Anesth Pain Med 2009; 4: 156~160 임상연구 제왕절개술을위한전신마취시 Entropy 와 BIS 값의비교 이화여자대학교의학전문대학원마취통증의학교실 권지숙ㆍ김동연ㆍ정락경ㆍ김치효ㆍ이희승 A comparison of state and response entropy versus the bispectral index values during cesarean section Ji Sook Kwon, M.D., Dong Yeon Kim, M.D., Rack Kyung Chung, M.D., Chi Hyo Kim, M.D., and Hee Seung Lee, M.D. Department of Anesthesiology and Pain Medicine, Ewha Womans University School of Medicine, Seoul, Korea Background: This study was designed to compare the measured values between the measured EEG-entropy and BIS monitor values during general anesthesia for cesarean section. Methods: Fourteen patients who were to undergo cesarean section were randomly selected for this study. After induction of anesthesia, desflurane was administered to achieve a steady-state end-tidal concentration of 3 vol%. The state entropy (SE), the response entropy (RE), the BIS and hemodynamic variables were collected at various time points. Results: During the induction period, the SE, RE and BIS values were slightly different. However, these indices were not significantly different during the maintenance period. The SE and RE values correlated with the BIS value during general anesthesia for cesarean section. Conclusions: The changes in the SE and RE values followed a pattern that was similar to the BIS values during general anesthesia for cesarean section. (Anesth Pain Med 2009; 4: 156 160) Key Words: bispectral index, cesarean section, desflurane, general anesthesia, response entropy, state entropy. 서 제왕절개술을위한전신마취는신생아억제가최소화되도록하면서산모의안정을도모해야한다. 마취는일반적 논문접수일 :2009 년 2 월 27 일책임저자 : 김동연, 서울시양천구목동 911-1 이화여자대학교의학전문대학원마취통증의학교실우편번호 : 158-710 Tel: 02-2650-5285, Fax: 02-2655-2924 E-mail: kdyeon@ewha.ac.kr 론 으로소량의흡입마취제를사용하여산모의마취심도를높이고태아가최소한으로억제되도록시행되고있으며, 최근에는빠른대사와짧은작용시간을갖는아편양제제인 remifentanil을태아만출전에사용하기도한다. 1) 그럼에도불구하고산모에게마취제의사용은제한적이며, 이는산모에게수술중각성을일으킬수있어마취심도를적절히감시하는것이중요하다. 산모의각성감시를위해 bispectral index (BIS) 가널리사용되고있으며최근에는 EEG-entropy 가개발되어사용되고있다. BIS 모니터는뇌파의주파수와진폭의위상각일치정도의실제수준을측정하여이미연구된 database로부터측정값의백분위를 BIS 값으로나타낸다. 2) EEG-entropy 모듈은 EEG 신호의불규칙성과예측불가성을수량화하여 state entropy와 response entropy값으로표시하게된다. State entropy (SE) 는대부분뇌파로구성된자료로부터계산되고, response entropy (RE) 는근육의활동을반영하는뇌파를포함하여계산하게된다. 3-6) 제왕절개술을위한전신마취시사용되는흡입마취제중 desflurane은혈액-가스분배계수가 0.46으로기존의다른흡입마취제에비해낮아서마취의유도와회복이빠르며, 마취유도후바로수술을시작하게되는제왕절개술의경우 desflurane의빠른마취유도가장점이된다고할수있다. 