Neurofisiología y electrofisiología clínica de los anestésicos generales

AUTORES

1. Pablo Abadías Acín. Médico Interno Residente, Hospital Universitario Miguel Servet. Zaragoza, España.
2. Marcos Buey Aguilar. Médico Interno Residente, Hospital Universitario Miguel Servet. Zaragoza, España.
3. Eva Cortés Inglés. Médica Interno Residente, Hospital Universitario Miguel Servet. Zaragoza, España.
4. Laura Mínguez Braulio. Médica Interno Residente, Hospital Universitario Miguel Servet. Zaragoza, España.
5. Ignacio Ladrero Paños. Médico Interno Residente, Hospital Universitario Miguel Servet. Zaragoza, España.
6. Iñaki Goiri García. Médico Interno Residente, Hospital Universitario Miguel Servet. Zaragoza, España.

RESUMEN

Los fármacos anestésicos generan nuevas oscilaciones que interrumpen o modifican el proceso normal de intercambio de información en el cerebro. Estas oscilaciones se pueden observar claramente en registros de EEG sin procesar y reflejan los cambios cerebrales que ocurren con la variación de la profundidad anestésica o el agente utilizado. Los distintos agentes anestésicos mencionados anteriormente afectan la actividad cerebral y el EEG durante la sedación y la anestesia general.

El Propofol actúa principalmente potenciando el receptor GABAA, lo que provoca cambios específicos en el EEG, como la migración de las ondas alfa desde la región occipital, en un paciente despierto, hacia la región frontal con la anestesia general y la pérdida de conciencia. Esta pérdida de conciencia también se asocia con la aparición de ondas delta-lentas. Si se administra una dosis excesiva de Propofol, pueden surgir rachas de supresión, un estado anómalo que incrementa el riesgo de delirium y deterioro cognitivo postoperatorio.

Los gases halogenados también influyen en la actividad cerebral mediante la inhibición GABAérgica, generando patrones EEG similares a los del Propofol, con ondas delta-lentas y alfa. Sin embargo, la aparición de ondas theta cuando aumenta la profundidad anestésica sugiere la participación de otros mecanismos. La ketamina, en dosis bajas, produce oscilaciones rápidas en el EEG y efectos disociativos, mientras que en dosis altas provoca la pérdida de conciencia. Finalmente, la dexmedetomidina, que actúa sobre los receptores alfa-2, produce un patrón EEG comparable al del sueño REM, con ondas delta y husos del sueño, lo que indica una modulación del sueño similar a la del sueño natural.

PALABRAS CLAVE

Anestesia, neurofisiología, electrofisiología, anestésicos generales.

ABSTRACT

Anesthetic drugs generate new oscillations that disrupt or modify the normal process of information exchange in the brain. These oscillations can be clearly observed in raw EEG recordings and reflect the brain changes that occur with varying anesthetic depth or the agent used. The various anesthetic agents mentioned above affect brain activity and EEG during sedation and general anesthesia.

Propofol acts primarily by potentiating the GABAA receptor, which causes specific changes in the EEG, such as the migration of alpha waves from the occipital region, in an awake patient, to the frontal region under general anesthesia and loss of consciousness. This loss of consciousness is also associated with the appearance of slow delta waves. If an excessive dose of Propofol is administered, spells of suppression may arise, an abnormal state that increases the risk of delirium and postoperative cognitive impairment.

Halogenated gases also influence brain activity through GABAergic inhibition, generating EEG patterns similar to those of Propofol, with slow delta and alpha waves. However, the appearance of theta waves as the depth of anesthesia increases suggests the involvement of other mechanisms. Ketamine, at low doses, produces rapid oscillations in the EEG and dissociative effects, while at high doses it causes loss of consciousness. Finally, dexmedetomidine, which acts on alpha-2 receptors, produces an EEG pattern comparable to that of REM sleep, with delta waves and sleep spindles, indicating a sleep modulation similar to that of natural sleep.

KEY WORDS

Anesthesia, neurophysiology, electrophysiology, general anesthetics.

INTRODUCCIÓN

En el cerebro y sistema nervioso central la información se intercambia fundamentalmente, mediante potenciales de acción coordinados, transmitidos y recibidos por las neuronas¹.

Las dendritas de las neuronas piramidales se disponen de forma paralela entre sí y perpendiculares a la superficie cortical lo que genera grandes potenciales u oscilaciones que pueden medirse mediante el EEG¹. Estas oscilaciones dan información sobre las regiones corticales y subcorticales (más difíciles de sensar por profundidad) debido a la interconexión de ambas regiones.

