Zusammenhang zwischen zerebralem Blutfluss (CBF) und der zerebralen Blutflussgeschwindigkeit (CBFV): Einfluss von Halothan
und der zerebralen CO₂-Reaktivität[*]

Zusammenfassung.

Ziel der Studie: Ziel dieser kontrollierten Untersuchung war es, 1.) den Einfluss von Halothan und 2.) den Einfluss einer PaCO₂-Variation auf den Zusammenhang zwischen der globalen Hirndurchblutung (CBF) und der zerebralen Blutflussgeschwindigkeit (CBFV) in basalen Hirnarterien zu bestimmen. Methodik: Bei 10 kardiochirurgischen Patienten wurde unter Fentanyl/Midazolam-Anästhesie zunächst während einer Kontrollphase in randomisierter Reihenfolge eine Hypo- und Hyperkapnie (PaCO₂ 30 bzw. 50 mmHg) induziert. Anschließend wurden alle Messungen unter Zufuhr von 0,8 Vol. % Halothan bei identischen PaCO₂-Niveaus wiederholt. Die Bestimmung des CBF erfolgte mittels einer modifizierten Kety-Schmidt-Technik. Simultan wurde jeweils die Flussgeschwindigkeit in der A. cerebri media (CBFV_MCA) mittels eines 2-MHz-Doppler-Systems aufgezeichnet. Ergebnisse: Während Zufuhr von 1 MAC Halothan nahm der zerebrale Perfusionsdruck sowohl unter Hypo- als auch unter Hyperkapnie um 27 bzw. 20 % ab, dennoch zeigte sich aufgrund einer gleichzeitigen Reduktion des zerebrovaskulären Widerstands (CVR) keine signifikante Änderung des CBF. Die halothaninduzierte Abnahme des CVR war unter Hypokapnie ausgeprägter als unter Hyperkapnie (36 bzw. 23 %). Unter dem Einfluss von Halothan blieb der Zusammenhang zwischen Änderungen des CBF und der CBFVMCA unverändert. Die CO₂-Reaktivität des CBF und der CBFV_MCA zeigten unter Halothan-Zufuhr ebenfalls keine signifikante Änderung, jedoch wies die CO₂-Reaktivität der CBFV_MCA signifikant niedrigere Werte auf als die CO₂-Reaktivität des CBF. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse der vorliegenden Untersuchung zeigen zum einen, dass die dopplersonographische Abschätzung von relativen CBF-Änderungen durch die Zufuhr von Halothan nicht beeinträchtigt wird, da die proximalen Segmente der beschallten A. cerebri media trotz Reduktion des globalen CVR keine Vasodilatation aufweisen, die zu einer methodisch relevanten Diskrepanz zwischen relativen Änderungen des CBF und der CBFV_MCA führt. Zum anderen zeigen die Ergebnisse des durchgeführten Methodenvergleichs, dass CO₂-induzierte Änderungen der Hirnperfusion durch ein TCD-Monitoring tendenziell unterschätzt werden.

The relationship between cerebral blood flow (CBF) and the cerebral blood flow velocity (CBFV): Influence of halothane and cerebral CO₂ reactivity.

Objective: This controlled study was designed to investigate 1.) the effects of 0,8 % halothane and 2.) the effects of a variation in PaCO₂ on the relationship between global cerebral blood flow (CBF) and middle cerebral artery flow velocity (CBFV_MCA). Method: With ethical committee approval and informed patient consent we investigated 10 patients undergoing coronary artery bypass surgery. Measurements were performed under fentanyl/midazolam anaesthesia prior to the start of surgery. First, during a baseline period, ventilation was changed in a random sequence to achieve two different levels of arterial PCO₂ (30 and 50 mmHg, respectively). Consequently, measurements were repeated during application of 0.8 % halothane at identical PaCO₂ levels. Measurements of global CBF were performed by the Kety-Schmidt-technique with argon as an indicator. Simultaneously, CBFV_MCA was recorded by use of a 2-MHz transcranial Doppler system. Results: Application of 0.8 % halothane caused a significant decrease in cerebrovascular resistance (CVR) both at hypocapnia and hypercapnia by 36 and 23 %, respectively. Because of a concomitant reduction in cerebral perfusion pressure (CPP), however, CBF remained unchanged during application of halothane. The relationship between CBF and CBFV_MCA was not altered when compared to the baseline period. Similarly, CO₂ reactivity of CBF and CBFV_MCA remained unchanged. CO₂ reactivity of CBF significantly exceeded CO₂ reactivity of CBFV_MCA. Conclusion: The results of this clinical study demonstrate that Doppler-sonographic estimation of relative changes in CBF is not altered by application of 1 MAC halothane indicating that the decrease in CVR is not associated with a vasodilation of the proximal segments of basal cerebral arteries. The difference between CO₂ reactivity of CBF and CBFV_MCA, however, suggests that CO₂-induced changes in CBF are slightly underestimated by TCD monitoring of CBFV_MCA.