본연구에서는 desflurane을사용한제왕절개술을위한전신마취시마취심도를 state entropy (SE), response entriopy (RE), BIS 값을비교하여차이가있는지를비교하고, entropy와 BIS의상관관계를알아보고자하였다. 대상및방법제왕절개술시전신마취를받는미국마취과학회신체등급분류 1, 2에속하는 36주이상의산모 14명을대상으로하였다. 정신질환의기왕력, 전자간증, 태아긴박증, 전치태반이동반된임산부는제외하였으며, 대상산모에게수술전연구에대한설명을한뒤동의서를받았다. 산모들은마취전투약으로마취유도 30분전에 atropine sulfate 0.5 mg을근주받았다. 산모가수술실에도착한후좌 156
권지숙외 4 인 : 제왕절개술시 Entropy 와 BIS 값의비교 157 측경사위로자세를취한후 100% 산소를 8 L/min의속도로마스크를통해공급하여사전산소화를시켰다. 환자감시장치로심전도, 비침습적자동혈압측정기, 맥박산소계측기, 호기말탄산가스측정기, BIS 감시장치 (A-2000 BIS TM monitor, Aspect Medical System, USA) 와 EEG-entropy (M-entropy TM, S/5 TM Entropy Module, Datax-Ohmeda Division, Instrumentarium Corp, Finland) 를사용하였다. EEG-entropy sensor를전두부이마의아래부분에, BIS sensor는그위에부착하였다. 각 sensor의 1번동심원을코의약 5 cm 상방에, sensor 의 3번동심원을눈꼬리옆과모발선사이에부착하면서나머지동심원들을이마에부착하였다. 각 sensor는임피던스를통과하여 signal quality가확보된후수치를기록하였다. 마취유도는 thiopental sodium 4 mg/kg을정주하였으며의식소실을확인한뒤 succinylcholine 1.5 mg/kg을정주하여기관내삽관을시행하였다. 기관삽관후 O 2 와 N 2O를각각 2 L/min씩흡입시키고, desflurane을호기말농도 3 vol% 로유지하였다. Desflurane의갑작스러운농도증가는교감신경계를자극할수있으므로삽관직후 10초간격으로 2 vol% 씩증가시켜호기말농도가 3 vol% 에도달했을때흡입마취제의농도를줄여 3 vol% 로유지하였다. 호기말이산화탄소분압은 30 35 mmhg를유지하도록하였다. Desflurane의호기말농도는 side stream으로연결된가스감시장치 (Capnomac Ultima, Datex-Engstrom, Finland) 를이용하여측정하였다. 산모의혈압, 심박수, BIS, response entropy (RE), state entropy (SE) 를수술실도착후, 눈썹반사소실직후, 기관내삽관후 1분간격으로측정하여태아가만출될때까지기록하였다. 분만후신생아의상태를확인하기위해 Apgar Table 1. Demographic and Maternal Characteristic Data 점수, 태아분만직후제대혈액가스분석을시행하였다. 수술중각성의발생을확인하기위해수술이끝난후회복실퇴실시수술중불쾌감이나기억이있었는지에대해질문하였다. 측정자료는평균 ± 표준편차로기록하였고통계학적분석은 SPSS (version 12.0, SPSS Inc, USA) 통계프로그램을이용하였다. BIS, response entropy (RE), state entropy (SE) 값의비교는 Kruskal-Wallis test를시행하였고, 상관관계를보기위해서피어슨상관계수 (Pearson correlation coefficients) 를구하였으며 P 값이 0.05 미만인경우를통계학적으로유의한것으로하였다. 결과산모의평균연령은 32.4세, 평균몸무게는 64.9 kg이었다 (Table 1). 각성시의 EEG-entropy와 BIS의값과, 기관삽관직전의 EEG-entropy와 BIS의값은통계학적으로유의한차이를보였다. 기관삽관후부터태아가만출될때까지세값은차이가없었고, 시간이지남에따라세값모두비슷한양상으로변화하였다 (Table 2). 마취유도부터태아가만출될때까지의기간동안 SE와 BIS, RE와 BIS의값들의상관관계를분석한결과, BIS가증가함에따라 SE와 RE의값들도양의상관관계를보이며증가하였고통계적으로유의하였다 (P < 0.05)(Fig. 1). 산모의혈역학적변화는심박수의변화가기준값에비해의식소실이후유의하게증가하였으며, 수축기혈압과이완기혈압의경우기관삽관직후와 1분이후에만일시적으로의미있게증가하였다 (P < 0.05)(Table 3). 