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Qu'arrive-t-il exactement au cerveau pendant l'anesthésie

Qu'arrive-t-il exactement au cerveau pendant l'anesthésie

Pendant que l'anesthésie est administrée à un patient, quels changements se produisent dans la chimie du cerveau. Quelle partie du cerveau est affectée par le médicament qui provoque des effets anesthésiques. L'anesthésie peut-elle être considérée comme un état de sommeil + indolore du corps ? Ou est-ce plus que cela.


L'anesthésie générale est un état neurophysiologique réversible induit par un médicament comprenant une perte de conscience, une amnésie, une analgésie et une immobilité avec maintien de la stabilité physiologique. La façon dont les médicaments anesthésiques créent l'état d'anesthésie générale n'est pas encore complètement comprise, mais l'anesthésie générale est essentielle pour la conduite sûre et humaine des procédures de diagnostic chirurgicales et invasives.[1]

Les objectifs de l'anesthésie générale comprennent l'amnésie, l'analgésie, l'inconscience et l'immobilisation. La capacité des anesthésiques généraux à produire ces critères thérapeutiques distincts n'est pas égale. Par exemple, la mémoire explicite est la cible la plus sensible des anesthésiques généraux inhalés ; la conscience (évaluée par une réponse appropriée aux commandes vocales) est préservée en l'absence de mémoire lors de l'exposition à de faibles doses ; et l'inconscience est produite par des concentrations plus faibles de la plupart des anesthésiques généraux que ceux qui suppriment le mouvement en réponse à des stimuli nocifs. [2]

Les anesthésiques généraux se composent de nombreux médicaments différents. [2,3] Ces différents médicaments présentent des puissances relatives distinctes dans leur capacité à produire différents composants de l'anesthésie générale. Par exemple, le rapport de la concentration de médicament produisant l'immobilité pendant l'incision à celle produisant l'inconscience est de 1,5 pour le protoxyde d'azote, d'environ 3 pour la plupart des éthers halogénés inhalés et de plus de 4 pour l'anesthésique intraveineux propofol. Ils ont également des effets différents sur l'EEG pendant l'anesthésie. Ainsi, sur le plan clinique, les anesthésiques généraux peuvent être classés en 3 groupes en fonction de leurs puissances relatives pour différents paramètres cliniques et de leur impact sur l'EEG :

Groupe 1 se compose d'étomidate, de propofol, de méthoxital et de barbituriques. Ce sont des médicaments intraveineux qui sont beaucoup plus puissants pour produire une perte de conscience que l'immobilisation et qui déplacent l'EEG cortical vers des fréquences plus basses. Leurs effets sont principalement médiés par un sous-ensemble de récepteurs de l'acide γ-aminobutyrique de type A (GABA-A), qui, lorsqu'ils sont activés, réduisent l'excitation neuronale.

Groupe 2 comprend les anesthésiques gazeux oxyde nitreux (N2O), xénon (Xe) et cyclopropane, ainsi qu'un agent intraveineux, la kétamine. Cliniquement, ces médicaments produisent une analgésie significative, alors que leur puissance en tant qu'hypnotiques et immobilisateurs est relativement faible, et ils peuvent augmenter les fréquences EEG corticales. Les agents anesthésiques de ce groupe ont peu ou pas d'effet sur les récepteurs GABA-A, mais ils inhibent plutôt puissamment les récepteurs N-méthyl-D-aspartate (NMDA), qui sont des canaux cationiques excitateurs activés par l'acide aminé glutamate. De plus, les agents de ce groupe inhibent également les récepteurs neuronaux de l'acétylcholine nicotinique α4β2, qui modulent la libération synaptique des neurotransmetteurs.

Groupe 3 se compose des anesthésiques halogénés volatils : halothane, enflurane, isoflurane, sévoflurane et desflurane. Ces médicaments induisent l'amnésie, l'hypnose et l'immobilité de manière prévisible et réduisent la fréquence spectrale de bord de l'EEG cortical. Les anesthésiques généraux de ce groupe manquent de sélectivité significative pour les molécules cibles des anesthésiques généraux. Ils améliorent la fonction des récepteurs inhibiteurs du GABA-A et de la glycine tout en activant également les canaux potassiques 2P et en inhibant les récepteurs excitateurs du glutamate et une variété de canaux cationiques excitateurs.

Les médicaments des groupes 1 et 3 qui agissent en améliorant l'activité des récepteurs GABA-A dans divers circuits neuronaux semblent altérer le traitement à la fois inconscient et conscient, y compris le cortex associatif et l'intégration synchrone entre plusieurs zones corticales. L'activité EEG corticale se déplace vers des fréquences plus basses en présence de ces médicaments, et de fortes doses peuvent entraîner la perte totale de l'activité neuronale coordonnée (EEG isoélectrique). D'un autre côté, les drogues du groupe 2 telles que la kétamine et le protoxyde d'azote semblent agir en altérant la filtration des signaux vers la conscience, en modifiant peut-être les quantités ou les intensités des entrées sensorielles, ou en permettant la fuite de signaux inconscients dans le traitement conscient. Ce manque de filtrage "bloque" ou submerge la conscience de signaux, conduisant à un état "dissociatif", fréquemment associé à des rapports d'expériences oniriques vives.

Par conséquent, tout en étant sous anesthésie générale, le cerveau fonctionne toujours, mais il fonctionne différemment de lorsqu'il est éveillé ou endormi. [4] Les circuits neuronaux responsables de la conscience, de la perception des sensations, de la mémoire et de la motricité ne fonctionnent pas comme ils le font lorsqu'ils sont éveillés ou endormis. Pour différents anesthésiques généraux, différents effets sur les récepteurs des neurotransmetteurs et les circuits neuronaux sont différents ; ainsi, divers circuits neuronaux dans les différentes zones du cerveau sont affectés différemment, et l'ensemble du cerveau fonctionnera dans différents états inconscients même si, extérieurement, les patients anesthésiés semblent être dans des états inconscients similaires. De plus, pour différentes doses des mêmes anesthésiques, les circuits neuronaux globaux sont affectés différemment et le cerveau à différents stades anesthésiques fonctionnera également différemment.

N.B. Ce qui précède est une réponse simplifiée sur les actions complexes des anesthésiques généraux. Plus de détails peuvent être trouvés dans les références suivantes.

