21 diciembre 2017

Esto es lo que le sucede a su cerebro durante la anestesia


Cada día, en los Estados Unidos, unas 60.000 personas reciben anestesia general durante la cirugía. A través de una inyección o inhalación de gas anestésico, pierden la conciencia de manera segura mientras sus cuerpos son cortados y explorados. Luego, esa pérdida de conciencia se invierte. La gran mayoría se despierta horas más tarde, ya cosidos, con un agujero abierto sólo en su memoria.



“Este es probablemente el más intenso experimento de la neurofisiología que hacemos en la gente sobre una base regular,” dice Divya Chander, médico, neurólogo y miembro de la facultad por 7 años en el departamento de anestesiología de la Universidad de Stanford. Cuando terminó su doctorado en neurociencia decidió seguir anestesiología, no sólo para atender a los pacientes durante la cirugía, sino para responder las preguntas candentes que ha tenido desde la infancia sobre la naturaleza misma del ser humano: “Me di cuenta, que si me convertía en anestesiólogo, tendría el gran privilegio de explorar realmente la conciencia humana, me ganaría la vida manipulando la conciencia humana”.
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Imagen tomada de https://cosmosmagazine.com/biology/understanding-anaesthesia
A pesar de que hemos estado usando anestesia para más de 170 años, no ha sido posible la exploración de las cuestiones más importantes de la conciencia, porque realmente no sabemos cómo funciona la anestesia . La anestesia fue utilizado por primera vez en Estados Unidos en 1846 en el Hospital General de Massachusetts. Los fármacos de elección en ese entonces eran éter, cloroformo y el óxido nitroso, que al poco tiempo se empezaron a utilizar en todo el país y el mundo. A pesar de que ayudaron a hacer la cirugía mucho más cómoda, su mecanismo era un misterio.
Hugh Hemmings, el anestesiólogo en jefe en el Hospital Presbiteriano de Nueva York Weill Cornell y profesor de Medicina en Weill Cornell, dice que la raíz del misterio era porque muchos anestésicos diferentes podían lograr el mismo resultado.
“Realmente no hay ninguna estructura química común que se puede utilizar para predecir que un compuesto sería un anestésico,” dice. “Eso es inusual porque la mayoría de las drogas que conocemos interactúan de una manera precisa con un receptor de la droga, o sitio de unión, como una especie de llave-cerradura” Con los anestésicos, múltiples y muy diversos productos químicos podrían producir el mismo efecto: la pérdida de la conciencia. ¿Cómo lo hacen?
Una de las primeras teorías de finales del siglo 19 surgió cuando los científicos descubrieron que la potencia anestésica se podía predecir por la forma en que era soluble en aceite de oliva. Se supuso que los anestésicos interactuaban con la grasa, o los lípidos de las membranas de las células del cerebro. Esa teoría persistió durante décadas, hasta que en 1984, Nick Franks y Bill Lieb, en el Imperial College y el Kings College, en Londres, encontraron que los anestésicos pueden trabajar en ausencia de membranas lipídicas. En marzo de este año, Hemmings y sus colegas proporcionaron más pruebas refutar la teoría de lípidos , y confirmaron que los anestésicos con quien realmente interactuaban era con las proteínas en el cerebro.

El estudio adicional ha demostrado ahora que los anestésicos interactúan directamente con un número de diferentes proteínas o receptores celulares, por lo general para cambiar la forma en que se disparan las neuronas. De particular interés en la investigación son canales iónicos y los receptores de neurotransmisores, como los que responden a GABA -uno de los neurotransmisores inhibidores primarios-. Cuando se activan los receptores GABA, el disparo de una célula nerviosa tiende a ralentizar o apagar por completo.
