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Deep hypothermia reduces the predictive accuracy of the Eleveld propofol model: Population pharmacokinetic modelling in cardiac surgery - 18/06/26

Doi : 10.1016/j.biopha.2026.119523 
Tereza Bartošová a , Martin Šíma b, ⁎, 1 , Tomáš Prskavec c , Pavel Jansa d , Pavel Michálek a , Michal Lipš a , Tomáš Brožek a , Petr Kopecký a , Petr Kozlík e , Tomáš Křížek e , Ondřej Slanař b , Jan Kunstýř a
a Department of Anaesthesiology and Intensive Care Medicine, General University Hospital and First Faculty of Medicine, Charles University in Prague, U Nemocnice 2, Prague 128 08, Czech Republic 
b Department of Pharmacology, General University Hospital and First Faculty of Medicine, Charles University in Prague, Albertov 4, Prague 128 00, Czech Republic 
c Department of Cardiovascular Surgery, General University Hospital and First Faculty of Medicine, Charles University in Prague, U Nemocnice 2, Prague 128 08, Czech Republic 
d Department of Cardiology and Angiology, General University Hospital and First Faculty of Medicine, Charles University in Prague, U Nemocnice 2, Prague 128 08, Czech Republic 
e Department of Analytical Chemistry, Faculty of Science, Charles University in Prague, Albertov 6, Prague 128 00, Czech Republic 

⁎ Corresponding author.

Abstract

Objectives

To evaluate the predictive performance of the Eleveld target-controlled infusion model for propofol during deep hypothermia, characterise temperature-dependent changes in propofol pharmacokinetics, and explore the relationship between depth of anaesthesia monitoring and the perioperative stress response during deep hypothermic circulatory arrest.

Design

Prospective, single-centre, low-intervention study.

Setting

Tertiary cardiac surgery centre.

Patients

Thirty adult patients undergoing elective pulmonary endarterectomy with cardiopulmonary bypass and deep hypothermic circulatory arrest.

Methods

Serial blood samples (T0–T13) were obtained to determine propofol serum concentrations and endogenous norepinephrine levels. Model performance of the Eleveld target-controlled infusion system was assessed using linear regression across temperature phases, and population pharmacokinetic analysis was performed using nonlinear mixed-effects modelling.

Results

Predictive performance deteriorated during cooling and improved during rewarming. A two-compartment model identified temperature as a significant covariate on propofol clearance, with marked reduction during hypothermia and relative increase during rewarming.

Processed EEG monitoring demonstrated profound cortical suppression (mean suppression ratio 98.4%, PSI 0.4). Despite this, norepinephrine levels decreased during cooling and increased significantly during reperfusion, indicating activation of the stress response in the absence of cortical activity. No intraoperative awareness was detected.

Conclusions

Deep hypothermia alters propofol pharmacokinetics, reducing clearance and impairing model performance, while rewarming increases clearance. Autonomic stress responses may occur despite profound cortical suppression, highlighting limitations of EEG-based depth of anaesthesia monitoring during deep hypothermic circulatory arrest. These findings support temperature-adaptive dosing and warrant confirmation in prospective randomised studies.

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Graphical Abstract




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Keywords : Propofol, Hypothermia, Pharmacokinetics, Nonlinear mixed-effects modelling, Eleveld model, Cardiac surgery


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