פעילות אלקטרומגנטית הקלטה של המוח במהלך כהונתו של סוכנים הרדמה גז Xenon ו תחמוצת החנקן מתנדבים בריאים

Summary

מגנטואנצפלוגרפיה סימולטני אלקטרואנצפלוגרם מספקת כלי שימושי כדי לחפש נפוצות ומובחנת מאקרו סרגל מנגנונים של הפחתות בתודעה המושרה על ידי הרדמה שונים. מאמר זה מדגים את השיטות האמפירית שבבסיס את ההקלטה של נתונים מסוג זה של בני אדם בריאים במהלך הרדמה N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)-receptor-antagonist-based במהלך שאיפה של תחמוצת החנקן ו קסנון.

Abstract

הרדמה ניתן לטעון מספק את אחת הדרכים שיטתית רק ללמוד את ה”מפה עצבית של תודעה גלובלית/חוסר הכרה. אולם עד היום יש רוב דימות מוחי או חקירות neurophysiological בבני אדם מרותק המחקר של הרדמה γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA)-receptor-agonist-based, ואילו ההשפעות של ניתוק N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)- קולטן-אנטגוניסט מבוססי הרדמה קטמין, תחמוצת החנקן (N₂O), קסנון (Xe) ידועות בעיקר. מאמר זה מתאר את השיטות שבבסיס ההקלטה סימולטני מגנטואנצפלוגרפיה (מג) ואת אלקטרואנצפלוגרם (EEG) של גברים בריאים במהלך שאיפה של גז הרדמה סוכנים N₂O ו- Xe. שילוב נתוני מג ו- EEG מאפשר את ההערכה של פעילות מוחית אלקטרומגנטית במהלך הרדמה בבית גבוהה רזולוציה מרחבית, הזמני, מתון. כאן נתאר מפורט פרוטוקול, מעודן על פני הפעלות הקלטה מרובות, כולל נושא גיוס, התקנת ציוד ההרדמה מהחדר הסורק מג, איסוף נתונים, ניתוח נתונים בסיסיים. ב פרוטוקול זה כל משתתף חשופים רמות משתנות של Xe ו- N₂O בעיצוב צולבות על אמצעים חוזרות ונשנות. בעקבות בסיסית רלוונטית הקלטות המשתתפים נחשפים להגדלת step-wise בהשראת ריכוזי Xe ו- N₂O של 8, 16, 24 ו- 42%, ו- 16, 32 ו 47% בהתאמה, שבמהלכו מעקב אחר רמת ההיענות שלהם עם השמיעה פעילות ביצועי רציף (aCPT). התוצאות מוצגים מספר הקלטות כדי להדגיש את המאפיינים ברמת חיישן של הנתונים הגולמיים, הטופוגרפיה ספקטרלי, צמצום תנועות ראש, את ההשפעות תלויים ברמת חד-משמעית על התגובות עורר השמיעה. פרדיגמה זו מתארת הגישה להקלטה של אותות אלקטרומגנטיים המשויך הפעולה של סוגים שונים של גז הרדמה, אשר ניתן להתאים בקלות לשמש עם סוכנים הרדמה נדיף תוך ורידי. הוא צפוי כי השיטה המתוארים יכול לתרום להבנת המנגנונים מאקרו סרגל של הרדמה על-ידי הפיכת הרחבות מתודולוגי מעורבים מקור רווח הדמיה וניתוח הרשת פונקציונלי.

Introduction

יש הסכמה כללית טובה בין ראיות neuroscientific פרה-קליניים ומחקרים קליניים רומז כי התופעה של התודעה האנושית תלויה היושרה של המעגלים העצביים מפורשת. התצפית כי מעגלים כאלה באופן שיטתי מושפעים הירידה לתוך חוסר הכרה יש תימוכין את הצורך בטכניקות דימות מוחי להיות מנוצל במהלך הרדמה ולאפשר ‘ניווט’ לחפש ה”מפה עצבית של התודעה. עם האפשרות ליוצא מן הכלל של שינה, הרדמה מייצג את השיטה היחידה שבה אפשר, בצורה מבוקרת, הפיך, לשחזור, perturb, ובכך לנתח, המנגנונים שישרתו תת ההכרה, במיוחד על היקף מאקרוסקופית הדינאמיקה המוחית. קלינית, הרדמה כללית יכולה להיות מוגדרת כ מצב של היפנוזה/חוסר הכרה, פקקת, שיכוך כאבים, אחד המקומות הכי בשפע בשימוש והבטוח התערבויות רפואיות. למרות בהירות, יעילות התוצאה הסופית, נותר ודאות לגבי מנגנוני הפעולה של סוגים שונים של סוכני והוליד הכרה המושרה הרדמה¹.

