Anestesi og funksjonell tilkobling: en analyse av fMRI-endringer

Bakgrunn:

Et fencyklidinderivat utviklet av Parke-Davis representerte et forsøk på å etterligne fencyklidinanestesi uten å indusere de alvorlige psykomimetiske reaksjonene til dens moderforbindelse. De første rapportene var lovende og fikk stor entusiasme. Ved høye doser ble stoffet funnet å gi dyp analgesi samtidig som det bevarer luftveisrefleksene. Det induserte pålitelig hukommelsestap, men kunne likevel leveres som en enkel injeksjon. Det ble på den tiden hevdet at denne bedøvelsen varslet en ny fase i anestesiens historie. I dag, over 40 år siden bedøvelsen ble introdusert i Michigan, har det vært en gjenoppblomstring av interessen for dette gamle stoffet. Et økende antall etterforskere studerer effekten av anestesi på mennesker. Det er for tiden enorm interesse for anestesi som et opioidsparende middel, en modell for schizofreni, et antidepressivum og som en N-Methyl D-Aspartate (NMDA) antagonist ved komplekse regionale smertesyndromer.

Funksjonell tilkobling er et mål på lavfrekvente oscillasjoner (<0,08 Hz) som er iboende til hjernevev i hvile. Disse svingningene måles på fMRI, og ser ut til å være synkronisert mellom relaterte områder av hjernen. Selv om forskning på dette området fortsatt er i sin spede begynnelse, har studier av de motoriske, auditive, visuelle og sensorimotoriske systemene vist at funksjonelt relaterte områder av hjernen produserer korrelerte lavfrekvente svingninger. Dette fascinerende funnet øker muligheten for en ny tilnærming til å studere hjernens funksjon, så vel som et potensielt verktøy for diagnostisering av sykdom. Nyere fMRI-studier av presentral gyrus har vist evnen til funksjonelle tilkoblingsstudier for å skille friske frivillige fra pasienter med multippel sklerose. Ytterligere forskning pågår for å avgjøre om funksjonell tilkobling vil vise seg nyttig ved diagnostisering av tidlig Alzheimers sykdom.

Nyere forskning på funksjonell tilkobling har identifisert områder i hjernen som er aktive i hvile. Disse regionene blir ofte referert til i "Default-mode network" (DMN). Aktiviteten i DMN økes i hjernen i hvile og reduseres når en person konsentrerer seg om en mental oppgave. Den første fMRI-studien som undersøkte funksjonell tilkobling hos pasienter med kroniske smerter ble publisert i en fersk utgave av Journal of Neuroscience. I denne studien ble det sett unormale mønstre av funksjonell tilkobling hos pasienter med kroniske smerter. Spesielt ble det sett en dysfunksjon i nedregulering av DMN. De kroniske smertepasientene deaktiverte ikke den mediale prefrontale cortex, amygdala eller posterior cingulate cortex i samme grad som friske kontroller.

Den eneste fMRI-studien som undersøkte funksjonell tilkobling ved alvorlig depresjon ble publisert i september 2007. Denne studien bemerket også en dysfunksjon i DMN. Deprimerte forsøkspersoner ble funnet å ha økt nettverksfunksjonell tilkobling i subgenual cingulate cortex, thalamus, orbitofrontal cortex og precuneus. Spesielt er den subgenuelle cingulate cortex stedet for en nylig klinisk studie som antyder at dyp hjernestimulering til denne regionen kan lindre symptomene hos pasienter med alvorlig refraktær depresjon.

Interessen for anestesi for behandling av kronisk smerte og depresjon har økt de siste årene. Selv om det ikke har vært noen randomiserte studier av lavdose-anestesi hos pasienter med kroniske smerter, indikerer det tilgjengelige beviset at det er mest effektivt i behandlingen av allodyni, hyperalgesi og hyperpati. For depresjon har det vært en randomisert, placebokontrollert, dobbeltblindet crossover-studie. I depresjonsforsøket ble det funnet robuste og raske antidepressive effekter som følge av en enkelt intravenøs dose anestesi og vare i minst en uke.

Objektiv:

Å undersøke funksjonell tilkobling i den menneskelige hjernen både i hvile og etter bedøvelsessedasjon ved bruk av funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI).

Spesifikke mål/hypoteser:

1. Mål graden av funksjonell tilkobling i tre studiegrupper (friske frivillige, kroniske ryggsmerter og refraktær depresjon).
2. Analyser for forskjeller i grunnleggende funksjonell tilkobling.
3. Mål endringer i funksjonell tilkobling etter IV lavdose bedøvelsessedasjon.
4. Dokumenter studiegruppeforskjeller i anestesirespons.
5. Mål for eventuell korrelasjon mellom fMRI-endringer og terapeutiske effekter.

Studieprotokoll:

Deltakelse i denne studien inkluderer fire hovedbesøk og et valgfritt oppfølgingsbesøk. Det første besøket er en baseline-intervjuøkt for å vurdere deltakerens kvalifikasjon ved hjelp av et strukturert intervju. Det andre besøket er en innledende fMRI-skanning ved fMRI-senteret. Det tredje besøket er anestesiinfusjonen på sykehuset; behandling av eventuelle uønskede hendelser under infusjonen vil bli overvåket av personell fra Post Anesthesia Care Unit (PACU). Det fjerde besøket er en oppfølging av fMRI-skanning ved fMRI-senteret. Det er valgfritt en ukes oppfølgingsbesøk ved fMRI-senteret for en siste fMRI-skanning.

fMRI statistisk analyse: Bildeeksperimentene og analysen av fagspesifikke data vil føre til kart som tilsvarer separate mål: hviletilstand funksjonelle tilkoblingskart, og målinger av cerebral blodstrøm (CBF). Endelige konklusjoner vil bli gjort på voxel-nivå og for anatomisk spesifikke områder av interesse (ROI). Den voxel-baserte analysen vil bli utført gjennom generering av sammendragsbilder referert til som statistiske parametriske kart (SPM) som representerer før-infusjon vs. etter-infusjon, og, etter hvert som data fra de to pasientgruppene blir tilgjengelige, toveis ANOVA-resultater av ketamininfusjonstilstand og pasientdiagnose (kronisk smerte eller refraktær depresjon). Den ROI-baserte analysen vil bli drevet av de a priori utvalgte fronto-limbiske regionene av interesse generert i selvrefleksjonsoppgaven, og av de anatomiske nodene i standardmodusnettverket gitt i litteraturen.