크 세 논 가스 마 취 에이전트 및 건강 한 지원자에서 질소 산화물의 관리 동안 녹음 두뇌 전자기 활동

Summary

동시 magnetoencephalography 및 electroencephalography 다른 마 취약에 의해 유도 된 의식에 일반적이 고 고유한 매크로 규모 감소의 메커니즘에 대 한 검색에 유용한 도구를 제공 합니다. 이 문서에서는 질소 산화물 및 크 세 논 흡입 하는 동안 N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)-receptor-antagonist-based 마 취 동안 건강 한 인간에서 그러한 데이터의 기록 기본 경험적 방법을 보여 줍니다.

Abstract

마 취는 틀림 없이 글로벌 의식/무 의식의 신경 상관 관계를 연구 하는 유일한 체계적인 방법의 한을 제공 합니다. 그러나 지금까지 대부분 neuroimaging 또는 인 간에 있는 신경 생리학 조사 하면서 해리 N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)-의 효과 γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA)-receptor-agonist-based 마 취약의 연구에 국한 수용 체 길 항 제-기반 마 취약 케 타 민, 질소 산화물 (N₂O) 및 크 세 논 (Xe) 크게 알려지지 않은. 이 문서에는 기본 흡입 가스 마 취 에이전트 N₂O와 Xe의 동안 magnetoencephalography (멕)와 electroencephalography (뇌 파) 건강 한 남성에서의 동시 녹음 하는 방법을 설명 합니다. 높은 마 취 동안 전자기 두뇌 활동의 평가 수 메 그 및 뇌 파 데이터를 결합 하 여 시간적, 그리고 적당 한 공간, 해상도. 여기 상세한 프로토콜, 여러 녹음 세션에 걸쳐 세련 된 주제 모집, 마 취 장비 설치 멕 스캐너 룸, 데이터 수집 및 기본 데이터 분석에 포함 된 설명 합니다. 이 프로토콜에서 각 참가자는 Xe와 N₂O 반복된 측정 크로스 오버 디자인의 다양 한 수준에 노출 됩니다. 현명한 증가 녹음 참가자 노출 되는 관련 기준에 따라 영감을 Xe와 N₂O 8, 16, 24, 42%, 그리고 16, 32 및 47%의 농도 각각, 동안 응답의 그들의 수준 추적 한 청각 지속적인 성능 작업 (aCPT)입니다. 결과 녹음 수의 원시 데이터, 스펙트럼 지형, 머리 움직임의 최소화 및 청각 갖는 응답에 명확한 수준 의존 효과의 센서-레벨 속성을 강조 하기 위해 제공 됩니다. 이 패러다임에서는 휘발성 및 정 맥 마 취 에이전트와 함께 사용 되 쉽게 적응 시킬 수 있다 가스 마 취약의 다른 종류의 작업 관련 된 전자기 신호를 기록 하는 일반적인 접근 방식을 설명 합니다. 소스 공간 이미징 및 기능적 네트워크 분석 방법론 확장 함으로써 부각 된 방법을 마 취의 매크로 스케일 메커니즘의 이해에 기여할 수 있다는 전망 이다.

Introduction

인간의 의식의 현상 명시적 신경 회로의 무결성에 따라 달라 집니다 제안 하는 전 임상 및 임상 neuroscientific 증거 사이 좋은 일치가 있다. 이러한 회로 무 의식으로 하강에 의해 체계적으로 좌우 된다 관찰 마 취 동안 활용 하 여 ‘탐색’의 신경 상관 관계에 대 한 검색 활성화 neuroimaging 기술에 대 한 필요성 입증 했다 의식입니다. 수 면의 가능한 예외와 함께 마 취는 한 수, 제어, 가역 및 재현 방식 유일한 방법은, 교란, 나타내고 따라서 해 부, 하위의 거시적인 규모에서 특히 의식, 봉사 하는 메커니즘 글로벌 두뇌 역학입니다. 임상, 전신 부동, 진통, 최 면/무 의식의 상태로 정의 될 수 있다 하 고 가장 풍부 하 게 사용 하 고 안전한 의료 개입의 한에 남아 있다. 선명도 최종 결과에 효율성에도 불구 하 고 다양 한 종류의 마 취 유도 무 의식¹기한 에이전트의 행동의 메커니즘에 관한 큰 불확실성 남아 있습니다.

