Use of tidal volume challenge to improve the reliability of dynamic parameters during robot-assisted laparoscopic surgery in the Trendelenburg position with lung-protective ventilation

Abstract

Adequate assessment of intravascular volume and optimal fluid management during laparoscopic surgery remain challenging for anesthesiologists. Pulse pressure variation (PPV) and stroke volume variation (SVV) are widely used to predict fluid responsiveness. To optimize surgical conditions, robot-assisted laparoscopic surgery for major abdominal or pelvic organs requires pneumoperitoneum and the Trendelenburg position, which increase intrathoracic pressure and decrease respiratory compliance. Accordingly, the reliability of dynamic preload indices, which are influenced by changes in lung mechanics, is controversial under these conditions. The usefulness of these indices during laparoscopy is being called into question with the increasing adoption of lung-protective ventilation using low tidal volume (VT) with positive end expiratory pressure (PEEP) in surgical patients. A recent study indicated that changes in PPV or SVV obtained by transiently increasing VT accurately predicted fluid responsiveness even in critically ill patients receiving low VT. We hypothesized that with a transient increase in VT from 6 to 8 ml/kg predicted body weight (PBW), i.e., “tidal volume challenge,” the changes in PPV and SVV (ΔPPV6–8 and ΔSVV6–8) would predict fluid responsiveness in patients undergoing robot-assisted laparoscopic surgery in the Trendelenburg position with lung-protective ventilation. Adult patients undergoing robot-assisted laparoscopic surgery in the Trendelenburg position were enrolled in this study. During surgery, all patients were placed in a 25° Trendelenburg position, and continuous carbon dioxide insufflation was performed to maintain an intraabdominal pressure (IAP) of 15 mmHg. The ventilator was set in volume-controlled mode with VT 6 ml/kg PBW and 5 cm H2O of PEEP. The study protocol was initiated at least 1 hour after increasing IAP to 15 mmHg and after stabilization of hemodynamic parameters. The hemodynamic and respiratory variables, including PPV and SVV (PPV6 and SVV6) at VT 6 ml/kg PBW, were measured (T1, base 1). After VT was increased from 6 ml/kg to 8 ml/kg PBW for 3 minutes, a second set of measurements, including PPV and SVV with VT 8 ml/ kg (PPV8 and SVV8), was performed (T2). The changes in SVV and PPV after VT challenge were also calculated as ΔPPV6-8 = PPV8 – PPV6, ΔSVV6-8 = SVV8 – SVV6. VT was reduced to 6 ml/kg, and measurements were performed before (T3, base 