Conscience et nociception pendant l'anesthésie (NOCICON)

Contexte : Jusqu'à présent, le neuromonitoring clinique de la conscience en anesthésie générale reposait sur l'évaluation électrophysiologique de régions frontales isolées du cerveau, ne fournissant qu'un aperçu partiel des mécanismes neuronaux impliqués dans le maintien ou la suspension de la conscience. De plus, la connectivité fonctionnelle et les marqueurs de la théorie des graphes de la conscience n'ont pas encore été étudiés en réponse à la nociception pendant l'anesthésie chirurgicale, et on ne sait toujours pas comment la nociception affecte l'inconscience induite par l'anesthésie.

Objectifs : Cette étude examinera comment les marqueurs fonctionnels hd-EEG (électroencéphalogramme à haute densité) de la conscience sont associés à la nociception pendant l'anesthésie générale. Plus précisément, le but de cette étude est de caractériser la connectivité fonctionnelle du cerveau entier et les changements de réseau induits par une stimulation nocive, et d'adapter ces résultats à un montage EEG (électroencéphalogramme) cliniquement applicable. Pour cela, trois objectifs spécifiques ont été fixés :

1. Comparer la connectivité fonctionnelle et les caractéristiques du réseau de l'anesthésie générale avant, pendant et après la stimulation tétanique du nerf cubital pendant l'anesthésie générale
2. Étudier l'association entre la connectivité fonctionnelle et les propriétés du réseau et les changements dans la profondeur hypnotique et la nociception calculées par les outils de neuromonitoring clinique standard.
3. Identifiez la combinaison de 20 canaux EEG qui détectent de manière optimale les changements dans le réseau fonctionnel induits par la stimulation nocive.

Conception de l'étude : Cette étude sera une étude préliminaire prospective et observationnelle. Elle sera menée sur une trentaine de patients (n=30) devant être opérés sous anesthésie générale. Les patients seront recrutés et testés à partir de l'Hôpital Maisonneuve-Rosemont, avec le système hd-EEG (électroencéphalogramme à haute densité) du Centre de recherche avancée en médecine du sommeil (CARSM) du Centre intégré universitaire de santé et de services sociaux du Nord-de -l'Île-de-Montréal (CIUSSS-NIM).

Protocole : Aucune prémédication ne sera administrée. En entrant dans la salle d'opération, les enquêteurs placeront un filet salin EEG à 128 canaux (MagstimEGI) référencé Cz sur la tête du patient (temps d'application de 10 min). Les impédances seront vérifiées et maintenues <50 kΩ pendant toute la durée de l'étude. Le patient sera placé en décubitus dorsal et tous les moniteurs de routine seront installés (électrocardiographie, pression artérielle non invasive et oxymétrie de pouls, température nasopharyngée et pression partielle de dioxyde de carbone en fin d'expiration). Le moniteur PMD200TM (un capteur de doigt qui reflète la nociception faible à élevée) ainsi que l'indice bispectral (BIS), seront connectés à la machine d'anesthésie et au patient, enregistrant l'indice de niveau de nociception (NOL) et le BIS en continu.

Un EEG à l'état de repos de base de 5 minutes avec les yeux fermés sera effectué avant l'induction (éveillé). Les valeurs de base de NOL, BIS, de la pression artérielle moyenne (MAP) et de la fréquence cardiaque (FC) seront enregistrées pendant 1 minute avant l'induction. Une anesthésie générale sera induite avec du propofol et du rémifentanil. Le propofol sera administré à l'aide d'une pompe à perfusion contrôlée (TCI), en utilisant le modèle pharmacocinétique de Marsh,46 avec une concentration cible initiale prévue de propofol au site d'effet de 2,0 mcg/ml en mode flash. Les cibles de propofol seront ajustées par incréments de 0,2 mcg/ml jusqu'à ce qu'un BIS compris entre 45 et 55 soit atteint. Simultanément, le rémifentanil sera administré pour l'induction de l'anesthésie à la dose de 1 mcg.Kg-1 en 30 sec, avec un indice NOL ciblé inférieur à un seuil de 10. Pour éliminer la contamination électromyographique potentielle du BIS et de l'EEG, du rocuronium (bolus de 0,8 mg/kg suivi d'une perfusion) sera administré une fois que le patient ne répond plus et qu'un BIS de 45-55 est atteint. Le patient sera ensuite ventilé manuellement avec de l'O2 inspiré à 100 % jusqu'à ce que la réponse à la stimulation électrique de l'avant-bras montre que les relaxants musculaires sont pleinement actifs. Le patient sera intubé avec un vidéolaryngoscope et un stylet et une ventilation mécanique sera initiée. La profondeur hypnotique sera surveillée en continu avec une valeur BIS comprise entre 45 et 55, et l'administration de propofol sera ajustée pour maintenir cet objectif. Le rémifentanil sera interrompu une fois qu'il n'y aura plus de stimulation douloureuse.

