Anestezijos paslaptis

Žemėlapis, kaip mūsų nervų grandinės keičiasi veikiant anestezijai, galėtų atskleisti vieną iš labiausiai gluminančių neurologijos mįslių: sąmonę. Autorius

• Courtney Humphries archyvo puslapis

2011 m. gruodžio 20 d

Vaizdo įrašo ekrane matomas šeštą dešimtį įkopęs vyras, miegantis ant operacinio stalo. Prie pat kameros matomas gydytojas pirštu judina prieš vyro veidą, liepdamas sekti jį akimis pirmyn ir atgal. Po kelių sekundžių, išgėrus galingo anestetinio vaisto propofolio, jo akių vokai pradeda smukti. Tada jo vyzdžiai nustoja judėti. Tik pastovus foninis širdies monitoriaus pypsėjimas primena, kad vyras nemirė. Jis yra komos būsenoje, – aiškina gydytoja Emery Brown. Bendroji anestezija yra vaistų sukelta grįžtama koma.

Kaip anesteziologas Masačusetso bendrojoje ligoninėje (MGH), Brownas yra nuolatinis vieno giliausių ir paslaptingiausių šiuolaikinės medicinos žygdarbių liudininkas. Kiekvieną dieną beveik 60 000 pacientų Jungtinėse Amerikos Valstijose atliekama bendroji anestezija, leidžianti jiems išgyventi net pačias baisiausias operacijas, nieko nežinodami ir be skausmo.

Ši istorija buvo mūsų 2012 m. sausio mėn. numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Tačiau nors gydytojai žmones slegia daugiau nei 150 metų, tai, kas vyksta smegenyse bendrosios anestezijos metu, yra paslaptis. Mokslininkai nelabai žino, kokiu mastu šie vaistai paliečia tą pačią smegenų grandinę, kurią naudojame miegodami, arba kaip anestezija skiriasi nuo kitų sąmonės praradimo būdų, pvz., komos po traumos. Ar smegenų dalys tikrai išsijungia, ar jos tiesiog nustoja bendrauti viena su kita? Kuo anestezavimas skiriasi nuo hipnozės ar gilios meditacijos būsenos? O kas vyksta smegenyse pereinant tarp sąmonės ir nesąmoningumo? Žinome, kad galime jus saugiai įlipti ir išlipti, sako Brownas, bet vis tiek negalime tiksliai pasakyti, kaip tai veikia.

Brownas, kuris taip pat yra neurologas ir MIT profesorius, siekia paversti anesteziją iš vien klinikinės priemonės į galingą instrumentą, skirtą svarbiausiems smegenų klausimams tirti. Jis tiki, kad supratimas, kas nutinka smegenims vartojant anestezinius vaistus, padės anesteziją padaryti saugesnę ir veiksmingesnę bei sumažės šalutinio poveikio. Tai taip pat galėtų paskatinti naujus komos ir kitų smegenų ligų gydymo būdus ir įžvalgas apie pagrindinius neurologijos klausimus, įskaitant pačios sąmonės prigimtį. Anesteziologija yra neurologijos forma, sako Mičigano universiteto anesteziologas ir neuromokslininkas George'as Mashouras. Ir tai, ką mes darome kasdien, moduliuoja beveik visus nervų sistemos aspektus.

NUO PLEBEČIO IKI GIEDOS

Neuromokslams dažnai buvo naudingi natūralūs eksperimentai – pacientai, kurie praranda gebėjimą atsiminti, kurti kalbą ar reguliuoti emocijas po to, kai pažeidžiamos jų smegenų dalys arba jas reikia pašalinti chirurginiu būdu. Anesteziologai kasdien vadovauja analogiškam eksperimentui: stebi, kaip nyksta sąmonės elementai. Pavyzdžiui, taikant bendrą anesteziją pacientai praranda skausmo suvokimą, suvokimą, atmintį ir gebėjimą judėti. Anesteziologas gali skirtingai paveikti kiekvieną iš šių pokyčių, keisdamas vartojamų vaistų dozes ir tipus.

Atimdami įvairias funkcijas, kurias siejame su sąmone, Brownas sako, kad galėtume pradėti dėlioti dėlionės dalis. Neuromokslininkai galėtų pradėti daryti sąmonei tai, ką jie padarė su atmintimi ir kalba.

