Mecanismos Cerebrales De Anestesia Y Sueño Natural

Artículo de Susan Lubejko.

Traducción de Jillybeth Burgado.

“Respire profundamente y cuente hacia atrás desde 10… “10…9…8…7…”.

Si usted es una de las muchas personas que se han sometido a una cirugía bajo anestesia general, es probable que recuerde estas palabras de su anestesiólogo, comenzando la cuenta atrás usted mismo, y luego… nada.

Cuando despertó más tarde, ya estaba fuera de la cirugía y en una sala de recuperación sin memoria del procedimiento y sin percepción del dolor que su cuerpo tuvo que soportar durante el proceso.

La anestesia general puede tomar muchas formas, desde gases inhalados hasta medicamentos líquidos introducidos en su flujo sanguíneo a través de una infusión intravenosa (IV), pero los resultados siguen los mismos principios básicos: alivio de dolor, amnesia, la incapacidad para moverse y, sobre todo, la pérdida de la conciencia. Cuando se administra por un experto médico certificado en anestesia, el proceso es seguro, efectivo y reversible.

Si bien la administración de anestesia general es algo que ahora a menudo damos por sentado, el advenimiento de la anestesia moderna revolucionó completamente la medicina y la cirugía. Mientras que otras sustancias como el alcohol e incluso la simple distracción del paciente se han utilizado a lo largo de la historia para aliviar el dolor durante procedimientos, la cirugía era una experiencia decisivamente desagradable para el paciente completamente despierto. El desarrollo de la anestesia general moderna a menudo se le atribuye a William T.G. Morton, un dentista de Boston quien fue el primero en administrar éter inhalado controlado a un paciente que se sometió a una extirpación de un tumor en su cuello en el Hospital General de Massachusetts en 1846, creando un aparato de vidrio y madera para administrar éter a los pacientes durante la cirugía. A pesar de que otros médicos habían utilizado previamente el éter y óxido nitroso durante los procedimientos, carecían de control sobre la administración de la anestesia, aumentando enormemente el riesgo de sobredosis con el anestésico [1].

Sin lugar a duda, nuestra implementación de anestesia general ha mejorado con la invención del tubo endotraqueal que se inserta en las vías respiratorias para inducir la anestesia inhalada y asistir la respiración durante los procedimientos quirúrgicos, una variedad de otras tecnologías de inducción anestésica, y fármacos anestésicos inhalados e inyectados más nuevos y seguros [2]. Sin embargo, puede que le sorprenda saber que los neurocientíficos y los profesionales médicos no están exactamente seguros de cómo estos medicamentos causan los signos distintivos de la anestesia, particularmente la pérdida reversible de la conciencia.

El aparato de control de anestesia con éter de William T.G. Morton. Wikimedia Commons.

Las dianas cerebrales de anestesia general

Las presentes hipótesis sobre cómo los fármacos anestésicos generales causan estos efectos se han estudiado en dos niveles diferentes del sistema nervioso: cómo cambia la actividad de las células individuales en el cerebro y cómo cambia la actividad en áreas cerebrales más grandes.

En cuanto a las neuronas individuales en el cerebro, los anestésicos generales parecen causar algunas alteraciones importantes en cómo el cerebro es capaz de enviar señales de una célula a otra. Por lo general, las neuronas pueden ser “excitadas” por mensajes entrantes de otras neuronas y pasarán esa señal a otras. Sin embargo, las neuronas también pueden ser “inhibidas” por otras neuronas, lo que las hace menos propensas a enviar señales para excitar la siguiente célula de la cadena. La anestesia general parece silenciar la comunicación neuronal al abrir canales en la membrana celular que causan la inhibición de las neuronas. Al mismo tiempo, la anestesia general bloquea los receptores que generalmente causan la excitación de las neuronas y la transmisión de sus señales a la siguiente neurona. Sin embargo, para complicar este asunto, diferentes fármacos anestésicos utilizan estos mecanismos de manera diferente, haciendo difícil determinar los mecanismos generales de acción que se aplican a toda la anestesia [3].

