Effects of Remifentanil, Esmolol, and Lidocaine Administered before a Tracheal Intubation on the Heart Rate Variability

Lee, Ae-Ri; Jin, Hee Cheol

doi:2011.17.1.16

Soonchunhyang Med Sci > Volume 17(1); 2011 > Article

SMS 2011 June;17(1):16-20.
Published online 2011 June 30

Effects of Remifentanil, Esmolol, and Lidocaine Administered before a Tracheal Intubation on the Heart Rate Variability

Ae-Ri Lee, Hee Cheol Jin

Department of Anesthesiology and Pain Medicine, Soonchunhyang University Bucheon Hospital, Soonchunhyang University College of Medicine, Bucheon, Korea

Corresponding Author: Hee Cheol Jin , Tel: +82-32-621-5321 , Fax: +82-32-621-5322 , Email: hcjin@schmc.ac.kr

ABSTRACT

Objective: The purpose of this study was to evaluate effects of remifentanil, esmolol, and lidocaine administered before a tracheal intubation on the autonomic nervous system using heart rate variability. Methods: In a randomized, prospective trial, we enrolled 60 patients undergoing a tracheal intubation under general anesthesia. After an induction of anesthesia using propofol and rocuronium, patients received either remifentanil 1.0 µg/kg (group R), esmolol 1.0 mg/kg (group E), or lidocaine 1.5 mg/kg (group L). Standard deviation of the normal to normal interval (SDNN), low frequency power (LF), and high frequency power (HF) were measured before and after the administration of three drugs. Heart rate and mean arterial pressure were measured before and after the tracheal intubation. Results: SDNN was not different between three groups. After the administration of drugs, LF mainly indicating the sympathetic nervous system activity was lower in the group E than in group R and L. HF indicating the parasympathetic nervous system activity was higher in group R than in group E and L. After the tracheal intubation, heart rate was lower in group R and E than in group L. Mean arterial pressure was lower in group R than in group E and L. Conclusion: Hemodynamic changes according to the tracheal intubation were attenuated by remifentanil 1 µg/kg or esmolol 1 mg/kg, not by lidocaine 1.5 mg/kg. Remifentanil stimulated parasympathetic nervous system and esmolol suppressed sympathetic nervous system.

Keywords: Esmolol; Heart rate; Lidocaine; Remifentanil

서 론

전신마취를 위한 기도 유지 방법 중 가장 선호되고 있는 기관내삽관은 심각한 혈역학적 변화를 유발할 수 있다. 교감신경 자극으로 인한 빈맥과 고혈압, 부정맥을 예방하기 위하여 기관내삽관 전에 아편양제제, 베타차단제, lidocaine 등의 약물을 미리 투여하면 이런 부작용이 감소된다는 연구들이 있다 [1,2] . 그러나 이 연구들은 주로 심박수와 혈압의 변화 같은 단순한 인자를 측정하였을 뿐이고 자율신경계의 변화를 종합적으로 연구한 것은 아니었다. 이 약제들은 교감신경뿐만 아니라 부교감신경에도 중요한 영향을 미쳐 자율신경계의 불균형을 가져올 수 있으므로 이에 대한 연구도 필요할 것으로 판단된다.
자율신경계 기능을 평가하기 위해 사용되는 심박수 변이도(heart rate variability, HRV)는 사용법이 간단하고 비침습적이며 자율신경계 균형을 정량적으로 측정할 수 있는 방법으로 최근 사용빈도가 점차 증가하고 있다. 심박수는 부분적으로 자율신경에 의해 결정되며 심박수의 증가는 교감신경계의 활성 증가나 부교감신경계의 활동 감소에 의한 것이나 심박수의 감소는 주로 미주신경 활동 증가에 의한다 [3,4] . 심박수는 항상 일정한 것이 아니고 변동성이 있는데 이를 HRV라고 하며 생리적 또는 환경 자극에 대해 심장이 반응할 수 있는 능력을 가리킨다 [5] .
HRV는 심전도상에서 RR 간격의 변화로 측정하는데 RR 간격의 표준편차(standard deviation of the RR interval, SDNN)는 교감신경계와 부교감신경계의 균형에 의해 결정된다 [6] . RR 간격의 주파수를 저주파수(low frequency, LF) 영역과 고주파수(high frequency, HF) 영역으로 나눌 수 있는데 LF는 교감신경과 부교감신경의 영향을 모두 반영하지만 교감신경의 영향을 더 많이 받으며 HF는 주로 부교감신경계의 영향을 반영하고 LF/HF 비율은 교감신경계와 부교감신경계의 균형을 나타내는 인자로 알려져 있다.
이 연구의 목적은 전신마취 유도 과정에서 기관내삽관에 의한 혈역학적 변화를 예방하기 위해 투여하는 remifentanil, esmolol과 lidocaine이 교감신경계와 부교감신경계에 미치는 영향을 비교하는 것이며 자율신경계의 변화와 균형 상태를 평가하기 위하여 HRV를 사용하였다.