Brownas priklauso mažai, bet augančiai anesteziologijos tyrėjų grupei, kuri naudoja elektroencefalogramą (EEG), smegenų elektrinio aktyvumo stebėjimo įrankį, kad sistemingai tirtų kiekvieną anestezijos aspektą žmonėms ir gyvūnams. EEG pagrįsti smegenų monitoriai jau įprastas vaizdas operacinėse; kai kurie anesteziologai stebi savo pacientų smegenų veiklą naudodami parduodamus monitorius, kurie naudoja algoritmus EEG signalams paversti neapdorotais indeksais. (Kiti stebi tik fizinius požymius, tokius kaip širdies susitraukimų dažnis ir deguonies kiekis kraujyje.) Tačiau nedaugelis iš jų, pasak jo, praleidžia laiko žiūrėdami neapdorotus EEG duomenis.

Tačiau Brownas turi kitokį požiūrį nei dauguma anesteziologų; jis taip pat yra statistas. Devintojo dešimtmečio pabaigoje Harvardo universitete įgijęs medicinos ir mokslų daktaro laipsnį, jis pasirinko abu kelius atskirai – dirbo MGH operacinėse ir vadovavo tyrimų laboratorijai, kurios tikslas buvo sukurti signalų apdorojimo algoritmus, kad būtų galima gauti informaciją iš biologinių duomenų.

Brownas neįvertino kiekvieną dieną prieš jį vykstančių neurologijos eksperimentų operacijos metu, kol vienas iš jo kolegų nepasiūlė atlikti anestezuotų pacientų tyrimo. Stebėdamas vykstantį procesą pradedi suprasti, kad visos smegenų dalys neužsijungia tuo pačiu metu, sako jis. Yra hierarchija, yra jos gradacija.

Tas pats pasakytina ir tada, kai vaistai baigiasi. Paprastai pirmiausia grįžta pagrindinės smegenų funkcijos – atsinaujina kvėpavimas, o tada, kai atgyja smegenų kamieno sritys, kontroliuojančios seilėtekį ir ašarų kanalus, pacientų burnos prisipildo seilių, o akys – ašarojančios. Jie ryja ir kosi, kai suaktyvėja sritys, kontroliuojančios gerklės pojūtį. Galiausiai jų akys juda, o tada reaguoja į išorinį pasaulį. Vėliau nervingumas palengvės, o sudėtingos smegenų funkcijos atsinaujins. Kai atkreipiate dėmesį ir stebite tuos perėjimus, tai tiesiog nuostabu, sako Brownas. Iš tikrųjų būtume apgailėtini, jei nejudėtume į priekį ir nepabandytume išsiaiškinti, kas yra šios būsenos, kas iš tikrųjų vyksta smegenyse, ir tada negalvotume naujų būdų, kaip pagerinti anestezijos procesą.

Vienas iš dalykų, kuriuos Brownas nustebino stebint savo pacientų EEG, yra tai, kaip greitai ir visiškai vaistai, tokie kaip propofolis, gali pakeisti smegenų veiklą. Kai pacientai patenka į anestezijos būseną, įprastas žemo intensyvumo, bet aukšto dažnio bangų modelis pereina prie vieno iš retesnių, bet intensyvesnių impulsų – tarsi nuolatinis smegenų plepėjimas būtų užleidęs vietą giesmei. Veiklos vieta pasislenka iš užpakalinės smegenų dalies į priekį. Nors pacientus galima nuvesti į tokią gilią sąmonės netekimo būseną, kad jų EEG iš esmės yra plokščias, daugeliu atvejų EEG aktyvumo pliūpsniai kaitaliojasi su santykinio neveiklumo periodais, kurie gali trukti kelias minutes. Jis sako, kad smegenų procesai atrodo labai organizuoti. Yra labai taisyklingi modeliai laike ir labai taisyklingi erdvėje.

Sąmonės vaizdavimas: Ši spektrograma rodo paciento, kuriam atliekama bendroji nejautra, EEG įrašus. Dvi intraveninio anestetikų propofolio dozės sukelia aktyvumo pliūpsnius (septintoji minutė). Tada pridedamas inhaliacinis anestetikas izofluranas, o 14 minutę prasideda būdingas lėtųjų bangų ir alfa virpesių modelis. Chirurgija baigiasi 16 minutę, o izofluranas išjungiamas. EEG palaipsniui pereina prie aukšto dažnio, mažiau intensyvių virpesių.

