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Monitoring the injured brain: ICP and CBF

Monitoring the injured brain: ICP and CBF. 97(1): 26-38(2006) BJA 경희의료원 마취통증의학과 R2 김현석. Intracranial pressure What are we monitoring and how does it work. Raised intracranial pressure 의 fundamental principle ( Monro and Kellie )

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Monitoring the injured brain: ICP and CBF

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  1. Monitoring the injured brain: ICP and CBF 97(1): 26-38(2006) BJA 경희의료원 마취통증의학과 R2 김현석

  2. Intracranial pressureWhat are we monitoring and how does it work • Raised intracranial pressure의 fundamental principle ( Monro and Kellie ) 1) the brain is enclosed in a non-expandable case of bone 2) the brain parenchyma is nearly incompressible 3) the volume of the blood in the cranial cavity is constant 4) a continuous outflow of venous blood from the cranial cavity is required to make room for continuous incoming arterial blood • The relationship between ICP and intracranial volume is described by the pressure-volume curve ( fig 1)

  3. ICP monitoring Intraventricular catheter insertion : ICP assessing의 Gold standard로lateral ventricle로 intraventricular drain을 insertion하여 external pressure transducer를 연결하는 것. pressure monitoring외에도 RICP의 치료로 CSF withdrawl도 가능 BUT, infection risk가 높다(6-11%), severe brain swelling patient에서 catheter insertion 이 어렵다. Intraparenchymal probe : 전자가 resistance의 변화로 ICP변화, 이 장치는 lignt beam의 reflection의 변화로 ICP변화되는 intraventricular catheter insertion의 best alternatives이다. BUT zero reference의 small drift가 생길 수 있다. Subarachnoid, subdural, epidural device가 사용될 수도 있지만, 정확도는 매우 낮다.( fig 2 )

  4. Normal ICP In a supine healthy adult : 7 ~ 15mmHg In the vertical position : -10 ~ -15mmHg In term infant : 1.5 ~ 6mmHg, in children : 3 ~ 7 mmHg • ICP는 pathological state에서 even하게 분포한다고 볼 수 없다. Significant pressure gradient가 intracranial hypertension에서 보일 수 있다.

  5. Intracranial pressureWhy is it important • In contrast to most other organs the brain is protected by a stiff skull. Increase in ICP may impede cerebral blood flow and cause ischemia • Raised ICP is an important secondary insult in brain-injured patient Predictor of poor outcome after traumatic brain injury • Target in many treatment algorithm • Calculate CPP (CPP = MAP – ICP)

  6. Intracranial pressureClinical role • Indications for ICP monitoring (unit 마다 다양) Severe head injury, intracerebral and subarachnoid hemorrhage, hydrocephalus, brain edema after large strokes, hypoxic brain injury, central nervous system infection, or fulminant hepatic failure • ICP thresholds (therapy start, depend on age and disease) In hydrocephalus - 15mmHg 이상 Head injured adult에서 poor outcome에 영향을 주는 것 - 20~25mmHg 25mmHg이상이면 aggressive treatment 를 시작할 것 Children에서는 infant는 15mmHg, 8세 미만은 18mmHg, 8세 이상의 소아에서는 20mmHg를 treatment의 기준으로 하고 있다. • 그러나 ICP monitoring한 환자군이 그렇지 않은 환자군에 비해 outcome benefit이 있다는 증거는 발표되지 않고 있다.

