El misterio detrás de la anestesia

Hacer un mapa de cómo cambian nuestros circuitos neuronales bajo la influencia de la anestesia podría arrojar luz sobre uno de los acertijos más desconcertantes de la neurociencia: la conciencia. Por

• Courtney Humphries página de archivo

20 de diciembre de 2011

Una pantalla de video muestra a un hombre de unos 60 años acostado despierto en una mesa de operaciones. Justo fuera de la vista de la cámara, un médico mueve su dedo frente al rostro del hombre, indicándole que lo siga de un lado a otro con los ojos. Segundos más tarde, después de una dosis del poderoso anestésico propofol, sus párpados comienzan a cerrarse. Entonces sus pupilas dejan de moverse. Solo el sonido de fondo constante del monitor cardíaco sirve como recordatorio de que el hombre no está muerto. Está en coma, explica el médico Emery Brown. La anestesia general es un coma reversible inducido por fármacos.

Como anestesiólogo en el Hospital General de Massachusetts (MGH), Brown es testigo constante de una de las hazañas más profundas y misteriosas de la medicina moderna. Cada día, casi 60.000 pacientes en los Estados Unidos se someten a anestesia general, lo que les permite sobrevivir incluso a las operaciones más espantosas sin darse cuenta y sin dolor.

Esta historia fue parte de nuestra edición de enero de 2012

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Pero aunque los médicos han estado sometiendo a personas durante más de 150 años, lo que sucede en el cerebro durante la anestesia general es un misterio. Los científicos no saben mucho acerca de hasta qué punto estos medicamentos acceden a los mismos circuitos cerebrales que usamos cuando dormimos, o en qué se diferencia la anestesia de otras formas de perder el conocimiento, como caer en coma después de una lesión. ¿Se están apagando realmente partes del cerebro o simplemente dejan de comunicarse entre sí? ¿En qué se diferencia la anestesia de un estado de hipnosis o meditación profunda? ¿Y qué sucede en el cerebro en la transición entre la conciencia y la inconsciencia? Sabemos que podemos entrar y salir de esto de manera segura, dice Brown, pero todavía no podemos decirle cómo funciona.

Brown, quien también es neurocientífico y profesor en el MIT, tiene como objetivo transformar la anestesia de una herramienta exclusivamente clínica en un poderoso instrumento para estudiar las preguntas más básicas sobre el cerebro. Él cree que comprender lo que le sucede al cerebro bajo los medicamentos anestésicos ayudará a que la anestesia sea más segura y efectiva, con menos efectos secundarios. También podría conducir a tratamientos novedosos para el coma y otras afecciones cerebrales, y a la comprensión de cuestiones fundamentales de la neurociencia, incluida la naturaleza de la conciencia misma. La anestesiología es una forma de neurociencia, dice George Mashour, anestesiólogo y neurocientífico de la Universidad de Michigan. Y lo que hacemos a diario es modular prácticamente todos los aspectos del sistema nervioso.

DE CHATTER A CHANT

La neurociencia a menudo se ha beneficiado de los experimentos naturales: pacientes que pierden la capacidad de recordar, producir el lenguaje o regular sus emociones después de que partes de su cerebro se dañan o tienen que ser extirpadas quirúrgicamente. Los anestesiólogos presiden un experimento análogo todos los días: ven desaparecer elementos de la conciencia. Bajo anestesia general, por ejemplo, los pacientes pierden la percepción del dolor, la conciencia, la memoria y la capacidad de moverse. Un anestesiólogo puede influir en cada uno de estos cambios de diferentes formas variando las dosis y los tipos de fármacos utilizados.

Al eliminar las diferentes funciones que asociamos con la conciencia, dice Brown, podríamos comenzar a juntar piezas del rompecabezas. Los neurocientíficos podrían empezar a hacer por la conciencia lo que han hecho con la memoria y el lenguaje.

Brown es parte de un grupo pequeño pero creciente de investigadores en anestesiología que están usando el electroencefalograma (EEG), una herramienta para monitorear la actividad eléctrica del cerebro, para sondear sistemáticamente cada aspecto de la anestesia en humanos y animales. Los monitores cerebrales basados ​​en EEG ya son algo común en los quirófanos; algunos anestesiólogos rastrean la actividad cerebral de sus pacientes con monitores disponibles comercialmente que utilizan algoritmos para transformar las señales de EEG en índices crudos. (Otros rastrean solo signos físicos como la frecuencia cardíaca y los niveles de oxígeno en sangre). Pero pocos de ellos, dice, dedican tiempo a observar los datos sin procesar del EEG.

Brown, sin embargo, tiene una perspectiva diferente a la de la mayoría de los anestesiólogos; también es estadístico. Después de recibir un MD y un PhD de Harvard a fines de la década de 1980, siguió los dos caminos por separado, trabajando en los quirófanos del MGH mientras dirigía un laboratorio de investigación centrado en el desarrollo de algoritmos de procesamiento de señales para extraer información de datos biológicos.