Cuando se administran fármacos anestésicos se inducen nuevas oscilaciones que alteran o interrumpen el proceso normal de intercambio de información. Estas oscilaciones se pueden observar fácilmente en registros de EEG no procesados y son reflejo de los cambios cerebrales al modificarse la profundidad o el agente anestésico².

Estos diferentes comportamientos y estados neurofisiológicos inducidos por los fármacos anestésicos están asociados con ondas electroencefalográficas diferentes (ver tabla 1, Anexos). A partir de un segmento determinado del electroencefalograma, se puede obtener un espectro, que muestra la descomposición de ese segmento según la frecuencia de las ondas que este registra. El cálculo sucesivo del espectro a través de segmentos del EEG contiguos se denomina espectrograma. El espectrograma permite visualizar cómo cambian en el tiempo las oscilaciones del electroencefalograma, con cambios en la dosificación de los anestésicos y/o en la intensidad de los estímulos que provocan el arousal³.

MATERIAL Y MÉTODO

Estudio de la bibliografía disponible sobre la neurofisiología y electrofisiología clínica de varios de los anestésicos generales más importantes: propofol, gases halogenados, ketamina y dexmedetomidina.

RESULTADOS

El Propofol activa la inhibición mediada por el receptor γ-aminobutirico tipo A (GABAA) en la corteza, tálamo y tronco encéfalo mediante la inhibición de neuronas piramidales y núcleo reticular talámico, además favorece la inhibición mediada por el área preóptica del hipotálamo sobre los centros del arousal colinérgicos, monoaminérgicos y orexígenos^4,5.

El patrón electroencefalográfico que se observa durante la sedación con propofol son ondas beta gamma junto con delta-lentas.

Al realizar una inducción a anestesia general con un bolo de propofol el EEG cambia en 10-30 segundos de un patrón de ondas beta-gamma, a un patrón con oscilaciones más amplias y de menor frecuencia de ondas delta-lentas.

La aparición de estas ondas delta-lentas coincide con la ausencia de respuesta, pérdida del reflejo oculocefálico, apnea y atonía⁶.

Si en este momento se administra una nueva dosis de propofol puede provocar rachas de supresión. Las rachas de supresión son un estado de inconsciencia y profunda inactivación cerebral que en el electroencefalograma aparece como periodos de actividad eléctrica que alternan con períodos de trazado isoeléctrico. Estas rachas de supresión no son fisiológicas y aumentan la tasa de delirium y deterioro cognitivo postoperatorio^7,8.

Cuando los efectos de la primera dosis de propofol van desapareciendo el trazado del electroencefalograma va evolucionando a ondas delta-lentas y alfa.

Las ondas delta-lentas junto con las alfa son marcadores de inconsciencia inducida por el propofol.

Cuando se realiza un EEG a un paciente despierto con los ojos cerrados se observan ondas alfa coherentes en la región occipital mientras que cuando se produce una pérdida de conciencia inducida por el propofol se produce una anteriorización de las ondas alfa de la región occipital a la frontal⁹.

Varios estudios con EEG de alta densidad observaron que la anteriorización de ondas alfa se producía de forma consistente con la pérdida de conciencia postulando que estas ondas impiden la comunicación normal entre el tálamo y el córtex.

Las ondas delta, en cambio, son incoherentes y probablemente representan un impedimento a la comunicación intracortical normal⁹.

Estos dos mecanismos contribuyen a la pérdida de conciencia que se produce cuando en el espectrograma del paciente se observan ondas delta-lenta y alfa¹⁰.

Al suspenderse la infusión de propofol estas ondas delta lentas y alfa van dando paso progresivamente a ondas de menor amplitud y mayor frecuencia como las beta-gamma. Se produce una reversión de la anteriorización de las ondas alfa, que vuelven a estar presentes en la región occipital. La reaparición de las ondas de alta frecuencia (beta-gamma) se correlaciona con una recuperación de la actividad cortical normal e indirectamente de la del tálamo y tronco encéfalo¹⁰.

Los gases halogenados ejercen su acción mediante su unión a receptores GABAA, el bloqueo de canales de potasio de dos poros y de la liberación de glutamato mediante su unión a receptores NMDA⁴.

