Wavelet transform of heart rate variability to assess autonomic nervous system activity does not predict arousal from general anesthesia

Abstract

Purpose

The relationship between autonomic nervous system (ANS) activity and general anesthesia has been explored. Studies have demonstrated partial recovery of heart rate variability (HRV), representative of ANS activity in the postoperative period, but the arousal period has not been precisely studied. The goals of this study were to analyze modifications of ANS activity during general anesthesia and, more particularly, around the arousal period, to look for predictors of arousal.

Methods

We analyzed HRV changes using wavelet transform, a time-frequency analysis that, in contrast to Fourier transform, is able to assess abrupt changes of ANS activity. Seventeen patients (mean ♂ SD age: 40.9 ♂ 16.4 yr) under general anesthesia for hip or knee surgery, were included in the study. The analysis began one hour before anesthesia, focussed on eye opening, and ended three hours after arousal.

Results

There was a dramatic decrease in HRV after induction, that extended throughout anesthesia and represented a decrease in global autonomic regulation with, however, a relative predominance of vagal tone. At the moment of eye opening, there was an abrupt change in HRV, representing a sudden shift of ANS balance towards the predominance of sympathetic activity, while none of these indices changed seconds before arousal.

Conclusions

Wavelet analysis of HRV appears to be powerful tool to precisely assess instantaneous changes of HRV during anesthesia. Using this method, there were no identifiable precursory HRV indices of arousal.

Résumé

Objectif

On connaît la relation entre l’activité du système nerveux autonome (SNA) et l’anesthésie générale. Des études ont démontré la récupération postopératoire partielle de la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC), représentant l’activité du SNA, mais le retour à la conscience n’a pas été précisément étudié. Les objectifs de la présente étude sont d’analyser les modifications de l’activité du SNA pendant l’anesthésie générale et, plus particulièrement, la période entourant le retour à la conscience, afin de découvrir des prédicteurs de réveil.

Méthode

Nous avons analysé les changements de VFC en utilisant la transformée par ondelettes, une analyse temps-fréquence qui, contrairement à la transformée de Fourier, permet d’évaluer les changements brusques de l’activité du SNA. Dixsept patients (âge moyen ♂ écart type : 40,9 ♂ 16,4 ans), sous anesthésie générale pour une intervention à la hanche ou au genou, ont participé à l’étude. L’analyse, centrée sur l’ouverture des yeux, a débuté une heure avant l’anesthésie et s’est terminée trois heures après le retour à la conscience.

Résultats

Après l’induction de l’anesthésie, il s’est produit une baisse marquée de la VFC qui s’est prolongée tout au long de l’anesthésie et qui représentait une diminution de la régulation autonome globale accompagnée, toutefois, d’une relative prédominance du tonus vagal. À l’ouverture des yeux, il y a eu un changement brusque de la VFC, indice d’un décalage soudain dans l’équilibre du SNA vers une prédominance de l’activité sympathique, alors qu’aucun de ces indices n’avait changé quelques secondes avant le réveil.

Conclusion

L’analyse par ondelettes de la VFC s’est révélée un outil puissant pour évaluer de façon précise les modifications de la VFC pendant l’anesthésie. Cette méthode n’a pas montré d’indices précurseurs identifiables de VFC de réveil.