마 취약 정 맥 대리인으로 분할 될 수 있다 특히 propofol와 바비, 또는 sevoflurane isoflurane, 등 휘발성 기체 에이전트 질소 산화물 (N₂O) 및 크 세 논 (Xe). 마 취의 약리학 잘 설립 여러 세포 대상 마 취 작업에 연결 된 것으로 확인 되었습니다. 대부분의 대리인 γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA) 수용 체 중재 활동의 주로 agonism 통해 날짜 법을 공부 했다. 반면, 효과적인 에이전트 케 타 민, Xe와 N₂O N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA) glutamatergic 수용 체^2,3를 주로 대상으로 그들의 효과 발휘 여겨진다. 그러나 다른 중요 한 약리 대상 포함 칼륨 채널, 아 세 틸 콜린 수용 체와 나머지 조미료 수용 체, AMPA와 kainate, 마 취 작업에 자신의 기여의 범위 (대 한 종합적인 검토 참조 애매 남아 ⁴)입니다.

행동의 메커니즘 및 다양 한 종류의 에이전트의 관찰 된 생리 및 신경 효과에 다양성의 의식 처리에 그들 영향에 일반적인 결론의 어려운 렌더링 합니다. 손실의 의식 (LOC) GABAergic 에이전트에 의해 유도 된 두뇌 활동에 글로벌 변화 일반적으로 특징 이다. 이것은 높은 진폭, 낮은-주파수 델타의 출현에서 분명 하다 (δ, 0.5-4 Hz) 파도 높은 주파수, 감마 (γ, 35-45 Hz)에 뇌 파 (EEG), 느린 파와 유사한 활동에서에서 감소^5,6 자 뿐만 아니라 대뇌 혈 류와 포도 당 물질 대사^{5,6,7,8,9,10,11,12의 광범위 한 절감} . Boveroux 외. ¹³ 휴식 propofol 마 취 기능 자기 공명 영상 (fMRI)를 사용 하 여 상태 기능 연결에 상당한 감소를 시연 함으로써 같은 관측에 추가. 효과적인 마 취약이 항복 하는 반면, 두뇌 활동에 미치는 영향의 프로필을 취소. 어떤 경우에 그들은 뇌 혈액 흐름 및 포도 당 물질 대사^{14,15,16,17,18,19, 증가와 관련} 렉스와 동료²² 와 Laitio와 동료^23,24 Xe의 효과 보고 연구 하면서 ^20,21 제공 증거 둘 다의 증가 감소 뇌 활동입니다. 유사한 불규칙 뇌 파 신호^25,26,,2728에 효과에서 볼 수 있습니다. 존슨 외. ²⁹ 시연 낮은 주파수 밴드 델타 세타도 높은 밀도 Xe 마 취 반대 관측 N₂O는 델타에서 만들어진 하는 동안 뇌 파 연구에서 더 높은 주파수 밴드 감마에서의 총 전력 증가 세타와 알파 주파수 밴드^{31 30,}및 더 높은 주파수³²에 Xe에 대 한. 이러한 가변성 전기 두 피 활동에 Xe의 효과에 알파에서 관찰 될 수 있다 고 베타 주파수 범위 또한 둘 다 증가³³ 및 감축³⁴ 보고 되 고.