Brownas teigia, kad kai kurie vaistai sumažins smegenų bangų dažnį, matomą EEG rodmenyse, todėl didelėse smegenų srityse atsiranda lėtos, reguliarios svyruojančios bangos. Kiti vaistai tam tikrose srityse sukelia greitus, reguliarius svyravimus. Kadangi anesteziologai paprastai kiekvienam pacientui duoda po vaistų kokteilį, šis poveikis gali pasireikšti vienu metu. Rezultatas, sako Brownas, yra tarsi užstrigęs signalas: bet kuriuo atveju [skirtingos smegenų dalys] negali bendrauti.

Per pastaruosius kelerius metus kiti EEG tyrimai patvirtino idėją, kad anestezija ne tik išjungia smegenis, bet ir trukdo vidiniam jų bendravimui. Pavyzdžiui, Mashour tyrimai parodė, kad grįžtamasis ryšys tarp priekinės ir užpakalinės smegenų dalies nutrūksta bendrosios anestezijos metu, todėl nutrūksta skirtingų smegenų tinklų ryšys. Manoma, kad tas grįžtamasis ryšys yra svarbus sąmonei.

Panašiai Viskonsino medicinos koledžo Milvokyje anesteziologas Anthony Hudetzas teigia, kad anestezija tiesiog neišjungia pojūčių. Hudetz anesteziją žmonėms savanoriams atlieka žemesniu nei klinikiniu lygiu, kad galėtų stebėti jų smegenis, kai jie praranda sąmonę. Mes nustatėme, kad anestezuotos smegenys vis dar labai reaguoja į dirgiklius, sako jis; tiek EEG, tiek funkcinis magnetinio rezonanso tomografija (fMRI), netiesioginis smegenų veiklos matavimo metodas, rodo atsaką į šviesą ir garsus. Tačiau kažkaip ta jutiminė informacija niekada nėra apdorojama ir integruojama į tokią veiklą, kuri reikalinga sąmoningam įsisąmoninimui.

Geresnis šių pokyčių supratimas galėtų padėti ieškoti naujų smegenų traumų ir kitų sutrikimų gydymo būdų. Labai struktūruotų svyravimų modeliai pacientams, vartojantiems anestezijos vaistus, yra panašūs į būsenas žmonėms, kurie praranda sąmonę epilepsijos priepuolių metu arba yra gilios komos būsenos. O pusiau sąmonė, atsirandanti dėl mažų vaistų dozių, primena įprastą budrumą arba ankstyvas užmigimo stadijas. Tačiau norint tiksliai išsiaiškinti, kaip ir kodėl šie modeliai yra susiję, reikės atidžiau išnagrinėti.

KOMUNIKACIJOS SKIRSTYMO ŽEMĖLAPIS

Kad iš tikrųjų suprastų, ar ryšys tarp skirtingų smegenų sričių nutrūko, mokslininkams reikia būdo, kaip nustatyti šių regionų veiklą ir jų tarpusavio sąveiką detaliau. Dėl to jie kreipiasi į fMRT, kuri matuoja kraujotakos pokyčius, susijusius su nervų veikla (žr. Raising Consciousness, 2007 m. sausis/vasaris) .

Dirbdamas su bioinžinieriumi Patricku Purdonu ir kitais kolegomis iš MGH, Brownas sukūrė būdą, kaip vienu metu daryti EEG įrašus ir fMRI nuskaitymus pacientams, kai jie patenka į giliai anestezuotą būseną. Žmonių, kuriems atliekama anestezija, smegenų vaizdavimas yra sudėtingas, nes reikia anestezuoti žmones skaitytuvu ir ne įprastoje operacinėje. Brownas ir jo kolegos rado būdą, kaip išspręsti technines ir saugos problemas: jie įdarbino savanorius, kuriems jau buvo atlikta tracheostomija arba chirurginės skylės gerklėje. Tai reiškė, kad vamzdis gali būti lengvai naudojamas atstatyti jų kvėpavimą kritiniu atveju. 2009 m. mokslininkai įrodė, kad gali saugiai įrašyti tiek EEG, tiek fMRT duomenis apie žmones, kuriems taikoma narkozė; dabar jie stengiasi susieti vaizdo gavimo ir EEG duomenis su stebimais pokyčiais, pastebėtais, kai pacientai patenka į anestezijos būseną.

