Registro actividad electromagnética cerebral durante la administración del xenón gaseoso agentes anestésicos y óxido nitroso en voluntarios sanos

El propósito de este experimento es caracterizar los cambios en la actividad electromagnética cerebral en respuesta a la administración de los dos agentes disociativos gaseosos xenón y óxido nitroso a participantes sanos en un diseño cruzado de medidas repetidas de dos vías. Debido a la complejidad del experimento, es importante que la mayor parte de la configuración del equipo se realice antes de la llegada de los participantes. El más importante de ellos es la configuración del sistema de EEG en la sala blindada magnéticamente o MSR.

El amplificador de EEG se coloca en el MSR lo más lejos posible del participante, y debe configurarse para funcionar con alimentación de CC utilizando una batería incorporada o una caja de batería blindada externa. Se debe verificar que el acoplamiento de fibra óptica del amplificador a la computadora de registro de datos esté operativo. Finalmente, una cámara de video en el MSR debe configurarse de tal manera que su campo de visión capture claramente la cara y la parte superior del tórax del participante, de modo que el médico anestesiólogo pueda monitorear claramente el estado respiratorio y de las vías respiratorias del participante.

Con el fin de obtener datos consistentes y comparables, primero se entrevista a los participantes para confirmar su elegibilidad para el estudio. Los participantes deben ser hombres sanos de 20 a 40 años de edad, sin afecciones psiquiátricas o neurológicas, sin antecedentes recientes de consumo de drogas o alcohol y sin afecciones respiratorias o cardíacas. Los participantes deben llegar bien afeitados el día del experimento y haber ayunado durante al menos seis horas.

Para garantizar registros de EEG de alta calidad, se recomienda que el cabello del sujeto se haya lavado recientemente sin acondicionador y que su cuero cabelludo se haya cepillado firmemente para eliminar la piel seca o muerta. Se aplica un gorro de EEG de alta densidad compatible con MEG con el uso adecuado de gel conductor. A continuación, las bobinas indicadoras de la posición de la cabeza se fijan firmemente en lugares predefinidos del gorro de EEG.

A continuación, se aplican todos los electrodos auxiliares de biopotencial en los lugares designados de la cara y el cuerpo del sujeto. Para el análisis posterior, es importante que todos los electrodos y las posiciones de la bobina HPI se registren con precisión junto con la digitalización de los contornos de las órbitas, la cresta nasal y las mejillas para su posterior coregistro con la resonancia magnética estructural. Se colocan dos electrodos submentalmente para registrar el tono muscular en reposo.

Los registros de electrooculograma o EOG se realizan colocando dos electrodos adicionales por encima y por debajo del ojo. Y, por último, se configura una derivación de ECG de tres derivaciones mediante electrodos en las superficies flexoras de la muñeca izquierda y derecha. A continuación, se debe verificar que las impedancias de los electrodos de EEG estén por debajo de los cinco kiloohmios para obtener grabaciones de alta fidelidad.

La duración del experimento, así como los efectos sedantes de los gases administrados, hacen que la minimización del movimiento de la cabeza sea vital. Se aplica un aparato ortopédico de espuma viscoelástica para reducir el movimiento lateral de la cabeza, y se ata un arnés de yute alrededor del cuerpo para minimizar cualquier movimiento vertical. Ahora se realizan grabaciones del estado de reposo con los ojos cerrados y del rendimiento auditivo continuo de referencia.

Es de vital importancia que la administración de gases anestésicos sea supervisada en todo momento por un médico anestesiólogo. Además del seguimiento del paciente, el papel del médico anestesiólogo incluye garantizar la configuración adecuada de la unidad de administración de gas anestésico, especializada en este caso para administrar y controlar el xenón. El médico anestesiólogo probará la máquina de anestesia, verificará que la mascarilla se ajuste cómodamente y no tenga fugas, ajustará los flujos de gas, insertará una cánula, administrará antieméticos, así como comenzará la desnitrogenación con oxígeno al 100% con el participante sentado en el MSR antes de la recopilación final de datos de referencia post-antieméticos y el inicio del protocolo de administración de gases.

