Methoden der automatischen Feedback-Regelung für die Narkose. Konzepte und klinische Anwendung

Zusammenfassung

Die Narkosemitteldosierung erfolgt häufig in der klinischen Routine auf der Grundlage von Erfahrungswerten und trial and error Methoden. Seit jeher hat sich die anästhesiologische Forschung um eine kausal reduzierbare und rationale Beschreibung des Zusammenhangs zwischen der Dosierung eines Medikamentes und dem dadurch induzierten Wirkungsverlauf bemüht. Die Pharmakokinetik der Anästhetika konnte als eine wichtige Determinante dieses Zusammenhangs identifiziert werden. Für die meisten Anästhetika wurde gezeigt, daß ihre Pharmakokinetik der geschwindigkeitsbestimmende Schritt in der Kausalkette Dosierung-Wirkungsverlauf ist. Die gesamte Nicht-Linearität der Dosis-Wirkungsbeziehung kann dagegen im pharmakodynamischen Modell zum Ausdruck gebracht werden. Die Steuerung der Narkose auf der Grundlage eines pharmakokinetisch-dynamischen Modells kann dann als befriedigend angesehen werden, wenn die Modellparameter innerhalb einer gegebenen Population nur wenig streuen.

Der Steuerung wird die Regelung gegenüber gestellt, die versucht, eine vorgegebene Regelgröße durch das rückgekoppelte Meßsignal innerhalb eines bestimmten Sollbereiches zu stabilisieren. Diese Arbeit gibt einen Überblick über die bisherigen Erfahrungen und Anwendungen automatischer Regelsysteme für die Narkose. In allen Fällen konnte bisher gezeigt werden, daß adaptive, auf einem Modell basierende Regelsysteme, innerhalb einer Population ein besseres Regelverhalten aufweisen als nicht-adaptive Techniken. Pharmakokinetisch-dynamische Modelle wurden bisher erfolgreich zur automatischen, adaptiven Feedback-Dosierung von volatilen Anästhetika, intravenösen Hypnotika und Muskelrelaxantien eingesetzt. Neben diesen drei unmittelbar der Narkose zugeordneten Anwendungen wird über die Regelung des Blutdrucks und des Blutglukosespiegels berichtet.

Summary

Dosing of drugs used in general anaesthetic practice is largely based on experience and trial-and-error. From the very beginning, anaesthesiological research has always attempted to supply a rational description of the rules governing the dose-response relationship. During the last few decades it became possible to identify pharmacokinetics as a main constituent of the relationship, since the rate of efficacy is primarily governed by the kinetics of the drug and the dose. On the other hand, the complete nonlinearity of the dose-response relationship can be demonstrated by means of a pharmacodynamic model. Control of anaesthesia by pharmacokinetic-dynamic models may be considered satisfactory as long as there is no pronounced scatter of the model parameters within a given population. Closed-loop feedback control is contrasted to feedforward control that attempts to monitor a given variable within a preset range by feeding back a measured signal to the drug delivery system. The present article reviews the experience and application of automatic feedback control systems used in anaesthesia. It was shown in all cases that adaptive, model-based feedback control is superior to non-adaptive methods. Pharmacokinetic and/or pharmacodynamic models were successfully applied to the servocontrol of volatile anaesthetics, intravenous hypnotics and neuromuscular blocking agents. Over and above these three applications, directly related to anaesthesia, the impact of feedback control on the regulation of blood pressure and blood glucose is reviewed.