  7. CPP(cerebral perfusion pressure) Therapy target으로 CPP사용될 때 controversy는 더 많다. The Lund protocol – lower limit : 50mmHg Brain trauma foundation – 60mmHg CPP management를 위한 individual threshold를 확인하려는 시도 Transcranial doppler, jugular bulb oximetry, microdialysis, brain tissue oxymetry, index of pressure reactivity등이 사용 이런 approach가 outcome를 향상시킨다는 증거는 없다. CPP augmentation의 rationale은 critically low blood flow인 brain region에 CBF를 증가시키는 것이다. Autoregulation이 되지 않거나, CPP가 autoregulation보다 낮은 경우에는 CPP의 증대가 CBF를 향상시키지만, normal brain에서는 CPP가 50-150mmHg로 변화하더라도 CBF는 일정하며 brain injury후에는 autoregulation curve가 shift right된다. • ICP continuous monitoring and recording -> typical pattern Stable ICP – 20mmHg 내외 Refractory intracranial hypertension –수 시간 이상동안의 ICP증가 craniectomy같은 aggressive measure없이는 사망에 이른다.

  8. Lundberg classification ‘A’ wave or plateau wave – steep increase in ICP (from near normal to 40 or more) persisiting for 5~20mins pathological하며, intact autoregulation에서 intracranial compliance가 감소되었을 때 발생 ‘B’ wave – ICP oscillation occur at 0.5~2 wave / min baseline이 20mmHg이상으로 증가, vascular tone의 변화와 관련 ‘C’ wave – ICP oscillation occur at 4~8 wave / min little pathological significance

  9. Intracranial pressureWider applicability • Raised ICP is an important feature of fulminant hepatic failure and associated with a high mortality intraparenchymal ICP monitoring in these patient – complication 20% epidural transducer is the safest choice 하지만 fulminant hepatic failure에서 raised ICP의 treatment strategy는 controversy가 있다.

  10. Cerebral Blood FlowWhat are we monitoring and how does it work • Kety and Schmidt – the first method for quantitative determination of global CBF Inert tracer gas로 N2O를 사용, N2O concentration의 arterio-venous difference로 CBF를 계산하였다.(Fick’s principle에 기초) • New technique for quatitative determination of global CBF - continuous jugular thermodilution - a double-indicator method based on injections of dye and iced water Anatomical factor에 의해 문제가 생기는 경향이 있다. (venous drainage의 비대칭성에 의해 jugular bulb sampling에 영향을 준다.) • Xenon을 이용한 modification of kety-schmidt method xenon - cerebral metabolism으로만 간섭을 받는 diffusible inert and gamma emmitting gas, lung으로 completely eliminated carotid artery, IV, inhalation으로 injection가능하며 washout curve에 의해 quantitative CBF data가 계산된다. Detector가 각 hemisphere에 놓일 수 있어 regional perfusion에 대한 정보를 얻을 수 있지만, equipment가 bulky하고 inonizing radiation에 노출된다는 단점이 있다.

  11. Thermal dilution monitor – cortical blood flow probe is inserted through a burr hole and placed on a cortical region 두개의 small gold plate로 구성, 하나는 heated되어 temperature difference로 local cortical blood flow가 calculated된다. local information을 알 수 있고, continous measurement가 가능한 장점. 최근 이 방법의 modification으로 intraparenchymal probe를 이용한 technique이 brain-injured patient에 이용되고 있으며, xenon-CT를 이용한 방법과 probe의 tip근처에서 거의 일치하는 quantitative real-time data를 보여준다. • Jugular oximetry CBF를 직접 측정하지는 못한고 Jugular bulb saturation(SjO2) or the arterio-jugular oxygen content difference(AJDO2)에서 계산되어진다. metabolic demand와 관련된 global CBF의 적정성에 대한 information을 제공한다. 한쪽 jugular bulb에서만 sampling되기 때문에 global CBF라기 보다는 hemispheric CBF이라고 볼 수 있다. 주로 Rt. 가 dominant vessel이므로 Rt. Jugular vein이 사용된다.

