La tecnología de la anestesia controla con precisión la inconsciencia en pruebas con animales | Noticias del MIT

Si los anestesiólogos tuvieran medios rigurosos para gestionar la dosificación, podrían administrar menos medicamento, manteniendo exactamente la profundidad correcta de la inconsciencia y al mismo tiempo reduciendo los efectos secundarios cognitivos posoperatorios en grupos vulnerables como los ancianos. Pero con innumerables responsabilidades para mantener vivos y estables a los pacientes anestesiados, así como para mantener su estado profundamente inconsciente, los anestesiólogos no tienen tiempo sin la tecnología.

Para resolver el problema, investigadores del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT y el Hospital General de Massachusetts (MGH) han inventado un sistema de circuito cerrado basado en la monitorización del estado cerebral que controla con precisión la inconsciencia automatizando dosis del fármaco anestésico propofol cada 20 segundos. .

Los científicos detallan el nuevo sistema y su rendimiento en pruebas con animales en un Nuevo artículo de acceso abierto en la revista. Nexo PNAS.

"Una de las formas de mejorar la atención anestésica es administrar la cantidad justa de medicamento que se necesita", dice el autor correspondiente Emery N. Brown, profesor Edward Hood Taplin de ingeniería médica y neurociencia computacional en el MIT y anestesiólogo en el MGH. "Esto abre la oportunidad de hacerlo de una manera realmente controlada".

En el quirófano, Brown monitorea el estado cerebral de sus pacientes mediante electroencefalogramas (EEG). Con frecuencia ajusta la dosis en función de esa retroalimentación, lo que puede reducir la cantidad de medicamento que usa hasta a la mitad en comparación con si simplemente elige una velocidad de infusión constante y la mantiene. Sin embargo, la práctica de mantener la dosis, en lugar del nivel de conciencia, es común porque la mayoría de los anestesiólogos no están capacitados para rastrear los estados cerebrales y, a menudo, no dedican tiempo en el quirófano para administrar con precisión la dosis.

El nuevo sistema no es el primer sistema de administración de anestesia de circuito cerrado (CLAD), dice Brown, pero hace avanzar este joven campo de manera crítica. Algunos sistemas anteriores simplemente automatizan una tasa de infusión única y estable basada en las características generales del paciente, como la altura, el peso y la edad, pero no recopilan información sobre el efecto real sobre la inconsciencia, dice Brown, quien también es miembro del Instituto de Ingeniería y Ciencias Médicas. en el MIT y profesor Warren Zapol en la Facultad de Medicina de Harvard. Otros utilizan un sistema de control patentado que mantiene marcadores de inconsciencia en forma de “caja negra” que varían dentro de un amplio rango.

El nuevo sistema CLAD, desarrollado por Brown y su equipo en el MIT y MGH Centro de innovación de control del estado de excitación cerebral (BASCIC), permite un manejo muy preciso de la inconsciencia al hacer una estimación personalizada de cómo las dosis afectarán al sujeto y midiendo la inconsciencia según el estado del cerebro. El sistema utiliza esas medidas como retroalimentación para ajustar constantemente la dosis del fármaco.

En el artículo, el equipo demuestra que el sistema permitió más de 18 horas de control detallado de la conciencia en el transcurso de nueve sesiones de anestesia con dos sujetos animales. Sourish Chakravarty, afiliado de investigación de Brown Lab, y Jacob Donoghue, un ex estudiante de posgrado del laboratorio del coautor principal y profesor de Picower Earl K. Miller, son los coautores principales del artículo.

Aunque hay más trabajo por hacer, los autores escriben: "Somos muy optimistas de que el marco CLAD que hemos establecido… pueda extenderse con éxito a los humanos".

Cómo funciona

Una de las bases de la tecnología CLAD del equipo es que emplea una lectura de la inconsciencia del cerebro basada en principios fisiológicos (en el quirófano, los anestesiólogos suelen confiar en marcadores indirectos como la frecuencia cardíaca, la presión arterial y la inmovilidad). Los investigadores establecieron su marcador cerebral midiendo los cambios en la actividad de los picos neuronales en medio de la inconsciencia en los animales y los ritmos a mayor escala que producen los picos, llamados potenciales de campo locales (LFP). Al asociar estrechamente la potencia de las LFP con medidas de inconsciencia basadas en picos en los animales, pudieron determinar que la potencia total de las LFP entre 20 y 30 Hz es un marcador confiable.

Los investigadores también incorporaron al sistema un modelo de principios fisiológicos de la farmacocinética (PK) y la farmacodinamia (PD) del propofol, que determina cuánto fármaco se necesita para alterar la conciencia y qué tan rápido una dosis determinada tendrá ese efecto. En el estudio muestran que al acoplar el modelo con el marcador de inconsciencia podrían ajustar rápidamente el modelo para cada sujeto.

"Con algunas grabaciones básicas de las LFP a medida que se administra el fármaco, se puede saber rápidamente cómo responde el sujeto al fármaco", dice Brown.

Para gestionar la dosificación de propofol, cada 20 segundos un controlador “integral cuadrático lineal” determina la diferencia entre la potencia LFP medida de 20-30 Hz y el estado cerebral deseado (establecido por el anestesiólogo) y utiliza el modelo PK/PD para ajustar la infusión de medicina para cerrar la brecha.

Inicialmente, el equipo realizó simulaciones por computadora de cómo funcionaría su sistema CLAD bajo parámetros realistas, pero luego realizaron nueve experimentos de 125 minutos de duración con dos sujetos animales. Colocaron manualmente a los animales debajo y luego dejaron que el sistema CLAD se hiciera cargo después de unos 30 minutos. En cada caso, el CLAD tuvo que llevar a los animales a un estado preciso de inconsciencia durante 45 minutos, cambiarlos a un nivel diferente durante otros 40 minutos y luego devolverlos al nivel original durante 40 minutos más. En cada sesión, el sistema mantuvo el marcador muy cerca de los niveles objetivo durante toda la prueba.

En otras palabras, en lugar de un sistema que mantiene automáticamente la dosis del fármaco, el nuevo sistema mantiene automáticamente el nivel deseado de inconsciencia actualizando esa dosis cada 20 segundos.

"La práctica común de utilizar velocidades de infusión constantes puede provocar una sobredosis", escribieron los investigadores. "Esta observación es particularmente relevante para los pacientes de edad avanzada que, con las velocidades de infusión estándar de propofol, fácilmente caen en una supresión explosiva, un nivel profundo de inconsciencia asociado con trastornos cognitivos posoperatorios".

aun por hacer

En el estudio, el equipo reconoce que tienen más trabajo por hacer para avanzar en la tecnología para uso humano.

Un paso necesario es basar el sistema en EEG, que pueden medirse a través del cuero cabelludo. Además, el equipo necesitará determinar un marcador de inconsciencia basado en mediciones EEG de los ritmos cerebrales humanos, en lugar de las LFP de animales. Finalmente, el equipo quiere ampliar las capacidades del sistema para que no sólo mantenga la inconsciencia, sino que también ayude a inducirla y ayude a que los pacientes vuelvan a estar despiertos.

Además de Brown, Chakravarty, Donoghue y Miller, los otros autores del artículo son Ayan Waite, Meredith Mahnke, Indie Garwood y Sebastian Gallo.

La financiación del estudio provino de los Premios de los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación JPB y el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria. El apoyo a BASCIC proviene de George J. Elbaum ’59, SM’63, PhD ’67; Mimi Jensen; Diane B. Greene SM ’78; Mendel Rosenblum; Bill Swanson; y Cheryl Swanson.