تسجيل النشاط الكهرومغناطيسي الدماغ أثناء إدارة زينون وكلاء مخدر الغازية وأكسيد النيتروز في المتطوعين صحية

Summary

ماجنيتونسيفالوجرافي المتزامن والمخ يوفر أداة مفيدة للبحث عن آليات مشتركة ومتميزة الحجم الكلي للتخفيضات في الوعي المستحث بالمسكنات المختلفة. وتوضح هذه الورقة الأساليب التجريبية الأساسية لتسجيل هذه البيانات من البشر صحية أثناء التخدير N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)-receptor-antagonist-based خلال استنشاق أكسيد النيتروز وزينون.

Abstract

ويقدم التخدير يمكن القول أن واحدة من الطرق المنهجية فقط لدراسة يرتبط العصبية من الوعي/اللاوعي العالمي. ولكن حتى الآن معظم نيورويماجينج أو التحقيقات العصبية في البشر قد اقتصرت على دراسة المسكنات γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA)-receptor-agonist-based، بينما آثار فصامي N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA)- على أساس خصم مستقبلات المسكنات الكيتامين، زينون (Xe) وأكسيد النيتروز (ن₂س) غير معروفة إلى حد كبير. وتصف هذه الورقة الأساليب الأساسية لتسجيل ماجنيتونسيفالوجرافي (MEG) والمخ (EEG) من الذكور الأصحاء متزامنة أثناء استنشاق غاز مخدر وكلاء N₂س و Xe. الجمع بين البيانات MEG و EEG يمكن تقييم نشاط الدماغ الكهرومغناطيسية أثناء التخدير في ارتفاع القرار المكانية، الزمانية، ومعتدلة. هنا يمكننا وصف بروتوكول مفصل، المكرر عبر جلسات عمل تسجيل متعددة، تشمل توظيف هذا الموضوع، وإعداد معدات التخدير في غرفة الماسح الضوئي ميج وجمع البيانات وتحليل البيانات الأساسية. في هذا البروتوكول كل مشارك يتعرضون لمستويات متباينة من Xe ون₂س في تصميم تدابير متكررة أكثر من الصليب. بعد الأساس ذات الصلة ويتعرض المشاركون تسجيلات المجوعات زيادة مستوحاة تركيزات Xe ون₂س من 8، 16، 24 ونسبة 42 في المائة، و 16 و 32 و 47% على التوالي، خلال التي تعقب مستوى الاستجابة مع السمع المهمة (زاكوم) من الأداء المستمر. وترد نتائج لعدد من التسجيلات لتسليط الضوء على خصائص استشعار مستوى البيانات الخام والطبوغرافيا الطيفية، والتقليل من حركات الرأس وآثار تعتمد المستوى القاطع على الردود مقولة السمعية. هذا النموذج يصف نهج عام لتسجيل الإشارات الكهرومغنطيسية المرتبطة بعمل أنواع مختلفة من المسكنات الغازية، التي يمكن تكييفها مع سهولة ليتم استخدامها مع وكلاء مخدر متقلبة والحقن الوريدي. ومن المتوقع أن الأسلوب المذكورة يمكن أن تسهم في فهم آليات الحجم الكلي للتخدير عن طريق تمكين ملحقات المنهجية التي تنطوي على تصوير الفضاء المصدر وتحليل شبكة وظيفية.

Introduction

وهناك توافق جيد بين أدلة العصبية ما قبل السريرية والسريرية تشير إلى أن ظاهرة الوعي البشري يتوقف على سلامة الدوائر العصبية صريحة. ملاحظة أن هذه الدوائر تتأثر بشكل منهجي والنسب في اللاوعي قد أثبت الحاجة إلى تقنيات نيورويماجينج استخدامها أثناء التخدير وتمكين ‘التنقل’ البحث عن يرتبط العصبية من الوعي. مع الاستثناء المحتمل للنوم، التخدير ويمثل الطريقة الوحيدة التي يمكن للمرء، بطريقة الخاضعة للرقابة، وعكسها واستنساخه والتشويش، وهكذا تشريح، والآليات التي تخدم دون وعيه، لا سيما على صعيد العيانية ديناميات المخ العالمية. سريرياً، يمكن تعريفها بأنها حالة من التنويم المغناطيسي/فقدان الوعي، والجمود، والتسكين التخدير العام ولا تزال واحدة من الأكثر وفرة من التدخلات الطبية المستخدمة والأكثر أماناً. وعلى الرغم من وضوح وكفاءة في النتيجة النهائية، لا يزال هناك كبيرة من عدم اليقين فيما يتعلق بآليات عمل لأنواع مختلفة من العوامل التي تؤدي إلى فقدان الوعي المستحث مخدر¹.