수술후면담에서수술중의일을기억하는산모는없었다. Age (yr) Body weight (kg) Height (cm) Gestational age (weeks) IDT (sec) UDT (sec) Apgar scores at 1 min Apgar scores at 5 min Umbilical venous gas values ph PCO 2 (mmhg) PO 2 (mmhg) SO 2 (%) n = 14 32.4 ± 5.4 64.9 ± 7.3 158.8 ± 3.8 38.1 ± 1.4 604.1 ± 127.5 119.6 ± 31.7 9.3 ± 0.9 9.9 ± 0.4 7.33 ± 0.03 44.5 ± 2.9 37.5 ± 10.1 65.0 ± 10.5 Table 2. Comparative Changes in the State Entropy (SE), Response Entropy (RE) and Bispectral Index (BIS) Values Baseline (awake)* Loss of eyelash reflex* Preintubation* At intubation 1 min after intubation 2 min 3 min 4 min Post delivery SE RE BIS 88.9 ± 1.6 80.7 ± 13.7 38.8 ± 17.2 56.9 ± 20.3 65.9 ± 16.4 65.8 ± 18.5 62.0 ± 22.3 58.7 ± 22.9 58.7 ± 23.9 98.3 ± 1.5 88.1 ± 14.1 44.9 ± 19.7 61.0 ± 21.8 71.2 ± 15.9 71.1 ± 18.8 66.0 ± 21.6 65.1 ± 24.3 62.0 ± 23.1 94.7 ± 2.9 80.9 ± 12.0 55.5 ± 11.4 68.1 ± 9.9 71.3 ± 11.8 68.2 ± 12.7 60.1 ± 13.0 56.0 ± 12.4 53.1 ± 20.5 Values are mean ± SD. n: number of patients, IDT: Induction to delivery time, UDT: Uterine incision to delivery time. Values are mean ± SD. SE: state entropy, RE: response entropy, BIS: bispectral index, *: P < 0.05, among three groups.
158 Anesth Pain Med Vol. 4, No. 2, 2009 Fig. 1. (A) Correlation of the state entropy (SE) and the bispectral index (BIS) (r = 0.74), (P < 0.01). (B) Correlation of the reponse entropy (RE) and the bispectral index (BIS) (r = 0.76), (P < 0.01). Table 3. Hemodynamic Changes during Cesarean Section Baseline (awake) Loss of consciousness Preintubation At intubation 1 min after intubation 2 min 3 min 4 min Post delivery Heart rate (bpm) 83.7 ± 15.9 101.6 ± 12.9* 103.6 ± 14.3* 111.1 ± 11.6* 104.9 ± 30.6* 105.8 ± 12.6* 104.3 ± 12.9* 96.1 ± 28.2 106.6 ± 13.0* Systolic blood pressure (mmhg) 131.4 ± 25.4 119.5 ± 17.9 124.7 ± 17.6 160.6 ± 25.6* 152.1 ± 26.8* 134.3 ± 25.4 128.4 ± 18.9 125.5 ± 16.0 115.8 ± 33.4 Diastolic blood pressure (mmhg) 78.6 ± 12.1 71.9 ± 15.6 81.4 ± 15.4 108.4 ± 16.8* 93.3 ± 17.7* 78.4 ± 13.7 76.0 ± 8.3 72.2 ± 10.7 69.1 ± 12.7 Values are mean ± SD. *: P < 0.05, versus baseline value. 고 제왕절개술을위한전신마취시 desflurane으로마취를유지하며산모의마취심도를 BIS와 EEG-entropy를이용하여감시하였고, 태아가만출될때까지의각각의값들을비교분석해보았다. EEG-entropy와 BIS의값은기관삽관전에는차이가있었으나, 기관삽관후에는차이가없었다. 태아만출전까지측정한 EEG-entropy는 BIS의값과상관관계를가지는것으로나타났다. 제왕절개술시전신마취는빠르게마취유도가가능하고혈역학적변화가적으며, 기도확보와호흡유지에용이한장점을가진다. 산모는체내혈류량이증가하고폐의기능적 찰 잔기용량이감소하며, 프로게스테론의증가등과같은호르몬의변화로인해정상성인에비해최소폐포농도 (minimum alveolar concentration, MAC) 가감소된다. 따라서마취유지에사용되는흡입마취제의요구량이감소하여 0.5 MAC의흡입마취제사용이일반적으로추천되고있다. 