Bevidsthed og nociception under anæstesi (NOCICON)

Baggrund: Indtil nu har den kliniske neuromonitorering af bevidsthed i generel anæstesi været baseret på den elektrofysiologiske vurdering af isolerede frontale områder af hjernen, hvilket kun giver delvis indsigt i de neurale mekanismer, der er involveret i at opretholde eller suspendere bevidsthed. Hvad mere er, funktionelle tilslutningsmuligheder og grafteori-markører for bevidsthed er endnu ikke blevet undersøgt som reaktion på nociception under kirurgisk anæstesi, og det er stadig uklart, hvordan nociception påvirker anæstetika-induceret bevidstløshed.

Formål: Denne undersøgelse vil undersøge, hvordan hd-EEG (high density electroencephalogram) funktionelle bevidsthedsmarkører er forbundet med nociception under generel anæstesi. Mere specifikt er formålet med denne undersøgelse at karakterisere hele hjernens funktionelle forbindelse og netværksændringer induceret af skadelig stimulering og tilpasse disse resultater til en klinisk anvendelig EEG (elektroencefalogram) montage. Til dette formål er der opstillet tre specifikke mål:

1. Sammenlign de funktionelle tilslutningsmuligheder og netværkskarakteristika ved generel anæstesi før, under og efter tetanisk stimulering af ulnarnerven under generel anæstesi
2. Undersøg sammenhængen mellem funktionel tilslutning og netværksegenskaber og ændringerne i hypnotisk dybde og nociception beregnet af standard kliniske neuromonitoreringsværktøjer.
3. Identificer kombinationen af ​​20 EEG-kanaler, der optimalt registrerer ændringer i det funktionelle netværk induceret af skadelig stimulering.

Undersøgelsesdesign: Denne undersøgelse vil være en foreløbig prospektiv og observationsundersøgelse. Det vil blive udført på tredive patienter (n = 30), der er planlagt til operation under generel anæstesi. Patienter vil blive rekrutteret og testet fra Hôpital Maisonneuve-Rosemont med hd-EEG (high density electroencephalogram) systemet fra Center for Advanced Research in Sleep Medicine (CARSM) fra Centre intégré universitaire de santé et de services sociaux du Nord-de -l'Île-de-Montréal (CIUSSS-NIM).

Protokol: Der vil ikke blive givet præmedicinering. Når de går ind i operationsstuen, placerer efterforskerne et 128-kanals EEG saltvandsnet (MagstimeEGI) med reference til Cz på patientens hoved (10 min påføringstid). Impedanser vil blive verificeret og vedligeholdt <50 kΩ i hele undersøgelsens varighed. Patienten vil blive anbragt på ryggen, og alle rutinemonitorer vil blive installeret (elektrokardiografi, ikke-invasiv blodtryk og pulsoximetri, nasopharyngeal temperatur og slut-tidal partialtryk af kuldioxid). PMD200TM-monitoren (en fingersensorenhed, der reflekterer lav til høj nociception) samt det bispektrale indeks (BIS), vil blive forbundet til anæstesiapparatet og patienten, og registrere nociceptionsniveauet (NOL)-indekset og BIS kontinuerligt.

En 5-minutters baseline hviletilstand EEG med lukkede øjne vil blive udført før induktion (Awake). Baselineværdier for NOL, BIS, middelarterielt tryk (MAP) og hjertefrekvens (HR) vil blive registreret i 1 min før induktion. Generel anæstesi vil blive induceret med propofol og remifentanil. Propofol vil blive indgivet med en mål-kontrolleret infusionspumpe (TCI) ved brug af Marsh farmakokinetiske model46 med initial mål-forudsagt effekt-site-koncentration af propofol på 2,0 mcg/ml i flash-tilstand. Propofol-mål vil blive justeret i trin på 0,2 mcg/ml, indtil en BIS mellem 45-55 er nået. Samtidig vil remifentanil blive administreret til induktion af anæstesi i en dosis på 1 mcg.Kg-1 over 30 sekunder, med et målrettet NOL-indeks under en tærskel på 10. For at eliminere potentiel elektromyografisk kontaminering af BIS og EEG vil rocuronium (0,8 mg/kg bolus efterfulgt af infusion) blive givet, når patienten ikke længere reagerer, og en BIS 45-55 er opnået. Patienten vil derefter manuelt ventileres med 100 % inspireret O2, indtil responsen på elektrisk stimulering af underarmen viser, at muskelafslappende midler er fuldt aktive. Patienten vil blive intuberet med et video-laryngoskop og en stilet og mekanisk ventilation igangsættes. Hypnotisk dybde vil løbende blive overvåget med en BIS-værdi mellem 45 og 55, og propofol-administration vil blive justeret for at opretholde dette mål. Remifentanil vil blive sat på pause, når der ikke længere forekommer smertefuld stimulering.

