Anestēzijas noslēpums

Kartējot, kā mūsu nervu ķēdes mainās anestēzijas ietekmē, varētu izgaismot vienu no neirozinātnes mulsinošākajām mīklām: apziņu. Autors

• Kortnija Hamfriza arhīva lapa

2011. gada 20. decembris

Videoekrānā redzams vīrietis, kurš ap 60 gadiem guļ nomodā uz operāciju galda. Tieši ārpus kameras skata ārsts virza pirkstu vīrieša sejas priekšā, liekot viņam sekot tai ar acīm uz priekšu un atpakaļ. Pēc dažām sekundēm pēc spēcīgas anestēzijas līdzekļa propofola devas viņa plakstiņi sāk noslīdēt. Tad viņa acu zīlītes pārstāj kustēties. Tikai vienmērīgais sirds monitora pīkstiens fonā kalpo kā atgādinājums, ka vīrietis nav miris. Viņš ir komā, skaidro ārsts Emerijs Brauns. Vispārējā anestēzija ir zāļu izraisīta atgriezeniska koma.

Kā Masačūsetsas vispārējās slimnīcas (MGH) anesteziologs Brauns ir pastāvīgs liecinieks vienam no visdziļākajiem un noslēpumainākajiem mūsdienu medicīnas varoņdarbiem. Katru dienu gandrīz 60 000 pacientu Amerikas Savienotajās Valstīs tiek pakļauti vispārējai anestēzijai, kas ļauj viņiem izdzīvot pat visgrūtākajās operācijās, nezinot un bez sāpēm.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2012. gada janvāra numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Bet, lai gan ārsti ir pakļāvuši cilvēkus vairāk nekā 150 gadus, tas, kas notiek smadzenēs vispārējās anestēzijas laikā, ir noslēpums. Zinātnieki daudz nezina par to, cik lielā mērā šīs zāles iedarbojas uz to pašu smadzeņu ķēdi, ko lietojam guļot, vai kā anestēzija atšķiras no citiem samaņas zaudēšanas veidiem, piemēram, ieslīdēšanas komā pēc traumas. Vai smadzeņu daļas patiešām izslēdzas, vai arī tās vienkārši pārtrauc sazināties savā starpā? Ar ko anestēzija atšķiras no hipnozes vai dziļas meditācijas stāvokļa? Un kas notiek smadzenēs pārejā starp apziņu un bezsamaņu? Mēs zinām, ka varam jūs droši iekāpt un izkļūt, saka Brauns, taču mēs joprojām nevaram precīzi pateikt, kā tas darbojas.

Brauns, kurš ir arī neirozinātnieks un MIT profesors, cenšas pārveidot anestēziju no tikai klīniska instrumenta par spēcīgu instrumentu, lai pētītu visvienkāršākos jautājumus par smadzenēm. Izpratne par to, kas notiek ar smadzenēm anestēzijas līdzekļu lietošanas laikā, viņš uzskata, ka tas palīdzēs padarīt anestēziju drošāku un efektīvāku ar mazākām blakusparādībām. Tas varētu arī novest pie jauniem komas un citu smadzeņu stāvokļu ārstēšanas veidiem, kā arī sniegt ieskatu neirozinātnes pamatjautājumos, tostarp pašas apziņas būtībā. Anestezioloģija ir neirozinātnes veids, saka Džordžs Mašūrs, Mičiganas Universitātes anesteziologs un neirozinātnieks. Un tas, ko mēs darām ikdienā, modulē praktiski visus nervu sistēmas aspektus.

NO PĒRĒŠANAS LĪDZ DAUDZINĀM

Neirozinātne bieži ir guvusi labumu no dabiskiem eksperimentiem — pacienti, kuri zaudē spēju atcerēties, radīt valodu vai regulēt savas emocijas pēc tam, kad ir bojātas smadzeņu daļas vai tās ir ķirurģiski izņemtas. Anesteziologi katru dienu vada līdzīgu eksperimentu: viņi vēro, kā pazūd apziņas elementi. Piemēram, vispārējā anestēzijā pacienti zaudē sāpju uztveri, apziņu, atmiņu un spēju pārvietoties. Anesteziologs var ietekmēt katru no šīm izmaiņām dažādos veidos, mainot lietoto zāļu devas un veidus.

Brauns saka, ka, atņemot dažādas funkcijas, kuras mēs saistām ar apziņu, mēs varētu sākt salikt kopā mozaīkas daļas. Neirozinātnieki apziņai varētu sākt darīt to pašu, ko viņi ir darījuši ar atmiņu un valodu.