Les références:

  1. Akeju O, Brown FR. Les oscillations neurales démontrent que l'anesthésie générale et les états sédatifs sont neurophysiologiquement distincts du sommeil. Curr Opin Neurobiol. juin 2017 ; 44 : 178-185.

  2. Forman SA, Chin VA. Anesthésiques généraux et mécanismes moléculaires de l'inconscience. Int Anesthesiol Clin. Été 2008 ; 46(3) : 43-53.doi : 10.1097/AIA.0b013e3181755da5

  3. Brown EN, Purdon PL, Van Dort CJ. Anesthésie Générale Et États Modifiés D'éveil: Une Analyse Des Systèmes Neuroscience. Annu Rev Neurosci. 2011 ; 34 : 601-628.doi : 10.1146/annurev-neuro-060909-153200

  4. Müller CP, Pum ME, Amato D, Schüttler J, Huston JP, Silva MA. La neurochimie in vivo du cerveau pendant l'anesthésie générale. J. Neurochem. (2011) 119, 419-446. https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2011.07445.x


L'anesthésie générale est un état réversible d'origine médicamenteuse défini par cinq critères d'évaluation : Inconscience, le manque de conscience de l'entrée sensorielle Analgésie, absence de douleur Akinésie, absence de mouvement Amnésie, manque de rappel Stabilité physiologique, la préservation des niveaux normaux de toutes les fonctions physiologiques vitales, telles que la respiration, la fréquence cardiaque, la pression artérielle et la température E.N. Brown et al., « Anesthésie générale, sommeil et coma », New Engl J Med, 363 : 2638-50, 2010.

Certains anesthésiques, comme la kétamine, qui a été synthétisée en 1962, et le protoxyde d'azote bloquent le canal du récepteur du glutamate N-méthyl D-aspartate (NMDA). Normalement activé par le neurotransmetteur glutamate libéré par les neurones excitateurs, le récepteur NMDA permet l'écoulement des ions potassium hors de la cellule et permet aux ions calcium et sodium d'entrer, augmentant la tension relative à l'intérieur du neurone et augmentant ainsi la probabilité de déclencher un potentiel d'action . Les médicaments anesthésiques qui ciblent ce récepteur agissent comme des antagonistes pour bloquer ces flux d'ions, diminuant la capacité de la cellule à se déclencher. Cela produit alors une oscillation induite par l'anesthésie, qui modifie le moment où les neurones peuvent augmenter et entraver la communication entre les régions du cerveau qui jouent un rôle dans la conscience. La recherche (effectuée avec une IRMf) suggère que toutes les régions du cerveau pertinentes pour le maintien de l'anesthésie sont déjà affectées à 0,5-0,7 MAC. Cela signifierait donc que l'anesthésie, bien qu'elle "vous endort", votre corps est plus dans une étape intermédiaire, où vous êtes vivant, mais dans un état comateux. Pendant le sommeil, un corps bouge toujours et peut encore se souvenir de choses, comme des rêves. Cependant, pendant l'anesthésie, aucune de ces actions ne se produit. J'espère que cela t'aides!


Certaines parties du cerveau peuvent rester conscientes pendant l'anesthésie générale

Passer sous le couteau alors qu'il est encore éveillé est l'affaire des cauchemars. Et bien que les patients « se réveillant » pendant la chirurgie (autrement appelé conscience anesthésique) ne soient pas totalement inconnus, c'est extrêmement rare. En fait, les experts pensent que cela ne se produit que dans 0,005% des cas, bien qu'il existe certains facteurs qui exposent certains patients à un risque plus élevé que d'autres.

Cependant, de nouvelles recherches publiées dans la revue Anesthesiology suggèrent que même si les patients sous anesthésie pourraient ne pas vivre une vie Éveillé-type scénario, leur cerveau n'est pas non plus exactement inconscient. Au lieu de cela, ils sont dans un « état de sommeil ».

"L'état de conscience induit par les anesthésiques peut être similaire au sommeil naturel. Pendant le sommeil, les gens rêvent et le cerveau observe inconsciemment les événements et les stimuli dans leur environnement", a expliqué Antti Revonsuo, professeur de psychologie à l'Université de Turku, en Finlande, dans une déclaration.

En d'autres termes, l'anesthésie générale ne met pas KO une personne de froid. Au contraire, certaines parties du cerveau continuent de fonctionner dans la mesure où elles peuvent traiter, dans une certaine mesure, ce qui se passe autour d'elles. Un patient peut ou non se souvenir plus tard de diverses sensations ressenties sous anesthésie.

Cela semble effrayant, mais ne vous inquiétez pas, cela ne signifie pas que vous pouvez sentir la lame du couteau chirurgical.

Pour évaluer la capacité de conscience du cerveau sous anesthésie générale, une équipe de chercheurs de Turku a analysé les changements dans l'activité électrique du cerveau chez 47 volontaires sains. Deux sédatifs ont été utilisés : la dexmédétomidine et le propofol. Ces médicaments ont été administrés de telle sorte que les volontaires ne réagissaient tout simplement pas, ce qui signifiait qu'ils pouvaient être réveillés par une secousse rapide ou un cri.

Alors qu'ils étaient dehors pour le décompte, les volontaires ont joué des enregistrements de phrases. Certains avaient du sens. D'autres (par exemple : "Le ciel nocturne était rempli de tomates chatoyantes.") ne l'ont pas fait. Le but de l'expérience était de voir si les phrases absurdes étaient détectées dans les EEG (électroencéphalogrammes), comme on pourrait s'y attendre si la personne était éveillée.


Les anesthésistes découvrent un troisième état de conscience

Les neurosciences étudient le comportement humain à partir de données froides et impersonnelles, relativement faciles à analyser quantitativement. Cependant, il y a un aspect de la psychologie qui ne peut pas être mesuré directement : états de conscience subjectifs. C'est peut-être la raison pour laquelle les scientifiques ont du mal à définir ce qu'est la conscience, ce qu'elle est et sur quoi elle est exactement basée.

Pour cette raison, les découvertes qui sont faites sur le fonctionnement du cerveau font vaciller la distinction entre deux états de subjectivité (“conscient” et “inconscient”). Il y a actuellement des indications que il pourrait y avoir un troisième état de conscience qui a été nommé dysanesthésie (dysanesthésie).