Si se administra el sevofluorano o el desfluorano a concentraciones por debajo de la CAM aparecen ondas lentas-delta y alfa. El patrón de EEG es parecido al que se observa con el propofol, lo que sugiere que el principal mecanismo de acción de los gases es la inhibición GABAergica. En cambio, si estos gases halogenados se administran a concentraciones iguales o superiores a 1 CAM, a las ondas delta-lentas y alfa se le añaden ondas theta. Por lo tanto, la aparición de ondas theta sugiere una mayor profundidad anestésica, además, sugiere que la inhibición GABAergica, aunque es su principal mecanismo de acción, no es el único⁹.

Al suspender la administración del gas, lo primero que desaparece son las ondas theta, tras lo que van desapareciendo progresivamente las ondas lentas-delta y alfa dando paso a ondas de menor amplitud y mayor frecuencia (beta-gamma).

La ketamina es un agente anestésico y analgésico que ejerce su acción mediante la unión a receptores NMDA del cerebro y médula espinal. Para bloquearlos, necesita que los canales se encuentren abiertos. A dosis bajas se une a los canales de neuronas inhibitorias, ya que, en general se encuentran más activos, pero si se administra en dosis altas, bloquea también los receptores NMDA en neuronas glutamatérgicas excitatorias⁴.

Debido a ello, si se administra a dosis bajas produce un bloqueo de las neuronas inhibitorias dando lugar a alucinaciones, estados disociativos, disforia y euforia, mientras que si se administra a dosis altas produce pérdida de conciencia.

Cuando la ketamina se administra en dosis bajas, el electroencefalograma muestra oscilaciones rápidas en el rango beta-gamma entre 25 y 32 Hz⁹.

La Dexmedetomidina ejerce su acción mediante la unión a receptores alfa 2 del locus ceruleus. Esta unión hiperpolariza el locus ceruleus impidiendo la liberación de noradrenalina. La ausencia de noradrenalina produce una disminución de la inhibición del área preóptica lo que provoca una inhibición GABAergica de los centros del arousal¹¹.

Se postula que con una modulación similar del área preóptica es como se inicia el sueño REM.

Al realizar un EEG a un paciente tras su administración se observa una combinación de ondas lenta deltas con husos, que son ondas de 9 a 15 Hz que se producen en rachas de 1 a 2 segundos. Estos husos son parecidos a las ondas alfa que genera el Propofol pero con menos potencia y son muy parecidos a los que se producen durante la segunda fase del sueño REM⁹.

CONCLUSIONES

Los diferentes agentes anestésicos que se han expuesto anteriormente influyen en la actividad cerebral y el electroencefalograma (EEG) durante la sedación y la anestesia general. El propofol actúa principalmente mediante la potenciación del receptor GABAA, lo que produce cambios característicos en el EEG, como la anteriorización de las ondas alfa localizadas en la región occipital en el paciente despierto a la región frontal cuando se produce la pérdida de conciencia en el paciente. Con la pérdida de conciencia se produce también la aparición de un patrón de ondas delta-lentas. Dosis excesivas de propofol pueden inducir rachas de supresión, un estado no fisiológico que aumenta el riesgo de delirium y deterioro cognitivo postoperatorio.

Los gases halogenados también ejercen su acción en parte, a través de la inhibición GABAérgica, produciendo patrones EEG similares a los del propofol, con ondas delta-lentas y alfa, aunque la aparición de ondas theta cuanto mayor es la profundidad anestésica nos indica que también ejercen su acción a través de otros mecanismos. La ketamina, en dosis bajas, provoca oscilaciones rápidas en el EEG y efectos disociativos, mientras que en dosis altas induce pérdida de conciencia. Finalmente, la dexmedetomidina, que actúa sobre los receptores alfa-2, genera un patrón EEG similar al del sueño REM, con ondas delta y husos del sueño, lo que sugiere una modulación del sueño a través de mecanismos similares a los del sueño natural.

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10. Purdon PL, Pierce ET, Mukamel EA, Prerau MJ, Walsh JL, Wong KF, Salazar-Gomez AF, Harrell PG, Sampson AL, Cimenser A, Ching S, Kopell NJ, Tavares-Stoeckel C, Habeeb K, Merhar R, Brown EN. Electroencephalogram signatures of loss and recovery of consciousness from propofol. Proc Natl Acad Sci U S A. 2013;110:E1142–51.
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ANEXO

Tabla 1. Ondas electroencefalograma.