Fontana Giovanni
Entropia dell’EEG durante protossido d’azoto
Padova 20 Novembre 2010
N2O
Analgesia Ansiolisi Ipnosi Anestesia
Bassa incidenza di effetti collaterali.
Sommario
Farmacodinamica e Dosaggio N20
Corticodinamica e Origine dell’ EEG e ECoG
Metodi di conversione dell’EEG in un indice
Review: N20 EEG ed Indici
N20 Accende la corteccia ma non induce la sintonia
La “Metafora delle immagini”
Recettori
μ; κ; δ
GABAA
Meccanismi recettoriali
Aumento della
conduttanza al K+ e
Ca2+
Aumento della
conduttanza al Cl-
NMDA
Aumento della
conduttanza
ai cationi (Ca2+)
Azione sulla membrana
Iperpolarizzazione
Iperpolarizzazione
Depolarizzazione
Funzione prevalente
Analgesia
Inibizione eccitabilità
Aumento eccitabilità
Agonisti
Morfina
GABA
BDZ
An. alogenati
Ac. glutammico
Antagonisti
Naloxone
Flumazenil
N 2O
N2O
effetti
recettoriali
Attivazione
degli
oppiodi
endogeni
Attivazione
GABAA
Inibizione
dei
NMDA
N2O
effetti
generali
Analgesia
Ansiolisi
Sedazione
Ipnosi
Anestesia
NMDA: Rilevano eventi contemporanei (rivelatori di coincidenze) e inducono
neuroplasticità.
Sanders, 2008, Emmanouil 2007
Farmacodinamica e Dosaggio N20
N2O %
Analgesia
Analgesia
Sedazione
Max
Mai oltre
10-15%
15-25%
25-50%
< 50%N2O
> 75%N2O
25% N2O% analgesia equivalente a 10 mg di morfina PO
35% N2O%analgesia equivalente a 15 mg di morfina PO
Percentuali dei livelli di coscienza in 52 pazienti
Cleaton-Jones P, Moyes DG, Whittaker AM. Anaesthesia. 1979. 34(9): 859-62.
Livelli di coscienza
1°) Sveglio
N2O
50% 60% 70%
44 % 12 % 4 %
2°) Sonnolenza
48 % 65 % 42 %
3°) Molto sonnolento
8%
8 % 29 %
4°) Dorme ma risvegliabile
12 % 8 %
5°) Incoscienza
4 % 17 %
Corticodinamica e Origine del EEG e ECoG
Sorgente principale dei segnali elettrici corticali:
dipende dall’attività sinaptica di 100.000 neuroni
piramidali.
Eccitabilità:
dipende dalla variazione del Voltaggio indotta
dall’attività sinaptica.
Kandel et al 2002, Liley, Bojak, 2005
Metodi di conversione dell’EEG in un indice
Analisi
EEG
Bispettrale
Monitors
Indice
Frequenza
Valori
(Hz)
Bispectral
Spettrale
Entropy
dell’entropia
BIS: Livello di ipnosi
14 -30
0 -100
SE: Entropia di stato
RE: Entropia di risposta
0 – 32
0 - 47
0 - 91
0 -100
Review: N20 EEG ed Indici
Effetti del solo N2O su EEG
n
N2O (%)
5
50 -100
5
18
50
30
30
δ θ α β γ
Misc
Autore
150 μV pattern
Derbyshire et al, 1941
↑ - ↓ - - - ↓↑ ↑ ↑ - ↓ - -
40-70 μV δ
Faulconer et al, 1949
Overswing δ
Henrie et al, 1961
Burst activity
Clark & Rosner, 1973
- ↑
↓
- -
9
15
30, 50, 70
10, 30, 50
- - -
↓
-
↑ ↑
- -
FOA 34 Hz
Yamamura et al, 1981
Withdrawal ↑ power
Williams et al, 1984
13
10, 30, 50
- -
-
↑ ↑
Withdrawal ↑ δ/θ
Rampil et al. 1998
Review: N20 EEG ed Indici
Bispectral Index
Concentrazioni
N 2O
Influenza sul
BIS
Autore
<50%
Nessuna
Rampil, 1998
70%-75%
Nessuna
Anderson, 2004
Alla sospensione Riduzione
paradossa del
BIS
Puri,2001
Alla sospensione Riduzione
paradossa del
BIS
Rampil, 1998
Review: N20 EEG ed Indici
Entropy Module
Concentrazioni
N2O
Influenza sul
Entropy State
Autore
70%-75%
Nessuna
Anderson, 2004
N2O + An alogenati
Alterazione dei valori
Soto, 2006
Sloan, 1998
Review: Tecniche di analisi EEG
Sintesi delle variazioni EEG indotte dal N2O
1) Riduzione del ritmo alfa (in ampiezza e frequenza)
2) Attivazione del ritmo beta (alta frequenza).