Conscience partielle au bloc opératoire

La découverte de ce possible troisième état de conscience est liée à la pratique habituelle des anesthésistes : les personnes endormies.

L'expérience consistait à demander à des personnes apparemment inconscientes l'effet de l'anesthésie générale pour déplacer les doigts d'une main qui avait été isolée du reste du corps par un garrot pendant leur opération. Manière intéressante, près des deux quarts des personnes sous anesthésie ont obéi à l'ordre comme demandé, Bien que selon les systèmes de surveillance électronique, ils devaient être complètement endormis. D'autre part, les doses d'anesthésie fournies étaient les doses normales, qui leur auraient été administrées dans n'importe quelle opération normale.

Aucune des personnes qui ont participé à l'expérience n'a bougé la main pour autre chose que pour suivre les ordres qui leur étaient donnés ou sembler réagir de quelque manière que ce soit à l'opération qu'elles subissaient. Aussi, une fois que vous vous réveillez, seuls deux d'entre eux se souvenaient vaguement d'avoir déplacé leur main, Et personne ne se souvenait de quoi que ce soit de la chirurgie ou n'a prétendu avoir ressenti de la douleur.

Le troisième état de conscience semble être basé sur quelque chose de similaire au attention sélective.

Dysanesthésie, ou comment élargir le répertoire des états mentaux

Le fait que certains patients soient capables de bouger une partie de leur corps en réponse à des commandes pourrait être considéré comme une manifestation de la conscience dans la salle d'opération, qui peut être traitée en augmentant la dose d'anesthésie. Cependant, certains anesthésistes comme le Dr Jaideep Pandit pensent que ces patients sont dans un troisième état de conscience qui n'est pas comparable à ce que vous ressentez en lisant ces lignes ou à ce qui se passe lorsque vous dormez sans rêver.

Cela pourrait être le cas car lors de cette “de-anesthésie”, il y a un processus automatique qui est chargé de discerner quels sont les ordres dirigés par le sommeil de ceux qui ne le sont pas, Et donc ne permet de réagir que dans certains cas et pas dans d'autres (bien que ces autres aient à voir avec des instruments métalliques coupant la peau et la chair).

Un troisième état de conscience est aussi une idée délicate

Ce troisième état de conscience ne serait donc que partiel. Cependant, cette expérience met également en évidence la technologie actuellement utilisée pour surveiller la conscience du patient au bloc opératoire. Apparemment, les marqueurs qui ont été surveillés jusqu'à présent ont un pouvoir prédictif limité, ce qui signifie que lors de l'opération sous anesthésie générale, il peut se passer beaucoup de choses dans la conscience du patient qui ne sont pas enregistrées par les machines et qui restent privées de son posséder. subjectivité, bien qu'aucun souvenir ne soit alors conservé.

Après tout, cette expérience est encore un rappel qu'il est difficile de parler de conscience quand on ne sait pas vraiment ce que c'est. Peut-on définir quelque chose d'entièrement subjectif ? Et s'il y avait des types de conscience qui ne peuvent pas être distingués par les machines ? La dysanesthésie peut être un troisième état de conscience, mais elle peut aussi figurer en tête d'une longue liste d'états mentaux qui restent à découvrir.


Comment fonctionne l'anesthésie ?

Oliver Wendell Holmes a inventé le terme « anesthésie » en 1846 pour décrire l'insensibilité induite par les médicaments à la sensation (en particulier à la douleur), peu de temps après que la première démonstration médiatisée d'éther inhalé ait rendu un patient insensible au cours d'une intervention chirurgicale. Deux grandes classes d'agents pharmacologiques, locaux et généraux, peuvent entraîner une anesthésie. Les anesthésiques locaux, tels que Novocain, bloquent la transmission nerveuse aux centres de la douleur dans le système nerveux central en se liant à et en inhibant la fonction d'un canal ionique dans la membrane cellulaire des cellules nerveuses connu sous le nom de canal sodique. Cette action obstrue le mouvement des impulsions nerveuses à proximité du site d'injection, mais il n'y a aucun changement dans la conscience et la perception sensorielle dans d'autres domaines.

En revanche, les anesthésiques généraux induisent un autre type d'état anesthésique, celui d'une insensibilité générale à la douleur. Le patient perd conscience mais ses fonctions physiologiques vitales, telles que la respiration et le maintien de la pression artérielle, continuent de fonctionner. On sait moins sur le mécanisme d'action des anesthésiques généraux par rapport aux locaux, malgré leur utilisation depuis plus de 150 ans. Les agents anesthésiques généraux les plus couramment utilisés sont administrés par la respiration et sont donc appelés anesthésiques inhalés ou volatils. Ils sont structurellement liés à l'éther, l'anesthésique d'origine. Leur principal site d'action se situe dans le système nerveux central, où ils inhibent la transmission nerveuse par un mécanisme distinct de celui des anesthésiques locaux. Les anesthésiques généraux provoquent une réduction de la transmission nerveuse au niveau des synapses, les sites où les neurotransmetteurs sont libérés et exercent leur action initiale dans le corps. Mais la manière précise dont les anesthésiques par inhalation inhibent la neurotransmission synaptique n'est pas encore entièrement comprise. Il est clair cependant que les anesthésiques volatils, plus solubles dans les lipides que dans l'eau, affectent principalement la fonction des protéines des canaux ioniques et des récepteurs des neurotransmetteurs dans les membranes des cellules nerveuses, qui sont des environnements lipidiques.

Deux facteurs rendent difficile l'obtention d'une description détaillée de la façon dont ces agents agissent. La première est que les anesthésiques volatils, contrairement à la plupart des médicaments utilisés en médecine, ne se lient que très faiblement à leur(s) site(s) d'action. En conséquence, des concentrations élevées, souvent plus de 1 000 fois supérieures à celles des médicaments typiques ciblant les récepteurs ou les protéines, sont nécessaires pour atteindre un état anesthésique. Cela rend difficile l'obtention de détails structurels d'anesthésiques liés de manière spécifique à une protéine. Il affecte également la fonction de nombreuses protéines dans les membranes des cellules nerveuses, ce qui rend difficile de déterminer lesquelles d'entre elles sont les principaux médiateurs de l'action anesthésique. Un deuxième problème est que les anesthésiques volatils ont tendance à se répartir dans les lipides et à exercer leurs principaux effets sur la neurotransmission synaptique en interagissant avec les protéines dans un environnement lipidique. Il est plus difficile d'obtenir des informations structurelles détaillées pour les protéines membranaires que pour les protéines hydrosolubles. De telles données structurelles sont essentielles pour comprendre comment les anesthésiques interagissent avec les protéines et, plus important encore, modifient leur fonction. En raison du manque de données structurelles pour les protéines membranaires à la fois en présence et en l'absence d'anesthésiques, il reste difficile de savoir si les anesthésiques exercent leurs effets primaires par interaction directe avec ces protéines, ou indirectement via une interaction avec les lipides qui les entourent.