Los estudios en humanos han ayudado a los científicos que intentan contestar la segunda pregunta de cómo cambia la actividad en áreas cerebrales más grandes. Las tomografías PET (un método para obtener imágenes del flujo sanguíneo en ciertas áreas del cerebro) muestran que, en general, hay disminución en el flujo de sangre a la mayoría de las partes del cerebro durante la pérdida de conciencia durante la anestesia general. Mientras que diferentes fármacos anestésicos cambian la identidad de las áreas que más se desactivan, las áreas de la corteza cerebral involucradas en compartir información sensorial, el tálamo (que envía información sensorial a la corteza cerebral) y el cerebelo (que coordina el movimiento) parecen estar más afectadas por los anestésicos generales [3].

Sueño y anestesia

Por diversas razones, los científicos han cuestionado si la anestesia general y el sueño natural comparten algún mecanismo de acción. La razón más obvia para sugerir esto es la inequívoca pérdida de conciencia que es un sello distintivo tanto para el sueño como para la anestesia inducida por drogas. Además, la anestesia con propofol puede causar la misma cantidad de recuperación de 24 horas de privación del sueño en ratas comparado con el sueño natural durante el mismo período de tiempo. Esto sugiere que el sueño y la anestesia pueden compartir algunos mecanismos y el propofol puede ayudar a compensar la falta de sueño natural [4]. Además, mientras que la mayoría de los pacientes reportan una pérdida de tiempo mientras se encuentran bajo anestesia, estudios científicos más recientes reportan que pacientes sacados de anestesia superficial después de una variedad de intervalos pueden soñar y comprender estímulos externos en ciertas fases de la anestesia general, pero los fármacos generalmente causan pérdida de memoria de estos eventos [5,6].

Al grabar la actividad en el cerebro durante el sueño y la anestesia, surgen otras similitudes. Las grabaciones de electroencefalografía (EEG) de los electrodos en el cuero cabelludo, que pueden rastrear los cambios globales en la actividad eléctrica en los cerebros humanos, revelan que los patrones en cómo cambia la actividad eléctrica en períodos durante la anestesia se parecen mucho a diferentes etapas REM (movimiento ocular rápido) y sueño no-REM (para obtener más información sobre el sueño, consulte este artículo 2014 de NeuWrite). Igual que en las áreas del cerebro afectadas por la anestesia en la sección anterior, las imágenes cerebrales muestran que el sueño profundo no-REM causa una desactivación importante del tálamo y ciertas áreas de la corteza cerebral que combinan diferentes tipos de información sensorial [3].

Áreas cerebrales similares tienen disminuido flujo de sangre en el sueño como en la anestesia. Parte superior: las áreas rojas / amarillas indican áreas de disminución del flujo sanguíneo durante el sueño profundo. Parte inferior: las áreas azules / verdes indican áreas de disminución del flujo sanguíneo después de la pérdida de la conciencia (LOC) resultado de anestesia inducida por sevoflurano. Adaptado de [3].

Prueba de que hay neuronas en el cerebro que conectan el sueño y los anestésicos.

Tal como leyó anteriormente, la anestesia general probablemente funciona a través de cambios realmente complicados en el cerebro que difieren entre los tipos de fármacos anestésicos. Pero todos causan una pérdida de conciencia similar y se pueden comparar de manera similar con el sueño, ¿por lo tanto, podría haber algunos mecanismos compartidos entre estos distintos anestésicos generales?