Emery Brown es un anestesiólogo en el Hospital General de Massachusetts, profesor de anestesista en la Escuela de Medicina de Harvard, y profesor de neurociencia computacional en el MIT. Él piensa que es genial que sabemos la respuesta al problema de lípidos o proteínas y que todos los días estamos aprendiendo más acerca de los mecanismos biofísicos que son el meollo de la cuestión de la anestesia. Pero este conocimiento no ha conducido a una comprensión completa de cómo funciona todo. “Si te digo que los fármacos se unen a un determinado receptor de GABA, queda sin responder la pregunta ¿cómo es que pierde el conocimiento?” “Simplemente decir que se une al receptor GABA no puede ser toda la historia.”
Una serie de artículos de prensa y revistas científicas se hizo eco de esa idea: que todavía no sabemos cómo la anestesia nos hace perder la conciencia. Una revisión de 2014 dice: “A pesar de todos los avances que se han hecho, todavía carecemos de una visión clara y completa sobre los mecanismos neurofisiológicos específicos de  la anestesia general, desde el nivel molecular a la propagación global del cerebro.” Otro estudio, de 2017, se inicia con “en la actualidad no entendemos cómo la anestesia conduce a la pérdida de la conciencia."
Pero anestesiólogos como Brown y Chander piensan que esta actitud proviene de centrarse sólo en el nivel molecular, en lugar de en una visión neurocientífica más amplia. Brown me dice que un creciente grupo de anestesiólogos están tomando un enfoque más integral, y han estado haciendo esto durante varios años. Ellos están tomando ventaja de la forma en que anestesian a cientos de personas cada semana, y están midiendo su actividad cerebral con electroencefalogramas o EEG, que mide las señales eléctricas del cerebro a través del cuero cabelludo. Con esa información, que están aprendiendo más sobre la anestesia que nunca nos hemos conocido antes, y junto con él, probando uno de los problemas más difíciles y más interesantes de la ciencia: la biología de la consciencia .
La ciencia de la anestesia y la conciencia parecen irrevocablemente ligadas, y, sin embargo, no siempre han sido sincronizadas. George Mashour, un anestesiólogo y neurocientífico de la Universidad de Michigan, dice que durante su beca de la anestesia, hojeó Anestesia de Miller, el libro de texto de la anestesia masiva seminal, en busca de una sección sobre la conciencia y no logró encontrarlo mencionado.
“De todas las cosas que se están discutiendo, no hubo discusión formal de ello”, dice. De acuerdo con Mashour, en la década de 2000, un neurocientífico de alto nivel en el campo de los estudios de la conciencia se estaba preparando para una charla a un público de anestesiólogos. Durante la conferencia, dijo que también había buscado a través del índice de un libro de texto de anestesiología para encontrar la palabra "conciencia" y la más cercana que pudo encontrar fue constipation".
Hemmings, que hace investigación molecular de la anestesia, dice que durante muchas décadas, los científicos estaban limitados por su comprensión del sistema nervioso y de la neurociencia fundamental. Ahora que sabemos más sobre cómo funciona el cerebro en general, el estudio de la anestesia puede ampliarse. “Estoy más en las trincheras a nivel molecular, y otros están estudiando el nivel más bien de comportamiento en la conciencia o niveles electrofisiológicos,” dice. “La fusión de estos campos es uno de nuestros grandes retos. Nuestras reuniones definitivamente agrupan a los científicos de ambos campos. Pero no estamos todavía en el punto de una fusión completa. Pero ese es el objetivo final “.
Brown está de acuerdo en que de esta fusión, los investigadores tienen que considerar los circuitos neuronales en general. “Los anestesiólogos han intentado describir durante años el mecanismo anestésico únicamente en términos de la farmacología”, dice. “Así que tan pronto como se superpone la neurociencia, mucho de esto se simplifica drásticamente y se vuelve extremadamente claro en cuanto a cómo funcionan las drogas.”
Imagen tomada del artículo
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079612305500177
Tome el caso del propofol, por ejemplo, que es uno de los anestésicos más comunes administrados por vía intravenosa. Si se monitorea cómo el propofol entra en el cerebro, Brown dice que viaja a través de los vasos sanguíneos que pasan a través del tronco cerebral, donde interactúa con los receptores GABA y se apagan los centros de excitación. “Ahora estamos hablando de mecanismos”.