7) 전신마취하에서의제왕절개술은태아긴박성이있을때신속히시행될수있지만, 약물의태반통과로인해태아에영향을줄수있으므로마취제의사용이제한적일수밖에없다. 그러므로수술중산모의각성은어느분야에서보다도중요한문제가되며산모의각성에따른심각한수술후합병증이발생될뿐만아니라, 각성은자궁혈관을수축시켜태아로의산소공급을줄이는결과를초래하기도한다. 마취유도후 50% 아산화질소를제외한흡입마취제를사용하지않는경우 12 60% 까지각성이보고되었으나, 0.5 MAC의흡입마취제를함께사용한경우각성률을 1% 이하로낮출수있었다. 8) 이러한일반적인마취방법과함께마취의심도를감시하는것이태아억제를줄이면서적절한마취제를투여할수있기때문에필수적이되고있다. 제왕절개술을받는산모에서마취유도를위해사용되는정맥마취제로부터마취의유지에사용되는흡입마취제로대치되는시기에수술중각성의위험성이가장높은데, 9) thiopental sodium의작용이소멸되기전에흡입마취제가목표농도에도달하는것이각성의위험을낮추는데도움이될것으로생각된다. Desflurane은혈액-가스분배계수가 0.46 으로현재사용중인흡입마취제중가장낮아마취의유도가빠르기때문에제왕절개술을위한전신마취시에유용하게사용될수있다. Desflurane을이용한마취유도시흡입농도를급격히증가시키면교감신경계를자극하여혈중카테콜라민의증가와
권지숙외 4 인 : 제왕절개술시 Entropy 와 BIS 값의비교 159 레닌-안지오텐신계의활성으로빈맥과고혈압등을보일수있다. Joo 등은 10) desflurane의호기말가스농도를 1% 에서 13% 로증가시키면서혈역학적변화를관찰한결과기준치에대하여호기말농도가 8% 에서 13% 의고농도인경우심박동수가유의한증가를보인것으로보고하였다. Abboud 등의 11) 연구에서제왕절개술시호기말농도가각각 3%, 6% 인 desflurane군과호기말농도가 0.6% 인 enflurane군을비교한결과세군에서모두마취유도시일시적인고혈압과빈맥이발생하였고, 5분이내에기준치로돌아왔다고보고하였다. Lee 등의 12) 연구에서산모에게호기말농도가 1% 인 sevoflurane과 3% 인 desflurane으로마취유지시혈역학적관계를비교한결과, 심박동수의증가는 desflurane군에서 sevoflurane군보다컸으나통계학적으로유의한차이는없었다고보고하였다. 본연구에서는마취유도와태아가만출될때까지의기간동안기준치에비해심박동수가유의하게증가하였다. Desflurane의교감신경계자극을줄이기위하여흡입농도를단계적으로증가시키면서산모의혈역학적변화를최소화하려고하였고호기말농도를 3% 가되도록하였으므로, 본연구에서나타난심박동수의증가는마취유도시에 thiopental sodium 이외에기관내삽관의자극을줄일수있는추가적인아편양제제를사용하지않고마취를유지함으로써비롯된것으로생각된다. 그러나심박동수의증가에 desflurane이영향을끼치지않았다고단정지을수는없겠다. 마취의심도를감시하기위해서는측정된감시장치의값들이마취제의주입과연관되어환자의생리학적반응들과상관관계를가지는것이필요하다. 3) 마취유도과정에서고주파수의 EEG 활동성이증가하게되는데결과적으로진정의정도가증가하게되고의식을잃게된다. 4) EEG의활동에근거한마취심도감시장치로최근에는 BIS와함께 EEG-entropy도개발되어사용하고있다. BIS란뇌파내에서나타나는위상각일치 (phase coupling) 정도의변화가임상상태의변화와연관성이있다고보고, 뇌파의요소들로부터위상각일치정도 (SynchFastSlow) 를계산한것이며, 여기에주파수영역 (frequency domain) 의상대베타비 (relative β ratio) 와시간영역 (time domain) 의돌발파억제비 (burst suppression ratio, BSR) 를참조하여값을구한다. BSR 은깊은마취, 상대베타비는얕은마취, 위상각일치정도 (SynchFastSlow) 는수술을위한마취깊이를반영하게되며, BIS 값은뇌의활성도가전혀없는경우를 0, 완전각성한상태를 100으로하여환자의현재의진정상태를지속적으로측정한다. 2) EEG-entropy는 EEG 신호를동력분광분석 (power spectral analysis) 을통해불확실성의수준인 entropy를구하는것이다. Entropy는무질서의정도를나타내는개념인데, 한가지성분이존재하면규칙적이고예측가능한것으로 entropy값 은 0이되지만, 여러성분이존재하면높은 entropy값이나온다. 각성의경우뇌파는불규칙하여 entropy는높고마취가깊어지면뇌파는규칙적으로되어 entropy가감소한다. 13,14) EEG-entropy는 EEG에서정보를얻은 state entropy (SE) 와얼굴근육의활동을감시하는 frontal electromyography (femg) 로부터얻은정보를포함한 response entropy (RE) 로이루어진다. 