2) and 5 minutes after (T4) volume expansion (VE) (performed for 10 minutes using an infusion of 6% hydroxyethyl starch 6 ml/kg PBW). The changes in SVV and PPV after VE were also calculated as follows: ΔPPVVE = PPV (T4) – PPV (T3), ΔSVVVE = SVV (T4) – SVV (T3). Fluid responsiveness was defined as an increase in stroke volume index of ≥15%, as determined by esophageal Doppler measurement. To test the abilities of dynamic preload indices for predicting fluid responsiveness, the areas under the curves (AUC) of receiver operating characteristic (ROC) curves were calculated and compared using the DeLong method. Twenty-four of the 38 patients enrolled in the study were responders. ROC curve analysis showed that PPV6 did not predict fluid responsiveness, with an AUC of 0.69 (95% confidence interval [CI] 0.52–0.83, P = 0.036). ΔPPV6-8 showed excellent predictive capability for fluid responsiveness, with an AUC of 0.95 (95% CI 0.83–0.99, P < 0.0001). ΔPPV6-8 > 1% predicted fluid responsiveness with sensitivity of 92% (95% CI 73–99) and specificity of 86% (95% CI 57–98). PPV8 also showed good predictive capability for fluid responsiveness, with an AUC of 0.85 (95% CI 0.70–0.95, P < 0.0001). PPV8 > 7% predicted fluid responsiveness with sensitivity of 79% (95% CI 58–93) and specificity of 79% (95% CI 49–95). The AUCs for ΔPPV6-8 and PPV8 were significantly larger than those for PPV6 (P < 0.001 and P = 0.003, respectively). There were no significant differences in the AUCs for ΔPPV6-8 and PPV8 (P = 0.09), suggesting that ΔPPV6-8 and PPV8 can be used equally to predict fluid responsiveness. SVV6 was not predictive of fluid responsiveness. SVV8 and ΔSVV6-8 could predict fluid responsiveness, but showed only fair predictive capability, with ACUs of 0.77 (95% CI 0.61–0.89) and 0.76 (0.60–0.89), respectively. ΔPPVVE ≤ –3 and ΔSVVVE ≤ –3 could be used to confirm fluid responsiveness following VE (sensitivity of 83% and specificity of 86%, P < 0.001, in ΔPPVVE; and sensitivity of 38% and specificity of 100%, P = 0.014, in ΔSVVVE). This study suggested that an increase in PPV > 1% while transiently increasing VT from 6 ml/kg to 8 m/kg can predict fluid responsiveness in patients undergoing robot-assisted laparoscopic surgery in the Trendelenburg position under lung-protective ventilation, providing predictive capability superior to current dynamic preload indices.;복강경 수술 중 혈관 내 용적을 평가하고 적절히 수액 관리하는 것은 마취의에게 어려운 문제이다. 맥압 변이도 (pulse pressure variation, PPV)와 일회박출량 변이도 (stroke volume variation, SVV)는 수액반응성 (fluid responsiveness)의 예측 인자로 널리 사용된다. 