Malgré ces limitations, les chercheurs tirent parti d'une variété de méthodes pour mieux discerner comment les agents anesthésiques induisent un « état » anesthésique au niveau moléculaire. Le terme état est entre guillemets, car une grande variété d'agents - allant d'atomes simples tels que le xénon aux hydrocarbures polycycliques - peuvent produire une insensibilité à la douleur et une perte de conscience. Les cibles moléculaires de ces différents agents ne semblent pas être les mêmes. Ainsi, l'idée qu'il existe un seul mécanisme d'action moléculaire pour tous les agents anesthésiques est probablement une simplification excessive.

Les outils génétiques fournissent des résultats prometteurs concernant le mécanisme moléculaire de l'action anesthésique. Par exemple, les chercheurs peuvent modifier la fonction d'une protéine spécifique, puis déterminer si cette protéine peut être liée à la sensibilité ou à la résistance à l'action anesthésique chez les organismes inférieurs. Ces approches identifient les protéines impliquées dans l'action anesthésique et peuvent être considérées comme un moyen de mieux définir les cibles anesthésiques pertinentes, sur lesquelles les chercheurs peuvent ensuite se concentrer pour des études structurelles. D'autres approches, notamment une modélisation structurelle sophistiquée de la liaison anesthésique aux cibles protéiques dans un environnement lipidique et des déterminations structurelles détaillées de la liaison anesthésique aux protéines solubles, sont également prometteuses pour révéler davantage le mode d'action de l'anesthésique au niveau moléculaire.

D'où la réponse simple à la question « Comment fonctionne l'anesthésie ? est que, bien que nous en sachions beaucoup sur les effets physiologiques et les sites d'action macroscopiques, nous ne connaissons pas encore le(s) mécanisme(s) moléculaire(s) d'action des anesthésiques généraux. De nombreux outils nécessaires pour répondre à ces questions existent maintenant et nous pouvons nous attendre à de nouvelles informations sur le fonctionnement de cette grande bénédiction pour l'humanité au niveau moléculaire.


Comment fonctionne l'anesthésie

Lorsque vous subissez une anesthésie générale, vous êtes « soumis », ce qui signifie que vous êtes totalement inconscient et immobilisé. Vous "vous endormez" et ne ressentez, ne ressentez ou ne vous souvenez plus de ce qui se passe après que les médicaments ont commencé à agir sur votre système.

On ne sait pas exactement comment fonctionnent les anesthésiques généraux, mais la théorie actuellement acceptée est qu'ils affectent le moelle épinière (c'est pourquoi vous vous retrouvez immobile), le système d'activation réticulaire du tronc cérébral (ce qui explique l'inconscience) et la cortex cérébral (ce qui entraîne des modifications de l'activité électrique sur un électroencéphalogramme).

Les chirurgies majeures et complexes qui nécessitent une longue période de temps nécessitent généralement une anesthésie générale. Les patients peuvent rester en dessous de quelques heures pour une arthroplastie du genou, ou jusqu'à six heures pour quelque chose de plus compliqué, comme un pontage cardiaque.

Si vous vous préparez pour une intervention chirurgicale nécessitant une anesthésie générale, vous rencontrerez généralement l'anesthésiste pour lui donner vos antécédents médicaux. Ceci est important parce que les personnes atteintes de certaines conditions peuvent nécessiter des soins particuliers sous anesthésie - un patient souffrant d'hypotension artérielle peut avoir besoin d'un traitement médicamenteux avec de l'éphédrine, par exemple. Les patients qui sont de gros buveurs ou des toxicomanes ont également tendance à réagir différemment à l'anesthésie. Au cours de cette réunion, il vous sera demandé de ne pas manger pendant plusieurs heures avant la chirurgie. Il est possible pour une personne sous anesthésie générale de aspirer, ou inspirez, le contenu de l'estomac.

Lorsque vous êtes sous anesthésie générale, vous portez un masque respiratoire ou un tube respiratoire, car les muscles deviennent trop détendus pour garder vos voies respiratoires ouvertes. Plusieurs choses différentes sont surveillées en permanence pendant que vous êtes sous-- oxymétrie de pouls (taux d'oxygène dans le sang), fréquence cardiaque, pression artérielle, fréquence respiratoire, niveaux d'exhalation de dioxyde de carbone, température, concentration de l'anesthésique et activité cérébrale. Il y a aussi une alarme qui se déclenche si votre niveau d'oxygène descend en dessous d'un certain point.

Il y a quatre étapes de l'anesthésie générale:

  • Au cours de la première étape, induction, le patient reçoit des médicaments et peut commencer à ressentir ses effets mais n'est pas encore inconscient.
  • Ensuite, les patients passent par une étape de excitation. Ils peuvent se contracter et avoir des schémas respiratoires ou des rythmes cardiaques irréguliers. Les patients à ce stade ne se souviennent de rien de ce qui s'est passé parce qu'ils sont inconscients. Cette étape est très courte et progresse rapidement vers la troisième étape.
  • Au cours de la troisième étape, les muscles se détendent, la respiration devient régulière et le patient est considéré comme pleinement anesthésié.
  • L'anesthésie de l'étape quatre ne fait pas partie du processus régulier. C'est lorsqu'un patient a reçu un surdosage de médicaments, ce qui peut entraîner un arrêt cardiaque ou respiratoire, des lésions cérébrales ou la mort si des mesures rapides ne sont pas prises.

Nous examinerons ensuite les médicaments administrés pendant l'anesthésie générale, ainsi que la convalescence.

