EEG-fMRT-Experimente während der Anästhesieeinleitung mit Propofol

Diese Studie zielt darauf ab, gesunde kortikale und subkortikale neuronale Prozesse während der Einleitung einer Vollnarkose mit Propofol zu untersuchen, die klinisch relevant ist für postoperatives Delir, eine häufige kognitive Störung, nach chirurgischen Eingriffen bei älteren Menschen.

Mit dem EEG können intrinsische neuronale Schwingungen im Alpha-Frequenzband (~8–13 Hz) gemessen werden, die die höchste Leistung (d. h. Amplitude) in den Okzipitalelektroden im Ruhezustand mit geschlossenen Augen und Wachheit zeigen. Unter Vollnarkose, insbesondere mit Propofol, nimmt die Stärke dieser Schwingungen im okzipitalen Kortex ab, nimmt jedoch im frontalen Kortex zu. Obwohl weder die genauen Mechanismen, die der Erzeugung von Alpha-Oszillationen zugrunde liegen, noch ihre Dynamik unter Narkose vollständig verstanden sind, wurde vermutet, dass der Thalamus eine Schlüsselrolle bei der Modulation der Verschiebung der Alpha-Band-Energie im gesamten Gehirn spielen könnte.

Postoperatives Delir (POD) ist eine Komplikation nach einem chirurgischen Eingriff, die durch eine akute Beeinträchtigung des Bewusstseins, der Aufmerksamkeit und der Erregung mit schwankender Entwicklung gekennzeichnet ist. Dies kommt vor allem bei älteren Patienten vor, insbesondere bei solchen mit vorbestehenden neurokognitiven Störungen, neurodegenerativen Erkrankungen und solchen, die sich komplexen Eingriffen oder Notfalleingriffen unterziehen. Trotz der funktionellen und wirtschaftlichen Belastung, die diese Erkrankung für den Patienten und das Gesundheitssystem mit sich bringt (z. B. erhöht sich der Krankenhausaufenthalt und das Sterblichkeitsrisiko), sind die Behandlungsmöglichkeiten und Risikomanagementstrategien immer noch begrenzt. Mehrere unserer früheren Studien und Studien anderer Gruppen haben den Zusammenhang zwischen Alpha-Oszillationen und klinischen Ergebnissen im Zusammenhang mit POD hervorgehoben. Beispielsweise ist eine geringe frontale Alphakraft – sowohl während der Aufrechterhaltung als auch beim Aufwachen aus der Vollnarkose – mit einem höheren POD-Risiko verbunden. Eine niedrige frontale Alphakraft ist auch mit einer präoperativen neurokognitiven Beeinträchtigung verbunden, einem gut beschriebenen Risikofaktor für POD. Die biochemische Natur dieser Assoziation ist noch unbekannt; Die Rolle des cholinergen Systems als Vermittler wurde vermutet.

Daher könnte ein besseres Verständnis der Mechanismen, die der Entstehung von Alpha-Oszillationen und ihrer Dynamik unter Vollnarkose zugrunde liegen, neue Türen für Diagnose- und Behandlungsmöglichkeiten für POD öffnen.

Basierend auf unseren früheren EEG-fMRT-Experimenten an gesunden Probanden, die visuelle Stimulation mit der Alpha-Frequenz anwendeten, haben die Forscher gezeigt, dass (i) visuelle Stimulation mit einem rhythmisch flackernden Licht bei einer bestimmten Frequenz eine zuverlässige Reaktion im Hinterhaupthirn hervorruft, was möglich ist gemessen mit EEG und funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT), (ii) die Reaktion auf diese Stimulation kann über evozierte Potenzial-/Leistungs-/Kohärenzanalysen (EEG) oder funktionelle Konnektivitätsanalysen (fMRT) ausgewertet werden, und (iii) visuelle Flimmerstimulation bei /in der Nähe der intrinsischen Alpha-Frequenz eines Subjekts, bekannt als „individuelle Alpha-Frequenz“ (IAF), erzeugt eine Reaktion in Hirnregionen jenseits des okzipitalen Kortex, wie z. B. Frontal- und Parietalregionen und vor allem im Thalamus, was auf eine Interaktion mit - hindeutet. und eine Methode zur Beurteilung – intrinsische Alpha-Oszillationen.

Die Forscher schlagen eine gleichzeitige EEG-fMRT-Studie vor, in der jungen, gesunden Teilnehmern, die mit Propofol anästhesiert wurden, ein visuelles Flimmerstimulationsparadigma am/um den IAF des Teilnehmers präsentiert wird. Unser experimentelles Design umfasst Aufzeichnungen, bevor der Teilnehmer anästhesiert wird (Wachheitsvoranästhesie) und während drei verschiedener Anästhesiekonzentrationen (niedrig, mittel und tief). Die funktionelle Magnetresonanzspektroskopie wird im Ruhezustand in allen Zuständen durchgeführt. Eine Aufzeichnung des Wachzustands nach der Anästhesie im Ruhezustand ohne Stimulation ist ebenfalls geplant. Dieser Ansatz hat mehrere Vorteile. Die gleichzeitige Erfassung ermöglicht es beispielsweise, die Dynamik der im EEG gemessenen Alpha-Oszillationen zu korrelieren und gleichzeitig Zugriff auf eine Auflösung des gesamten Gehirns über fMRT zu erhalten, einschließlich subkortikaler Bereiche wie dem Thalamus. Dies ist relevant für das Verständnis der Wechselwirkung zwischen kortikalen und subkortikalen neuronalen Prozessen, die Alpha-Oszillationen erzeugen.

Darüber hinaus nutzt es die Tatsache aus, dass unsere Stimulationsmodalität am IAF die intrinsischen Alpha-Prozesse verstärkt, was möglicherweise zu einer Behandlung zur Reduzierung des POD-Risikos unter Narkose werden kann. Darüber hinaus können die Forscher durch die Erfassung funktioneller Spektroskopiedaten biochemische Veränderungen im Gehirn während jedes Zustands erkennen. Schließlich ermöglicht unser experimentelles Design erstens eine chronologische Nachverfolgung der Alpha-Dynamik während der Einleitung einer Propofol-Anästhesie und zweitens erhalten die Forscher durch die Erfassung von Daten nach dem Eingriff eine unmittelbare Kontrastkontrolle vor und nach der Anästhesie.

Zur Sicherheit unserer Teilnehmer wird die Propofol-Anästhesie bis zu tiefen Konzentrationen titriert, ohne einen Burst-Unterdrückungszustand hervorzurufen, wodurch Intubation und künstliche Beatmung vermieden werden.

Diese Studie stellt einen wesentlichen Schritt zum Verständnis der Alpha-Oszillationsprozesse im wachen und anästhesierten Gehirn dar, die für die zukünftige Entwicklung potenzieller Präventions-/Behandlungsoptionen für POD relevant sind.