Hirndurchblutung - zerebrale Blutflussgeschwindigkeit - Halothan - zerebrovaskuläre CO₂-Reaktivität - transkranielle Doppler-Sonographie

Cerebral blood flow - Cerebral blood flow velocity - Halothane - Cerebrovascular CO₂ reactivity - Transcranial Doppler sonography

Literatur

• 1 Werner C, Hänel F. Neurophysiologisches Monitoring.  Intensivmed. 1998;  35 s058-s064
• 2 Kontos H A. Validity of cerebral arterial blood flow calculations from velocity measurements.  Stroke. 1989;  20 1-3
• 3 Thiel A, Russ W, Kaps M, Marck G P, Hempelmann G. Die transkranielle Dopplersonographie als intraoperatives Überwachungsverfahren. Erste Erfahrungen bei aortokoronaren Bypassoperationen.  Anaesthesist. 1988;  37 256-260
• 4 Werner C, Pau H W, Kessler G, Koch U. Veränderungen der Blutflussgeschwindigkeit in den basalen Hirnarterien nach Neck Dissection.  Laryngorhinootologie. 1990;  69 538-542
• 5 Bisonnette B, Leon J E. Cerebrovascular stability during isoflurane anaesthesia in children.  Can J Anaesth. 1992;  39 128-134
• 6 Doblar D D, Frenette L, Poplawski S, Gelman S, Boyd G, Ranjan D, Halsey J H. Middle cerebral artery transcranial Doppler velocity monitoring during orthotopic liver transplantation: changes at reperfusion-a report of six cases.  J Clin Anesth. 1993;  5 479-485
• 7 Werner C. Perfusionsüberwachung mittels der transkraniellen. Doppler-Sonographie.  Fortschritt fur das zerebrale Monitoring? Anasthesiol Intensivmed Notfallmed Schmerzther. 1992;  27 336-345
• 8 Huber P, Handa J. Effect of contrast material, hypercapnia, hyperventilation, hypertonic glucose and papaverine on the diameter of the cerebral arteries. Angiographic determination in man.  Invest Radiol. 1967;  2 17-32
• 9 Kirkham F J, Padayachee T S, Parsons S, Seargeant L S, House F R, Gosling R G. Transcranial measurement of blood velocities in the basal cerebral arteries using pulsed Doppler ultrasound: velocity as an index of flow.  Ultrasound Med Biol. 1986;  12 15-21
• 10 Weyland A, Grüne F, Buhre W, Kazmaier S, Stephan H, Sonntag H. Einfluß von Nitroglyzerin auf Hirndurchblutung, zerebrovaskuläre CO₂-Reaktivität und Blutflussgeschwindigkeit in basalen Hirnarterien.  Anaesthesist. 1996;  45 1037-1044
• 11 Dahl A, Russell D, Nyberg-Hansen R, Rootwelt K. Effect of nitroglycerin on cerebral circulation measured by transcranial Doppler and SPECT.  Stroke. 1989;  20 1733-1736
• 12 Todd M M, Drummond J C. A comparison of the cerebrovascular and metabolic effects of halothane and isoflurane in the cat.  Anesthesiology. 1984;  60 276-282
• 13 Scheller M S, Todd M M, Drummond J C. Isoflurane, halothane, and regional cerebral blood flow at various levels of PaCO₂ in rabbits.  Anesthesiology. 1986;  64 598-604
• 14 Jakobsen M, Enevoldsen E. Retrograde catheterization of the right internal jugular vein for serial measurements of cerebral venous oxygen content.  J Cereb Blood Flow Metab. 1989;  9 717-720
• 15 Weyland A, Stephan H, Kazmaier S, Weyland W, Schorn B, Grüne F, Sonntag H. Flow velocity measurements as an index of cerebral blood flow. Validity of transcranial Doppler sonographic monitoring during cardiac surgery.  Anesthesiology. 1994;  81 1401-1410
• 16 Holm S. A simple sequentially rejective multiple test procedure.  Scand J Statist. 1979;  6 65-70
• 17 Deutsch S, Linde H W, Dripps R D, Price H L. Circulatory and respiratory actions of halothan in normal man.  Anesthesiology. 1962;  23 631-638
• 18 Eger E I, Smith N T, Stoelting R K, Cullen D J, Kadis L B, Whitcher C E. Cardiovascular effects of halothane in man.  Anesthesiology. 1970;  32 396-409
• 19 Rouby J J, Leger P, Andreev A, Arthaud M, Landau C, Vicaut E, Cabrol C, Viars P. Peripheral vascular effects of halothane and isoflurane in humans with an artificial heart.  Anesthesiology. 1990;  72 462-469
• 20 Marx G F, Andrews I C, Orkin L R. Cerebrospinal fluid pressure during Halothan anaesthesia.  Can Anaes Soc J. 1962;  9 239-245
• 21 Theye R A, Michenfelder J D. The effect of halothane on canine cerebral metabolism.  Anesthesiology. 1968;  29 1113-1118
• 22 Smith A L. The mechanism of cerebral vasodilation by halothane.  Anesthesiology. 1973;  39 581-587
