Bevissthet og nociception under anestesi (NOCICON)

Bakgrunn: Til nå har den kliniske nevroovervåkingen av bevissthet i generell anestesi basert seg på elektrofysiologisk vurdering av isolerte frontale områder av hjernen, og gir bare delvis innsikt i de nevrale mekanismene som er involvert i å opprettholde eller suspendere bevissthet. Dessuten er funksjonelle tilkoblings- og grafteori-markører for bevissthet ennå ikke undersøkt som respons på nocisepsjon under kirurgisk anestesi, og det er fortsatt uklart hvordan nociception påvirker anestesiindusert bevisstløshet.

Mål: Denne studien vil undersøke hvordan hd-EEG (high density electroencephalogram) funksjonelle bevissthetsmarkører er assosiert med nocisepsjon under generell anestesi. Mer spesifikt er målet med denne studien å karakterisere funksjonell tilkobling i hele hjernen og nettverksendringer indusert av skadelig stimulering, og tilpasse disse funnene til en klinisk anvendelig EEG-montasje (elektroencefalogram). For dette formål er det satt tre spesifikke mål:

1. Sammenlign den funksjonelle tilkoblingen og nettverkskarakteristikkene til generell anestesi før, under og etter tetanisk stimulering av ulnarnerven under generell anestesi
2. Undersøk sammenhengen mellom funksjonell tilkobling og nettverksegenskaper og endringene i hypnotisk dybde og nocisepsjon beregnet av standard kliniske nevroovervåkingsverktøy.
3. Identifiser kombinasjonen av 20 EEG-kanaler som optimalt oppdager endringer i det funksjonelle nettverket indusert av skadelig stimulering.

Studiedesign: Denne studien vil være en foreløpig prospektiv og observasjonsstudie. Det vil bli utført på tretti pasienter (n = 30) som er planlagt for operasjon under generell anestesi. Pasienter vil bli rekruttert og testet fra Hôpital Maisonneuve-Rosemont, med hd-EEG (high density electroencephalogram)-systemet til Center for Advanced Research in Sleep Medicine (CARSM) ved Centre intégré universitaire de santé et de services sociaux du Nord-de -l'Île-de-Montréal (CIUSSS-NIM).

Protokoll: Ingen premedisinering vil bli administrert. Når de går inn i operasjonsrommet, vil etterforskerne plassere et 128-kanals EEG saltvannsnett (MagstimeEGI) referert til Cz på pasientens hode (10 min påføringstid). Impedanser vil bli verifisert og opprettholdt <50 kΩ for varigheten av studien. Pasienten vil bli plassert på rygg og alle rutinemonitorer vil bli installert (elektrokardiografi, ikke-invasiv blodtrykk og pulsoksymetri, nasofaryngeal temperatur og slutt-tidal partialtrykk av karbondioksid). PMD200TM-monitoren (en fingersensorenhet som reflekterer lav til høy nocisepsjon) samt Bispectral Index (BIS), vil kobles til anestesiapparatet og pasienten, og registrerer Nociception Level (NOL)-indeksen og BIS kontinuerlig.

En 5-minutters baseline hviletilstand EEG med lukkede øyne vil bli utført før induksjon (Awake). Baseline-verdier for NOL, BIS, gjennomsnittlig arterielt trykk (MAP) og hjertefrekvens (HR) vil bli registrert i 1 min før induksjon. Generell anestesi vil bli indusert med propofol og remifentanil. Propofol vil bli administrert med en målkontrollert infusjonspumpe (TCI) ved bruk av Marsh farmakokinetiske modell46 med initial mål forutsagt effekt-stedkonsentrasjon av propofol ved 2,0 mcg/ml i flash-modus. Propofol-målene vil bli justert i trinn på 0,2 mcg/ml inntil en BIS mellom 45-55 er nådd. Samtidig vil remifentanil bli administrert for induksjon av anestesi i dosen 1 mcg.Kg-1 over 30 sekunder, med en målrettet NOL-indeks under en terskel på 10. For å eliminere potensiell elektromyografisk kontaminering av BIS og EEG, vil rokuronium (0,8 mg/kg bolus etterfulgt av infusjon) gis når pasienten ikke lenger reagerer og BIS 45-55 er oppnådd. Pasienten vil deretter bli manuelt ventilert med 100 % inspirert O2 inntil responsen på elektrisk stimulering av underarmen viser at muskelavslappende midler er fullt aktive. Pasienten intuberes med videolaryngoskop og stilett og mekanisk ventilasjon igangsettes. Hypnotisk dybde vil bli kontinuerlig overvåket med en BIS-verdi mellom 45 og 55, og propofoladministrasjon vil bli justert for å opprettholde dette målet. Remifentanil vil settes på pause så snart ingen smertefull stimulering forekommer.