Un artículo científico de 2019 [7] de investigadores del Centro Médico de la Universidad de Duke se propuso responder a este dilema. Estos científicos descubrieron que hay una pequeña colección de neuronas en el hipotálamo del cerebro del ratón que están activas durante las diferentes anestesias generales. El hipotálamo es una región del cerebro que está cercanamente conectada con la glándula pituitaria para enviar señales químicas al resto del cuerpo y controlar cosas como el sueño, el hambre, la fatiga y la temperatura corporal, por mencionar solo algunas. Las mismas neuronas hipotalámicas aumentaron su actividad eléctrica en presencia de isoflurano (un fármaco inhalado), ketamina o propofol (ambos anestésicos inyectados). Curiosamente, determinaron que las neuronas comenzaron a aumentar su actividad antes de la pérdida de conciencia y calmaron su actividad antes de que el sujeto se recupera de la anestesia, lo que sugiere que estas neuronas probablemente controlan la pérdida de conciencia típica de la anestesia general, inhalables e inyectables.

Luego, los investigadores querían probar que existe una conexión definitiva entre las neuronas que son responsables de controlar la anestesia general y los procesos del sueño. Cuando activaron las neuronas hipotalámicas específicas que se activaron durante la anestesia usando luz (¡vea este impresionante artículo de 2015 de NeuWrite sobre este método de control de neuronas!), el sueño mejoró durante el período posterior a la estimulación de la luz debido a un aumento en la duración de Sueño REM y disminución de la duración de los períodos de vigilia. En consecuencia, cuando esas mismas neuronas fueron destruidas, el sueño natural REM y no REM disminuyó con el tiempo en los ratones. De manera emocionante, este estudio nos proporciona mecanismos cerebrales específicos que ayudan a explicar por qué la anestesia general se parece al sueño y puede promover la recuperación de la falta de sueño.

Hemos evolucionado desde los primeros días del éter de William T.G. Morton. Wikimedia Commons.

La evolución de la anestesia general

Es bastante claro que hemos avanzado mucho desde los días de William T.G. Morton en términos de seguridad y eficacia de la anestesia general y que la medicina moderna se vería muy diferente sin ella. Mientras que los neurocientíficos han descubierto mucho sobre cómo las drogas anestésicas hacen su trabajo y cómo estos mecanismos están relacionados con el sueño en términos de actividad celular y cerebral total, continuaremos refinando el proceso de anestesia a través de una mejor comprensión de las neuronas específicas y de cómo el cerebro crea conciencia. Por ahora, continúa agradeciendo a los pioneros y a los que han trabajado en este tópico por su cómoda experiencia quirúrgica.

Referencias

  1. Markel H (2013) The Painful Story Behind Modern Anesthesia. PBS NewsHour. Retrieved May 20, 2019 from https://www.pbs.org/newshour/health/the-painful-story-behind-modern-anesthesia
  2. Robinson DH, Toledo AH (2012) Historical development of modern anesthesia. Journal of Investigative Surgery, 25:3 141-149
  3. Franks NP (2008) General anesthesia: from molecular targets to neuronal pathways of sleep and arousal. Nature Reviews Neuroscience, 9: 370-386
  4. Tung A, Bergmann BM, Herrera S, Cao D, Mendelson WB (2004) Recovery from sleep deprivation occurs during propofol anesthesia. Anesthesiology, 100:1419-26
  5. University of Turku. (2018, July 3). Consciousness is partly preserved during general anesthesia. ScienceDaily. Retrieved May 28, 2019 from http://www.sciencedaily.com/releases/2018/07/180703105631.htm
  6. Scheinin A, Kallionpaa RE, Li D, Kallioinen M, Kaisti K, Langsjo J, Maksimow A, Vahlberg T, Valli K, Mashour GA, Revonsuo A, Scheinin H (2018) Differentiating drug-related and state-related effects of dexmedetomidine and propofol on the electroencephalogram. Anesthesiology, 129:22-36

Jiang-Xie LF, Yin L, Zhao S, Prevosto V, Han BX, Dzirasa K, Wang F (2019) A common neuroendocrine substrate for diverse general anesthetics and sleep. Neuron, 102:1-13