À ce stade, la stimulation nocive sera retardée d'au moins 10 minutes après la pause du rémifentanil pour permettre l'élimination du rémifentanil. Durant cette période, le temps sera judicieusement utilisé pour positionner le patient, appliquer un champ stérile et préparer le matériel chirurgical. Enfin, une "période sans douleur" de 5 min, durant laquelle le patient ne subit aucune stimulation ou manipulation, aura lieu. Pendant cette période de pré-stimulation de 5 minutes, l'enregistrement EEG à l'état de repos sera enregistré. Les mesures de l'indice NOL, BIS, HR et MAP commenceront 1 min avant l'application du stimulus nocif (les moyennes constitueront les valeurs basales pour NOL et HR pour la condition de pré-stimulation).

Une stimulation électrique sera ensuite appliquée. Celle-ci consistera en une stimulation tétanique standardisée du nerf cubital de l'avant-bras non dominant délivrée par un stimulateur nerveux de routine (100 Hz, 70 mA) pendant une durée de 30 sec.47 Enregistrement Hd-EEG et mesures simultanées de l'indice NOL , BIS, HR et MAP auront lieu pendant les 30 sec de stimulation tétanique (Stimulation), et se poursuivront pendant les 5 min après (Post-Stimulation). Cette fenêtre d'enregistrement sera maintenue libre de toute autre stimulation externe. Une fois cette période terminée, le filet EEG sera retiré et les enquêteurs sortiront du bloc opératoire. La chirurgie commencera et les procédures d'anesthésie se poursuivront comme norme de soins.

Analyses de données : Les analyses de données seront menées au CIUSSS-NIM. Les données Hd-EEG seront filtrées par passe-bande de 0,1 à 50 Hz, et les canaux non-scalp seront rejetés. Les époques et les canaux bruyants, les artefacts musculaires et non physiologiques seront supprimés. Les données EEG seront référencées à une référence moyenne. Pour chaque condition de patient, les chercheurs construiront des réseaux de connectivité fonctionnelle en utilisant la corrélation d'enveloppe d'amplitude (AEC), l'indice de décalage de phase pondéré (wPLI)48 et l'indice de décalage de phase dirigé (dPLI),49 en delta (0,5-4 Hz), thêta ( 4-7 Hz), bandes de fréquences alpha (8-13 Hz) et bêta (14-30 Hz) pour toutes les combinaisons par paires de canaux d'électrodes sur des fenêtres de 10 secondes. À partir des réseaux AEC et wPLI, les chercheurs calculeront les propriétés théoriques des graphes (par ex. petite mondanité binaire, coefficient de regroupement, modularité, efficacité globale) pour évaluer l'intégration fonctionnelle globale et la différenciation. Les matrices dPLI seront utilisées pour évaluer le degré et la direction de la connectivité frontopariétale dans toutes les conditions. Les variations du BIS (delta-BIS) et du NOL (delta-NOL) selon les conditions, ainsi que la valeur maximale du NOL (pic-NOL) pendant les conditions de stimulation et de post-stimulation seront enregistrées.

Analyses statistiques : les enquêteurs compareront les conditions d'éveil, de pré-stimulation, de stimulation et de post-stimulation sur les diverses propriétés de connectivité fonctionnelle et de réseau à l'aide de tests t pour échantillons indépendants et d'ANOVA avec l'âge et le sexe comme covariables, afin d'évaluer les différences entre conditions. Les chercheurs utiliseront ensuite l'analyse de clustering k-means pour identifier les mesures les plus capables de distinguer les conditions avec et sans simulation nocive. Les caractéristiques les plus saillantes identifiées à l'aide de k-means seront ensuite corrélées avec le delta-BIS et le delta-NOL induits, et le pic-NOL, pour étudier la relation entre ces variables. Enfin, les chercheurs utiliseront une approche d'apprentissage automatique en profondeur pour identifier la combinaison de 20 canaux EEG qui peuvent détecter le plus fortement les altérations induites par la douleur dans la connectivité fonctionnelle et les propriétés du réseau. Les valeurs P seront corrigées pour les comparaisons multiples avec la correction d'erreur par famille. Si la connectivité fonctionnelle et les marqueurs de réseau choisis ne produisent pas de différences statistiques en réponse à une stimulation nocive dans SA1, les chercheurs procéderont à une approche d'apprentissage automatique profond avec apprentissage de caractéristiques, utilisant une architecture de convolution, afin d'identifier les caractéristiques EEG (spectrales, temporelles et spatiale) qui montrent les altérations les plus fortes en réponse à une stimulation nocive.

Risques et inconvénients : Il n'y a aucun risque anticipé avec la participation à cette étude. Les désagréments associés au placement des électrodes sont minimes et comprennent une irritation potentielle du cuir chevelu, qui disparaît d'elle-même. Aucun médicament expérimental ne sera utilisé