Tác động của gây mê sevoflurane và isoflurane lên hoạt động đơn lẻ và thế trường địa phương

Springer Science and Business Media LLC - Tập 237 - Trang 1521-1529 - 2019
Daniil P. Aksenov1, Michael J. Miller1, Conor J. Dixon1, Alice M. Wyrwicz1
1NorthShore University HealthSystem, Evanston, USA

Tóm tắt

Các thuốc gây mê toàn thân bay hơi thường được sử dụng ở cả người lớn và trẻ em, tuy nhiên cơ chế tác động của chúng là phức tạp và những thay đổi trong xả đơn vị đơn lẻ và hoạt động synap diễn ra dưới sự giảm sút chung của hoạt động thần kinh do các thuốc này gây ra vẫn chưa được đặc trưng rõ ràng. Việc ghi lại những thay đổi như vậy trong suốt quá trình gây mê rất quan trọng để so sánh tác động của các loại gây mê khác nhau và hiểu rõ hơn về cơ chế tác động cũng như ảnh hưởng của chúng lên các vùng khác nhau của não. Sử dụng các điện cực được cấy ghép mạn tính ở vỏ cảm giác thân thể của thỏ, chúng tôi đã so sánh tác động của hai thuốc gây mê toàn thân phổ biến, isoflurane và sevoflurane, lên các tế bào thần kinh vỏ não. Hoạt động đơn lẻ và các thế trường địa phương (LFP) được ghi lại liên tục trước và trong quá trình cung cấp thuốc gây mê ở mức 1 MAC, cũng như trong giai đoạn hồi phục. Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng mặc dù isoflurane và sevoflurane thuộc cùng một nhóm thuốc gây mê toàn thân bay hơi, nhưng tác động của chúng lên các đơn vị vỏ não và LFP lại khác nhau khá rõ rệt. Tổng thể, sự ức chế xả của tế bào thần kinh lớn hơn và đồng nhất hơn dưới tác động của sevoflurane. Hơn nữa, những thay đổi trong các dải tần số LFP cho thấy rằng tác động của gây mê lên các dao động beta không nhất thiết phụ thuộc vào mức độ hoạt động đơn lẻ của tế bào, mà phụ thuộc vào những thay đổi trong truyền dẫn GABA/glutamate được gây ra bởi từng loại thuốc.

Từ khóa

#gây mê toàn thân #sevoflurane #isoflurane #hoạt động đơn lẻ #thế trường địa phương #GABA #glutamate

