Experimenty EEG-fMRI během indukce anestezie s propofolem

Tato studie si klade za cíl prozkoumat zdravé kortikální a subkortikální nervové procesy během navození celkové anestezie propofolem, což je klinicky relevantní pro pooperační delirium, běžnou kognitivní poruchu, po chirurgickém zákroku u starších osob.

Vlastní neurální oscilace v alfa frekvenčním pásmu (~8-13Hz) lze měřit pomocí EEG, ukazující nejvyšší výkon (tj. amplitudu) v okcipitálních elektrodách během klidového stavu bdělosti se zavřenýma očima. V celkové anestezii, zvláště u propofolu, se síla těchto oscilací snižuje v okcipitálním kortexu, ale zvyšuje se ve frontálním kortexu. Ačkoli ani přesné mechanismy, které jsou základem generování alfa oscilací, ani jejich dynamika v anestezii nejsou zcela pochopeny, bylo navrženo, že thalamus by mohl být klíčovým hráčem modulujícím posun výkonu alfa-pásma v mozku.

Pooperační delirium (POD) je komplikace po chirurgickém zákroku charakterizovaná akutní poruchou vědomí, pozornosti a vzrušení s kolísavým vývojem. To převládá hlavně u starších pacientů, zejména u pacientů s již existujícími neurokognitivními poruchami, neurodegenerativním onemocněním a u těch, kteří podstupují složité nebo nouzové postupy. Navzdory funkční a ekonomické zátěži, kterou tato porucha představuje pro pacienta a zdravotní systém, např. zvyšuje pobyt v nemocnici a riziko úmrtnosti, jsou možnosti léčby a strategie řízení rizik stále omezené. Několik našich předchozích studií a studií z jiných skupin zdůraznilo souvislost mezi oscilacemi alfa a klinickými výsledky souvisejícími s POD. Například nízká frontální alfa síla – jak během udržování, tak při procházení z celkové anestezie – je spojena s vyšším rizikem POD. Nízká frontální síla alfa je také spojena s předoperačním neurokognitivním poškozením, což je dobře popsaný rizikový faktor pro POD. Biochemická povaha této asociace je stále neznámá; byla navržena role cholinergního systému jako mediátoru.

Proto by lepší pochopení mechanismů, které jsou základem generování alfa oscilací a jejich dynamiky v celkové anestezii, mohlo otevřít nové dveře k diagnostickým a léčebným možnostem POD.

Na základě našich minulých experimentů EEG-fMRI u zdravých jedinců aplikujících vizuální stimulaci na frekvenci alfa, výzkumníci prokázali, že (i) vizuální stimulace pomocí rytmického blikajícího světla na specifické frekvenci vyvolává spolehlivou odpověď v týlním mozku, která může být měřeno pomocí EEG a funkčního rezonančního magnetického zobrazování (fMRI), (ii) odpověď na tuto stimulaci lze vyhodnotit pomocí analýz evokovaného potenciálu/síly/koherence (EEG) nebo analýz funkční konektivity (fMRI) a (iii) stimulace vizuálního blikání při /blízko vlastní alfa frekvence subjektu, známé jako „individuální alfa frekvence“ (IAF), generuje odpověď v oblastech mozku mimo okcipitální kůru, jako jsou frontální a parietální oblasti a co je nejdůležitější, thalamus, což naznačuje interakci s - a způsob hodnocení - vlastní oscilace alfa.

Vyšetřovatelé navrhují simultánní studii EEG-fMRI, ve které je mladým zdravým účastníkům anestetizovaným propofolem prezentováno paradigma stimulace vizuálního blikání v/kolem IAF účastníka. Náš experimentální design zahrnuje nahrávky před tím, než je účastník anestetizován (před anestezií při bdělosti) a během tří různých koncentrací anestezie (nízká, střední a hluboká). Funkční magnetická rezonanční spektroskopie bude pořízena v klidovém stavu ve všech stavech. Plánuje se také záznam bdělosti po anestezii v klidovém stavu bez stimulace. Tento přístup má několik výhod. Simultánní akvizice například umožňuje korelovat dynamiku oscilací alfa měřenou pomocí EEG a zároveň mít přístup k rozlišení celého mozku pomocí fMRI, včetně subkortikálních oblastí, jako je thalamus. To je důležité pro pochopení interakce mezi kortikálními a subkortikálními nervovými procesy generujícími alfa oscilace.

Kromě toho využívá skutečnost, že náš způsob stimulace na IAF zvyšuje vnitřní alfa procesy, které se mohou potenciálně stát léčbou ke snížení rizika POD v anestezii. Kromě toho, získáním dat funkční spektroskopie mohou vyšetřovatelé detekovat biochemické změny v mozku během každého stavu. A konečně, náš experimentální design umožňuje za prvé chronologické sledování dynamiky alfa během navození anestezie propofolem a za druhé, získáním dat po intervenci budou mít vyšetřovatelé okamžitou kontrolu nad kontrastem před a po anestezii.

Pro bezpečnost našeho účastníka bude anestezie propofolu titrována až do hlubokých koncentrací, aniž by došlo k vyvolání supresivního stavu, bez intubace a podpory umělého dýchání.

Tato studie představuje zásadní krok k pochopení alfa oscilačních procesů v bdělém a anestetizovaném mozku relevantních pro budoucí vývoj potenciálních možností prevence/léčby POD.