La prise de conscience de l'anesthésie se produit lorsque les patients peuvent se rappeler des aspects de leur chirurgie après avoir été sous anesthésie générale. Ils peuvent ressentir de la pression, de la douleur ou simplement être conscients de ce qui se passe. Cela peut se produire si un ou plusieurs des médicaments administrés pendant l'anesthésie générale sont mal administrés, si le patient est mal surveillé ou si une ou plusieurs machines utilisées pour surveiller le patient présentent un dysfonctionnement. Dans les cas les plus extrêmes, les patients ont déclaré être complètement paralysés mais ressentir toute la douleur de leur chirurgie, ce qui entraîne un traumatisme émotionnel grave. Bien que la prise de conscience de l'anesthésie soit une chose horrible à contempler, le phénomène est considéré comme incroyablement rare (arrivant à une ou deux personnes pour 1 000 interventions chirurgicales) et n'est pas une raison pour retarder l'intervention chirurgicale nécessaire [source : Mayo Clinic].


Une « panne de communication » pendant l'anesthésie générale

Nouvelle recherche : lorsque la kétamine est utilisée pour l'anesthésie générale, deux parties connectées du cortex se transforment en « îlots cognitifs isolés ». Crédit : Système de santé de l'Université du Michigan

C'est un sujet qui a longtemps captivé les médecins, les scientifiques et le public. Que se passe-t-il exactement dans votre cerveau lorsque vous êtes inconscient sur la table d'opération ?

Certains médicaments anesthésiques agissent de manière simple en amortissant les neurones du cerveau. Le mécanisme d'un anesthésique, cependant, s'est avéré insaisissable : la kétamine.

Certaines doses de kétamine induisent une anesthésie générale, bien que l'activité cérébrale puisse encore être robuste, déclare Cynthia Chestek, Ph.D., co-auteur principal d'une nouvelle étude en NeuroImage.

La kétamine est souvent utilisée dans les soins aux patients et en laboratoire. Le nouvel article examine les mécanismes neurologiques à l'œuvre pendant l'anesthésie à la kétamine.

Les co-auteurs principaux Chestek et l'anesthésiste George Mashour, M.D., Ph.D., ont dirigé l'équipe de recherche, qui a pris des mesures précises jusqu'au niveau des neurones dans des modèles animaux.

"Nous avons constaté que l'anesthésie générale reflète une rupture de communication dans le cortex, même si les informations sensorielles sont traitées", explique Mashour. "Mais le traitement semble se produire dans des îlots cognitifs isolés."

Il s'avère que deux parties adjacentes du cerveau qui travaillent ensemble à l'état de veille cessent tout simplement de se parler sous anesthésie générale. À l'état de veille, la communication entre le cortex somatosensoriel primaire et le cortex moteur primaire est essentielle au fonctionnement normal.

"Cela soutient l'idée que ce que l'anesthésie fait pour provoquer l'inconscience est d'interrompre la communication entre les zones du cerveau, ce qui arrête le traitement des informations de niveau supérieur", explique la première auteure Karen Schroeder, candidate au doctorat au département de génie biomédical de l'UM. "C'était la première fois que quelqu'un observait directement l'interruption entre les deux zones en utilisant des neurones individuels."

Différents domaines en collaboration

Le laboratoire d'ingénierie biomédicale de Chestek se concentre sur les interfaces cerveau-machine, l'enregistrement de l'activité des neurones et la lecture des commandes motrices et des informations sensorielles en temps réel.

"Cela s'est avéré très utile pour les chercheurs en anesthésiologie", a déclaré Chestek. Son équipe s'est donc embarquée pour mesurer les deux zones du cerveau, qui ont continué à tirer pendant l'anesthésie.

"Dès que nous avons injecté de la kétamine, les informations sensorielles ont disparu du cortex moteur. Normalement, ces zones sont étroitement connectées."

Le groupe prévoit de poursuivre ce travail, en examinant ensuite le niveau d'anesthésie auquel ces changements de communication commencent à se produire. Ils étudient également ce que font les groupes de neurones sous anesthésie lorsqu'ils sont encore actifs mais ne communiquent plus entre eux.

"Ces informations pourraient potentiellement améliorer notre capacité à surveiller le niveau de conscience des patients", a déclaré Schroeder.


Effets cérébraux de l'anesthésie générale

De nouvelles recherches mettent en lumière les effets de l'anesthésie générale sur le cerveau et le corps.

Aux États-Unis, près de 60 000 patients reçoivent chaque jour une anesthésie générale pour une intervention chirurgicale. Il provoque des schémas d'activité spécifiques dans le cerveau, qui peuvent être visualisés sur un électroencéphalogramme (EEG). Le schéma le plus courant est une augmentation progressive de l'activité à basse fréquence et à haute amplitude à mesure que le niveau d'anesthésie s'approfondit.

Emery Brown, MD, du Massachusetts General Hospital estime que « la façon dont les médicaments anesthésiques induisent et maintiennent les états comportementaux de l'anesthésie générale est une question importante en médecine et en neurosciences ».

Son équipe a étudié l'anesthésie générale par rapport au sommeil et au coma. Ils ont effectué un examen des études d'anesthésie dans divers domaines, notamment les neurosciences et la médecine du sommeil.

&ldquoCela peut sembler tatillon, mais nous devons parler précisément de ce qu'est cet état»,» Brown. &ldquoCe document est une tentative de commencer à la case départ et de mettre en place des définitions claires.&rdquo

Il a expliqué : « Nous avons commencé par énoncer les états physiologiques spécifiques qui composent l'anesthésie générale, en particulier l'inconscience, l'amnésie, le manque de perception de la douleur et le manque de mouvement, puis nous avons examiné en quoi ils sont comparables et différents du sommeil et du coma. »

L'équipe a comparé les signes physiques et les schémas EEG de ces états. Ils ont trouvé des différences significatives, seules les phases de sommeil les plus profondes étant similaires aux phases les plus légères de l'anesthésie. L'anesthésie générale est essentiellement un &ldquoréversible coma.&rdquo

"Alors que le sommeil naturel passe normalement par des phases prévisibles, l'anesthésie générale implique que le patient soit emmené et maintenu à la phase la plus appropriée à la procédure", ils rapportent dans le Journal de médecine de la Nouvelle-Angleterre.