ניתן לחלק הרדמה תוך ורידי סוכנים ובמיוחד propofol לבין ברביטורטים, או סוכנים נדיף/גזי כגון sevoflurane, איזופלוריין, תחמוצת החנקן (N₂O), קסנון (Xe). פרמקולוגיה של הרדמה כבר מבוססת היטב מספר מטרות תאיות מזוהה מקושרים לפעולה הרדמה. רוב הסוכנים למד להופעה תאריך בעיקר באמצעות agonism הפעילות קולטן בתיווך מצרי γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA). לעומת זאת, שטיפול הקטאמין סוכנים דיסוציאטיבית, Xe ו- N₂O הם האמינו להפעיל אפקטים שלהם על ידי מיקוד בעיקר N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA) glutamatergic רצפטורים^2,3. מטרות תרופתי חשובות נוספות כוללות ערוצי אשלגן, רצפטורים אצטילכולין רצפטורים גלוטמט שריד, אמפא ואת kainate, אולם מידת התרומה שלהם לפעולה הרדמה עודנו (עבור ראה סקירה מקיפה ⁴).

מידת ההשתנות של מנגנון הפעולה ואת ההשפעות הפיזיולוגיות והעצבים הנצפה של סוגים שונים של סוכני מעבד את ההטיה של מסקנות כלליות על השפעתם על עיבוד בהכרה קשה. אובדן הכרה (LOC) הנגרמת על ידי סוכנים GABAergic מאופיין בדרך כלל על ידי שינוי כללי בפעילות מוחית. זה מתבטא, הופעתה של דלתא משרעת גבוהה, בתדר נמוך (אלפא, 0.5-4 הרץ) גלי וצמצום בתדירות גבוהה, פעילות גמא (γ, 35-45 הרץ) העוויתיים (EEG), הדומה גל איטי לישון^5,6 וכן הפחתות הנפוצה דם מוחי זרימה של גלוקוז חילוף החומרים^{5,6,7,8,9,10,11,12} . Boveroux et al. ¹³ נוספו תצפיות כאלה על ידי הפגנת ירידה משמעותית נח המדינה קישוריות פונקציונלי בהרדמה propofol באמצעות דימות תהודה מגנטי תפקודי (fMRI). לעומת זאת, הרדמה דיסוציאטיבית תשואות פחות ברור הפרופיל של השפעות על פעילות מוחית. במקרים מסוימים, והם קשורים עם עליות דם מוחי זרימה של גלוקוז חילוף החומרים^{14,15,16,17,18,19, 20,21} בעוד מחקרים על ידי רקס ועמיתיו²² ו Laitio ועמיתיו^23,24 להסתכל על ההשפעות של Xe מספק ראיות של שניהם גדל, ירד המוח פעילות. אי-סדירות דומה ניתן לראות את ההשפעות על ה EEG אותות^25,26,27,28. ג’ונסון ואח. ²⁹ הראו עלייה הכוח הכללי של דלתא להקות בתדר נמוך, תטה באותה מידה כמו הגאמא הלהקה תדר גבוה יותר בצפיפות גבוהה EEG חקר Xe הרדמה בזמן מנוגדות תצפיות שנעשו עבור N₂O בדלתא, תטא, בתדר אלפא להקות^30,31 ועבור Xe ב תדרים גבוהים יותר³². כזה השתנות בהשפעת Xe בפעילות הקרקפת חשמלי יכול להיות שנצפו בהאלפא ומגביר את הבטא טווחי תדירויות גם עם שתי³³ , הפחתות³⁴ שדווח.

