Anästhesie und funktionelle Konnektivität: Eine Analyse der fMRT-Änderungen

Hintergrund:

Ein von Parke-Davis entwickeltes Phencyclidin-Derivat stellte einen Versuch dar, die Phencyclidin-Anästhesie nachzuahmen, ohne die schweren psychomimetischen Reaktionen seiner Ausgangsverbindung hervorzurufen. Die ersten Berichte waren vielversprechend und stießen auf große Begeisterung. Es wurde festgestellt, dass das Medikament bei hohen Dosen eine starke Analgesie bewirkt und gleichzeitig die Atemwegsreflexe aufrechterhält. Es führte zu einer zuverlässigen Amnesie, konnte aber auch als einfache Injektion verabreicht werden. Es wurde damals behauptet, dass dieses Anästhetikum eine neue Phase in der Geschichte der Anästhesie einläutete. Heute, mehr als 40 Jahre nach der Einführung des Anästhetikums in Michigan, erwacht das Interesse an diesem alten Medikament wieder. Eine wachsende Zahl von Forschern untersucht die Auswirkungen der Anästhesie auf Menschen. Derzeit besteht großes Interesse an der Anästhesie als opioidsparendes Mittel, als Modell für Schizophrenie, als Antidepressivum und als N-Methyl-D-Aspartat (NMDA)-Antagonist bei komplexen regionalen Schmerzsyndromen.

Funktionelle Konnektivität ist ein Maß für niederfrequente Schwingungen (<0,08 Hz), die dem Gehirngewebe im Ruhezustand innewohnen. Diese Schwingungen werden im fMRT gemessen und scheinen zwischen verwandten Bereichen des Gehirns synchronisiert zu sein. Obwohl die Forschung auf diesem Gebiet noch in den Kinderschuhen steckt, haben Untersuchungen des motorischen, auditiven, visuellen und sensomotorischen Systems gezeigt, dass funktionell verwandte Bereiche des Gehirns korrelierte niederfrequente Schwingungen erzeugen. Dieser faszinierende Befund eröffnet die Möglichkeit eines neuen Ansatzes zur Untersuchung der Gehirnfunktion sowie eines potenziellen Instruments zur Diagnose von Krankheiten. Aktuelle fMRT-Studien des präzentralen Gyrus haben gezeigt, dass funktionelle Konnektivitätsstudien in der Lage sind, gesunde Freiwillige von Patienten mit Multipler Sklerose zu unterscheiden. Weitere Untersuchungen sind im Gange, um festzustellen, ob sich die funktionelle Konnektivität bei der Diagnose der frühen Alzheimer-Krankheit als nützlich erweisen wird.

Neuere Forschungen zur funktionellen Konnektivität haben Regionen im Gehirn identifiziert, die im Ruhezustand aktiv sind. Diese Regionen werden oft als „Default-Mode Network“ (DMN) bezeichnet. Die Aktivität im DMN ist im Ruhezustand des Gehirns erhöht und verringert, wenn sich ein Proband auf eine geistige Aufgabe konzentriert. Die erste fMRT-Studie zur Untersuchung der funktionellen Konnektivität bei Patienten mit chronischen Schmerzen wurde kürzlich in einer Ausgabe des Journal of Neuroscience veröffentlicht. In dieser Studie wurden bei Patienten mit chronischen Schmerzen abnormale Muster der funktionellen Konnektivität beobachtet. Insbesondere wurde eine Funktionsstörung bei der Herunterregulierung des DMN festgestellt. Die Patienten mit chronischen Schmerzen deaktivierten den medialen präfrontalen Kortex, die Amygdala oder den hinteren cingulären Kortex nicht im gleichen Maße wie gesunde Kontrollpersonen.