위에서 언급 한 불일치에도 불구 하 고 그림 하나 뇌 영역 간의 기능 연결이 변경 보고 하려고 할 때 에이전트에서 더 일관 될 시작 합니다. 그러나 이러한 조치, 주로 시간적 또는 공간적 해상도 관하여 반드시 양보 형식 제한 되었습니다. 연구는 뇌 파를 사용 하 여 표시, 그리고 어느 정도 일관성, propofol³⁵, sevoflurane³⁶ 와 N₂O³⁷, 마 취/진정 동안 기능 네트워크의 토폴로지 구조에 변화를 계시 하는 널리 간격된 센서 레벨 EEG 데이터는 부족 한 공간 해상도 의미 있게 정의 하 고 해당 기능 네트워크의 꼭지점을 나타냅니다. 반대로, fMRI 및 양전자 방출 단층 촬영 (PET)의 우수한 공간 해상도 이용 하 여 연구 뇌 파^{13,38,39의 대규모 기능 연결에 비슷한 토폴로지 변경 찾기 그러나 ,40,41}, 위상-진폭 알파 (8-13 Hz) 뇌 파 밴드 및 기타 동적 현상의 중요 한 서명을 급부상에 커플링 하 부족 한 시간 해상도가지고 마 취 작업^12,42. 또한, 이러한 조치는 직접 전자기 신경 활동⁴³를 평가 하지 않습니다.

따라서, 의미 사전 마 취약의 작업과 관련 된 거시적인 프로세스의 이해를 위해서는 앞서 언급 한 조사의 한계 해결 해야; 마 취 에이전트 및 비-침략 적 측정의 부족 spatio 시간적 해상도의 제한 적용. 이 기준에서 저자 기체 분리 적인 마 취 에이전트의 관리에 대 한 동시에 레코드 magnetoencephalogram (멕)와 개발 된 건강 한 지원자에서 뇌 파 활동 하는 방법을 개요 Xe와 N₂o.

멕 밀리초 범위에서 시간 해상도 뇌 파 이외에 비-침략 적 신경 생리학 기법으로 활용 됩니다. 뇌 파의 전기 분야의 cortically 생성된 활동에 로우 패스 필터 역할을 멕이이 문제 고 볼륨 전도⁴⁴의 문제가 훨씬 덜 민감한 동안 두개골에 의해 흐리게 문제가 있다. 멕은 높은 변론 될 수 있다 공간 뇌 파 ^45,46보다 지역화 정확도 소스. 그러나 뇌 파 멕 않습니다 진정한 참조 무료 녹음^37,47을 허용 하지 않습니다. 멕 시스템 또한 일반적으로 대뇌 피 질의 활동에에서 기록 높은 감마⁴⁸(일반적으로 70 ~ 90 Hz)를 포함 하 여 뇌 파 보다 훨씬 넓은 주파수 범위는 Xe²⁹ 및 N을 포함 하 여 마 취 제의 최 면 효과에 참여 제안 되었습니다. ₂ O²⁸. 멕 멕 주로 세포내 전류^46, 에 의해 생성 된 자기장을 반영 하는 반면 칭찬을 뇌 파, 뇌 파 활동에 의해 전달 하는 신경 생리학 활동 세포 외 전기 전류에 관한 제공 ⁴⁹. 또한, 멕은 피 질, 접선 electrophysiological 활동에 특히 민감한 뇌 파 주로 피⁴⁹방사형 세포 외 활동을 기록 하는 동안. 따라서 메 그 및 뇌 파 데이터 결합 슈퍼 첨가제 장점⁵⁰있다.

