환자의 신경학적 결과도 일상적인 신체 검사를 통해 수집됩니다.