대상 및 방법

기관내삽관하에 전신마취를 시행받는 18-65세 사이의 성인 남녀 60명을 대상으로 하였고 고혈압이나 당뇨 등의 전신질환이 없는 미국마취과학회 신체등급분류 1에 해당하는 환자만을 포함하였다. 심전도상에서 특이소견이 있는 환자, 기도 이상이나 어려운 기도가 예상되는 환자, 기관내삽관을 1회 시도에 성공하지 못한 환자는 실험에서 제외하였다. 이 연구는 임상연구심의위원회의 허락을 얻은 후 연구를 시작하였고 대상자에게 실험 방법을 설명하고 동의서를 받았다.
마취 전 투약은 하지 않았으며 환자가 수술실에 들어오면 심전도, 비침습적 혈압, 맥박산소포화도, bispectral index score (BIS)를 감시하였다. 5분간 바로 누운 자세에서 안정을 취하면서 산소를 안면 마스크를 통하여 6 L/min으로 투여하여 탈질소화하였다. 목표농도 조절주입 장치(Orchestra Base Primea, Fresenius Vial, Brezins, France)를 사용하여 propofol을 효과처농도(effect site concentration)가 4 µg/mL가 되도록 지속 주입하면서 환자의 의식이 소실되고 BIS가 60 이하로 감소되면 마스크로 인공 환기하면서 3분간 유지하였고 근이완 감시장치(TOF Watch, Organon Teknika, Boxtel, Netherland)를 부착하고 train of four 비율을 감시하였다.
대상 환자를 무작위로 세 군으로 나누어 remifentanil (n=20, 1 µg/kg), esmolol (n=20, 1 mg/kg), lidocaine (n=20, 1.5 mg/kg)을 각각 투여하고 세 군 모두의 대상에게 rocuronium 0.9 mg/kg를 정주하여 근이완시켰다. 실험 약물을 투여하고 3분 후에 근이완 된 것을 확인하고 곡날형 후두경을 사용하여 남자환자는 8.5번, 여자환자는 7.5번 기관 내 튜브를 삽입하였다. 기관내삽관은 전 연구과정을 통하여 한 명의 숙달된 마취통증의학과 의사가 하였다.
마취유도과정을 다음과 같이 baseline은 의식이 소실된 시점부터 실험약물을 투여하기 직전까지 3분간, postdrug은 실험약물을 투여한 후부터 기관내삽관 전까지 3분간, postintubation은 기관내삽관 후 3분간으로 각각 나누었다.
HRV와 심박수를 추출하기 위해 심전도 감시장치 Solar 8000 (GE Medical Systems, Milwarkee, WI, USA)의 analogue output 단자에 analogue/digital 변환기(PowerLab, AD Instrument Co., Castle Hill, Australia)를 연결하였고, 데이터를 분석하기 위한 컴퓨터 소프트웨어인 Chart 5 (AD Instrument Co.)를 이용하여 1,024 Hz로 심전도 자료를 추출하였다 [7] . 실험약물들이 HRV에 미치는 영향을 알아보기 위하여 baseline과 postdrug 구간의 HRV의 지표들을 측정하여 군내, 군 간 비교하였다. HRV의 지표로 동시적인 RR 간격(심전도에서 R파와 다음 R파 사이의 간격) 변이도의 표준편차인 SDNN을 구하였고 주파수 분석은 저주파수 대역(LF, 0.04-0.15Hz)과 고주파수 대역(HF, 0.15-0.4 Hz)의 파워를 구하였으며, 이를 통해 LF/HF 비를 계산하였다. 기관내삽관에 의해 실제로 발생되는 혈역학적 변화를 비교하기 위하여 실험약물 투여 직후와 기관내삽관 직후의 심박수와 평균동맥압을 측정하여 postdrug 구간과 postintubation 구간의 심박수와 평균동맥압으로 기록하였다.
측정치는 평균±표준편차로 표시하였고 통계분석은 SPSS ver. 14.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하였다. HRV의 지표들과 심박수의 군내 비교는 paired t-test를 이용하였고 군 간 비교는 일원분산분석(one way analysis of variance)을 사용하였으며 사후검정은 Newman-Keuls Multiple Comparison Test로 하였다. P값이 0.05 미만일 때 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로 하였다.