기체 분리 적인 에이전트 Xe와 N₂O는 다음과 같은 원리 이유로 선정 되었습니다: 그들은 무 취 (Xe) 또는 본질적으로 무 취 (N₂O) 이며 따라서 쉽게 활용 될 수 있습니다 제어 조건에서 근무 하는 경우 존재 하위 임상 한 농도 또한, 그들은 그들의 약한 심장-호흡기 depressant 효과⁶¹는 실험실 환경에서 모니터링 및 원격 관리. 크 세 논 그리고 낮은 정도 N₂O, 상대적으로 낮은 최소 유지-치경-집중-(MAC)-환자의 50%는 무응답 32.6 ± 6.1⁵¹ 와⁵² 63.3 +-7.1 구두 명령에 각각에서 깨어. Xe와 N₂O에도 불구 하 고 모두 그들은 다르게 뇌 파 조절 되 고 NMDA 수용 체 길 항 제,-Xe 나타납니다 전형적인 GABAergic 에이전트는 Bispectral 인덱스^{33,53,54 사용 하 여 모니터링 하는 경우 처럼 더 행동 하} (electroencephalographically 마 취의 깊이 모니터링 하는 데 사용 하는 여러 방법 중 하나). 반면, N₂O 생산 electroencephalographic 효과 훨씬 덜 명백한 그것은, 전혀,²⁶Bispectral 인덱스 사용 하 여 모니터링 하는 경우. Xe 속성이 다른 보고 electroencephalographic 다른 효과적인 에이전트, 그러나 더 일반적으로 공부 GABAergic 에이전트에 유사한 특성을 보유 하 고 있기 때문에 자사의 electrophysiological 연구는 중요 한 공개 의식과 해당 기능 네트워크 변경의 신경 상호 관련 된 기능. NMDA 수용 체에 행동 하는 에이전트는 공개 더 정상적이 고 변경 된 의식, 보조 하다 두뇌 네트워크에 대 한 NMDA 수용 체 중재 하는 중요 한 역할을 주어 활동 학습 및 메모리의 범위에 그것의 연루 역할 재생 가능성이 정신 장애 정신 분열 증과 우울증⁸⁰를 포함 하는.

이 문서는 주로 멕과 뇌 파를 동시에 녹음 하면서 비 병원 환경에 가스 마 취 에이전트의 배달와 관련 된 요구 하 고 복잡 한 데이터 수집 절차에 집중 한다. 기본 데이터 분석 센서 수준에서 설명 및 예제 데이터 충실도 높은 녹음 최소한의 머리의 움직임으로 얻을 수 있습니다 보여주는 제공 됩니다. 일반적으로 이런이 종류의 데이터를 사용 하 여 수행 되는 후속 소스 이미징 및 기능적 연결 분석을 위한 많은 잠재적인 방법은 설명 하지 않습니다, 이러한 방법을 문학에서 잘 설명 하 고 다양 한 방법을 분석^55,56

Protocol

연구 제목 “효과의 흡입 Xe와 N2O 두뇌 활동 EEG 및 MEG 사용 하 여 기록 에” 승인 (승인 번호: 260/12) 알프레드 병원 기술의 Swinburne 대학 윤리 위원회에 의해 국가의 요구 사항을 충족 하 고 인간 연구 (2007)에 윤리적인 행위에 계산 서. 1. 참가자 선택 및 사전 연구 요구 사항 20 ~ 40 세 사이의 건강 한, 오른, 성인 남성을 선택 하는 인터뷰를 실시 합니다. 어떤 이?…

Representative Results

이 섹션에서는 동시 녹음의 일반적인 기능을 보여 주기 위해 하나의 주제에서 얻은 데이터를 활용 하 고 개인정보의 잠재력을 마 취 유도의 더 나은 이해에 기여 하는 의식의 상태를 변경. 박람회를 단순화 하려면 결과 표시 됩니다 i) 후-안티-토 제 관리 기준 (기준 3), 녹음에 대 한 ii) 0.75 동등 맥 깨어 피크 가스 농도 (N2O 3)의 수준 (47%)와 Xe (24%), 및 iii)의 42% (Xe 피?…