למרות אי ההתאמה שהוזכרו לעיל, התמונה מתחיל להיות עקבי יותר על פני סוכנים כאשר אחד מנסה להסתכל. על שינויים פונקציונליים קישוריות בין אזורים במוח. אמצעים כאלה אולם, היה מוגבל בעיקר שיטות זה בהכרח לויתורים ביחס רזולוציה מרחבית או טמפורלית. בעוד מחקרים באמצעות EEG מופיעים כדי לחשוף בהיר, אך במידה מסוימת עקבית, שינויי מבנה טופולוגי של רשתות תפקודית במהלך הרדמה/הרגעה עם propofol³⁵, sevoflurane³⁶ ,₂O N³⁷, נתונים EEG ברמת חיישן כמרווחים יש רזולוציה מרחבית לא מספיקות והכוונה להגדיר, ניסחו הקודקודים של הרשתות פונקציונלי התואם. לעומת זאת, לימודי ניצול הרזולוציה המרחבית מעולה של fMRI, טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET), מצא שינויים טופולוגיים דומה בקנה מידה גדול קישוריות פונקציונלי של EEG^{13,38,39 ,40,41}, אולם בעלי רזולוציה טמפורלית לא מספיקות כדי לאפיין שלב-משרעת מצמד ללהקה (8-13 הרץ) EEG אלפא, אחרים בתופעות דינמיות מתגלים כמו חתימות חשוב של פעולה הרדמה^12,42. יתר על כן, צעדים אלה לא ישירות הערכת פעילות עצבית אלקטרומגנטית⁴³.

לכן, על מנת לקדם באופן משמעותי את ההבנה של התהליכים מאקרוסקופית המשויך הפעולה בהרדמה, המגבלות של החקירות כאמור צריכים להיות מופנית; הכיסוי מוגבל של סוכנים הרדמה, הרזולוציה-עתיים לא מספיקות של המדידות לא פולשנית. על בסיס זה, המחברים המתאר שיטה magnetoencephalogram במקביל להקליט (מג) ו EEG פעילות מתנדבים בריאים אשר פותחה עבור הממשל של הסוכנים הרדמה ניתוק גז, Xe ו- N₂O.

מג מנוצל גם ככה הטכניקה neurophysiological רק לא פולשנית שאינה EEG בעלת רזולוציה טמפורלית בטווח של אלפיות השנייה. EEG יש את הבעיה של טשטוש של שדות חשמליים על ידי הגולגולת, אשר פועל כמסנן נמוך לעבור על פעילות cortically שנוצר, בעוד מג היא הרבה פחות רגיש בנושא, הנושא של אמצעי האחסון הולכה⁴⁴. אפשר לטעון כי מג יש יותר גבוה המרחבי המקור לוקליזציה דיוק מאשר EEG ^45,46. EEG אינה מאפשרת הקלטה ללא התייחסות אמיתית^37,47, אולם אינה מג. מג מערכות גם בדרך כלל להקליט פעילות קורטיקלית תדירות טווח רחב יותר EEG, כולל גמא גבוהה⁴⁸(בדרך כלל 70-90 Hz), שבה שהוצעו להיות מעורב ההשפעות היפנוטית של סוכנים הרדמה כולל Xe²⁹ ו- N ₂ ²⁸. מג מציע פעילות neurophysiological מחמאות שהוליך על ידי EEG, כפעילות EEG מתייחס חוץ-תאית זרמים חשמליים ואילו מג משקף בעיקר את השדות המגנטיים שנוצר על ידי זרמי תאיים^{46, 49}. יתר על כן, מג רגיש במיוחד לפעילות אלקטרופיזיולוגיות לתעל את קליפת המוח, בעוד EEG בעיקר רשומות פעילות חוץ-תאית רדיאלי קליפת⁴⁹. לכן שילוב נתוני מג ו- EEG יש יתרונות סופר-תוסף⁵⁰.