المسكنات يمكن تقسيمها إلى عوامل الوريدي لا سيما بروبوفول والباربيتورات، أو وكلاء متقلبة/الغازية مثل سيفوفلوراني، إيسوفلوراني، زينون (Xe) وأكسيد النيتروز (ن₂س). وقد علم الصيدلة التخدير راسخة مع أهداف الخلوية متعددة محددة على أنها مرتبطة بعمل مخدر. درس معظم وكلاء لقانون التاريخ أساسا عن طريق أجونيسم نشاط مستقبلات وساطة γ-Amino-Butyric-Acid-(GABA). وفي المقابل، الكيتامين وكلاء فصامي، يعتقد Xe ون₂س بذل آثارها بشكل أساسي استهداف N-Methyl-D-Aspartate-(NMDA) جلوتاماتيرجيك مستقبلات^2،3. أهداف صيدلانية هامة أخرى تشمل قنوات البوتاسيوم، مستقبلات أستيل مستقبلات الغلوتامات بقايا، امبا وكينيت، بيد أن مدى مساهمتها في عمل مخدر لا يزال بعيد المنال (للاطلاع انظر استعراض شامل ⁴).

مدى التغير في إليه العمل والآثار الفسيولوجية والعصبية الملاحظة لأنواع مختلفة من وكلاء، يجعل من الصعب استخلاص استنتاجات عامة بشأن تأثيرها على معالجة واعية. فقدان الوعي (خط التماس) الناجم عن عوامل جابايرجيك عادة ما تتسم بتغيير عالمي في نشاط الدماغ. وهذا واضح في ظهور دلتا عالية السعة، والتردد المنخفض (δ، 0.5-4 هرتز) الأمواج والحد من الترددات العالية، النشاط غاما (γ، 35-45 هرتز) في للالكهربائي (EEG)، مماثلة لموجة بطيئة النوم^5،6 ، وكذلك التخفيضات على نطاق واسع في الدم الدماغي تدفق والجلوكوز الأيض^5،6،،من^{78،9،10،11،12} . بوفيروكس وآخرون. ¹³ إضافة إلى هذه الملاحظات التي تدل على تحقيق انخفاض كبير في استراحة اتصال الدولة الوظيفية تحت التخدير بروبوفول باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (الرنين المغناطيسي الوظيفي). وفي المقابل، تعطي المسكنات فصامي أقل واضحة الشخصية تأثيرات على نشاط الدماغ. وفي بعض الحالات، أنها ترتبط مع الزيادات في الدم الدماغي تدفق والجلوكوز الأيض^{14،15،16،17،،}من^{1819، 20،21} بينما الدراسات التي ريكس والزملاء²² ولايتيو والزملاء^23،24 تبحث في آثار Xe قدمت أدلة على حد سواء زاد والدماغ النشاط. يتبين من مخالفات مماثلة في آثار على التخطيط الدماغي إشارات^25،26،،من²⁷²⁸. جونسون وآخرون. ²⁹ أظهرت زيادة في إجمالي طاقة دلتا نطاقات التردد المنخفض وثيتا، وكذلك كما هو الحال في غاما الفرقة التردد العالي في كثافة عالية دراسة التخطيط الدماغي للتخدير Xe حين أبديت ملاحظات معارضة لن₂س في الدلتا، ثيتا و تردد ألفا العصابات^30،31 Xe في ترددات أعلى³². يمكن ملاحظة هذه التقلبات في آثار Xe على نشاط فروة الرأس الكهربائية في ألفا ونطاقات التردد بيتا أيضا مع كل يزيد³³ والتخفيضات³⁴ يتم الإبلاغ عنها.

