Lorsque les patients subissent une anesthésie générale, leur activité cérébrale ralentit souvent à mesure qu’ils sombrent dans l’inconscience. Des doses plus élevées de médicaments anesthésiques peuvent induire un état d’inconscience encore plus profond connu sous le nom de burst suppression, qui est associé à des troubles cognitifs après le réveil du patient.
Une nouvelle étude du MIT, dans laquelle les chercheurs ont analysé les schémas EEG des patients sous anesthésie, a révélé des signatures d’ondes cérébrales qui pourraient aider les anesthésistes à déterminer quand les patients passent à cet état d’inconscience plus profond. Cela pourrait leur permettre d’empêcher les patients de tomber dans cet état, réduisant ainsi le risque de dysfonctionnement cérébral postopératoire.
L’un de ces modèles distinctifs est apparu dans les ondes alpha du cerveau (qui ont une fréquence de huit à 14 cycles par seconde). Une fois que les patients sont devenus inconscients, ces ondes ont commencé à croître et à diminuer en amplitude. Au fur et à mesure que les patients s’enfonçaient dans l’inconscience, le schéma de cette augmentation et de cette diminution d’amplitude, ou modulation d’amplitude, changeait continuellement.
« Si vous suivez cette modulation à mesure qu’elle devient plus profonde ou moins profonde, vous disposez d’un moyen très logique de suivre le niveau d’inconscience sous anesthésie », déclare Emery Brown, professeur Edward Hood Taplin de génie médical et de neuroscience computationnelle et membre de l’Institut Picower du MIT. pour l’apprentissage et la mémoire et l’Institut de génie médical et des sciences.
Brown est l’auteur principal de la nouvelle étude, qui apparaît cette semaine dans le Actes de l’Académie nationale des sciences. Les principaux auteurs de l’article sont Elie Adam, chercheur à l’Institut Picower, Ohyoon Kwon ’20 et l’étudiante diplômée Karla Montejo.
Mesurer les ondes cérébrales
Les ondes cérébrales, qui sont générées par une activité neuronale synchronisée, oscillent à différentes fréquences selon le type de tâche que le cerveau effectue. Lorsque le cerveau est fortement engagé dans une activité mentale, il produit des oscillations bêta (15-30 hertz) et gamma (supérieures à 30 hertz) à plus haute fréquence, censées aider à organiser les informations et à améliorer la communication entre les différentes régions du cerveau.
Les médicaments d’anesthésie couramment utilisés tels que le propofol ont un effet significatif sur ces oscillations. Au cours d’une anesthésie induite par le propofol ou d’autres anesthésiques qui augmentent l’efficacité des récepteurs inhibiteurs GABAergiques dans le cerveau, le cerveau entre dans un état d’inconscience connu sous le nom de delta-alpha lent (SDA). Cet état est caractérisé par des oscillations lentes (0,1-1 hertz), delta (1-4 hertz) et alpha (8-14 hertz).
Avec des doses plus élevées de ces médicaments anesthésiques, le cerveau peut tomber dans un état d’inconscience encore plus profond. Dans cet état, connu sous le nom de suppression des rafales, les enregistrements EEG du cerveau montrent de longues périodes d’inactivité, ponctuées de brèves rafales d’oscillations de faible amplitude. Lorsque les patients entrent dans cet état, ils sont plus susceptibles de souffrir de confusion postopératoire, de délire et de perte de mémoire. Ces effets, qui peuvent durer des heures, des jours, des semaines ou des mois, sont plus fréquents chez les patients âgés.
La SDA et la suppression des rafales produisent des modèles EEG distinctifs qui ont été bien étudiés. Cependant, ils ont été étudiés en tant qu’états cérébraux distincts; ce qui se passe lors de la transition entre les deux états est moins clair. C’est cette transition que l’équipe du MIT a entrepris d’analyser dans cette étude.
Pour ce faire, les chercheurs ont étudié 10 volontaires sains et 30 patients qui subissaient une intervention chirurgicale. La plupart des patients ont reçu du propofol par voie intraveineuse et les autres ont reçu du sévoflurane, un gaz anesthésique couramment utilisé. Ces deux médicaments agissent sur les récepteurs GABA dans le cerveau, ce qui réduit l’excitabilité des neurones.
Au fur et à mesure que la dose de propofol était augmentée, les patients présentaient deux schémas distincts de changement dans leurs EEG. Le premier schéma a été observé dans les ondes alpha, qui ont commencé à croître et à décliner. Au fur et à mesure que la dose augmentait, l’épilation était raccourcie et la décroissance prolongée, jusqu’à ce que le patient atteigne l’état de suppression des bouffées.
« Vous pouvez voir une modulation très forte, qui est toujours là. Au fur et à mesure que la modulation devient plus profonde, elle finit par s’aplatir, et c’est à ce moment-là que le cerveau atteint l’état le plus profond », explique Brown.
Lorsque la quantité de médicament a été réduite, l’amplitude des ondes alpha a recommencé à augmenter.
Les chercheurs ont également trouvé un schéma distinctif dans les ondes lentes et delta observées dans les lectures EEG des patients. Les oscillations lentes et delta sont les ondes cérébrales les plus lentes, et à mesure que la quantité de médicament augmentait, la fréquence de ces ondes devenait de plus en plus lente, reflétant une diminution de l’activité cérébrale.
Perturbation métabolique
Les chercheurs émettent l’hypothèse que le propofol exerce ces effets par son influence sur le métabolisme des neurones. Le médicament est postulé pour perturber la production d’ATP, les molécules que les cellules utilisent pour stocker l’énergie. À mesure que la production d’ATP diminue, les neurones finissent par devenir incapables de se déclencher, ce qui entraîne une suppression des rafales.
« Cela est cohérent avec l’observation selon laquelle la suppression des rafales est très fréquente chez les patients âgés, car leur état métabolique peut être moins bien régulé que celui des patients plus jeunes », déclare Brown.
Les résultats pourraient offrir aux anesthésistes un contrôle plus précis sur l’état d’inconscience d’un patient pendant la chirurgie, dit Brown. Il espère maintenant développer un algorithme qui pourrait générer un avertissement indiquant qu’un patient approche de la suppression de la salve, qui pourrait être affiché sur un moniteur dans la salle d’opération. Il dit que les anesthésiologistes pourraient également apprendre à faire cette détermination en recherchant ces modèles dans l’EEG d’un patient.
« L’une des raisons pour lesquelles nous sommes enthousiasmés par cela est que c’est quelque chose que vous pouvez réellement voir dans l’EEG brut », déclare Brown. « Maintenant que nous avons souligné ces modèles, ils sont très faciles à voir. »
Les chercheurs prévoient maintenant d’explorer davantage ce qui se passe dans le métabolisme du cerveau pendant la transition vers la suppression des rafales, en utilisant des modèles animaux.
La recherche a été financée en partie par le Picower Institute Innovation Fund et les National Institutes of Health.