Patrick Purdon, frecuente colaborador de Brown, es bioingeniero y neurólogo en el Hospital General de Massachusetts y profesor asociado de la anestesia en la Escuela de Medicina de Harvard, dice que es posible que los anestésicos trabajen inhibiendo el cerebro, a través de los receptores GABA, inhibiendo la actividad cerebral. “En ausencia de lo que sabemos ahora, eso es una buena hipótesis”, dice. “Pero el asunto es un poco más complicado, lo que termina siendo un poco más interesante “.
Desde que Purdon y Brown han estado utilizando EEG para monitorizar la actividad cerebral, han podido comprobar si es que el cerebro simplemente se apaga durante la anestesia. En lugar de ver un cerebro tranquilo, observaron una señal muy fuerte que luce diferente a cualquier estado de vigilia. A medida que las regiones del cerebro se van tornando gradualmente inhibidas, empieza a oscilar una onda lenta de la actividad eléctrica a través del cerebro. Estas oscilaciones cambian los tiempos de disparo de las neuronas, y parecen interrumpir los patrones de disparo normales y la capacidad de las diferentes regiones del cerebro a comunicarse entre sí.
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Imagen tomada de https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fnsys.2014.00203/full
“La interrupción de la señalización entre estas diferentes áreas tendría un efecto disruptivo sobre el funcionamiento del cerebro en su conjunto” dice Purdon. “Eso parece ser el mecanismo real: se producen poderosos cambios en la función inhibitoria de las neuronas y luego, a un nivel más alto, se perturban tanto la forma en que trabajan las diferentes partes del cerebro como su forma de interactuar unas con otras “.
En 2012, Purdon y Brown mostraron estas oscilaciones en más detalle al medirlas directamente en pacientes con epilepsia que ya tenían electrodos en sus cerebros para registrar las convulsiones. Mientras estuvieron bajo anestesia, registraron sus ondas cerebrales y la actividad neuronal directa. “Se estaban bloqueando los disparos neuronales”, dice Brown. “Por lo tanto, se interrumpía la comunicación, y si la comunicación es necesaria para la conciencia, ésta se pierde.”
Brown y Purdon piensan que estas señales de EEG son la clave para entender la anestesia. Han encontrado que cada tipo de anestésico produce ligeramente diferentes oscilaciones cerebrales, y las oscilaciones también pueden cambiar dependiendo de la edad del paciente. Brown ha aprendido a notar estas diferencias y lo que ellas le dicen acerca de cómo es el inconsciente de sus pacientes, y así no tiene que darles más anestesia de la que necesitan. También pueden decirle si están más despiertos de lo que deberían.
El problema, dice Brown, es que la mayoría de los anestesiólogos no utilizan EEG durante las cirugías; sólo utilizan la frecuencia cardíaca, la presión arterial y el movimiento como un indicador de estado anestésico. Algunos que usan EEG no miran las ondas primarias, sino que usan monitores comerciales que trabajan con algoritmos que resumen los datos del EEG, lo cual puede ser una simplificación excesiva.
“La triste ironía es las señales de EEG bajo anestesia son la señal del EEG más fuertes que existen”, dice Brown. Ha oído anestesiólogos decir que las mediciones adicionales toman demasiado tiempo, o son demasiado complicadas de leer. Pero él cree que es crucial incorporar EEG estándar de atención. Desde el año 2011, Brown ha creado una base de datos de todas las señales de EEG de sus pacientes durante la anestesia, y ha sido capaz de separar las ondas específicas y lo que significan.
“Hemos perdido una gran oportunidad de hacer neurociencia sobre un fenómeno que controlamos de forma única”, dice. “Nadie más en la neurociencia tiene la licencia para estudiar esto. Anestesio, y traigo de vuelta de la inconsciencia, de cinco a seis personas al día. Un neurólogo no puede estudiar eso, un psiquiatra no puede estudiar eso, un neurofisiólogo no puede estudiar eso. Piense en toda la oportunidad que se ha desperdiciado por no haber aprovechado esto".