הסוכנים ניתוק גז Xe ו- N₂O נבחרו בשל הסיבות הבאות עיקרון: הם ללא ריח (Xe) או בעצם ריח (N₂O), ובכך יכול בקלות להיות מנוצל בנוכחות תנאים שליטה כאשר המועסקים ריכוזי תת קליניים. בנוסף, הם גם מתאים עבור ניהול מרחוק ובקרה בסביבת מעבדה עקב שלהם חלש cardio-הנשימה תופעות דיכאון⁶¹. קסנון ולשמר פחותה במידה N₂O, מינימום נמוך יחסית-מכתשי – ריכוז-(MAC)-ער ליד איזה 50% של חולי להגיב לפקודה מילולית עם ערכים של 32.6 ± 6.1%⁵¹ ו 63.3 + – 7.1%⁵² בהתאמה. למרות Xe ו- N₂O הן להיות היריבים קולטן NMDA, הם לווסת את גלי המוח באופן שונה – Xe שנראה מתנהג יותר. כמו סוכן GABAergic טיפוסי בעת פיקוח באמצעות את אינדקס Bispectral^33,53,54 (אחד מספר גישות המשמשת לפיקוח electroencephalographically לעומק של הרדמה). לעומת זאת, N₂O יוצר הרבה פחות נראית לעין electroencephalographic בכך שהוא גרוע, אם בכלל, פיקוח באמצעות אינדקס Bispectral²⁶. כי Xe כוללת מאפיינים שונים דווח על electroencephalographic כדי ניתוק הסוכנים האחרים, אך היא בעלת מאפיינים דומים עם הסוכנים GABAergic למד יותר נפוץ, זה לימוד אלקטרופיזיולוגיות יש פוטנציאל לחשיפת חשוב תכונות הנוגעות ה”מפה עצבית של התודעה ואת השינויים רשת פונקציונלי התואם. סוכנים שפועלים במלון קולטן NMDA נוטים לחשוף יותר על הרשתות המוח סוג התודעה הרגילה, שינו, נתנו את התפקיד קריטי כי קולטן NMDA מתווכת פעילות משחק למידה, זיכרון ואת תפקידה ימצא במגוון הפרעות פסיכיאטריות כוללות סכיזופרניה ודיכאון⁸⁰.

מאמר זה מתמקד בעיקר תובענית ומורכבת נתונים אוסף ההליך המשויך המסירה של גז הרדמה סוכנים בסביבה הלא-החולים בזמן בו זמנית הקלטת מג ו- EEG. ניתוח בסיסי נתונים ברמת חיישן המותווה ומסופקים נתוני לדוגמה ומציינת כי ניתן להשיג הקלטות באיכות גבוהה עם תנועת הראש מינימלי. השיטות אפשריות רבות לניתוח מקור עוקבות הדמיה ו/או פונקציונלי קישוריות זה היה בדרך כלל להתבצע באמצעות סוג זה של נתונים הם לא מתואר, שיטות אלה מתוארות היטב בספרות, להדגים אפשרויות שונות עבור ניתוח^55,56.

Protocol

המחקר שכותרתו “השפעות בשאיפה Xe ו- N2O על פעילות המוח הוקלט תוך שימוש האא ג ומג” אושרה (אישור מספר: 260/12) על ידי בית החולים אלפרד, ועדת האתיקה האוניברסיטה הטכנולוגית של סווינבורן ופגשנו את הדרישות של הלאומית הצהרה על התנהגות אתית במחקר האנושי (2007). 1. בחירה המשתתף ודרישות קדם ה…

Representative Results

סעיף זה מנצל נתונים שהושגו מנושא אחד כדי להדגים את תכונות אופייניות של ההקלטות סימולטני ושינינו הפוטנציאל של מידע כזה לתרום הבנה טובה יותר של הרדמה המושרה מצבי תודעה. כדי לפשט אקספוזיציה, התוצאות יוצגו עבור i) הקלטות של התוכנית הבסיסית פוסט-אנטי-כל הניהול (בסיסית 3), ii) 0.75 ש…

Discussion

הנייר הזה יש המתוארים פרוטוקול מקיף עבור ההקלטה סימולטני של מג ו EEG במהלך הלידה גז הרדמה עם N₂O ו- Xe. פרוטוקול כזה יהיה יקר עבור הלומדים את ה”מפה עצבית אלקטרומגנטית של הפחתות הרדמה-induced בתודעה. הפרוטוקול צפוי גם להכליל לפתחו של גזים הרדמה אחרים כגון sevoflurane או איזופלוריין. זה יקל הבנה טובה…

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