På dette tidspunkt vil skadelig stimulation blive forsinket mindst 10 minutter efter, at remifentanil er sat på pause, så remifentanil kan fjernes. I denne periode vil tiden blive brugt fornuftigt til at placere patienten, påføre sterilt afdækning og forberede kirurgisk udstyr. Til sidst vil en "smertefri periode" på 5 min, hvor patienten ikke står over for stimulering eller manipulation, finde sted. I løbet af denne 5-minutters præstimuleringsperiode vil EEG-optagelse i hviletilstand blive optaget. Målinger af NOL-indekset, BIS, HR og MAP vil starte 1 minut før påføring af skadelig stimulus (midlerne vil udgøre de basale værdier for NOL og HR for præstimuleringstilstanden).

Elektrisk stimulation vil derefter blive anvendt. Dette vil bestå i en standardiseret tetanisk stimulation til ulnarerven i den ikke-dominante underarm leveret af en rutinemæssig nervestimulator (100 Hz, 70 mA) i en varighed på 30 sek.47 Hd-EEG-optagelse og samtidige målinger af NOL-indekset , BIS, HR og MAP vil finde sted i løbet af de 30 sekunder af tetanisk stimulering (Stimulation), og vil fortsætte i de 5 minutter efter (Post-Stimulation). Dette optagelsesvindue vil blive holdt fri for enhver anden ekstern stimulation. Når denne periode er overstået, vil EEG-nettet blive fjernet, og efterforskerne vil forlade operationsstuen. Kirurgi vil begynde, og anæstesiprocedurer vil fortsætte som standardbehandling.

Dataanalyser: Dataanalyser vil blive ledet på CIUSSS-NIM. Hd-EEG-data vil blive båndpasfiltreret fra 0,1 til 50 Hz, og ikke-skalp-kanaler vil blive kasseret. Støjende epoker og kanaler, muskler og ikke-fysiologiske artefakter vil blive fjernet. EEG-data vil blive genreferencet til en gennemsnitsreference. For hver patienttilstand vil efterforskerne konstruere funktionelle tilslutningsnetværk ved hjælp af amplitudeindhyllingskorrelationen (AEC), vægtet faseforsinkelsesindeks (wPLI)48 og dirigeret faseforsinkelsesindeks (dPLI),49 i delta (0,5-4Hz), theta ( 4-7 Hz), alfa (8-13 Hz) og beta (14-30 Hz) frekvensbånd for alle parvise kombinationer af elektrodekanaler på 10-sekunders vinduer. Fra AEC- og wPLI-netværk vil efterforskerne beregne grafteoretiske egenskaber (f.eks. binær lille verden, klyngekoefficient, modularitet, global effektivitet) for at vurdere overordnet funktionel integration og differentiering. dPLI-matricer vil blive brugt til at vurdere grad og retning af frontoparietal forbindelse på tværs af forhold. Variationer i BIS (delta-BIS) og NOL (delta-NOL) på tværs af betingelser, såvel som spidsværdien af ​​NOL (peak-NOL) under stimulerings- og efterstimuleringsbetingelserne vil blive registreret.

Statistiske analyser: Efterforskerne vil sammenligne vågne-, præ-stimulerings-, stimulerings- og post-stimuleringsbetingelserne på de forskellige funktionelle tilslutnings- og netværksegenskaber ved hjælp af uafhængige prøver t-tests og ANOVA med alder og køn som kovariater for at vurdere forskelle på tværs af betingelser. Efterforskerne vil derefter bruge k-betydende klyngeanalyse til at identificere de mål, der er mest i stand til at skelne forhold med og uden skadelig simulering. De mest fremtrædende træk identificeret ved hjælp af k-midler vil derefter blive korreleret med den inducerede delta-BIS og delta-NOL, og peak-NOL, for at undersøge forholdet mellem disse variable. Endelig vil efterforskerne bruge en dyb maskinlæringstilgang til at identificere kombinationen af ​​20 EEG-kanaler, der stærkest kan detektere smerte-inducerede ændringer i den funktionelle forbindelse og netværksegenskaber. P-værdier vil blive korrigeret for flere sammenligninger med familiemæssig fejlkorrektion. Hvis de valgte funktionelle tilslutningsmuligheder og netværksmarkører ikke giver statistiske forskelle som reaktion på skadelig stimulering i SA1, vil efterforskerne fortsætte til en dyb maskinlæringstilgang med funktionsindlæring ved hjælp af foldningsarkitektur for at identificere EEG-funktionerne (spektral, tidsmæssig og rumlig), der viser stærkeste ændringer som reaktion på skadelig stimulering.

Risici og ulemper: Der forventes ingen risici ved deltagelse i denne undersøgelse. Ulejligheden forbundet med elektrodeplacering er minimal og omfatter potentiel irritation af hovedbunden, som forsvinder af sig selv. Der vil ikke blive brugt eksperimentelle lægemidler