Brown no apreciaba los experimentos de neurociencia que se llevaban a cabo frente a él todos los días durante la cirugía hasta que uno de sus colegas sugirió hacer un estudio en pacientes anestesiados. Al ver cómo se desarrolla el proceso, comienzas a darte cuenta de que partes del cerebro no se apagan todas al mismo tiempo, dice. Hay una jerarquía, hay una gradación.

Lo mismo ocurre cuando los efectos de las drogas desaparecen. Por lo general, las funciones cerebrales más básicas regresan primero: la respiración regresa y luego, a medida que las áreas del tallo cerebral que controlan la salivación y los conductos lagrimales reviven, la boca de los pacientes se llena de saliva y los ojos llorosos. Tragan y tosen a medida que se activan las áreas que controlan la sensación de la garganta. Finalmente, sus ojos se mueven y luego responden al mundo exterior. Más tarde, el aturdimiento desaparecerá y se reanudarán las complejas funciones cerebrales. Cuando prestas atención y observas esas transiciones, es increíble, dice Brown. Realmente seríamos negligentes si no avanzáramos y tratáramos de averiguar cuáles son estos estados, qué está sucediendo realmente en el cerebro, y luego pensamos en nuevas formas de mejorar el proceso de anestesia.

Una de las cosas que sorprendió a Brown al observar los electroencefalogramas de sus pacientes es la rapidez y la rapidez con que los fármacos como el propofol pueden alterar la actividad cerebral. Cuando los pacientes entran en un estado anestesiado, el patrón normal de ondas de baja intensidad pero de alta frecuencia cambia a uno de los pulsos menos frecuentes pero más intensos, como si el parloteo constante del cerebro hubiera dado paso a un cántico. La ubicación de la actividad cambia de la parte posterior del cerebro al frente. Aunque es posible llevar a los pacientes a un estado de inconsciencia tan profundo que su EEG sea esencialmente plano, en la mayoría de los casos, los estallidos de actividad del EEG se alternan con períodos de relativa inactividad que pueden durar minutos. Los procesos cerebrales parecen muy organizados, dice. Hay patrones muy regulares en el tiempo y patrones muy regulares en el espacio.

Trazando el inconsciente: Este espectrograma muestra registros de EEG de un paciente sometido a anestesia general. Dos dosis del anestésico intravenoso propofol provocan explosiones de actividad (minuto siete). Luego se agrega un anestésico inhalado, isoflurano, y en el minuto 14 comienza un patrón característico de ondas lentas y oscilaciones alfa. La cirugía finaliza en el minuto 16 y se desconecta el isoflurano. El EEG cambia gradualmente a oscilaciones de alta frecuencia y menos intensas.

Brown dice que algunos medicamentos disminuirán la frecuencia de las ondas cerebrales observadas en las lecturas de EEG, lo que dará como resultado ondas oscilantes lentas y regulares en grandes áreas del cerebro. Otras drogas hacen que ciertas áreas muestren oscilaciones rápidas y regulares. Debido a que los anestesiólogos generalmente administran un cóctel de medicamentos a cada paciente, estos efectos pueden ocurrir simultáneamente. El resultado, dice Brown, es como una señal bloqueada: de cualquier manera, [las diferentes partes del cerebro] no pueden comunicarse.

En los últimos años, otros estudios de EEG han apoyado la idea de que la anestesia no simplemente apaga el cerebro, sino que interfiere con su comunicación interna. La investigación de Mashour, por ejemplo, ha demostrado que la retroalimentación entre la parte frontal y posterior del cerebro se interrumpe durante la anestesia general, lo que lleva a una desconexión entre diferentes redes cerebrales. Se cree que esa retroalimentación es importante para la conciencia.

De manera similar, Anthony Hudetz, anestesiólogo del Medical College of Wisconsin en Milwaukee, dice que la anestesia no simplemente apaga los sentidos. Hudetz administra anestesia a voluntarios humanos a niveles inferiores a los clínicos para observar sus cerebros mientras pierden el conocimiento. Lo que encontramos es que el cerebro anestesiado todavía es muy reactivo a los estímulos, dice; Tanto el EEG como la resonancia magnética funcional (fMRI), un método indirecto para medir la actividad cerebral, muestran la respuesta a la luz y los sonidos. Pero de alguna manera esa información sensorial nunca se procesa e integra en el tipo de actividad necesaria para la conciencia.

Una mejor comprensión de estos cambios podría indicar un camino hacia nuevos tratamientos para las lesiones cerebrales y otros trastornos. Los patrones de oscilaciones altamente estructuradas en pacientes que reciben fármacos anestésicos son similares a los estados observados en personas que pierden el conocimiento durante ataques epilépticos o que están en coma profundo. Y la semiconsciencia que resulta de las dosis bajas de las drogas se asemeja a la vigilia ordinaria o las primeras etapas del sueño. Pero averiguar exactamente cómo y por qué se relacionan estos patrones requerirá un examen más detenido.