En esta etapa, el participante estará cómodamente sentado en el MSR después de haber sido desnitrogenado y habérsele administrado dexametasona y ondansetrón para minimizar el riesgo de náuseas o vómitos adversos debido a la administración de gases. Antes de que se cierre la puerta del MSR, la enfermera anestésica u otro profesional médico debidamente capacitado se sienta al lado del participante. Se realiza una verificación final de que el manguito de presión arterial esté conectado, las cajas de respuesta de botón estén colocadas cómodamente y el oxímetro de pulso en el dedo del pie o del dedo esté bien sujeto.

A continuación, el protocolo procede a administrar cuatro Equi-MAC despiertos que aumentan progresivamente los niveles escalonados de gas xenón, o tres niveles escalonados de óxido nitroso durante un período de 15 minutos cada uno para asegurar el equilibrio sangre-cerebro-gas. Cada nivel debe contener un estado estacionario de cinco minutos cuando se alcanza la concentración de gas deseada y debe ir seguido de un período de lavado de 10 minutos. Durante todos los niveles, los niveles de oxígeno, dióxido de carbono y xenón u óxido nitroso se monitorean continuamente y se registran electrónicamente.

Al final de cada nivel, los participantes son evaluados brevemente antes de avanzar a niveles superiores. Porque en el nivel más alto de xenón, en el que se logra la pérdida de capacidad de respuesta, la obstrucción de las vías respiratorias puede ocurrir fácil e inesperadamente, y los sujetos deben ser monitoreados de cerca y evaluados continuamente por personal calificado, tanto dentro como fuera del MSR para que se tomen todas las medidas necesarias de inmediato. Al final del experimento, el médico anestesiólogo ingresará al MSR e informará con el paciente.

A continuación, se lleva al participante fuera de la MSR, donde se retira el aparato y se le administran los cuidados anestésicos postoperatorios estándar. Antes de que el participante se vaya, asegúrese de que sea seguro viajar a casa con un familiar o amigo. En las próximas 24 horas, el participante deberá completar los cuestionarios sobre el procedimiento y las secuelas.

Este video se ha preparado principalmente para ilustrar los métodos involucrados en la administración de anestesia gaseosa mientras se registran datos simultáneos de EEG y MEG, por lo tanto, solo se presentan análisis de datos muy básicos y resultados representativos para dar al espectador una idea clara de cómo deberían verse los datos registrados. Los resultados básicos ilustran ejemplos de movimiento de la cabeza, concentración de gas, curso temporal y precisión de la tarea auditiva; datos de EEG y MEG filtrados sin artefactos; Espectros de EEG y MEG y topografía de potencia; y respuestas evocadas auditivas tanto al inicio como durante la administración de gases. Para crear los resultados básicos, se emplea la siguiente canalización utilizando una combinación de plataformas de software de análisis de datos y cajas de herramientas.

Los datos brutos de MEG y EEG se almacenan en formatos de archivo fif y cnt respectivamente. Los movimientos de la cabeza se calculan utilizando el software MaxFilter y un script escrito por los autores, ambos utilizados para convertir los movimientos de la cabeza del espacio cortoniiano en coordenadas cartesianas. A continuación, se calcula y visualiza la precisión de la tarea auditiva y el tiempo de reacción, alineados en el tiempo con el movimiento de la cabeza y las series temporales de concentración de gas, con el fin de evaluar la calidad de los datos antes de seguir procesando los datos de EEG y MEG.

La alineación temporal de los datos se basa en los tiempos de activación registrados. Por lo general, el movimiento de la cabeza será mínimo durante las condiciones de referencia, mientras que tiende a ocurrir más movimiento en los niveles de gas más altos asociados con estados más disociados o sedados. Esto se puede ver aquí, por ejemplo, en la grabación del 42% de xenón, donde la figura superior muestra el movimiento de la cabeza, y la inferior, la concentración de gas y la precisión de la tarea auditiva.