Discussion

이 문서는 N₂O와 Xe 마 취 가스 전달 중 멕과 뇌 파 동시 녹음에 대 한 포괄적인 프로토콜을 설명 했다. 이러한 프로토콜은 의식에서 마 취 유도 감소의 전자기 신경 상호를 공부 하는 데 유용 있을 것입니다. 프로토콜 또한 sevoflurane 또는 isoflurane 다른 마 취 가스의 납품에 일반화 하는 것으로 예상 된다. 이 아주 다른 분자 모드와 행동의 목표는 마 취약의 범위에 대 한 의식에서 마 취 유도 ?…

Materials

Neuromag TRIUX 306-channel MEG system	Elekta Oy, Stockholm, SWEDEN	N/A
Polhemus Fastrak 3D system	Polhemus, VT, USA	N/A
MEG compatible ER-1 insert headphones	Etymotic Research Inc., IL, USA	N/A
Low Density foam head cap, MEG compatible	N/A	N/A	Custom made by research team
Harness, MEG compatible	N/A		~3 m long, ~ 5 cm wide, cloth/jute strip to secure participant position on MEG chair
Ambu Neuroline 720 Single Patient Surface Electrodes	Ambu, Copenhagen, Denmark	72015-K10
3.0T TIM Trio MRI system	Siemens AB, Erlangen, GERMANY	N/A
Asalab amplifier system	ANT Neuro, Enschede, NETHERLANDS	N/A	this system is no longer manufactured and has been deprecated to 64 channel eego EEG amplifier
64-channel Waveguard EEG cap, MEG compatible	ANT Neuro, Enschede, NETHERLANDS	CA-138	size Medium
Magnetically shielded cordless battery box	ANT Neuro, Enschede, NETHERLANDS	N/A	Magnetic shielding not provided by manufacturer – Modified by research team
OneStep ClearGel Electrode gel	H+H Medizinprodukte GbR, Munster, GERMANY	154547
Akzent Xe Color Anesthesia Machine	Stephan GmbH, Gackenbach, GERMANY	N/A
Omron M6-Comfort Blood Pressure Monitor	Omron Healthcare, Kyoto, JAPAN	N/A
Xenon gas (99.999% purity)	Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA	N/A	we estimate that we use approx 40 L (SATP) per participant
Medical Nitrous Oxide	Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA	N/A	x2 G size cylinders
Medical Oxygen	Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA	N/A	x2 G size cylinders
Medical Air	Coregas, Thomastown, VIC, AUSTRALIA	N/A	x2 G size cylinders
Filter Respiratory & HMES with Capno Port Hypnobag	Medtronic, MN, USA	352/5805
Yankauer High Adult	Medtronic, MN, USA	8888-502005
Quadralite EcoMask anaesthetic masks	Intersurgical Australia Pty Ltd	7093000/7094000	size 3 and size 4
Suction Canister Disp 1200 mL Medival Guardian	Cardinal Health, OH, USA	65651-212
Catheter Mount Ext 4-13 cm with  90A elbow	Medtronic, MN, USA	330/5667
Catheter IV Optiva 24g x 19 mm Yellow St Su	Smiths Medical, MN, USA	5063-INT
Dexamethasone Mylan Injection Vials (4 mg/1 mL)	Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIA	400528517
Ondasetron (4 mg/2 mL)	Alphapharm Pty Ltd, Sydney, AUSTRALIA	400008857
Medical resuscitation cart			The medical resuscitation cart is configured according to the suggested minimal requirements for Adult resuscitation recommended in the document "Standards for Resuscitation: Clinical Practice and Education; June 2014) by the Australian and New Zealand Resuscitation councils and specifically endorsed by multiple professional health care organizations including the Australian and New Zealand College of Anaesthetists.  It includes all the necessary airway and circulatory equipment, as well as the associated pharmacuetical agents to enable full cardio-respiratory resuscitation and support in a non-clinical environment.  Full details can be found at https://resus.org.au/standards-for-resuscitation-clinical-practice-and-education/
Maxfilter Version 2.2	Elekta Oy, Stockholm, SWEDEN	N/A	Data analysis software provided with Elekta's Neuromag TRIUX MEG system