Brauns ir daļa no nelielas, bet augošas anestezioloģijas pētnieku grupas, kas izmanto elektroencefalogrammu (EEG), instrumentu smadzeņu elektriskās aktivitātes uzraudzībai, lai sistemātiski pārbaudītu katru anestēzijas aspektu cilvēkiem un dzīvniekiem. Uz EEG balstīti smadzeņu monitori jau ir ierasts skats operāciju zālēs; daži anesteziologi izseko savu pacientu smadzeņu darbību ar komerciāli pieejamiem monitoriem, kas izmanto algoritmus, lai pārveidotu EEG signālus neapstrādātos indeksos. (Citi izseko tikai fiziskas pazīmes, piemēram, sirdsdarbības ātrumu un skābekļa līmeni asinīs.) Taču daži no viņiem, viņš saka, pavada laiku, aplūkojot neapstrādātos EEG datus.

Tomēr Braunam ir atšķirīgs skatījums no vairuma anesteziologu; viņš ir arī statistiķis. Astoņdesmito gadu beigās ieguvis gan doktora grādu, gan doktora grādu Hārvardā, viņš veica abus ceļus atsevišķi, strādājot MGH operāciju zālēs, vienlaikus vadot pētniecības laboratoriju, kas koncentrējās uz signālu apstrādes algoritmu izstrādi, lai iegūtu informāciju no bioloģiskajiem datiem.

Brauns nenovērtēja neirozinātnes eksperimentus, kas katru dienu operācijas laikā notika viņa priekšā, līdz kāds no viņa kolēģiem ieteica veikt pētījumu ar anestēzijas pacientiem. Vērojot procesu, jūs sākat saprast, ka smadzeņu daļas neizslēdzas vienlaikus, viņš saka. Ir hierarhija, tai ir gradācija.

Tas pats notiek, kad zāles beidzas. Parasti vispirms atgriežas visvienkāršākās smadzeņu funkcijas — atgriežas elpošana, un tad, kad atdzīvojas smadzeņu stumbra apgabali, kas kontrolē siekalošanos un asaru kanālus, pacientu mute piepildās ar siekalām un acis ūdeņojas. Viņi norij un klepo, jo aktivizējas zonas, kas kontrolē rīkles sajūtu. Beidzot viņu acis kustas, un tad viņi reaģē uz ārpasauli. Vēlāk aizkaitināmība pazudīs un atsāksies sarežģītas smadzeņu funkcijas. Kad jūs pievēršat uzmanību un vērojat šīs pārejas, tas ir vienkārši pārsteidzoši, saka Brauns. Mēs patiešām būtu nolaidīgi, ja mēs nevirzītos uz priekšu un nemēģinātu noskaidrot, kas ir šie stāvokļi, kas patiesībā notiek smadzenēs, un tad nedomātu par jauniem veidiem, kā uzlabot anestēzijas procesu.

Viena no lietām, kas Braunu pārsteidza, vērojot savu pacientu EEG, ir tas, cik ātri un pilnībā tādas zāles kā propofols var mainīt smadzeņu darbību. Kad pacienti nonāk anestēzijas stāvoklī, parastais zemas intensitātes, bet augstas frekvences viļņu modelis pāriet uz vienu no retākiem, bet intensīvākiem impulsiem — it kā nemitīgā smadzeņu pļāpāšana būtu devusi vietu dziedāšanai. Aktivitātes vieta mainās no smadzeņu aizmugures uz priekšpusi. Lai gan pacienti var nonākt tik dziļā bezsamaņas stāvoklī, ka viņu EEG būtībā ir plakana, vairumā gadījumu EEG aktivitātes uzliesmojumi mijas ar relatīvas neaktivitātes periodiem, kas var ilgt minūtes. Viņš saka, ka smadzeņu procesi šķiet ļoti organizēti. Ir ļoti regulāri modeļi laikā un ļoti regulāri modeļi telpā.

Bezsamaņas diagramma: Šī spektrogramma parāda EEG ierakstus no pacienta, kuram tiek veikta vispārējā anestēzija. Divas intravenozas anestēzijas līdzekļa propofola devas izraisa aktivitātes uzliesmojumus (septītā minūte). Pēc tam pievieno inhalējamu anestēzijas līdzekli izoflurānu, un 14. minūtē sākas raksturīgs lēno viļņu un alfa svārstību modelis. Operācija beidzas 16. minūtē, un izoflurāns tiek izslēgts. EEG pakāpeniski pāriet uz augstas frekvences, mazāk intensīvām svārstībām.