낮은 32 Hz 이하의뇌파로구성된 SE는주되게 EEG 신호를포함하고, EMG는 32 Hz 이상의주파수에서측정되며 RE는 EEG 신호와 EMG 신호를포함한것이다. SE는대뇌피질의상태를반영하고 60.16초에서 15초내에반영하게되고, RE는 15초에서 1.92초사이에서나타난다. RE가 SE에가까워같아지면 EMG는 0에가까워지는것이고 RE와 SE 의차이는 EMG활동의표지자가될수있는데, EMG 활동성은마취의깊이가얕아짐에따라수술적자극에반응하여증가하게된다. SE는 0 ( 완전히억제된 EEG) 에서 91 ( 환자의완전한각성 ) 까지의값으로나타나고, RE는 0에서 100 사이의값으로나타내는데, 적절한수술중마취의깊이는 40에서 60사이의값이고, SE와 RE의차이는추가적인마취제의투여가필요함을말한다. SE는적절한수준에있으나 RE값이적정값보다 5 10 단위정도높은경우는통증에대한반응이나타나는것이므로진통제를추가로투입하는것이필요하다. 3) White 등의 4) 연구에따르면 propofol-desflurane을사용한전신마취시마취의유도와각성시에 SE와 RE값은 BIS값과유의한상관관계를보였고, 의식각성의민감도 (sensitivity) 와특이도 (specificity) 를고려한 receiver operating characteristic (ROC) curve도 SE, RE, BIS에서모두비슷한값을보임을밝혀주술기동안 EEG-entropy를이용한마취심도의감시가유용하다고보고하였다. Vakkuri 등은 15) thiopental-desflurane를이용하여 SE, RE, BIS값을비교하였는데세값모두의식과무의식을확실히구분할수있는예측확률 (prediction probability) 이 1에가까웠으며, 의식이회복할때에는 SE와 RE의값이 BIS값에비해마취유도전의기저값과가깝게근접하는것을연구하였다. 또한수술중마취깊이인 BIS 40 60과 RE 45 75의구간에서선형의상관관계를보이지만, 양측경계부위에서 RE의급격한변화를관찰하였다고보고하였다. Vakkuri 등은 15) 마취로부터각성시 RE의변화는 SE나 BIS보다더빠르게변화하는데, RE의변화는 SE변화보다평균 11초빨리나타나고, BIS보다는평균 12.4초빨리나타난다고보고하였다. 본연구에서는완전히각성된상태와마취유도를위해 thiopental sodium을주입한후의 entropy의값이 BIS의값과는상이한것으로나타났고, 기관삽관직후부터의값은유의한차이가없는것으로나타났다. Thiopental sodium 주입후부터 entropy와 BIS의값이빠르게감
160 Anesth Pain Med Vol. 4, No. 2, 2009 소하기때문에, entropy와 BIS의값이 EEG로부터수치화되기까지걸리는시간이차이가있어기관내삽관전의수치가다르게나타난것으로생각된다. Ellerkmann 등은 5) sevoflurane의농도를증가시키면서 entropy 값과 BIS값을비교하였는데, sevoflurane의농도가증가함에따라 entropy와 BIS의값은감소하였고농도증가에따른수치의감소가상관관계가있어 entropy가 sevoflurane의효과에따른영향을감시하는데유용하다고보고하였다. Schmidt 등은 6) propofol-remifentanil을사용한마취시 entropy와 BIS의변화를비교하여두마취감시장치가마취깊이에대해비슷한정보를제공해준다고보고하였다. 본연구에서는기관내삽관직후부터 desflurane으로마취가유지되는중에는세값의차이가없었고, 수술중필요한마취깊이내에서는 SE, RE, BIS가비슷한경향을보이는것으로나타나산모의마취중각성감시장치로 EEG-entropy가유용할수있음을알수있었다. Ellerkmann 등은 5) entropy값과 BIS값이 30 70사이에서는유의한상관관계를보이지만 30 이하의값과 80이상의값에서는관련성이떨어진다고하였고, Vakkuri 등은 15) BIS 40 60이외의구간에서는상관관계가없다고보고하였다. 본연구에서는마취유도에서부터태아가만출될때까지의수치들의상관관계를살펴본결과 SE와 BIS, RE와 BIS가유의한상관관계를보였는데, 이것은 BIS값이 30 이하로떨어지는경우는극히적었기때문이라고생각된다. 결론적으로 desflurane을사용한제왕절개술을위한전신마취시산모의각성을감시하기위한 EEG-entropy는기존에사용해왔던 BIS와유사한경향을나타내어태아가만출될때까지마취제의사용이제한적인환경에서유용한감시장치라고생각되며, 산과영역에서 EEG-entropy의활용에대한다양한연구가더필요하다고생각된다. 참고문헌 1. Lee EM, Kim DY, Chung RK, Lee GY: The maternal and neonatal effect of remifentanil in general anesthesia for cesarean section. Anesth Pain Med 2006; 1: 48-52. 2. Johansen JW: Update on bispectral index monitoring. Best Pract Res Clin Anaesthesiol 2006; 20: 81-99. 