• 23 Harp J R, Nilsson L, Siesjo B K. The effect of halothane anaesthesia upon cerebral oxygen consumption in the rat.  Acta Anaesthesiol Scand. 1976;  20 83-90
• 24 McDowall D G. Induced hypotension and brain ischemia.  Br J Anaesth. 1985;  57 110-119
• 25 Eintrei C, Leszniewski W, Carlsson C. Local application of 133Xenon for measurement of regional cerebral blood flow (rCBF) during halothane, enflurane, and isoflurane anesthesia in humans.  Anesthesiology. 1985;  63 391-394
• 26 Hansen T D, Warner D S, Todd M M, Vust L J. The role of cerebral metabolism in determing the local cerebral blood flow effects of volatile anesthetics: evidence for persitent flow-metabolism coupling.  J Cereb Blood Flow Metab. 1989;  9 323-328
• 27 Young W L, Massaro A, Ornstein E, Ostapkovich N, Prohovnik I, Mohr J P. Comparison of O₂ reactivity for middle cerebral artery velocities and 133-Xe cerebral blood flow during anesthesia.  Anesthesiology. 1990;  73 A205
• 28 Wollmann H, Smith T C, Stephen G W, Colton E T, Gleaton H E. Effects of extremes of respiratory and metabolic alkalosis on cerebral flow in man.  J App Physiol. 1968;  24 60-65
• 29 Alexander S C, Wollmann H. Cerebrovascular response to PaCO₂ during halothane anaesthesia in man.  J Appl Physiol. 1964;  24 66-72
• 30 Miletich D J, Ivankovich A D, Albrecht R F, Reimann C R, Rosenberg R, McKissic E D. Absence of autoregulation of cerebral blood flow during halothane and enflurane anesthesia.  Anesth Analg. 1976;  55 100-109
• 31 Brüssel T, Fitch W, Brodner G, Arendt I, Van-Aken H. Effects of halothan in low concentrations on cerebral blood flow, cerebral metabolism, and cerebrovascular autoregulation in the baboon.  Anesth Analg. 1991;  73 758-764
• 32 Schregel W, Schafermeyer H, Muller C, Geissler C, Bredenkotter U, Cunitz G. Einfluss von Halothan, Alfentanil und Propofol auf Flussgeschwindigkeiten, „Gefäßquerschnitt” und „Volumenfluss” in der A. cerebri media.  Anaesthesist. 1992;  41 21-26
• 33 Larsen R. Kontrollierte Hypotension. Springer-Verlag. Berlin 1983
• 34 Pillalamarri H, Gintautas J, Chaudhry M R, Doss N W, Abadir A R. Segmental responsivness of isolated cerebral arteries to halothane and isoflurane.  Anesthesiology. 1989;  71 A551
• 35 Toda N, Miyazaki M. Heterogenous responses to vasodilators of dog proximal and distal middle cerebral arteries.  J Cardiovasc Pharmacol. 1984;  6 1230-1237
• 36 Jensen N F, Todd M M, Kramer D J, Leonard P A, Warner D S. A comparison of the vasodilating effects of halothane and isoflurane on the isolated rabbit basilar artery with and without intact endothelium.  Anesthesiology. 1992;  76 624-634
• 37 Harder D R, Gradall K, Madden J A, Kampine J A. Cellular actions on cat cerebral arterial muscle.  Stroke. 1985;  16 680-683
• 38 Heistad D D, Marcus M L, Abboud F M. Role of large arteries in regulation of cerebral blood flow in dogs.  J Clin Invest. 1978;  62 761-768
• 39 Kontos H A, Wei E P, Navari R M, Levasseur J E, Rosenblum W I, Patterson J L. Responses of cerebral arteries and arterioles to acute hypotension an hypertension.  Am J Physiol. 1978;  234 H371-383
• 40 Schregel W, Beverungen M, Cunitz G. Transkranielle Doppler-Sonographie: Halothan steigert die mittlere Blutflussgeschwindigkeit in der Arteria cerebri media.  Anaesthesist. 1988;  37 305-310
• 41 Madsen J B, Cold G E, Hansen E S, Bardrum B. The effect of isoflurane on cerebral blood flow and metabolism in humans during craniotomy for small supratentorial cerebral tumors.  Anesthesiology. 1987;  66 332-336
• 42 Young W L, Barkai A I, Prohovnik I, Nelson H, Durkin M. Effect of PaCO₂ on cerebral blood flow distribution during halothane compared with isoflurane anaesthesia in the rat.  Br J Anaesth. 1991;  67 440-446
• 43 Weyland A, Stephan H, Grüne F, Wolfgang W, Schorn B, Sonntag H. Estimation of CO₂-induced changes in cerebral blood flow by transcranial Doppler sonography: A validation study.  J Cardiothorac Vasc Anesthesia. 1994;  8 161

1 Herrn Prof. Dr. med. H. Sonntag und Herrn Prof. Dr. med. D. Kettler zum 65. Geburtstag gewidmet