  12. catheter tip은 1st and 2nd cervical vertebral body level에 위치시킴 (first extracranial tributary 상방에 위치해야 함) -> lat. Cervical X-ray로 위치 확인되어햐 한다. sample을 너무 빨리 withdrawl하면 extracranial blood의 retrograde aspiration이 가능하므로 2ml/min이하의 속도로 withdrawl해야 한다. AJDO2의 normal value는 4~9ml/100ml이고 low CBF, ischemia는 oxygen extraction과 AJDO2를 증가시킨다. • Transcranial Doppler based on the Doppler principle, easy to use, non-invasive, use repeatedly CBF가 아닌 basal cerebral artery에서의 blood flow velocity를 측정하는데 vessel의 diameter와 isonation 각도 변화만 없으면 CBF와 mean flow velocity는 비례관계이다. transcranial Doppler와 xenon computed tomography and PET CBF 측정은 reasonable correlation이 있다.

  13. Cerebral Blood FlowWhy is it important? • Autopsy data에 의하면 traumatic head injury로 사망한 예에서 brain ischemia를 보이는 경우가 흔하다. inadequate CBF 는 post-traumatic secondary brain injury의 발생율에 의미있게 관여하고 brain injury후에 poor outcome의 가능성을 높인다. • Symon and collegues group은 ischemia의 CBF threshold는 ~15ml/100gm/min이고, inadequate perfusion에 의한 neuronal function이 사라지나 perfusion이 restore되면 다시 recover될 수 있는 zone인 penumbra zone을 정의하였다.(~20ml/100gm/min) • CBF monitoring 은 secondary injury의 detect나 prevent에 대한 이론적 접근을 하게 해 주나 high CBF의 상황이 불리한지 유리한지, elevated CBF와 ICP의 관계등은 명확하지 않다.

  14. Cerebral Blood FlowClinical role • CBF를 변화시키는 technique은 double-edged scalpel이다. 환자에 따라서 effect 가 다양하게 나타난다. Target value CBF를 정하더라도 unclear하며 brain의 metabolic demand는 ischemia 와 hyperemia의 threshold에 영향을 주고 sedation이나 hypothermia같은 therapeutic intervention은 이런 threshold를 예측불가능하게 변화시킨다. • 많은 제한점에도 SjO2 monitoring은 중요시 되는데, head-injured patient에서 SjO2가 반복적인 감소를 보였고, poor outcome과 관련되어 있기 때문이다.

  15. CBF-targeted treatment strategy와 another approach를 비교한 두가지 연구 - higher arterial blood pressure, optimized volume management 를 이용한 CBF-targeted protocol 이 conventional ICP-based strategy에 비해 CBF, SjO2에 유리하나 outcome에서의 difference를 보여주지는 못함. - unexpected observation : 15%의 treatment group에서 ARDS가 생김. ( control group의 trauma pt.의 5배에 해당) 이는 induced hypertension을 위한 ephedrine, dopamine등의 투여에 따른 complication으로 보인다. - 두번째 연구는 PaCO2의 manipulation을 이용한 CBF-targeted approach로 cerebral oxygen extraction을 24-42%로 유지CPP는 60mmHg이상으로 유지 outcome의 향상을 보임

  16. Cerebral Blood FlowWider applicability • Cardiac surgery를 받은 pt.에서 postoperative neurologic complication이 자주 보임. CABG 받은 pt. 의 15%에서 cerebral infarction이나 encephalopathy를 보이며 절반이상이 cognitive deficit이 생기고 이런 배경으로 transcranial doppler와 jugular oximetry를 쓸 수 있다.

  17. Conclusion • 최근의 acute brain injury pt.의 management strategy는 physiological stability 의 원칙을 포함한다. ICP를 낮추는 intervention은 double edged sword이며 ICP 측정은 무차별적인 사용을 줄일 수 있다. ICP monitor는 inexpensive, low complication 이고, acute brain injury의 critical care management에서 cornerstone으로 사용되어진다. • CBF monitoring 의 역할은 덜 명확하지만, 최근 SjO2와 transcranial doppler가 가장 자주 사용되어진다. 하지만, 이런 방법으로 얻어진 data를 이용한 management strategy가 brain-injured patient의 outcome을 개선한다는 증거는 없다.

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