3. Bein B: Entropy. Best Pract Res Clin Anaesthesiol 2006; 20: 101-9. 4. White PF, Tang J, Romero GF, Wender RH, Naruse R, Sloninsky A, et al: A comparison of state and response entropy versus bispectral index values during the perioperative period. Anesth Analg 2006; 102: 160-7. 5. Ellerkmann RK, Liermann VM, Alves TM, Wenningmann I, Kreuer S, Wilhelm W, et al: Spectral entropy and bispectral index as measures of the electroencephalographic effects of sevoflurane. Anesthesiology 2004; 101: 1275-82. 6. Schmidt GN, Bischoff P, Standl T, Hellstern A, Teuber O, Schulte Esch J: Comparative evaluation of the Datex-Ohmeda S/5 Entropy Module and the Bispectral Index monitor during propofolremifentanil anesthesia. Anesthesiology 2004; 101: 1283-90. 7.Samuel CH, Gershon L, Mark AR: Shnider and Levinson's anesthesia for obstetrics. 4th ed. Philadelphia, Lippincott Williams & Wilkins. 2002, pp 214-23. 8. David HC: Obstetric anesthesia. 3rd ed. Philadelphia, Elsevier Mosby. 2004, p 437. 9. Lyons G, Macdonald R: Awareness during caesarean section. Anaesthesia 1991; 46: 62-4. 10. Joo JD, Choi JW, In JH, Choi JW, Lee HJ, Jung HS, et al: The comparison of measured hypnotic levels among propofol, sevoflurane and desflurane anesthesia by using EEG-entropy and bispectral index. Anesth Pain Med 2006; 1: 13-8. 11. Abboud TK, Zhu J, Richardson M, Peres da Silva E, Donovan M: Desflurane: a new volatile anesthetic for cesarean section. Maternal and neonatal effects. Acta Anaesthesiol Scand 1995; 39: 723-6. 12. Lee IH, Kim DY, Chung RK, Kim CH: Maternal and neonatal effects of sevoflurane and desflurane in cesarean section. Korean J Anesthesiol 2008; 55: 446-51. 13. Choi JW, Kim JB, Jung HJ, Hwang MY, Kim DW: Comparison of the measured values between EEG-entropy and BIS during general anesthesia and sedation. Korean J Anesthesiol 2006; 50: 501-5. 14. Viertiö-Oja H, Maja V, Särkelä M, Talja P, Tenkanen N, Tolvanen-Laakso H, et al: Description of the entropy algorithm as applied in the Datex-Ohmeda S/5 entropy module. Acta Anaesthesiol Scand 2004; 48: 154-61. 15. Vakkuri A, Yli-Hankala A, Talja P, Mustola S, Tolvanen-Laakso H, Sampson T, et al: Time-frequency balanced spectral entropy as a measure of anesthetic drug effect in central nervous system during sevoflurane, propofol, and thiopental anesthesia. Acta Anaesthesiol Scand 2004; 48: 145-53.