وعلى الرغم من التناقضات المذكورة أعلاه، يبدأ الصورة لتصبح أكثر اتساقا عبر وكلاء عند محاولة واحدة للنظر في التعديلات في الربط الوظيفي بين مناطق الدماغ. بيد أن هذه التدابير كانت معظمها يقتصر على الطرائق التي بالضرورة تقديم تنازلات فيما يتعلق بالقرار المكاني أو الزماني. بينما الدراسات التي تستخدم في التخطيط الدماغي تكشف واضحة، وإلى حد ما يتسق، التغيرات في هيكل طوبولوجي الشبكات الفنية أثناء التخدير/التخدير مع بروبوفول³⁵وسيفوفلوراني³⁶ و₂س ن³⁷، على ما يبدو بيانات التخطيط الدماغي مستوى استشعار متباعدة على نطاق واسع على عدم كفاية القرار المكانية مجد تحديد وترسيم القمم الشبكات الفنية المقابلة. على العكس من ذلك، نجد دراسات استخدام القرار المكانية متفوقة الرنين المغناطيسي الوظيفي والتصوير المقطعي بالبوزيترون (PET)، التعديلات طوبولوجي مماثلة في الاتصال الفنية على نطاق واسع لأن التخطيط الدماغي^{13،38،39 ،40،41}، ومع ذلك تمتلك الأزمنة غير كافية لتوصيف المرحلة-السعة اقتران في الفرقة (8-13 هرتز) التخطيط الدماغي ألفا وغيرها من الظواهر الديناميكية التي أخذت في الظهور كتوقيعات هامة من عمل مخدر^12،42. وعلاوة على ذلك، لا تقيم هذه التدابير مباشرة النشاط العصبي الكهرومغناطيسي⁴³.

ولذلك، من أجل مجد النهوض بفهم العمليات العيانية المرتبطة بعمل المسكنات، القيود المفروضة على التحقيقات التي سبق ذكرها تحتاج إلى معالجتها؛ تقتصر تغطية وكلاء مخدر والقرار الزمانية غير كافية من القياسات غير الغازية. وعلى هذا الأساس، مخطط الكتاب طريقة إلى أحدث السجلات في وقت واحد (MEG) ونشاط التخطيط الدماغي في المتطوعين صحية التي تم تطويرها لإدارة وكلاء مخدر فصامي الغازية، Xe و N₂o.

ويستخدم في ميج كما هو أسلوب العصبية غير الغازية فقط خلاف EEG يحتوي على دقة الزمانية في النطاق ميلي ثانية. وقد EEG مشكلة الخلط بين المجالات الكهربائية بالجمجمة، الذي يعمل كعامل تصفية تمرير المنخفضة في النشاط الذي تم إنشاؤه كورتيكالي، بينما ميج حساس أقل بكثير لهذه المسألة ومسألة حجم التوصيل⁴⁴. ويمكن القول بأن لديه ميج أعلى المكانية والمصدر دقة الترجمة من ^45،EEG⁴⁶. لا يسمح EEG تسجيل حقيقية خالية من مرجع^37،47، لكن ميج. أيضا عادة تسجيل نظم ميج نشاط القشرية في كثير تردد طائفة أوسع من التخطيط الدماغي، بما في ذلك أشعة غاما عالية⁴⁸(عادة 70-90 هرتز)، التي اقترحت أن تشارك في آثار منوم مخدر عوامل بما في ذلك Xe²⁹ و N ₂ O²⁸. ويقدم ميج نشاط العصبية التي تكمل التي تنقلها التخطيط الدماغي، كنشاط التخطيط الدماغي تتصل بالتيارات الكهربائية خارج الخلية بينما ميج يعكس أساسا المجالات المغناطيسية التي تولدها التيارات داخل الخلايا^{46، 49}-وعلاوة على ذلك، ميج حساس بشكل خاص للنشاط الكهربية عرضية للقشرة، بينما التخطيط الدماغي معظمها سجلات نشاط خارج الخلية شعاعي ل قشرة⁴⁹. وهكذا الجمع بين البيانات MEG و EEG بمزايا فائقة المضافة⁵⁰.