주요 복부 또는 골반 장기에 대한 로봇 보조 복강경 수술에서는 수술 시야를 좋게 하기 위해 기복 및 두부하강 위치를 하게 되는데, 이로 인해 흉곽 내 압력이 증가하고 호흡 탄력성이 감소하게 된다. 따라서, 이러한 조건 하에서 폐 역학의 변화에 영향을 받는 동적 전부하 지표의 신뢰성이 떨어지게 된다. 또한 수술을 받는 환자에서 낮은 일회호흡량 (low tidal volume)을 이용한 보호 환기가 널리 적용됨에 따라 복강경 수술시 이러한 지표의 유용성에 대한 의문이 제기되었다. 최근 연구에 의하면 낮은 일회호흡량을 받는 중환자에서도 일회호흡량을 일시적으로 증가시켜 얻은 PPV 또는 SVV의 변화값을 이용해서 수액반응성을 정확하게 예측할 수 있었다. 우리는 두부하강 자세로 로봇 보조 복강경 수술을 받는 환자에서, 일회호흡량을 일시적으로 6 ml/kg에서 8 ml/kg로 증가 시킴으로써 얻은 PPV 및 SVV 의 변화 (ΔPPV6-8 및 ΔSVV6-8)가 수액반응성을 예측할 것이라는 가설을 세웠다. 두부하강위치에서 로봇 보조 복강경 수술을 받는 성인 환자를 대상으로 하였다. 수술 중 모든 환자는 25° 두부하강 위치에 있었으며 지속적으로 이산화탄소를 주입함으로써 복강 내 압력을 15 mmHg로 유지하였다. 인공 호흡기는 일회호흡량 6 ml/kg (예측 체중/ predicted body weight), 호기말 양압 (positive end expiratory pressure, PEEP) 5 cmH2O, 그리고 용적 조절 환기 (volume controlled mode)로 설정하였다. 연구는 복강내 압력을 15 mmHg로 증가시킨 후 혈역학 변수가 안정화되고 1 시간 후에 시작되다. 일회호흡량 6 ml/kg에서의 PPV 및 SVV (PPV6 및 SVV6)를 포함한 혈역학 및 호흡기 변수를 기준으로 측정하였다 (T1, base 1). 일회호흡량을 3분간 6 m/kg에서 8ml/kg로 증가시킨 후, PPV 및 SVV (PPV8 및 SVV8)를 포함한 혈역학 및 호흡기 변수를 측정하였다 (T2). 일회호흡량을 증가시킨 후 SVV와 PPV의 변화는 ΔPPV6-8 = PPV8 - PPV6, ΔSVV6-8 = SVV8 - SVV6로 계산하였다. 일회호흡량을 다시 6 ml/kg로 감소시킨 후, 모든 혈역학적변수가 기준치의 10%이내로 돌아왔을 때, 6% hydroxyethyl starch (6ml/kg predicted body weight)를 이용하여 10분 동안 수액 부하를 시행하였다. 수액부하 전과 (T3, base 2) 5 분 후에 (T4) 혈역학 및 호흡기 변수를 측정하였다. 수액 부하 전후의 SVV와 PPV의 변화는 ΔPPVVE = PPV (T4) - PPV (T3), ΔSVVVE = SVV (T4) - SVV (T3)로 계산하였다. 수액반응성은 식도 도플러로 측정한 일회박출량 지수가 15% 이상 증가했을 때 반응자 (responder)로 정의하였다. 수액반응성을 예측하는 동적 전부하 지표의 능력을 테스트하기 위해 receiver operating characteristics (ROC) 곡선의 하부 영역 (area under curve, AUC)을 계산하고 DeLong 테스트를 이용하여 비교하였다. 등록된 환자 38명 중 24명이 responder였다. ROC곡선 분석 결과, PPV6의 AUC는 0.69 (95% CI 0.52-0.83, P = 0.036)로 수액반응성을 예측하지 못했다. PPV8의 AUC는 0.85 (95% CI 0.70 - 0.95, P < 0.0001)로 수액반응성에 대한 우수한 예측 가능성을 보여 주었다. PPV8 > 7 %일 때, 79% (95 % CI 58 - 93)의 민감도 및 79% (95% CI 49 - 95)의 특이도로 수액반응성을 예측하였다. ΔPPV6-8의 AUC는 0.95 (95% CI 0.83 - 0.99, P < 0.0001)로 수액반응성에 대한 매우 우수한 예측 성을 보였다. ΔPPV6-8 > 1%일 때, 92% (95% CI 73 - 99)의 민감도와 86% (95% CI 57 - 98)의 특이도로 수액반응성을 예측하였다. ΔPPV6-8 및 PPV8의 AUC는 PPV6의 AUC보다 유의하게 더 컸다 (각각 P < 0.001 및 P = 0.003). ΔPPV6-8과 PPV8의 AUC 사이에는 유의 한 차이가 없었다 (P = 0.09). 그러므로 ΔPPV6-8과 PPV8은 수액반응성을 예측하는 데 동등하게 사용될 수 있다는 것을 알 수 있었다. 한편, SVV6는 수액반응성을 예측하지 못했다. SVV8 및 ΔSVV6-8은 수액반응성을 예측할 수 있지만, AUC가 각각 0.77 (95% CI 0.61 - 0.89) 및 0.76 (95% CI 0.60 - 0.89)로 보통의 예측 가능성만을 보여주는 데 그쳤다. ΔPPVVE ≤ -3 및 ΔSVVVE ≤ -3은 responder 와 non-responder를 구별하였다 (ΔPPVVE, 민감도; 83% 특이도 86%; P < 0.001 그리고 ΔSVVVE, 민감도; 38% 특이도; 100%; P = 0.014). 결론적으로 본 연구에 의하면 두부하강 자세로 로봇 보조 복강경 수술을 받는 환자에서 일회호흡량를 일시적으로 6 ml/kg에서 8 m/kg로 증가시킨 후의 PPV 변화량은 환자의 수액반응성을 예측할 수 있으므로, 이상과 같이 전신 마취 중 수액관리가 어려운 환자에서 임상적으로 유용한 지표로 활용될 수 있다고 생각한다.