MAPEO DE LA RUPTURA DE LA COMUNICACIÓN

Para comprender realmente si la comunicación entre diferentes áreas del cerebro se ha roto, los científicos necesitan una forma de mapear la actividad de estas regiones y las interacciones entre ellas con mayor detalle espacial. Para eso, están recurriendo a fMRI, que mide los cambios en el flujo sanguíneo asociados con la actividad neuronal. (ver Raising Consciousness, enero / febrero de 2007) .

Trabajando con el bioingeniero Patrick Purdon y otros colegas del MGH, Brown ha desarrollado una forma de tomar simultáneamente registros de EEG y realizar exploraciones de resonancia magnética funcional en pacientes que ingresan a un estado profundamente anestesiado. Las imágenes cerebrales en sujetos humanos sometidos a anestesia son complicadas porque requieren anestesiar a las personas dentro de un escáner y fuera de una sala de operaciones normal. Brown y sus colegas encontraron una manera de resolver los problemas técnicos y de seguridad: reclutaron voluntarios que ya habían recibido traqueotomías u orificios quirúrgicos en la garganta. Eso significaba que se podía usar fácilmente un tubo para restaurar su respiración en caso de emergencia. En 2009, los investigadores demostraron que podían registrar de forma segura datos de EEG y fMRI en personas bajo anestesia; ahora están trabajando para correlacionar las imágenes y los datos del EEG con los cambios observables que se ven cuando los pacientes entran en un estado anestesiado.

Brown también está trabajando con Purdon para estudiar a los pacientes con epilepsia a los que se les han implantado electrodos en el cerebro durante varios días para que los médicos puedan registrar y localizar las convulsiones. Cuando los pacientes se someten a una cirugía para extirpar las áreas del cerebro identificadas como sitios de convulsiones, los electrodos registran las ondas cerebrales a medida que se administra la anestesia. Estos electrodos recopilan datos sobre una parte mucho más pequeña del cerebro que el EEG o la resonancia magnética funcional, pero la resolución es mucho mayor, lo que permite a los científicos tener una idea de lo que sucede en el cerebro a nivel celular mientras el paciente está anestesiado. Los estudios de seguimiento en animales podrían proporcionar incluso más detalles al permitir a los investigadores implantar electrodos de manera más extensa y en ubicaciones precisas. Los investigadores podrán documentar, desde el propio cerebro, cómo cambia la actividad a medida que el cerebro entra y sale de la conciencia.

UNAMOS LA CONCIENCIA

Si puede catalogar sistemáticamente cómo el cerebro pierde el conocimiento bajo la influencia de fármacos anestésicos, ¿puede deducir en qué consiste la conciencia?

Brown se apresura a señalar que no estudia explícitamente la conciencia; es un problema complicado y muchos neurocientíficos evitan la palabra misma. Su enfoque consiste en estudiar lo que él llama estados alterados de excitación. Estos incluyen anestesia, sueño, coma, hipnosis y meditación, así como aspectos de trastornos como la esquizofrenia, la epilepsia y la enfermedad de Parkinson. Él cree que comprender cómo funciona el cerebro cuando se desvía de su estado consciente normal arrojará inevitablemente luz sobre lo que es la conciencia.

Los estudios de anestesia ya han puesto en duda una teoría popular, que vincula la conciencia a un tipo particular de onda cerebral con una frecuencia de alrededor de 40 hercios. Mashour señala que la investigación en anestesia muestra que estas ondas pueden existir incluso cuando los pacientes están inconscientes. Pero los patrones que ven los anestesiólogos apoyan otra teoría: que la conciencia surge de la integración de información a través de grandes redes en el cerebro. Hudetz dice que si bien diferentes medicamentos tienen diferentes estructuras químicas y diferentes efectos, como bloquear la memoria o sedar el cerebro, si administramos cualquiera de estos medicamentos en una dosis lo suficientemente alta, en algún momento eliminan la conciencia. ¿Cómo obtenemos este punto final común mediante una variedad de fármacos que funcionan a través de diferentes mecanismos moleculares? Una explicación es que debido a que la conciencia surge de la interacción compleja de muchos tipos de actividad, se puede alterar de muchas formas diferentes.

Brown espera que la información obtenida de este trabajo pueda extenderse a otras áreas. Saber más sobre cómo funciona el cerebro bajo anestesia podría ayudar a los investigadores a detectar la actividad cerebral en personas en estados vegetativos, revelando que pueden percibir más de lo que se pensaba anteriormente. Los anestésicos más seguros que podrían surgir de la investigación podrían ser útiles en la medicina del sueño, y las formas de revivir la función cognitiva en pacientes anestesiados podrían dar lugar a estrategias para ayudar a las personas a salir del coma. La ketamina, un anestésico de uso común, se ha mostrado prometedor como tratamiento para la depresión; Otros fármacos anestésicos también podrían tener efectos que se presten al tratamiento de enfermedades psiquiátricas. Estudiar la pérdida de conciencia en la anestesia no solo iluminará la naturaleza de la mente consciente, sino que sacará de las sombras estos estados de conciencia alterada o amortiguada.

Courtney Humphries es una escritora científica y autora de Superdove: cómo la paloma tomó Manhattan ... y el mundo .

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