تم اختيار وكلاء فصامي الغازية Xe ون₂س لمبدأ الأسباب التالية: فهي الرائحة (Xe) أو أساسا الرائحة (ن₂س) ومما يمكن أن تستخدم بسهولة حضور شروط التحكم عندما يعملون في التركيزات السريرية الفرعية. وباﻹضافة إلى ذلك، فأيضا مناسبة للإدارة عن بعد والرصد في بيئة مختبر بسبب تأثيرات اكتئاب القلب والجهاز التنفسي ضعيفة على⁶¹. زينون وإلى أقل حد ن₂س، تحتفظ بحد أدنى منخفض نسبيا-السنخية-تركيز-(MAC)-يقظة في تصبح فيها 50% مرضى لا تستجيب لأحد أوامر لفظية مع القيم من 32.6 6.1% ±⁵¹ و 63.3 +-7.1%⁵² على التوالي. ورغم Xe ون₂س كلا يجري الخصوم مستقبلات NMDA، أنها تعدل التخطيط الدماغي بشكل مختلف–يظهر Xe يتصرفوا أكثر عامل جابايرجيك نموذجي عند مراقبة استخدام الفهرس بيسبيكترال^33،53،54 (واحد من عدة النهج المستخدمة لرصد عمق التخدير اليكترونسيفالوجرافيكالي). وفي المقابل، ينتج ن₂س تأثير اليكترونسيفالوجرافيك الظاهر أقل بكثير حيث أنها سيئة، إذا على الإطلاق، مراقبة استخدام الفهرس بيسبيكترال²⁶. ل Xe مختلف خصائص اليكترونسيفالوجرافيك المبلغ عنها إلى وكلاء فصامي الأخرى، ولكنها تمتلك خصائص مشابهة لوكلاء جابايرجيك درس أكثر شيوعاً، دراستها الكهربية لديه القدرة على الكشف عن أهمية ميزات تتصل يرتبط العصبية من وعيه والتغييرات الوظيفية شبكة المقابلة. من المحتمل أن تكشف أكثر عن شبكات الدماغ التي تعزز الوعي العادي وتغيير، نظراً للدور الحاسم الذي يتوسط مستقبلات NMDA النشاط يلعب في التعلم والذاكرة ودورها المتورطين في مجموعة من العوامل التي تعمل على مستقبلات NMDA الاضطرابات النفسية التي تشمل الفصام والاكتئاب⁸⁰.

وتركز هذه الورقة أساسا على جمع البيانات صعبة ومعقدة الإجراء المرتبطة بتسليم وكلاء مخدر الغازية في بيئة غير المستشفى أثناء تسجيل في نفس الوقت MEG و EEG. ويرد تحليل البيانات الأساسية على مستوى أجهزة الاستشعار وترد بيانات المثال توضح أنه يمكن الحصول على تسجيلات عالية الدقة مع الحد الأدنى من حركة الرأس. لا وصف العديد من الأساليب المحتملة لمصدر اللاحقة التصوير و/أو الفنية اتصال التحليل التي سوف تتم عادة باستخدام هذا النوع من البيانات، هذه الأساليب ويرد كذلك في الأدب وإظهار خيارات مختلفة تحليل^،من⁵⁵⁵⁶.

Protocol

الدراسة بعنوان “آثار استنشاق Xe ون2س في نشاط المخ تسجيلها باستخدام التخطيط الدماغي وميج” تمت الموافقة (موافقة عدد: 260/12) بمستشفى الفريد ولجنة الأخلاقيات في “جامعة سوينبرن للتكنولوجيا” وأوفت بالمتطلبات الوطنية بيان بشأن قواعد السلوك الأخلاقية في البحوث البشرية (2007). 1-عدد ا…

Representative Results

يستخدم هذا المقطع البيانات المتحصل عليها من موضوع واحد بغية إظهار الميزات النموذجية من التسجيلات المتزامنة وإمكانات هذه المعلومات للمساهمة في فهم أفضل لمخدر الناجم عن تغيير الدول من الوعي. لتبسيط هذا المعرض، يتم إظهار النتائج لتسجيلات ط) لإدارة مرحلة ما بعد قيء مكافحة ?…

Discussion

وحددت هذه الورقة بروتوكول شامل لتسجيل متزامنة ميج والتخطيط الدماغي أثناء تسليم غاز مخدر مع ن₂س و Xe. هذا بروتوكول سوف تكون ذات قيمة لدراسة يرتبط العصبية الكهرومغناطيسية المستحثة بمخدر تخفيضات في وعيه. ومن المتوقع أيضا البروتوكول التعميم لتوصيل الغازات الأخرى مخدر مثل سيفوفلوراني أو…

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