Znieczulenie i łączność funkcjonalna: analiza zmian fMRI

Tło:

Pochodna fencyklidyny opracowana przez Parke-Davis stanowiła próbę naśladowania znieczulenia fencyklidyną bez wywoływania ciężkich reakcji psychomimetycznych jej związku macierzystego. Wstępne raporty były obiecujące i spotkały się z dużym entuzjazmem. Stwierdzono, że przy wysokich dawkach lek zapewnia głębokie działanie przeciwbólowe przy jednoczesnym zachowaniu odruchów dróg oddechowych. Wywołał niezawodną amnezję, ale można go było podać jako zwykły zastrzyk. Twierdzono wówczas, że ten środek znieczulający zwiastuje nowy etap w historii znieczulenia. Dziś, po ponad 40 latach od wprowadzenia środka znieczulającego w Michigan, zainteresowanie tym starym lekiem powróciło. Coraz więcej badaczy bada wpływ znieczulenia na ludzi. Obecnie istnieje ogromne zainteresowanie znieczuleniem jako środkiem oszczędzającym opioidy, modelem schizofrenii, lekiem przeciwdepresyjnym oraz antagonistą N-metylo-D-asparaginianu (NMDA) w złożonych regionalnych zespołach bólowych.

Łączność funkcjonalna jest miarą oscylacji o niskiej częstotliwości (<0,08 Hz), które są nieodłącznie związane z spoczynkową tkanką mózgową. Oscylacje te są mierzone za pomocą fMRI i wydają się być zsynchronizowane między powiązanymi obszarami mózgu. Chociaż badania w tej dziedzinie są wciąż w powijakach, badania układów motorycznych, słuchowych, wzrokowych i sensomotorycznych wykazały, że funkcjonalnie powiązane obszary mózgu wytwarzają skorelowane oscylacje o niskiej częstotliwości. To fascynujące odkrycie stwarza możliwość nowego podejścia do badania funkcji mózgu, a także potencjalnego narzędzia do diagnozowania chorób. Niedawne badania fMRI zakrętu przedśrodkowego wykazały zdolność badań łączności funkcjonalnej do różnicowania zdrowych ochotników od pacjentów ze stwardnieniem rozsianym. Trwają dodatkowe badania mające na celu ustalenie, czy łączność funkcjonalna okaże się przydatna w diagnozowaniu wczesnej choroby Alzheimera.

Niedawne badania nad łącznością funkcjonalną pozwoliły zidentyfikować obszary mózgu aktywne w spoczynku. Regiony te są często określane w „sieci trybu domyślnego” (DMN). Aktywność w DMN wzrasta w spoczynku mózgu i zmniejsza się, gdy podmiot koncentruje się na zadaniu umysłowym. Pierwsze badanie fMRI badające łączność funkcjonalną u pacjentów z przewlekłym bólem zostało opublikowane w ostatnim wydaniu Journal of Neuroscience. W tym badaniu u pacjentów z przewlekłym bólem zaobserwowano nieprawidłowe wzorce połączeń funkcjonalnych. W szczególności zaobserwowano dysfunkcję w regulacji w dół DMN. Pacjenci z przewlekłym bólem nie dezaktywowali przyśrodkowej kory przedczołowej, ciała migdałowatego ani tylnej kory zakrętu obręczy w takim samym stopniu jak zdrowi kontrolni.

Jedyne badanie fMRI badające funkcjonalną łączność w dużej depresji zostało opublikowane we wrześniu 2007 roku. W tym badaniu odnotowano również dysfunkcję w DMN. Stwierdzono, że osoby z depresją mają zwiększoną funkcjonalną łączność sieciową w podkolanowej korze zakrętu obręczy, wzgórzu, korze oczodołowo-czołowej i przedklinku. Warto zauważyć, że podkolanowa kora zakrętu obręczy jest miejscem niedawnego badania klinicznego sugerującego, że głęboka stymulacja mózgu w tym regionie może złagodzić objawy pacjentów z ciężką, oporną na leczenie depresją.

Zainteresowanie anestezjologią w leczeniu przewlekłego bólu i depresji wzrosło w ostatnich latach. Chociaż nie przeprowadzono randomizowanych badań znieczulenia małymi dawkami u pacjentów z przewlekłym bólem, obecnie dostępne dowody wskazują, że jest ono najbardziej skuteczne w leczeniu allodynii, przeczulicy bólowej i hiperpatii. W przypadku depresji przeprowadzono jedno randomizowane, kontrolowane placebo badanie krzyżowe z podwójnie ślepą próbą. W badaniu dotyczącym depresji stwierdzono, że silne i szybkie działanie przeciwdepresyjne wynika z pojedynczej dożylnej dawki środka znieczulającego i utrzymuje się przez co najmniej tydzień.

Cel:

Zbadanie funkcjonalnej łączności w ludzkim mózgu zarówno w spoczynku, jak i po sedacji znieczulającej za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI).

Konkretne cele/hipotezy:

1. Zmierz stopień funkcjonalnej łączności w trzech grupach badawczych (zdrowi ochotnicy, przewlekły ból pleców i depresja oporna na leczenie).
2. Przeanalizuj różnice w podstawowej łączności funkcjonalnej.
3. Zmierz zmiany w funkcjonalnej łączności po dożylnej sedacji anestetycznej w małej dawce.
4. Udokumentuj różnice między grupami badanymi w odpowiedzi na znieczulenie.
5. Zmierz jakąkolwiek korelację między zmianami fMRI a efektami terapeutycznymi.

Protokół badania:

Udział w tym badaniu obejmuje cztery główne wizyty i opcjonalną wizytę kontrolną. Pierwsza wizyta to podstawowa sesja wywiadu w celu oceny uprawnień uczestnika za pomocą ustrukturyzowanego wywiadu. Druga wizyta to wstępne badanie fMRI w centrum fMRI. Trzecia wizyta to wlew środka znieczulającego w szpitalu; Postępowanie w przypadku jakichkolwiek zdarzeń niepożądanych podczas infuzji będzie monitorowane przez personel Oddziału Opieki Po Znieczuleniu (PACU). Czwarta wizyta to kontrolne badanie fMRI w centrum fMRI. Istnieje opcjonalna tygodniowa wizyta kontrolna w centrum fMRI w celu wykonania końcowego skanu fMRI.

Analiza statystyczna fMRI: Eksperymenty obrazowania i analiza danych specyficznych dla podmiotu doprowadzą do map odpowiadających oddzielnym miarom: mapom połączeń funkcjonalnych stanu spoczynku i miarom mózgowego przepływu krwi (CBF). Ostateczne wnioski zostaną wyciągnięte na poziomie wokseli i dla anatomicznie specyficznych obszarów zainteresowania (ROI). Analiza oparta na wokselach zostanie przeprowadzona poprzez wygenerowanie zbiorczych obrazów zwanych statystycznymi mapami parametrycznymi (SPM) przedstawiających stan przed i po infuzji, a gdy dane dotyczące dwóch grup pacjentów staną się dostępne, wyniki dwukierunkowej analizy ANOVA stanu infuzji ketaminy i rozpoznania pacjenta (ból przewlekły lub depresja oporna na leczenie). Analiza oparta na ROI będzie oparta na wybranych a priori obszarach przednio-limbicznych będących przedmiotem zainteresowania, wygenerowanych w zadaniu autorefleksji, oraz na węzłach anatomicznych w sieci trybu domyślnego podanych w literaturze.