En Stanford, Chander ha entrenado a sus residentes a utilizar el EEG (Fue Brown quien la animó a usar su primer EEG  en la sala de operaciones). Sus residentes aprendieron a leer las formas de las ondas primarias del EEG, dice, pero tienen dificultades cuando salen a practicar por su cuenta. “No pueden encontrar un dispositivo, o la gente les dice: '¿Por qué querrías hacer esto?'” “Creo que es una vergüenza terrible.”
Chander, como Brown, también está creando una base de datos. Hasta el momento se cuenta con alrededor de 700 registros de EEG de los pacientes junto con anotaciones fenotípicas detalladas: cada acción tomada durante la cirugía, ya sea una incisión o un fármaco dado, sus efectos sobre el cerebro y su actividad. Actualmente está comparando las ondas cerebrales de personas bajo anestesia con aquellas que provenientes del sueño, coma o convulsiones epilépticas, y también se están comparando las diferencias en las ondas cerebrales de los pacientes cuando entran y salen de la anestesia. Hay una característica curiosa, dice, que “no te vas de la misma forma que regresas”
Chander piensa que estas oscilaciones no sólo podrían llevarnos a una mejor atención médica, sino a retomar las grandes preguntas de las teorías actuales de la conciencia: ¿cómo se sincroniza el cerebro con las ondas lentas, o de qué forma se interrumpe la comunicación en el cerebro? si  la conciencia no sólo existe en una parte específica del cerebro, sino más bien, es algo que se produce de forma global, que involucra la actividad local en diferentes regiones del cerebro y su comunicación con las demás.
“¿Qué estoy observando como un neurólogo?” piensa en voz alta, “Si nuestros cerebros son dispositivos que, cuando estamos completamente conscientes, parecen procesar más información, parecen estar más conectados funcionalmente y ser menos sincrónicos, ¿que significa eso en términos de las bases biológicas subyacentes de la consciencia?”
También se pregunta: ¿Los cerebros producen la conciencia, simplemente porque están lo suficientemente conectados, de manera compleja? ¿Es eso todo lo que somos? ¿Se puede construir una máquina que sea lo suficientemente compleja? Si algún día conectamos nuestro cerebro con las máquinas, o a otros cerebros, ¿se traducirá eso en na conciencia más elevada, ya que implicará una mayor conectividad?
“A mi conciencia llegan todas estas ideas a través de una especia de filtro” dice ella. “Me encanta la idea de la anestesia ya que es el punto de entrada que me han dado para estudiar estos fenómenos en los cerebros humanos sin dañarlos.”
¿La anestesia general realmente puede responder a todas esas preguntas? Tal vez no totalmente, piensa Brown, pero podría ofrecer nuevas ideas que no eran accesibles antes. "Si hacemos bien nuestro trabajo y damos las instrucciones precisas sobre cómo los anestésicos y los circuitos neuronales inactivan el cerebro, entonces la gente podrá utilizar nuestra información acerca de lo que considero el problema más difícil de la conciencia.
Hasta que eso ocurra, Chander dice que seguirá maravillándose con la pérdida y la ganancia de la conciencia, algo que no sólo observa a diario, sino que es capaz de controlar. Ella describe cómo anestesia a sus pacientes, diciendo que le gusta usar una infusión lenta de fármacos. Eso no sólo evita los cambios bruscos en los sistemas respiratorio y circulatorio, sino que también le permite a Chander ver cómo sus cerebros se apagan más lentamente.
"Se puede ver cómo las partes del cerebro comienzan a apagarse", dice ella. "Primero se apaga la parte del cerebro que toma decisiones y responde a las órdenes, y poco a poco se van apagando desde la corteza hasta el tálamo, y luego el tronco cerebral. Se puede ver cómo sus ojos comienzan a cambiar y cerrarse, su respiración comienza a espaciarse. Es algo hermoso".

Shayla Love
20 dec 2017, 16:51
Traducido por Rubén Carvajal de
This Is What Happens To Your Brain During Anesthesia

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