Brauns saka, ka dažas zāles samazinās smadzeņu viļņu biežumu, kas redzams EEG rādījumos, izraisot lēnus, regulārus svārstīgus viļņus lielos smadzeņu apgabalos. Citas zāles dažās vietās izraisa ātras, regulāras svārstības. Tā kā anesteziologi parasti katram pacientam piešķir zāļu kokteili, šīs sekas var notikt vienlaikus. Rezultāts, saka Brauns, ir kā iestrēdzis signāls: jebkurā gadījumā [dažādas smadzeņu daļas] nevar sazināties.

Dažu pēdējo gadu laikā citi EEG pētījumi ir atbalstījuši domu, ka anestēzija nevis vienkārši izslēdz smadzenes, bet gan traucē to iekšējo komunikāciju. Piemēram, Masura pētījumi ir parādījuši, ka vispārējās anestēzijas laikā tiek pārtraukta atgriezeniskā saite starp smadzeņu priekšpusi un aizmuguri, izraisot atvienojumu starp dažādiem smadzeņu tīkliem. Tiek uzskatīts, ka šī atgriezeniskā saite ir svarīga apziņai.

Tāpat Entonijs Hadecs, anesteziologs Viskonsinas Medicīnas koledžā Milvoki, saka, ka anestēzija vienkārši neizslēdz sajūtas. Hudetz brīvprātīgajiem cilvēkiem ievada anestēziju zemākā līmenī nekā klīniskais, lai novērotu viņu smadzenes, kad tie nonāk bezsamaņā. Viņš saka, ka anestēzētās smadzenes joprojām ļoti reaģē uz stimuliem; gan EEG, gan funkcionālā magnētiskās rezonanses attēlveidošana (fMRI), kas ir netieša smadzeņu darbības mērīšanas metode, parāda reakciju uz gaismu un skaņām. Bet kaut kā šī sensorā informācija nekad netiek apstrādāta un integrēta apzinātai apziņai nepieciešamajā darbībā.

Labāka izpratne par šīm izmaiņām varētu norādīt uz jaunu smadzeņu traumu un citu traucējumu ārstēšanu. Ļoti strukturētu svārstību modeļi pacientiem, kuri saņem anestēzijas līdzekļus, ir līdzīgi stāvokļiem, kas novēroti cilvēkiem, kuri zaudē samaņu epilepsijas lēkmju laikā vai atrodas dziļā komā. Un pusapziņa, kas rodas no zemām narkotiku devām, atgādina parastu nomodu vai aizmigšanas sākuma stadiju. Bet, lai precīzi noskaidrotu, kā un kāpēc šie modeļi ir saistīti, būs nepieciešama rūpīgāka pārbaude.

KOMUNIKĀCIJAS SADALĪJUMA KARTĒŠANA

Lai patiesi saprastu, vai saziņa starp dažādām smadzeņu zonām ir pārtrūkusi, zinātniekiem ir nepieciešams veids, kā detalizētāk kartēt šo reģionu darbību un mijiedarbību starp tiem. Šim nolūkam viņi pievēršas fMRI, kas mēra ar nervu darbību saistītās asins plūsmas izmaiņas (sk. Apziņas paaugstināšana, 2007. gada janvāris/februāris) .

Strādājot ar bioinženieri Patriku Purdonu un citiem kolēģiem MGH, Brauns ir izstrādājis veidu, kā vienlaikus veikt EEG ierakstus un veikt fMRI skenēšanu pacientiem, kad viņi nonāk dziļi anestēzijā. Smadzeņu attēlveidošana cilvēkiem, kuriem tiek veikta anestēzija, ir sarežģīta, jo tas prasa cilvēku anestēziju skenerī un ārpus parastas operāciju zāles. Brauns un viņa kolēģi atrada veidu, kā atrisināt tehniskās un drošības problēmas: viņi pieņēma darbā brīvprātīgos, kuri jau bija saņēmuši traheostomijas vai ķirurģiskas caurumus kaklā. Tas nozīmēja, ka cauruli var viegli izmantot, lai ārkārtas situācijā atjaunotu elpošanu. 2009. gadā pētnieki pierādīja, ka viņi var droši reģistrēt gan EEG, gan fMRI datus par cilvēkiem, kuriem tiek veikta anestēzija; tagad viņi strādā, lai attēlveidošanas un EEG datus saistītu ar novērojamajām izmaiņām, kas novērotas, pacientiem nonākot anestēzijas stāvoklī.

