Entropia dell’EEG durante protossido d’azoto 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”

effetti recettoriali Attivazione degli oppiodi endogeni Attivazione μ; κ; δ GABAA NMDA Meccanismi recettoriali Aumento della conduttanza al K+ e Ca2+ Aumento della conduttanza al Cl- Aumento della conduttanza ai cationi (Ca2+) Azione sulla membrana Iperpolarizzazione Depolarizzazione Funzione prevalente Analgesia Inibizione eccitabilità Aumento eccitabilità Agonisti Morfina GABA BDZ An. alogenati Ac. glutammico Antagonisti Naloxone Flumazenil N2O effetti recettoriali Attivazione degli oppiodi endogeni Attivazione Inibizione dei effetti generali Ansiolisi Sedazione Ipnosi Anestesia NMDA: Rilevano eventi contemporanei (rivelatori di coincidenze) e inducono neuroplasticità. Sanders, 2008, Emmanouil 2007

N2O % 10-15% 15-25% 25-50% Max < 50%N2O > 75%N2O Farmacodinamica e Dosaggio N20 N2O % Analgesia 10-15% 15-25% Sedazione 25-50% Max < 50%N2O Mai oltre > 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 50% N2O 60% 70% 1°) Sveglio 44 % 12 % 4 % 2°) Sonnolenza 48 % 65 % 42 % 3°) Molto sonnolento 8 % 29 % 4°) Dorme ma risvegliabile 5°) Incoscienza 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 Monitors Indice Frequenza (Hz) Valori Bispettrale Bispectral BIS: Livello di ipnosi 14 -30 0 -100 Spettrale dell’entropia Entropy SE: Entropia di stato RE: Entropia di risposta 0 – 32 0 - 47 0 - 91

Effetti del solo N2O su EEG Review: N20 EEG ed Indici Effetti del solo N2O su EEG n N2O (%) δ θ α β γ Misc Autore 5 50 -100 - ↑ ↓ 150 μV pattern Derbyshire et al, 1941 50 40-70 μV δ Faulconer et al, 1949 18 30 ↓↑ Overswing δ Henrie et al, 1961 Burst activity Clark & Rosner, 1973 9 30, 50, 70 FOA 34 Hz Yamamura et al, 1981 15 10, 30, 50 Withdrawal ↑ power Williams et al, 1984 13 Withdrawal ↑ δ/θ Rampil et al. 1998

Bispectral Index Concentrazioni N2O Influenza sul BIS Autore <50% Review: N20 EEG ed Indici Bispectral Index Concentrazioni N2O Influenza sul BIS Autore <50% Nessuna Rampil, 1998 70%-75% Anderson, 2004 Alla sospensione Riduzione paradossa del BIS Puri,2001

Alterazione dei valori 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 Effetti Autore 20 % Attivazione della corteccia cingolata Deattivazione dell‘ippocampo Gyulai, 1996

N20 Accende la corteccia ma non induce la sintonia Review: Tecniche di analisi non EEG N20 Accende la corteccia ma non induce la sintonia N2O Effetti Autore 20% - 40% 60% Aumento delle frequenze alfa e beta Foster, 2008 33% 66% 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.

Procedendo dal grande al piccolo, la legge dell’entropia si disgrega La “Metafora delle immagini” Procedendo dal grande al piccolo, la legge dell’entropia si disgrega in un concetto probabilistico N2O Nessuna Sintonia On / Off

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.