3) All’inizio e alla fine della inalazione di N20 può esserci una
transitoria attività delta ( grande ampiezza)
Sintesi delle variazioni del BIS e degli indici di entropia
indotte dal N2O
1) Nessuna cambiamento EEG.
2) Nessuna cambiamento dei potenziali evocati.
NB: N2O usato con altri farmaci anestetici determina sul EEG effetti additivi
Review: Tecniche di analisi non EEG
N2O
20 %
Effetti
Attivazione della corteccia cingolata
Deattivazione dell‘ippocampo
Autore
Gyulai, 1996
Review: Tecniche di analisi non EEG
N20 Accende la corteccia ma non induce la sintonia
N2O
20% - 40%
60%
33%
66%
Effetti
Autore
Aumento delle frequenze alfa e
beta
Foster, 2008
Riduzione degli Input corticali
(corteccia frontale)
Liley, 2008
La “Metafora delle immagini”
L’entropia origina dal riarrangiamento dinamico
degli input, dovuto ai neuroni corticali (microstrati)
1) Se assimiliamo i neuroni corticali a dei pixel
2) Se combiniamo 184 · 289 pixel ed una scala dei grigi a
due colori
possiamo ottenere 3,72 · 1016.007 possibili immagini.
Il Supercomputer Tianhe-1° (che segue 1015 operazioni/sec) impiega
milleni per individuarle.
La “Metafora delle immagini”
Procedendo dal grande al piccolo,
la legge dell’entropia si disgrega
in un concetto probabilistico
On / Off
N2O Nessuna Sintonia
Arrivederci
Bibliografia
Sanders RD, Weimann J, Maze M. Biologic effects of nitrous oxide: a mechanistic and toxicologic review. Anesthesiology. 2008.109(4):707-22.
Emmanouil DE, Quock RM: Advances in understanding the actions of nitrous oxide. Anesth Prog. 2007, 54(1), 9-18.
Liley DTJ, Bojak I: Understanding the transition to seizure by modelling the epileptiform activity of general anesthetic agents. J. Clin. Neurophysiol
2005, 22 (5), 300–313.
Liley DT, Leslie K, Sinclair NC, Feckie M. Dissociating the effects of nitrous oxide on brain electrical activity using fixed order time series
modeling. Comput Biol Med. 2008, 38(10), 1121-30.
Derbyshire AJ, Murphy FJ, Corrigan KE, Lobdell L: Some observations of the effects of nitrous oxide upon the electroencephalogram in man. Am.
J. Phys 1941, 133 , 261–262.
Faulconer A, Pender JW, Bickford RG: The influence of partial pressure of nitrous oxide on the depth of anesthesia and the electro-encephaogram
in man. Anesthesiology 1949, 10 , 601–609.
Henrie JR, Parkhouse J, Bickford RG: Alteration of human consciousness by nitrous oxide as assessed by electroencephalography and
psychological tests. Anesthesiology 1961, 22 (2), 247–259.
Clark DL, Rosner BS: Neurophysiologic effects of general anesthetics: I the electroencephalogram and sensory evoked responses in man.
Anesthesiology 1973, 38 (6), 564–582.
Yamamura T, Fukuda M, Takeya H, Goto Y, Furukawa K: Fast oscillatory eeg activity by analgesic concentrations of nitrous oxide in man. Anesth.
Analg 1981, 60 (5), 283–288.
Williams DJ, Morgan RJ, Sebel PS, Maynard DE: The effects of nitrous oxide on cerebral electrical activity. Anaesthesia 1984, 39 (5), 422–5.
Rampil IJ: A primer for eeg signal processing in anesthesia. Anesthesiology 1998, 89 (4), 980–1002.