Die einzige fMRT-Studie, die die funktionelle Konnektivität bei schweren Depressionen untersucht, wurde im September 2007 veröffentlicht. In dieser Studie wurde auch eine Dysfunktion im DMN festgestellt. Bei depressiven Probanden wurde eine erhöhte funktionelle Netzwerkkonnektivität im subgenuellen cingulären Kortex, Thalamus, orbitofrontalen Kortex und im Precuneus festgestellt. Insbesondere der subgenuale cinguläre Kortex ist der Standort einer kürzlich durchgeführten klinischen Studie, die darauf hindeutet, dass eine tiefe Hirnstimulation in dieser Region die Symptome von Patienten mit schwerer refraktärer Depression lindern kann.

Das Interesse an Anästhesie zur Behandlung chronischer Schmerzen und Depressionen hat in den letzten Jahren zugenommen. Obwohl es keine randomisierten Studien zur niedrig dosierten Anästhesie bei Patienten mit chronischen Schmerzen gibt, deuten die derzeit verfügbaren Erkenntnisse darauf hin, dass sie bei der Behandlung von Allodynie, Hyperalgesie und Hyperpathie am wirksamsten ist. Für Depressionen gab es eine randomisierte, placebokontrollierte, doppelblinde Crossover-Studie. In der Depressionsstudie wurde festgestellt, dass eine einzelne intravenöse Anästhesiedosis starke und schnelle antidepressive Wirkungen hervorruft und mindestens eine Woche anhält.

Zielsetzung:

Untersuchung der funktionellen Konnektivität im menschlichen Gehirn sowohl im Ruhezustand als auch nach anästhetischer Sedierung mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT).

Spezifische Ziele/Hypothesen:

1. Messen Sie den Grad der funktionellen Konnektivität in drei Studiengruppen (gesunde Freiwillige, chronische Rückenschmerzen und refraktäre Depression).
2. Analysieren Sie auf Unterschiede in der grundlegenden funktionalen Konnektivität.
3. Messen Sie Veränderungen der funktionellen Konnektivität nach intravenöser Sedierung mit niedrig dosiertem Anästhetikum.
4. Dokumentieren Sie die Unterschiede zwischen den Studiengruppen in der Anästhesiereaktion.
5. Messen Sie den Zusammenhang zwischen fMRT-Änderungen und therapeutischen Wirkungen.

Studienprotokoll:

Die Teilnahme an dieser Studie umfasst vier Hauptbesuche und einen optionalen Folgebesuch. Beim ersten Besuch handelt es sich um ein Basisinterview, bei dem anhand eines strukturierten Interviews die Eignung der Teilnehmer beurteilt wird. Der zweite Besuch ist ein erster fMRT-Scan im fMRT-Zentrum. Der dritte Besuch ist die Narkosemittelinfusion im Krankenhaus; Die Behandlung etwaiger unerwünschter Ereignisse während der Infusion wird vom Personal der Post Anesthesia Care Unit (PACU) überwacht. Beim vierten Besuch handelt es sich um einen weiteren fMRT-Scan im fMRT-Zentrum. Optional ist ein einwöchiger Nachuntersuchungsbesuch im fMRT-Zentrum für einen abschließenden fMRT-Scan möglich.

Statistische fMRT-Analyse: Die Bildgebungsexperimente und die Analyse fachspezifischer Daten werden zu Karten führen, die separaten Messungen entsprechen: Karten der funktionellen Konnektivität im Ruhezustand und Messungen des zerebralen Blutflusses (CBF). Abschließende Schlussfolgerungen werden auf Voxelebene und für anatomisch spezifische Regionen von Interesse (ROIs) gezogen. Die voxelbasierte Analyse wird durch die Generierung zusammenfassender Bilder durchgeführt, die als statistische parametrische Karten (SPMs) bezeichnet werden und die Vor- und Nachinfusion darstellen. Sobald Daten in den beiden Patientengruppen verfügbar sind, werden zweiseitige ANOVA-Ergebnisse erstellt des Ketamin-Infusionszustands und der Patientendiagnose (chronischer Schmerz oder refraktäre Depression). Die ROI-basierte Analyse wird durch die a priori ausgewählten fronto-limbischen Interessenregionen gesteuert, die in der Selbstreflexionsaufgabe generiert werden, und durch die anatomischen Knoten im Standardmodusnetzwerk, die in der Literatur angegeben sind.