결 과

대상 환자들의 남녀 비율, 연령, 신장, 체중은 각 군 간에 통계적으로 유의한 차이가 없었다 (Table 1) .
SDNN은 군 간과 군내 비교에서 통계적인 차이가 없었다 (Table 2) . LF는 esmolol군에서 baseline 구간과 postdrug 구간 사이에 유의한 군내 차이가 있었으나 remifentanil군과 lidocaine군에서는 차이가 없었다. postdrug 구간에서 esmolol군의 LF는 remifentanil군과 lidocaine군에 비해 유의하게 낮았다. HF는 세 군 모두에서 baseline 구간과 postdrug 구간 사이에 차이가 없었으나 postdrug 구간에서 remifentanil군이 esmolol군과 lidocaine군에 비해 유의하게 높았다. LF/HF는 세 군 모두에서 군내, 군 간 통계적 유의성이 없었다.
심박수는 군내 비교에서 세 군 모두 postdrug 구간에 비해 postintubation 구간에서 증가되었다 (Table 3) . 그러나 postintubation 구간에서의 군 간 비교에서 remifentanil군과 esmolol군에서 lidocaine군에 비해 심박수가 유의하게 낮았다. 평균동맥압은 군내 비교에서 remifentanil군은 postdrug 구간에 비해 postintubation 구간에서 증가되지 않았으나 esmolol군과 lidocaine군에서는 유의한 증가가 있었다. Postdrug 구간에서의 군 간 비교에서 remifentanil군과 esmolol군에서 lidocaine군에 비해 평균동맥압이 낮았으나 postintubation 구간에서의 군 간 비교에서 remifentanil군의 평균동맥압이 esmolol군과 lidocaine군에 비해 낮았고 esmolol군과 lidocaine군 사이에는 유의한 차이가 없었다.