Tenga en cuenta que la pérdida de capacidad de respuesta se produce entre 7,5 y 12,5 minutos. El movimiento absoluto de la cabeza de menos de cinco milímetros se considera aceptable para fines de imagen de origen. Se ignoran los segmentos de datos con movimiento superior a cinco milímetros.

El preprocesamiento de los datos de MEG y EEG implica inicialmente la selección de canales defectuosos. A esto le sigue el uso del algoritmo tSSS para eliminar los artefactos de la grabación de MEG debido a fuentes externas. El resto del proceso de procesamiento implica el uso de plataformas de software de análisis de datos y cajas de herramientas asociadas para el análisis.

El filtrado de paso de banda y de muesca se aplica tanto a los datos de MEG como de EEG para centrar el análisis en la banda de frecuencia de interés. Los períodos de tiempo de los datos que contienen artefactos se rechazan en función de la inspección visual, además de eliminar los períodos que implican cambios excesivos en el movimiento de la cabeza. Los datos de MEG y EEG filtrados y sin artefactos se pueden visualizar y relacionar con los cambios inducidos por la anestesia.

A continuación, se calculan los espectros de amplitud para cada sensor y las topografías de potencia de banda espectral en todos los sensores para los datos de MEG y EEG. La visualización de los espectros de amplitud en diferentes ubicaciones de sensores facilita la observación de los efectos de diferentes niveles de anestésico en los espectros de señal. La visualización de la topografía de potencia a nivel del sensor en diferentes bandas de frecuencia, en este caso la banda alfa, permite la observación de los efectos de los diferentes niveles de anestésico en el patrón de actividad espacial.

A continuación, los datos de MEG y EEG filtrados y sin artefactos se analizan mediante disparadores vinculados al momento de la emisión del tono auditivo. A continuación, se construyen las respuestas auditivas medias evocadas a lo largo del tiempo en el promedio de la muestra. La visualización de las respuestas evocadas auditivas a nivel sensorial permite caracterizar los efectos de los anestésicos en la capacidad de respuesta del cerebro.

En particular, el despertar de la respuesta evocada inicial y la desaparición de los picos de respuesta evocados posteriores son el resultado de altas concentraciones de gas. Hay muchos otros pasos de análisis potencialmente interesantes que se pueden realizar después de este análisis básico. Dado que hay muchas opciones presentadas en la literatura, no las cubrimos en detalle aquí.

Dichas opciones incluyen imágenes de fuente de MEG y EEG que utilizan formación de haz o estimación de norma mínima para obtener una mejor comprensión de la relación entre la actividad cerebral y la anatomía del cerebro. El análisis de la conectividad funcional a nivel de sensor o fuente puede desentrañar cambios en las redes cerebrales relacionadas con la acción anestésica. También existe la opción de centrar el análisis en el sensor o en las respuestas evocadas auditivas a nivel de fuente, o de observar datos continuos independientes del estímulo auditivo para identificar cualquier cambio inducido por la anestesia en la dinámica cerebral global.

Los mecanismos a macroescala de las reducciones de la conciencia inducidas por la anestesia no se comprenden bien. La evidencia de la literatura ha implicado fuertemente una ruptura en la conectividad funcional que subyace a las reducciones de la conciencia inducidas por la anestesia. Aunque los anestésicos tienen una amplia gama de dianas moleculares de acción y diferentes efectos macroscópicos sobre el EEG y el MEG, aún no se ha resuelto si existe un mecanismo de macroescala universal o común en todos los anestésicos.

Aquí hemos esbozado un protocolo para realizar la anestesia gaseosa utilizando los supuestos antagonistas del receptor NMDA, xenón y óxido nitroso, mientras registramos simultáneamente los datos de MEG y EEG. Este método facilitará el estudio de diferentes agentes gaseosos y volátiles en datos de MEG y EEG registrados simultáneamente y, por lo tanto, la búsqueda de mecanismos universales de reducciones de la conciencia inducidas por anestésicos.