&ldquoLes phases de l'anesthésie générale au cours desquelles la chirurgie est pratiquée sont les plus similaires aux états de coma.&rdquo

Brown dit : « Les gens ont hésité à comparer l'anesthésie générale au coma parce que le terme semble si dur, mais il doit vraiment être aussi profond ou comment pourriez-vous opérer quelqu'un ? La principale différence est qu'il s'agit d'un coma contrôlé par l'anesthésiste et dont les patients se remettront rapidement et en toute sécurité.&rdquo

&ldquoCes informations sont essentielles à notre capacité à mieux comprendre l'anesthésie générale.&rdquo

"Nous pensons que c'est conceptuellement un regard très neuf sur les phénomènes que nous et d'autres avons remarqués et étudiés dans le sommeil, le coma et l'utilisation de l'anesthésie générale", ajoute le co-auteur Nicholas Schiff, MD.

&ldquoEn recadrant ces phénomènes dans le contexte de mécanismes de circuits communs, nous pouvons rendre chacun de ces états compréhensible et prévisible.&rdquo

Dans leurs recherches, l'équipe a été surprise de découvrir que certains médicaments, y compris la kétamine, activent plutôt que suppriment l'activité cérébrale. C'est pourquoi la kétamine peut déclencher des hallucinations à faible dose. Mais à des doses plus élevées, l'activité cérébrale excessive conduit à l'inconscience en créant des schémas désorganisés et en "bloquant tout signal cohérent", similaire à l'expérience de l'inconscience induite par les crises.

De faibles doses de kétamine peuvent même être utiles aux personnes souffrant de dépression, selon Brown. Il agit rapidement et pourrait aider à « combler le fossé » entre les différents types d'antidépresseurs. Il pense que les effets du médicament sont comparables à ceux de la thérapie par électrochocs.

Une autre découverte surprenante est que le médicament inducteur de sommeil zolpidem (Ambien) peut aider les patients atteints de lésions cérébrales peu conscients à récupérer certaines fonctions. Ce paradoxe est dû à un phénomène courant dans lequel les patients au premier stade de l'anesthésie peuvent se déplacer ou vocaliser, en raison de la stimulation du thalamus.

Brown dit, &ldquoLes anesthésistes savent comment maintenir en toute sécurité leurs patients dans les états les plus profonds de l'anesthésie générale, mais la plupart ne sont pas familiarisés avec les mécanismes de base des circuits neuronaux qui leur permettent d'effectuer leur travail de maintien de la vie.&rdquo

"L'anesthésie n'a pas été attaquée aussi sérieusement que d'autres questions en neurosciences", ajoute-t-il. &ldquoPourquoi ne devrions-nous pas&rsquot faire la même chose pour les questions d'anesthésie générale ?&rdquo

Andreas Loepke, MD, à l'Université de Cincinnati College of Medicine, est d'accord. « Les anesthésiques sont des médicaments très puissants avec une marge de sécurité très étroite, comme en témoignent les événements malheureux entourant la mort de Michael Jackson », dit-il.

&ldquoCes médicaments entraînent des effets secondaires puissants, tels qu'une dépression respiratoire, une perte des réflexes protecteurs des voies respiratoires, une instabilité de la pression artérielle, ainsi que des nausées et des vomissements.&rdquo

Il conclut qu'une meilleure compréhension du fonctionnement de l'anesthésie générale au niveau cellulaire et moléculaire pourrait aider au développement de médicaments anesthésiques dépourvus de ces effets secondaires.


Comment l'anesthésie affecte le cerveau

Chaque année, vingt-quatre millions d'Américains sont mis sous anesthésie générale. Pourtant, beaucoup reste inconnu sur le mécanisme et l'utilisation appropriée des anesthésiques généraux. Un niveau d'anesthésie inadéquat a entraîné le réveil de certains patients pendant la chirurgie, tandis qu'une dose plus élevée d'anesthésie a été associée à une mortalité postopératoire accrue chez les patients âgés.

These hazards underscore the importance of monitoring the level of anesthesia and better understanding how anesthesia works. Although monitors can help determine how much anesthetic should be administered clinically, doctors today continue to rely heavily on clinical observation.

The four end points of anesthesia — hypnosis, amnesia, analgesia, and reflex suppression — are highly subjective, but fMRI provides an alternative, objective method of description. Researchers at the Yale School of Medicine are using functional magnetic resonance imaging (fMRI) to probe the effects of anesthesia on the human brain. “Essentially, fMRI allows us to objectively measure the subjective effects of anesthesia,” explained Dr. Ramachandran Ramani, Associate Professor of Anesthesia at the Yale School of Medicine.

Working with Professor of Diagnostic Radiology and Neurosurgery and Director of the Yale Magnetic Resonance Research Center (MRRC) Robert Todd Constable, as well as Associate Research Scientist at the Yale MRRC Maolin Qiu, Ramani has conducted several fMRI studies with the commonly used inhalation anesthetic sevoflurane. These studies offer insight into the dose-dependent effects of general anesthetics on neuronal activity in the brain and may help doctors make more informed decisions about the administration of general anesthesia.

Objective Measurements of Subjective Effects

While traditional MRI uses the property of nuclear magnetic resonance to provide structural information such as the location of a brain tumor, fMRI provides functional information about the activity of different parts of the brain. With a spatial resolution of 0.5 mm and a temporal resolution of equal quality, fMRI allows precise measurement of brain activity. A few decades ago, researchers could only measure whole-brain activity, but fMRI allows investigation of the effects of anesthetics on specific regions in the brain.

Functional MRI produces two main outputs: blood oxygen level-dependent contrast (BOLD) and regional cerebral blood flow (rCBF). BOLD signals are influenced by the relative amounts of oxygenated and deoxygenated hemoglobin in the blood, and they provide a qualitative measure of regional cerebral metabolism and neuronal activity.

Ramani and colleagues used fMRI to measure the effects of low (sub-anesthetic) doses of general anesthetics on visual, auditory, motor, memory, and somatosensory activation in healthy adult subjects. Every study was conducted on 20–25 subjects, each imaged over the course of one to two hours. A baseline rCBF measurement was obtained in the awake state as well as in the anesthesia state. The subjects were instructed to perform visual, auditory, motor, memory, or somatosensory tasks, and fMRI measurements (BOLD and rCBF) in different parts of the brain were taken and compared to the baseline state.

