Wpływ środków znieczulających na działanie mózgu

Dzięki znieczuleniom mamy możliwość wykonywania całkowicie bezbolesnych zabiegów. W jaki sposób środki znieczulające wpływają na funkcje mózgu? Czym jako naczelni różnimy się od gryzoni w warunkach znieczulenia? Sprawdzamy najnowsze doniesienia naukowców.

Naukowcy wykorzystali funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI), aby precyzyjnie zbadać rozmieszczenie przestrzenne synchronicznie pracujących obszarów mózgu u znieczulonych ludzi, makaków długoogonowych, marmozet oraz szczurów. Udało się im wykazać, że obszary (w których widoczne jest tłumienie wybuchów) różnią się znacząco pomiędzy naczelnymi a gryzoniami.

Różnice między naczelnymi a gryzoniami

Nowoczesne znieczulenie jest jednym z najważniejszych osiągnięć medycyny. Wcześniej pacjenci musieli cierpieć piekielne męki podczas każdej operacji, dziś znieczulenie umożliwia całkowicie bezbolesne zabiegi. Z badań elektroencefalograficznych (EEG) wiadomo, że w trakcie znieczulenia mózg zostaje wprowadzany w stan głębokiego snu, w którym okresy rytmicznej aktywności elektrycznej przeplatają się z okresami całkowitej bezczynności. Stan ten nazywany jest tłumieniem wybuchów (ang. burst-suppression).

Zjawisko to jest wywoływane przez wiele odmiennych środków znieczulających, z których niektóre różnią się mechanizmem działania. Tłumienie wybuchów także jest zauważalne u pacjentów w śpiączce. Nie zostało ustalone jednak, czy stan ten jest reakcją ochronną mózgu, czy też oznaką zaburzonego funkcjonowania. Brak pewności również co do tego, w którym miejscu w mózgu występuje supresja (tłumienie) impulsów i jakie obszary mózgu są w nią zaangażowane. Niemożliwa bowiem jest lokalizacja za pomocą samego EEG.

Opracowanie metody badawczej

W celu znalezienia odpowiedzi na to pytanie zespół badaczy wykorzystał technikę obrazowania fMRI. Metoda ta pozwala uwidocznić zmiany przepływu krwi w mózgu. Zwiększona aktywność neuronów w określonym obszarze mózgu prowadzi do wzrostu metabolizmu, w następstwie do zwiększonego dopływu krwi oraz tlenu – co ostatecznie jest widoczne na obrazie fMRI.

W pierwszej części badania naukowcy stworzyli system oceny danych z badań fMRI u ludzi, małp i gryzoni przy użyciu tej samej metody (standardowe rozwiązanie). Wykorzystali zatem mierzone jednocześnie dane EEG i fMRI, pochodzące od znieczulonych pacjentów, które zostały wygenerowane w ramach wcześniejszego badania przeprowadzonego na Uniwersytecie Technicznym w Monachium. Według tłumaczeń dr. Nikoloza Sirmpilatze’go eksperci wpierw sprawdzili, czy tłumienie wybuchów wykryte w EEG jest również widoczne w danych z fMRI oraz czy można wyczytać z tego jakiś wzór. Następnie na uzyskanych danych opracowali nowy algorytm, który w przypadku zwierząt doświadczalnych pozwalał na wykrywanie zdarzeń typu tłumienie wybuchów za pomocą fMRI, bez dodatkowych pomiarów EEG.

Wyłączone obszary mózgu

Badacze następnie przeprowadzili pomiary fMRI na znieczulonych makakach długoogoniastych, marmozetach pospolitych i szczurach. Względem wszystkich zwierząt byli w stanie wykryć i precyzyjnie zlokalizować tłumienie wybuchów w funkcji stężenia środka znieczulającego. Przestrzenny rozkład tłumienia wybuchów wykazał, że zarówno w przypadku ludzi, jak i małp, pewne obszary sensoryczne (takie jak kora wzrokowa) były z niego wyłączone. Natomiast u szczurów cała kora mózgowa była objęta działaniem burst-suppression.