På dette tidspunktet vil skadelig stimulering bli forsinket minst 10 minutter etter at remifentanil er satt på pause, slik at remifentanil kan fjernes. I løpet av denne perioden vil tiden bli brukt fornuftig til å posisjonere pasienten, påføre steril drapering og klargjøre kirurgisk utstyr. Til slutt vil en "ingen smerteperiode" på 5 minutter, hvor pasienten ikke møter noen stimulering eller manipulasjon, finne sted. I løpet av denne 5-minutters pre-stimuleringsperioden vil EEG-registrering i hviletilstand bli registrert. Målinger av NOL-indeksen, BIS, HR og MAP vil starte 1 min før påføring av skadelig stimulus (midler vil utgjøre basalverdiene for NOL og HR for pre-stimuleringstilstanden).

Elektrisk stimulering vil da bli brukt. Dette vil bestå av en standardisert tetanisk stimulering til ulnarerven til den ikke-dominante underarmen levert av en rutinemessig nervestimulator (100 Hz, 70 mA) i en varighet på 30 sek.47 Hd-EEG-registrering og samtidige målinger av NOL-indeksen , BIS, HR og MAP vil finne sted i løpet av de 30 sekundene med tetanisk stimulering (stimulering), og vil fortsette i løpet av 5 minutter etter (poststimulering). Dette opptaksvinduet vil holdes fritt for annen ekstern stimulering. Når denne perioden er over, vil EEG-nettet bli fjernet og etterforskerne vil forlate operasjonssalen. Kirurgi vil begynne og anestesiprosedyrer vil fortsette som standardbehandling.

Dataanalyser: Dataanalyser vil bli ledet ved CIUSSS-NIM. Hd-EEG-data vil bli båndpassfiltrert fra 0,1 til 50 Hz, og ikke-skalpkanaler vil bli forkastet. Støyende epoker og kanaler, muskler og ikke-fysiologiske artefakter vil bli fjernet. EEG-data vil bli referert til en gjennomsnittlig referanse. For hver pasienttilstand vil etterforskerne konstruere funksjonelle tilkoblingsnettverk ved å bruke amplitudekonvoluttkorrelasjonen (AEC), vektet faseforsinkelsesindeks (wPLI)48 og dirigert 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 kombinasjoner av elektrodekanaler på 10-sekunders vinduer. Fra AEC- og wPLI-nettverk vil etterforskerne beregne grafteoretiske egenskaper (f.eks. binær liten verden, klyngingskoeffisient, modularitet, global effektivitet) for å vurdere generell funksjonell integrasjon og differensiering. dPLI-matriser vil bli brukt for å vurdere grad og retning av frontoparietal tilkobling på tvers av forhold. Variasjoner i BIS (delta-BIS) og NOL (delta-NOL) på tvers av forholdene, samt toppverdien til NOL (peak-NOL) under stimulerings- og etterstimuleringsforholdene vil bli registrert.

Statistiske analyser: Etterforskerne vil sammenligne våken-, før-stimulerings-, stimulerings- og post-stimuleringsbetingelsene på de ulike funksjonelle tilkoblings- og nettverksegenskapene ved å bruke uavhengige t-tester og ANOVA med alder og kjønn som kovariater, for å vurdere forskjeller på tvers av forhold. Etterforskerne vil deretter bruke k-means clustering analyse for å identifisere de tiltakene som er mest i stand til å skille forhold med og uten skadelig simulering. De mest fremtredende funksjonene identifisert ved bruk av k-midler vil deretter bli korrelert med den induserte delta-BIS og delta-NOL, og peak-NOL, for å undersøke forholdet mellom disse variablene. Til slutt vil etterforskerne bruke en dyp maskinlæringstilnærming for å identifisere kombinasjonen av 20 EEG-kanaler som sterkest kan oppdage smerteinduserte endringer i funksjonell tilkobling og nettverksegenskaper. P-verdier vil bli korrigert for flere sammenligninger med familiemessig feilretting. Hvis den valgte funksjonelle tilkoblingen og nettverksmarkørene ikke gir statistiske forskjeller som respons på skadelig stimulering i SA1, vil etterforskerne gå videre til en dyp maskinlæringstilnærming med funksjonslæring, ved bruk av konvolusjonsarkitektur, for å identifisere EEG-funksjonene (spektral, tidsmessig). og romlig) som viser sterkeste endringer som respons på skadelig stimulering.

Risikoer og ulemper: Det forventes ingen risiko ved deltakelse i denne studien. Uleiligheten forbundet med elektrodeplassering er minimal, og inkluderer potensiell irritasjon av hodebunnen, som forsvinner av seg selv. Ingen eksperimentelle legemidler vil bli brukt