This BOLD mask demonstrates the planes in which BOLD measurements were obtained. BOLD measurements were taken in 3 mm sections, giving very good resolution. Image courtesy of Dr. Ramani.

A Non-uniform Effect on the Brain

“It has long been assumed that anesthesia uniformly decreases metabolism and blood flow in all the regions of the brain,” says Ramani. “But we see that at lower doses, there is non-uniformity. In some regions of the brain there is a decrease in blood flow in other regions there is an increase. This implies that at lower doses some regions of the brain get activated, and some get deactivated.”

In the fMRI studies, visual, auditory, and motor activation resulted in a significant increase in CBF in associated regions of the brain. The primary and secondary visual cortices experienced greater CBF in response to visual activation. Anesthetic appeared to decrease the task-induced activation of the visual cortices, thalamus, hippocampus, and supplementary motor area. However, the task-induced activation of other regions of the brain, such as the primary and secondary auditory cortices, was unaffected by anesthetic.

One minimum alveolar concentration (1 MAC) is considered to be the minimum amount of anesthetic necessary to suppress reflex motor response in 50 percent of the subjects. In clinical anesthesia, the recommended dose of general anesthetic is at least 1 MAC, but Ramani and colleagues used lower doses to examine the effects of sevoflurane on the brain. They found that 0.25 MAC sevoflurane mostly affects the primary visual cortex, the related association cortices, and certain other higher order association cortices.

Similar studies with 0.5 MAC sevoflurane showed that this dose of anesthetic has an effect on a wider area of the brain. The researchers thus concluded that low doses of sevoflurane primarily affect the higher order memory-related regions and association areas.

The affected regions of the brain may also provide information regarding how sevoflurane impacts various aspects of brain functions. 0.25 MAC sevoflurane primarily influences the CBF of the occipital lobe of the brain, which contains the visual processing center, whereas 0.5 MAC sevoflurane primarily influences the CBF of the frontal and parietal lobes, which include areas that deal with memory and sensory functions.

The larger effect of anesthesia on higher order regions of the brain is consistent with the current understanding of the mechanism of action of general anesthetics. Most anesthetic agents, including sevoflurane, act primarily at the level of synaptic junctions in the brain. When a sensation is detected, the resulting neural signals go to the primary regions of the brain, and then to the secondary regions, before being transmitted to the tertiary regions in the frontal and temporal lobes, which process and combine multiple different types of stimuli.

For instance, visual signals received by the eyes are transmitted to the primary visual cortex and then to the secondary cortex in the occipital lobe, before arriving at the frontal and temporal lobes, where visual, auditory, sensory, and other information are integrated.

Because the neuronal signals must pass multiple synapses from the primary, secondary, and tertiary regions of the brain to reach the higher order regions, the anesthetic’s small effects on each synapse add up, so that the effect on rCBF is only observed at the more sensitive higher order regions.

Informing Clinical Practice

The results Ramani and colleagues obtained may also influence standard clinical practice. “We have been highlighting that the concentration we are using in routine practice — 1 MAC — may be too high,” says Ramani. The researchers’ fMRI findings suggest that all the regions of the brain relevant to the maintenance of anesthesia are already affected at 0.5–0.7 MAC.

Higher concentrations of anesthetics can have adverse effects on other parts of the body. They can affect breathing, depress the heart, and decrease blood pressure. Some studies suggest that keeping a patient under deep anesthesia can increase the mortality after surgery. In laboratory studies, it has been demonstrated that prolonged anesthesia could have neurotoxic effects in the brain of newborns. Some retrospective studies in humans also suggest that anesthesia early in life could lead to adverse neurological effects.

“You have to remember that our studies are being done with healthy young adults. With an older population, the requirement for anesthesia could be even less,” says Ramani. “Moreover, elderly people have other co-morbid conditions such as hypertension, diabetes, coronary artery disease, stroke, etc., which by themselves can increase the risk associated with anesthesia. The population in this country is getting older. As they get older, they get sicker also, and in light of this we have to be more cautious when we manage these patients.” The simultaneous use of multiple other medications during anesthesia may also require a further decrease in the dose of anesthetic used in clinical practice.

The researchers further recommend that doctors monitor the status of their patients under anesthesia and modulate the dose of anesthetic accordingly. Although fMRI is a very useful method for research on anesthesia, it is not practical for use as a monitor in clinical settings. Other research groups are currently studying how to correlate electroencephalogram (EEG) and fMRI measurements, to ultimately develope EEG-based monitors.

In the coming months, Ramani and colleagues hope to start a study on the neurotoxic effects of anesthetics. Rather than working with healthy subjects, they plan to study older populations, focusing specifically on orthopedic surgery patients. “In people over 65 years of age, there is a very high incidence of delirium following a surgery with anesthesia,” he says. Delirium can have negative effects on cardiovascular and respiratory function and often results in longer stays in the intensive care unit, hospital, or nursing facility.

Ramani and his collaborators will use fMRI to image patients prior to surgery and will monitor patients for signs of post-surgical delirium. “Older people have changes in cerebral blood flow, which cause cognitive dysfunction, and patients with cognitive dysfunction are more prone to delirium,” he explains. “We are trying to connect the first step, changes in cerebral blood flow, to the third step, delirium.”

With the fMRI studies, Ramani and his colleagues hope to find a fMRI biomarker that may help predict whether a patient is at risk of developing delirium, so that post-operative delirium can be treated proactively or even prevented. A biomarker for delirium susceptibility could help reduce morbidity and mortality as well as decrease health care costs for elderly patients requiring surgery.

This series of axial sections shows the drop in rCBF in the brain of a healthy adult subject treated with 0.5 MAC propofol. Courtesy of Dr. Ramani.

A propos de l'auteur
Katherine Zhou is a senior Molecular Biophysics & Biochemistry major in Saybrook College. She studies group II intron splicing in Professor Anna Pyle’s lab.

Remerciements
The author would like to thank Dr. Ramani for taking the time to explain his research and for his comments on this article.