고 찰

교감신경 활성도를 주로 반영하는 LF는 esmolol군에서 실험 약물 투여 후 유의하게 감소하였으며 remifentanil군과 lidocaine군에 비해 낮았다. 부교감신경 활성도를 주로 반영하는 HF는 약물 투여 후 remifentanil군에서 esmolol군과 lidocaine군에 비해 높았다. 심박수는 기관내삽관 후 세 군 모두 증가했으나 remifentanil군과 esmolol군이 lidocaine군에 비해 증가 정도가 적었다. 평균동맥압은 기관내삽관 후 remifentanil군에서는 변화가 없었으나 esmolol군과 lidocaine군에서 증가되었다.
RR 간격의 변화, 즉 HRV는 동결절에 대한 자율신경계의 영향과 연관되어 있으며 건강한 보통 사람이나 운동선수, 질환이 있는 환자들에서 자율신경계와 관련되어 나타나는 여러 현상들을 연구하는 데 사용된다 [3,8,9] . HRV가 크다는 것은 적응력이 크고 자율신경계가 효과적으로 작동되는 건강한 상태를 의미하며 반대로 HRV가 작다는 것은 자율신경계가 억제되어 자극에 대한 반응이 불충분하게 나타나는 것을 의미한다 [6] .
HRV를 분석하기 위해 사용하는 지표는 시간 영역(time domain)과 주파수 영역(frequency domain)으로 나누어진다 [6] . 시간적인 분석에서 대표적으로 사용되는 것이 정해진 시간 동안 기록된 모든 RR 간격의 표준편차를 millisecond로 표시한 SDNN이다 [10] . 이 지표는 보통 3-5분 이상의 RR 간격으로부터 구하며 교감신경과 부교감신경의 활성도를 나타내지만 HRV에 변화가 있을 때 그 원인이 교감신경계의 항진인지 부교감신경의 위축인지 구분할 수 없다는 단점이 있다. 본 연구에서 SDNN은 실험 약물 투여 전후에 통계적으로 유의한 변화가 없어 약물 투여에 따른 자율신경계의 변화를 나타내지 못하였다.
주파수 분석에서 주로 사용되는 것은 LF 파워와 HF 파워이다 [4,5,11] . LF 파워는 0.04-0.15 Hz 사이의 저주파수 대역의 파워를 말하며 교감신경과 부교감신경이 심장에 미치는 결합 작용에 의하지만 교감신경의 영향을 주로 받는다. HF 파워는 0.15-0.4 Hz 사이의 고주파수 대역의 파워로서 호흡에 따라 변하는 양상이 있으며 부교감신경이 심장에 미치는 영향의 척도가 된다.
실험 약물 투여 후 remifentanil군에서는 다른 두 군에 비해 HF 파워가 높아 부교감신경 항진효과를 볼 수 있었고 esmolol군에서는 LF가 감소되어 교감신경 억제를 확인하였으나 lidocaine군에서는 이런 효과가 없었다. 결과적으로 기관내삽관 후 세 군 모두에서 심박수가 증가하였지만 remifentanil군과 esmolol군에서 lidocaine군에 비해 심박수 증가가 적었던 것으로 판단된다. 평균동맥압 또한 remifentanil군에서는 기관내삽관 후 증가되지 않았으며 lidocaine군에 비해 유의하게 낮았다.
LF/HF 비율은 교감신경과 부교감신경의 균형을 나타내는 지표로 고려될 수 있다 [12] . Remifentanil군에서 HF 파워가 높았고 esmolol군에서 LF 파워가 낮아 두 군에서 LF/HF가 감소하는 양상을 보였으나 통계적 유의성은 없었다.
아편양제제가 자율신경계에 미치는 영향은 약제에 따라 다르게 나타난다. Fentanyl은 부교감신경을 항진시키는 것으로 보고되었지만 [13,14] , 강력한 아편양제제인 sufentanil은 HF를 감소시켜 부교감신경 긴장도와 연관되지 않는다는 보고도 있다 [15] . Remifentanil이 HRV에 미치는 영향에 대한 연구는 소아를 대상으로 한 Tirel 등 [16] 의 연구가 유일한데 remifentanil을 투여하였을 때 HF 파워가 증가된다고 하여 부교감신경 항진을 보고하였다. 성인을 대상으로 remifentanil을 투여한 본 연구에서는 Tirel 등과 비슷한 결과를 얻었다.
아편양제제와 esmolol이 기관내삽관에 의한 혈역학적 변화를 방지한다는 사실은 일관성 있게 보고되어 왔다 [1,2] . 그러나 lidocaine의 효과는 연구 방법이나 대상 환자군에 따라 다른 결과를 보였는데 [17,18] , 본 연구에서는 실험 약물을 투여하지 않은 대조군을 설정하지 않아 lidocaine의 효과 유무를 언급할 수는 없으나 remifentanil과 esmolol에 비해 효과적이지 못하였다.
Lidocaine이 HRV에 미치는 영향 역시 상반된 두 보고가 있다. 정맥마취제를 사용하여 마취를 유도했던 Lin 등 [18] 의 연구에서는 lidocaine이 HRV에 미치는 영향을 증명하지 못했으나 흡입마취제인 sevoflurane으로 마취를 유도했던 Ugur 등 [19] 의 연구에서는 lidocaine이 기관내삽관에 따른 교감신경 항진을 억제한다고 보고한 것으로 보아 lidocaine이 HRV에 미치는 영향은 같이 사용되는 마취 약제에 따라 다르게 나타나는 것으로 보이지만 앞으로 이에 대한 연구가 더 필요할 것으로 판단된다. 정맥마취제인 propofol을 사용한 본 연구에서도 Lin 등과 같은 결과를 보였다.
이 연구의 제한점으로는 마취 유도에 사용된 propofol이 HRV에 영향을 미친다는 점이다. Propofol을 마취 유도용량인 2 mg/kg로 투여하면 HF 영역의 주파수가 감소되고 LF 영역의 주파수가 증가된다 [20] . Propofol을 사용하지 않았으면 세 가지 약물이 HRV에 미치는 영향을 보다 정확히 측정할 수 있었겠으나 임상 마취에서는 통상적으로 propofol을 사용하여 마취를 유도하고 있으므로 저자들은 연구 설계에 propofol을 포함시켰다. 또한 세 군 모두에서 같은 용량의 propofol을 사용하였으므로 remifentanil과 esmolol이 lidocaine에 비해 교감신경 억제효과가 크다는 연구 결과에는 큰 영향을 미치지 않았으리라 판단된다.
결론적으로 전신마취 유도과정에서 투여된 remifentanil 1 µg/kg은 부교감신경을 항진시켰고 esmolol 1 mg/kg은 교감신경을 억제하였으나 lidocaine 1.5 mg/kg이 자율신경계에 미치는 영향은 이 연구에서 증명할 수 없었다. Remifentanil과 esmolol은 lidocaine에 비해 기관내삽관에 따른 혈역학적 변화 예방에 효과적이었다.

TABLES

	Table.1 Demographic data Values are presented as number of patients or mean±SD. There was no statistical difference between groups.

	Table.2 Standard deviation of the RR interval (SDNN), low frequency power (LF), high frequency power (HF), and LF/HF ratio of three groups at baseline and postdrug periods Values are presented as mean±SD. ^a) P<0.05 between baseline and postdrug periods. ^b) P<0.05 between three groups, esmolol groups was different from remifentanil and lidocaine groups, but there was no difference between remifentanil and lidocaine groups. ^c) P<0.05 between three groups, remifentanil group was different from esmolol and lidocaine groups, but there was no difference between esmolol and lidocaine groups.

	Table.3 Heart rate and mean arterial pressure of three groups at postdrug and postintubation periods Values are presented as mean±SD. ^a) P<0.05 between postdrug and postintubation periods. ^b) P<0.05 between three groups, remifentanil and esmolol groups were different from lidocaine group, but there was no difference between remifentanil and esmolol group. ^c) P<0.05 between three groups, remifentanil group was different from esmolol and lidocaine groups, but there was no difference between esmolol and lidocaine group.

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