Desarrollo y estudio clínico de un sistema de infusión de propofol en lazo cerrado para el control del estado hipnótico basado en el índice biespectral (BIS)

Abstract

La tendencia actual en Anestesiología persigue una administración individualizada de fármacos en el paciente. Sin embargo, el efecto de los anestésicos presenta una gran variabilidad inter e intraindividual. Para estimar el efecto farmacodinámico del propofol se utilizan los monitores de EEG procesado, siendo el índice biespectral (BIS) el más aceptado. Con el fin de aumentar la eficiencia del proceso anestésico, se ha propuesto la aplicación de técnicas de control automático como los sistemas en lazo cerrado, donde un controlador mide los niveles de una variable y ajusta una intervención como respuesta.

En este trabajo se describe el diseño, modelado y estudio clínico de un sistema en lazo cerrado que integra un controlador Proporcional Integral (PI), capaz de gobernar la velocidad de infusión de propofol en función de su efecto sobre el BIS. El controlador funciona básicamente analizando el error o la diferencia del error, entre el BIS diana y el BIS monitorizado y tratará de eliminarlo o reducirlo. El control del componente hipnótico de la anestesia presenta un retardo inherente, se plantea la hipótesis de que un predictor de Smith incorporado en un controlador PI pueda mejorar su rendimiento.

MATERIAL Y MÉTODOS: Este estudio se desarrolló en 3 fases. En primer lugar se realizó un registro en lazo abierto en un grupo de 12 pacientes anestesiados con propofol y remifentanilo, con los datos recogidos se realizó el estudio de obtención de un modelo paramétrico off-line como alternativa a los modelos compartimentales.

La segunda fase consistió en un ajuste fino de los parámetros del controlador tipo PI en 10 pacientes, con un procedimiento basado en técnicas de simulación utilizando el modelo obtenido.

La tercera fase fue el estudio clínico, para lo que se reclutó a 84 pacientes ASA I-II, programados para intervenciones quirúrgicas electivas con una duración mayor de 30 min. Se distribuyeron de forma aleatoria en 3 grupos. Un primer grupo de 29 pacientes que se anestesiaron con una técnica AIVT (Anestesia XVI Intravenosa Total) de propofol y remifentanilo con control manual (GM) en lazo abierto, según la práctica anestésica estándar. El propofol fue ajustado manualmente por el investigador según el valor del BIS. En los 3 grupos, el remifentanilo se mantenía en infusión continua y no se modificaba en función del BIS, se aplicó el mismo protocolo analgésico a todos los pacientes. Un segundo grupo de 30 pacientes, anestesiados con una técnica de AIVT en lazo cerrado de propofol realimentado por los valores del BIS y con un controlador ajustado del tipo Proporciona Integral (GPI). Un tercer grupo de 25 pacientes que fueron anestesiados también con una técnica de AIVT en lazo cerrado de propofol realimentado por los valores del BIS y con un controlador Proporciona Integral que incorporaba un predictor de Smith (GPI+Smith).

Se estudiaron los porcentajes de tiempo que el BIS se mantuvo dentro de distintas franjas de interés. Además se realizó un comparación del error de rendimiento PE (Performance Error), la MDPE (mediana del error de rendimiento, MDAPE (mediana absoluta del error de rendimiento), la oscilación, el offset y el global score entre los 3 grupos.

RESULTADOS: Los 3 grupos resultaron comparables en cuanto a sus variables demográficas y tipo de cirugía. Fue posible ajustar un controlador tipo PI con un procedimiento basado en técnicas de simulación utilizando un modelo obtenido de pacientes reales. El porcentaje de tiempo en el que valores del BIS se mantuvieron entre 40 y 60 fue de 61,2 ± 15,1 en el GM, con una diferencia significativa (p <0,001) con respecto a los otros 2 grupos de control automático, 73,7 ± 14,6 en el GPI y 78,1 ± 10,6 en el GPI+Smith. El tiempo en que BIS mantuvo valores > 65 durante el mantenimiento anestésico fue de 5,1 ± 6,8 en el GM, de 1,7 ± 1,6 y de 1,3 ± 1 en el GPI+Smith. El porcentaje de tiempo con valores de BIS < 40 fue de 27,1 ± 17 en el GM (p<0,001), de 13,6 ± 10,5 en el GPI y de 13,9 ± 9,1 en el GPI+Smith respectivamente.

La MDPE fue de -10 ± 9,1 en el GM, diferencia significativa (p <0,001) con respecto a los otros 2 grupos, de 2,5 ± 5,1 en el GPI y de -2,2 ± 5,2 en el GPI+Smith. La MDAPE resultó de 16,5 ± 4,8 en el GM, de 12,1 ± 13,7 en el GPI y de 11,2 ± 2,9 en el GPI+Smith. El valor de la oscilación fue de 10,6 ± 3,1 en el GM (p=0,61), de 11,2 ± 3 en el GPI y de 10,8 ± ,97 en el GPI+Smith. En el GM, El offset fue -3,8 ± 4,7 (p <0,015), de -1,1 ± 2,5 en GPI y de -1,4 ± 2,2 en el XVII GPI+Smith. Con respecto al global score se obtuvo en valor de 50,9 ± 25,7 en el GM (p<0,001), de 34,9 ± 17,4 en el GPI y de 28,9 ± 1,4 en el GPI+Smith.

CONCLUSIONES: El estudio demostró que es factible el desarrollo y la aplicación para la administración de propofol guiado por el BIS de un controlador tipo PI. El predictor de Smith, diseñado para abordar el problema del retardo en el paciente, también fue implementado satisfactoriamente. Estos controladores, más simples que otras propuestas existentes, no dependen, ni requieren de la utilización de modelos farmacocinéticos / farmacodinámicos.

El sistema en lazo cerrado con un controlador PI, fue capaz de mantener los valores del BIS dentro de unos límites predeterminados durante la anestesia general. El control automático superó en rendimiento a la administración de propofol con control manual en lazo abierto, sin que esto suponga un riesgo adicional en cuanto a la seguridad para los pacientes. La implementación de un Predictor de Smith mejoró el comportamiento obtenido con el controlador PI. Sin embargo, no se observaron mejoras significativas desde el punto de vista estadístico en el rendimiento del Predictor de Smith con respecto al control PI.