Lectures complémentaires
Ramani R, Qiu M, Constable RT. Sevoflurane 0.25 MAC preferentially affects higher order association areas – fMRI study in volunteers. Anesth Analg 2007 105: 648-655.
Qiu M, Ramani R, Swetye M, Constable RT. Spatial non uniformity of the resting CBF and BOLD responses to sevoflurane – in vivo study of normal humans subjects with Magnetic Resonance Imaging. Hum Brain Mapp 2008 29: 1390-1399.
Ramani R. Effects of sub-anaesthetic and anaesthetic doses of Sevoflurane on regional cerebral blood flow in healthy volunteers. Acta Anaesthesiol Scand 2005: 49 1223-1224.
Qiu M, Ramani R, Swetye M, Rajeevan N, Constable RT. Anesthetic effects on regional CBF and BOLD and the coupling between task induced changes in CBF and BOLD – fMRI study in normal human subjects. Magn Reson Med 2008 60: 987-996.


Neuroscience study indicates that LSD “frees” brain activity from anatomical constraints

The psychedelic state induced by LSD appears to weaken the association between anatomical brain structure and functional connectivity, according to new research published in the journal NeuroImage. The study also provides evidence that LSD increases the complexity of segregated brain states.

The findings provide new insights into the relationship between brain function and consciousness.

“My main interest — and the focus of my research — is on understanding the neuroscience of human consciousness,” said study author Andrea I. Luppi (@loopyluppi), a Gates Scholar at the University of Cambridge in the Cognition and Consciousness Imaging Group.

“Most studies of consciousness focus on its loss: sleep, anesthesia, or coma. But we think that a complementary way to obtain insights is to study states of altered consciousness, such as the psychedelic state induced by LSD.”

Consciousness is believed to involve the integration of multiple segregated brain networks and their subnetworks, and the researchers sought to better understand how these patterns of brain connectivity varied over time under the influence of LSD.

Luppi and his colleagues used functional magnetic resonance imaging (fMRI) to examine the structural and functional brain connectivity of 15 healthy volunteers during two separate sessions. During one session, the participants were given a placebo. During the other, they were given an active dose of LSD.

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Typically, “neurons that fire together, wire together.” But the researchers found that LSD decoupled the relationship between structural and functionally connectivity, indicating that brain activity is “less constrained than usual by the presence or absence of an underlying anatomical connection” under the influence of the substance.

“We know that brain structure has a large influence on brain function under normal conditions. Our research shows that under the effects of LSD, this relationship becomes weaker: function is less constrained by structure. This is largely the opposite of what happens during anesthesia,” Luppi explained.

As the researchers wrote in their study, under the influence of LSD, it appears that “the brain is free to explore a variety of functional connectivity patterns that go beyond those dictated by anatomy – presumably resulting in the unusual beliefs and experiences reported during the psychedelic state, and reflected by increased functional complexity.”

“Integration and segregation of information are fundamental properties of brain function: We found that LSD does not affect them equally, but rather it has specific effects on each,” Luppi told PsyPost. In addition, these changes in brain integration and segregation fluctuated over time, and these fluctuations were associated with subjective experiences.

For example, the experience of losing one’s sense of self during a psychedelic experience, a phenomenon known as “ego dissolution” or “ego death,” was associated with a state of high global integration.

“This is a relatively new area of neuroscience, and research on larger cohorts will be needed to fully understand the effects of LSD and other psychedelics on brain function,” Luppi said. “A more thorough characterization may also shed light on potential clinical applications — such as the ongoing research at the new Centre for Psychedelic Research in London.”

“Studying psychoactive substances offers a unique opportunity for neuroscience: we can study their effects in terms of brain chemistry, but also at the level of brain function and subjective experience,” he added. “In particular, the mind is never static, and neither is the brain: we are increasingly discovering that when it comes to brain function and its evolution over time, the journey matters just as much as the destination.”

The study, “LSD alters dynamic integration and segregation in the human brain“, was authored by Andrea I. Luppi, Robin L. Carhart-Harris, Leor Roseman, Ioannis Pappas, David K. Menon, and Emmanuel A. Stamatakis.


How general anesthetics affect the brain

General anesthetics have a more widespread effect on the brain than inducing sleep, suggests a new study that could lead to improved drugs for use in surgery.

Share on Pinterest Researchers now suggest that general anesthetics do much more than simply induce sleep.

The team, from the University of Queensland in Australia, write in the journal Rapports de cellule that their “findings may provide a more complete understanding of general anesthesia.”

Using a technique known as single-molecule imaging microscopy, the scientists were able to explore the effect of propofol, a common general anesthetic, on single cells.

Specifically, they studied the effect of the drug on synaptic release, which is a mechanism through which nerve cells, or neurons, communicate with one another.

“We know from previous research,” says senior study author Bruno van Swinderen, an associate professor in the Queensland Brain Institute, “that general anesthetics including propofol act on sleep systems in the brain, much like a sleeping pill.”

But, in the new study — in which they examined the drug’s effects in rats and flies — the scientists found that propofol can also act in another, quite different, way.

As Prof. van Swinderen explains, the team found that the drug “disrupts presynaptic mechanisms, probably affecting communication between neurons across the entire brain in a systematic way that differs from just being asleep.”

He and his team found that propofol restricts the mobility of a protein called syntaxin1A, which is needed at neuron synapses in order for neurons to communicate with each other.

Synapses are junctions at which neurons transmit signals to other neurons as well as other types of cell, such as gland and muscle cells.

Most signals are carried by chemical messengers called neurotransmitters. These are released by the presynaptic neuron and received at the postsynaptic cell.

The new finding is significant because, as Prof. van Swinderen and his colleagues note in their study paper, “Every neuron communicates with other neurons by way of syntaxin1A-mediated neurotransmission,” and the mechanism is the same across species, ranging from “worms to humans.”

Prof. van Swinderen says that the team’s recent discovery might explain some of the side effects of general anesthesia, such as why we feel groggy and disoriented after surgery.

While propofol and other general anesthetics do put us to sleep, it is their “widespread disruption to synaptic connectivity” — or the communication pathways throughout the brain — that make surgery possible, he suggests.

“The discovery has implications for people whose brain connectivity is vulnerable, for example in children whose brains are still developing or for people with Alzheimer’s or Parkinson’s disease,” Prof. van Swinderen adds.

He says that more work is needed to determine whether or not general anesthetics produce long-term side effects in these vulnerable groups.

“ It has never been understood why general anesthesia is sometimes problematic for the very young and the old. This newly discovered mechanism may be a reason.”

Prof. Bruno van Swinderen


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