Brownas taip pat bendradarbiauja su Purdonu, siekdamas tirti epilepsija sergančius pacientus, kuriems į smegenis keletą dienų buvo implantuoti elektrodai, kad gydytojai galėtų užregistruoti ir nustatyti priepuolius. Kai pacientams atliekama operacija, skirta pašalinti smegenų sritis, nustatytas kaip traukulių vietos, elektrodai registruoja smegenų bangas, kai atliekama anestezija. Šie elektrodai renka duomenis apie daug mažesnę smegenų dalį nei EEG ar fMRT, tačiau skiriamoji geba yra daug didesnė, todėl mokslininkai gali suprasti, kas vyksta smegenyse ląstelių lygiu, kai pacientas yra anestezuojamas. Tolesni tyrimai su gyvūnais galėtų duoti dar daugiau detalių, nes mokslininkai galėtų plačiau ir tikslesnėse vietose implantuoti elektrodus. Tyrėjai galės dokumentuoti – iš pačių smegenų – kaip kinta veikla, kai smegenys patenka į sąmonę ir iš jos išeina.

SĄMONĖS SUDARYMAS

Jei galite sistemingai kataloguoti, kaip smegenys praranda sąmonę veikiamos anestetikų, ar galite nuspręsti, iš ko susideda sąmonė?

Brownas greitai nurodo, kad jis aiškiai netiria sąmonės; tai netvarkinga problema, ir daugelis neurologų vengia šio žodžio. Jo požiūris yra ištirti tai, ką jis vadina pakitusiomis susijaudinimo būsenomis. Tai yra anestezija, miegas, koma, hipnozė ir meditacija, taip pat tokių sutrikimų, kaip šizofrenija, epilepsija ir Parkinsono liga, aspektai. Jis mano, kad supratimas, kaip veikia smegenys, kai jos nukrypsta nuo įprastos sąmonės būsenos, neišvengiamai atskleis, kas yra sąmonė.

Anestezijos tyrimai jau sukėlė abejonių dėl vienos populiarios teorijos, kuri sieja sąmonę su tam tikro tipo smegenų bangomis, kurių dažnis yra apie 40 hercų. Mashour pabrėžia, kad anestezijos tyrimai rodo, kad šios bangos gali egzistuoti net tada, kai pacientai yra be sąmonės. Tačiau anesteziologų matomi modeliai patvirtina kitą teoriją: sąmonė atsiranda integruojant informaciją dideliuose smegenų tinkluose. Hudetzas teigia, kad nors skirtingi vaistai turi skirtingą cheminę struktūrą ir skirtingą poveikį, pvz., blokuoja atmintį arba ramina smegenis, jei skiriame bet kurį iš šių vaistų pakankamai didele doze, tam tikru momentu jie pašalina sąmonę. Kaip mes galime pasiekti šį bendrą galutinį tašką, kai tokia vaistų įvairovė veikia skirtingais molekuliniais mechanizmais? Vienas iš paaiškinimų yra tas, kad kadangi sąmonė kyla dėl sudėtingos daugelio veiklos rūšių sąveikos, ji gali būti sutrikdyta įvairiais būdais.

Brownas tikisi, kad iš šio darbo gautos įžvalgos gali išplisti į kitas sritis. Žinodami daugiau apie tai, kaip smegenys veikia anestezijos metu, mokslininkai galėtų nustatyti vegetatyvinės būsenos žmonių smegenų veiklą ir atskleisti, kad jie gali suvokti daugiau, nei manyta anksčiau. Saugesni anestetikai, kurie gali atsirasti atlikus tyrimą, gali būti naudingi miego medicinoje, o anestezuotų pacientų kognityvinės funkcijos atgaivinimo būdai gali paskatinti strategijas, padedančias žmonėms išbristi iš komos. Ketaminas, dažniausiai naudojamas anestetikas, pasirodė esąs žadantis kaip depresijos gydymas; kiti anesteziniai vaistai taip pat gali turėti poveikį, galintį padėti gydyti psichikos ligas. Sąmonės praradimo anestezijos metu tyrimas ne tik nušvies sąmonės prigimtį, bet ir pašalins šias prislopintos ar pakitusios sąmonės būsenas iš šešėlio.

Courtney Humphries yra mokslo rašytoja ir autorė Superdove: Kaip balandis paėmė Manheteną… ir pasaulį .

paslėpti