Anestesi och funktionell anslutning: en analys av fMRI-förändringar

Bakgrund:

Ett fencyklidinderivat utvecklat av Parke-Davis representerade ett försök att efterlikna fencyklidinbedövning utan att inducera de allvarliga psykomimetiska reaktionerna av dess modersubstans. De första rapporterna var lovande och fick stor entusiasm. Vid höga doser visade sig läkemedlet ge djupgående smärtlindring samtidigt som det bevarar luftvägsreflexerna. Det inducerade tillförlitlig minnesförlust, men kunde ändå levereras som en enkel injektion. Det hävdades vid den tiden att detta bedövningsmedel förebådade en ny fas i anestesihistorien. Idag, över 40 år sedan bedövningsmedlet introducerades i Michigan, har intresset för detta gamla läkemedel återuppstått. Ett växande antal utredare studerar effekterna av anestesi på människor. Det finns för närvarande ett enormt intresse för anestesi som ett opioidsparande medel, en modell för schizofreni, ett antidepressivt medel och som en N-metyl D-aspartat (NMDA) antagonist vid komplexa regionala smärtsyndrom.

Funktionell anslutning är ett mått på lågfrekventa oscillationer (<0,08 Hz) som är inneboende i hjärnvävnad i vila. Dessa svängningar mäts på fMRI och verkar vara synkroniserade mellan relaterade områden i hjärnan. Även om forskning inom detta område fortfarande är i sin linda, har studier av de motoriska, auditiva, visuella och sensorimotoriska systemen visat att funktionellt relaterade områden i hjärnan producerar korrelerade lågfrekventa svängningar. Detta fascinerande fynd lyfter möjligheten till ett nytt tillvägagångssätt för att studera hjärnans funktion samt ett potentiellt verktyg för diagnos av sjukdom. Nyligen genomförda fMRI-studier av den precentrala gyrusen har visat förmågan hos studier av funktionella anslutningar för att skilja friska frivilliga från patienter med multipel skleros. Ytterligare forskning pågår för att avgöra om funktionell anslutning kommer att visa sig användbar vid diagnos av tidig Alzheimers sjukdom.

Ny forskning inom funktionell anslutning har identifierat regioner i hjärnan som är aktiva i vila. Dessa regioner hänvisas ofta till i "Default-mode network" (DMN). Aktiviteten i DMN ökar i hjärnan i vila och minskar när en patient koncentrerar sig på en mental uppgift. Den första fMRI-studien som undersökte funktionell anslutning hos patienter med kronisk smärta publicerades i ett färskt nummer av Journal of Neuroscience. I denna studie sågs onormala mönster av funktionell anslutning hos patienter med kronisk smärta. Specifikt sågs en dysfunktion i att nedreglera DMN. Patienterna med kronisk smärta inaktiverade inte den mediala prefrontala cortex, amygdala eller posterior cingulate cortex i samma grad som friska kontroller.

Den enda fMRI-studien som undersökte funktionell anslutning vid egentlig depression publicerades i september 2007. Denna studie noterade också en dysfunktion i DMN. Deprimerade försökspersoner visade sig ha ökad nätverksfunktionell anslutning i den subgenuala cingulate cortex, thalamus, orbitofrontal cortex och precuneus. Noterbart är den subgenuala cingulate cortex platsen för en nyligen genomförd klinisk prövning som tyder på att djup hjärnstimulering till denna region kan lindra symtom hos patienter med svår refraktär depression.

Intresset för anestesi för behandling av kronisk smärta och depression har ökat de senaste åren. Även om det inte har förekommit några randomiserade prövningar av lågdosbedövning hos patienter med kronisk smärta, indikerar de tillgängliga bevisen att det är mest effektivt vid behandling av allodyni, hyperalgesi och hyperpati. För depression har det gjorts en randomiserad, placebokontrollerad, dubbelblind crossover-studie. I depressionsförsöket visade sig robusta och snabba antidepressiva effekter vara resultatet av en enda intravenös dos av anestesi och varar i minst en vecka.

Mål:

Att undersöka funktionell anslutning i den mänskliga hjärnan både i vila och efter bedövningssedering med hjälp av funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI).

Specifika mål/hypoteser:

1. Mät graden av funktionell anslutning i tre studiegrupper (friska frivilliga, kronisk ryggsmärta och refraktär depression).
2. Analysera för skillnader i baslinjefunktionell anslutning.
3. Mät förändringar i funktionell anslutning efter IV lågdosbedövningssedering.
4. Dokumentera studiegruppsskillnader i anestesirespons.
5. Mät för eventuell korrelation mellan fMRI-förändringar och terapeutiska effekter.

Studieprotokoll:

Deltagandet i denna studie omfattar fyra huvudbesök och ett valfritt uppföljningsbesök. Det första besöket är en baslinjeintervju för att bedöma deltagarnas behörighet med hjälp av en strukturerad intervju. Det andra besöket är en första fMRI-skanning på fMRI-centret. Det tredje besöket är narkosinfusionen på sjukhuset; hanteringen av eventuella biverkningar under infusionen kommer att övervakas av personalen på Post Anesthesia Care Unit (PACU). Det fjärde besöket är en uppföljande fMRI-skanning på fMRI-centralen. Det finns ett valfritt en veckas uppföljningsbesök på fMRI-centret för en sista fMRI-skanning.

fMRI statistisk analys: Avbildningsexperimenten och analysen av ämnesspecifika data kommer att leda till kartor som motsvarar separata mått: vilotillståndskartor för funktionella anslutningar och mått på cerebralt blodflöde (CBF). Slutliga slutsatser kommer att göras på voxelnivå och för anatomiskt specifika regioner av intresse (ROI). Den voxelbaserade analysen kommer att utföras genom generering av sammanfattande bilder som kallas statistiska parametriska kartor (SPM) som representerar före infusion vs. efter infusion, och, när data från de två patientgrupperna blir tillgängliga, tvåvägs ANOVA-resultat av ketamininfusionstillstånd och patientdiagnos (kronisk smärta eller refraktär depression). Den ROI-baserade analysen kommer att drivas av de a priori utvalda fronto-limbiska regionerna av intresse som genereras i självreflektionsuppgiften och av de anatomiska noderna i standardlägesnätverket som anges i litteraturen.