Brauns arī sadarbojas ar Purdonu, lai pētītu epilepsijas pacientus, kuriem smadzenēs vairākas dienas ir implantēti elektrodi, lai ārsti varētu reģistrēt un noteikt lēkmes. Kad pacientiem tiek veikta operācija, lai noņemtu smadzeņu apgabalus, kas identificēti kā krampju vietas, elektrodi reģistrē smadzeņu viļņus, kad tiek ievadīta anestēzija. Šie elektrodi apkopo datus par daudz mazāku smadzeņu daļu nekā EEG vai fMRI, taču izšķirtspēja ir daudz augstāka, ļaujot zinātniekiem gūt priekšstatu par to, kas notiek smadzenēs šūnu līmenī, kad pacients tiek anestēzēts. Turpmākie pētījumi ar dzīvniekiem varētu sniegt vēl detalizētāku informāciju, ļaujot pētniekiem implantēt elektrodus plašāk un precīzās vietās. Pētnieki varēs dokumentēt no pašām smadzenēm, kā mainās aktivitāte, smadzenēm ieslīdot apziņā un no tās.

APZIŅAS SAVIENOŠANA

Ja jūs varat sistemātiski kataloģizēt, kā smadzenes zaudē samaņu anestēzijas līdzekļu ietekmē, vai varat secināt, no kā sastāv apziņa?

Brauns ātri norāda, ka viņš nepārprotami nepēta apziņu; tā ir netīra problēma, un daudzi neirozinātnieki izvairās no šī vārda. Viņa pieeja ir izpētīt to, ko viņš sauc par izmainītiem uzbudinājuma stāvokļiem. Tie ietver anestēziju, miegu, komu, hipnozi un meditāciju, kā arī tādus traucējumu aspektus kā šizofrēnija, epilepsija un Parkinsona slimība. Viņš uzskata, ka izpratne par to, kā smadzenes darbojas, kad tās novirzās no sava parastā apziņas stāvokļa, neizbēgami atklās, kas ir apziņa.

Anestēzijas pētījumi jau ir radījuši šaubas par vienu populāru teoriju, kas saista apziņu ar noteikta veida smadzeņu viļņiem ar frekvenci aptuveni 40 Hz. Mashour norāda, ka pētījumi anestēzijas jomā liecina, ka šie viļņi var pastāvēt pat tad, ja pacienti ir bezsamaņā. Bet modeļi, ko redz anesteziologi, atbalsta citu teoriju: ka apziņa rodas no informācijas integrācijas lielos smadzeņu tīklos. Hudetz saka, ka, lai gan dažādām zālēm ir atšķirīga ķīmiskā struktūra un dažādi efekti, piemēram, bloķē atmiņu vai nomierina smadzenes, ja mēs kādu no šīm zālēm ievadām pietiekami lielā devā, kādā brīdī tās patiešām noņem apziņu. Kā mēs varam iegūt šo kopējo beigu punktu, tik daudzveidīgām zālēm, kas darbojas ar dažādu molekulāro mehānismu palīdzību? Viens izskaidrojums ir tāds, ka, tā kā apziņa rodas no daudzu veidu darbību sarežģītas mijiedarbības, to var traucēt dažādos veidos.

Brauns cer, ka no šī darba gūtās atziņas var izplatīties citās jomās. Zinot vairāk par to, kā smadzenes darbojas anestēzijas laikā, pētnieki varētu noteikt smadzeņu darbību cilvēkiem veģetatīvā stāvoklī, atklājot, ka viņi var uztvert vairāk, nekā tika uzskatīts iepriekš. Drošāki anestēzijas līdzekļi, kas varētu rasties no pētījuma, varētu būt noderīgi miega medicīnā, un veidi, kā atdzīvināt kognitīvās funkcijas anestēzijas pacientiem, varētu radīt stratēģijas, lai palīdzētu cilvēkiem izkļūt no komas. Ketamīns, plaši lietots anestēzijas līdzeklis, ir izrādījis zināmu solījumu kā depresijas ārstēšana; var izrādīties, ka citām anestēzijas zālēm ir ietekme, kas ir piemērota psihisku slimību ārstēšanai. Apziņas zuduma izpēte anestēzijas laikā ne tikai izgaismos apzinātā prāta būtību, bet arī izcels šos slāpētās vai izmainītās apziņas stāvokļus no ēnas.

Kortnija Hamfriza ir zinātniskā rakstniece un grāmatas autore Superdove: Kā balodis paņēma Manhetenu… un pasauli .

paslēpties