Tài liệu tham khảo

Akeju O, Westover MB, Pavone KJ, Sampson AL, Hartnack KE, Brown EN, Purdon PL (2014) Effects of sevoflurane and propofol on frontal electroencephalogram power and coherence. Anesthesiology 121:990–998 Akrawi WP, Drummond JC, Kalkman CJ, Patel PM (1996) A comparison of the electrophysiologic characteristics of EEG burst-suppression as produced by isoflurane, thiopental, etomidate, and propofol. J Neurosurg Anesthesiol 8:40–46 Aksenov DP, Li L, Miller MJ, Iordanescu G, Wyrwicz AM (2015) Effects of anesthesia on BOLD signal and neuronal activity in the somatosensory cortex. J Cereb Blood Flow Metab 35:1819–1826 Alkire MT, Haier RJ, Fallon JH (2000) Toward a unified theory of narcosis: brain imaging evidence for a thalamocortical switch as the neurophysiologic basis of anesthetic-induced unconsciousness. Conscious Cogn 9(3):370–386 Anderson PM, Jones NC, O’Brien TJ, Pinault D (2017) The N-methyl d-aspartate glutamate receptor antagonist ketamine disrupts the functional state of the corticothalamic pathway. Cereb Cortex 27:3172–3185 Buzsaki G, Anastassiou CA, Koch C (2012) ‘The origin of extracellular fields and currents–EEG, ECoG, LFP and spikes. Nat Rev Neurosci 13:407–420 Chae YJ, Zhang J, Au P, Sabbadini M, Xie GX, Yost CS (2010) Discrete change in volatile anesthetic sensitivity in mice with inactivated tandem pore potassium ion channel TRESK. Anesthesiology 113:1326–1337 Christie SB, Miralles CP, De Blas AL (2002) GABAergic innervation organizes synaptic and extrasynaptic GABAA receptor clustering in cultured hippocampal neurons. J Neurosci 22:684–697 Constant I, Dubois MC, Piat V, Moutard ML, McCue M, Murat I (1999) Changes in electroencephalogram and autonomic cardiovascular activity during induction of anesthesia with sevoflurane compared with halothane in children. Anesthesiology 91:1604–1615 Douglas RJ, Martin KA (2004) Neuronal circuits of the neocortex. Annu Rev Neurosci 27:419–451 Drummond JC (1985) MAC for halothane, enflurane, and isoflurane in the New Zealand white rabbit: and a test for the validity of MAC determinations. Anesthesiology 62:336–338 Franks NP, Lieb WR (1988) Volatile general anaesthetics activate a novel neuronal K+ current. Nature 333:662–664 Freye E, Bruckner J, Latasch L (2004) No difference in electroencephalographic power spectra or sensory-evoked potentials in patients anaesthetized with desflurane or sevoflurane. Eur J Anaesthesiol 21:373–378 Hagihira S (2015) Changes in the electroencephalogram during anaesthesia and their physiological basis. Br J Anaesth 115(Suppl 1):i27–i31 Hartikainen K, Rorarius M, Makela K, Perakyla J, Varila E, Jantti V (1995a) Visually evoked bursts during isoflurane anaesthesia. Br J Anaesth 74:681–685 Hartikainen K, Rorarius M, Makela K, Yli-Hankala A, Jantti V (1995b) Propofol and isoflurane induced EEG burst suppression patterns in rabbits. Acta Anaesthesiol Scand 39:814–818 Herrmann CS, Struber D, Helfrich RF, Engel AK (2016) EEG oscillations: from correlation to causality. Int J Psychophysiol 103:12–21 Hight D, Voss LJ, Garcia PS, Sleigh J (2017) Changes in alpha frequency and power of the electroencephalogram during volatile-based general anesthesia. Front Syst Neurosci 11:36 Hudetz AG, Imas OA (2007) Burst activation of the cerebral cortex by flash stimuli during isoflurane anesthesia in rats. Anesthesiology 107:983–991 Ishizawa Y, Ahmed OJ, Patel SR, Gale JT, Sierra-Mercado D, Brown EN, Eskandar EN (2016) Dynamics of propofol-induced loss of consciousness across primate neocortex. J Neurosci 36:7718–7726 Kroeger D, Amzica F (2007) Hypersensitivity of the anesthesia-induced comatose brain. J Neurosci 27:10597–10607 Larsen M, Valo ET, Berg-Johnsen J, Langmoen IA (1998) Isoflurane reduces synaptic glutamate release without changing cytosolic free calcium in isolated nerve terminals. Eur J Anaesthesiol 15:224–229 Luethy A, Boghosian JD, Srikantha R, Cotten JF (2017) Halogenated ether, alcohol, and alkane anesthetics activate TASK-3 tandem pore potassium channels likely through a common mechanism. Mol Pharmacol 91:620–629 Nishikawa K, Harrison NL (2003) The actions of sevoflurane and desflurane on the gamma-aminobutyric acid receptor type A: effects of TM2 mutations in the alpha and beta subunits. Anesthesiology 99:678–684 Patel AJ, Honore E, Lesage F, Fink M, Romey G, Lazdunski M (1999) Inhalational anesthetics activate two-pore-domain background K+ channels. Nat Neurosci 2:422–426 Prabhakar NR, Semenza GL (2015) Oxygen sensing and homeostasis. Physiology (Bethesda) 30:340–348 Purdon PL, Sampson A, Pavone KJ, Brown EN (2015) Clinical Electroencephalography for anesthesiologists: Part I: background and basic signatures. Anesthesiology 123:937–960 Quiroga RQ, Nadasdy Z, Ben-Shaul Y (2004) Unsupervised spike detection and sorting with wavelets and superparamagnetic clustering. Neural Comput 16:1661–1687 Schwender D, Daunderer M, Klasing S, Finsterer U, Peter K (1998) Power spectral analysis of the electroencephalogram during increasing end-expiratory concentrations of isoflurane, desflurane and sevoflurane. Anaesthesia 53:335–342 Sheng M, Liu P, Mao D, Ge Y, Lu H (2017) The impact of hyperoxia on brain activity: a resting-state and task-evoked electroencephalography (EEG) study. PLoS One 12:e0176610 Shushruth S (2013) Exploring the neural basis of consciousness through anesthesia. J Neurosci 33:1757–1758 Sitdikova G, Zakharov A, Janackova S, Gerasimova E, Lebedeva J, Inacio AR, Zaynutdinova D, Minlebaev M, Holmes GL, Khazipov R (2014) Isoflurane suppresses early cortical activity. Ann Clin Transl Neurol 1:15–26 Stachnik J (2006) Inhaled anesthetic agents. Am J Health Syst Pharm 63:623–634 Swadlow HA (1989) Efferent neurons and suspected interneurons in S-1 vibrissa cortex of the awake rabbit: receptive fields and axonal properties. J Neurophysiol 62:288–308 van Lier H, Drinkenburg WH, van Eeten YJ, Coenen AM (2004) Effects of diazepam and zolpidem on EEG beta frequencies are behavior-specific in rats. Neuropharmacology 47:163–174 Vinje ML, Moe MC, Valo ET, Berg-Johnsen J (2002) The effect of sevoflurane on glutamate release and uptake in rat cerebrocortical presynaptic terminals. Acta Anaesthesiol Scand 46:103–108 Williams DC, Aleman MR, Brosnan RJ, Fletcher DJ, Holliday TA, Tharp B, Kass PH, Steffey EP, LeCouteur RA (2016) Electroencephalogram of healthy horses during inhaled anesthesia. J Vet Intern Med 30:304–308 Wyrwicz AM, Chen N-K, Li L, Weiss C, Disterhoft JF (2000) fMRI of visual system activation in the conscious rabbit. Magn Res Med 44:474–478 Yao C, Li Y, Shu S, Yao S, Lynch C, Bayliss DA, Chen X (2017) TASK channels contribute to neuroprotective action of inhalational anesthetics. Sci Rep 7:44203 Yin Y, Yan M, Zhu T (2012) Minimum alveolar concentration of sevoflurane in rabbits with liver fibrosis. Anesth Analg 114:561–565