作者：朱婉婷，張宇，劉程曦，喻田，遵義醫科大學
全麻致意識消失及恢復的過程是一種由藥物誘導的可逆反應，主要表現為意識消失、制動、遺忘等。研究表明，這一過程由大腦中不同神經通路共同參與調控。睡眠是一種自然發生的可逆的靜息狀態，表現為機體對外界刺激的反應性降低和意識的暫時中斷，這一過程和全麻藥物誘導的意識消失和恢復具有一定相似性。
現代全麻藥物作用機制研究認為，部分全麻藥物可能是通過睡眠-覺醒通路發揮效應，進而引起可逆性的意識消失，但其具體機制仍未闡明。腦電圖（electroencephalogram，EEG）是反映腦功能狀態的電生理指標，是腦皮質神經細胞電活動的總體反映。根據頻率的不同，EEG可被分為：（1）δ波，1～4Hz；（2）θ波，4～8Hz；（3）α波，8～13Hz；（4）β波，13～30Hz：（5）γ波，30～80Hz。近期的研究表明，全麻意識消失與自然睡眠的機制可能存在聯繫，人體在丙泊酚誘導意識消失與非快動眼（non-rapid eye movement，NREM）睡眠的EEG活動十分相似，且發源自相似的皮層區域。根據不同頻率的EEG，對丙泊酚麻醉的腦電特徵及其與自然睡眠腦電特徵之間的異同綜述如下。
1.丙泊酚麻醉及其EEG特徵
丙泊酚作為目前應用最廣泛的靜脈全麻藥，其分子學機制已得到廣泛研究。丙泊酚在突觸後與γ-氨基丁酸A型（gammaamino-butyric acid A，GABAA）受體結合，引起Cl－內流，使突觸後神經元超極化，從而產生抑制興奮傳遞的作用。慢-δ振蕩和α振蕩是丙泊酚導致意識消失的標誌性腦電變化。在丙泊酚1.5～2.5mg/kg麻醉誘導初期，EEG會在10～30s內從清醒狀態的高頻低幅β振蕩和γ振蕩轉變為0.1～4.0Hz的高幅慢-δ振蕩。
丙泊酚全麻過程中，慢-δ振蕩的振幅在達到平臺期前呈藥物劑量依賴性增加。此後，繼續增加麻醉藥物的劑量將導致爆發性抑制（burst suppression）。爆發性抑制是一種自然睡眠所沒有的腦電現象，包括間歇出現的高電壓慢波和尖波，以及交替出現的腦電抑制性活動。丙泊酚引起腦電爆發性抑制現象需要一個較大的效應室濃度，且具有較大個體差異。
隨著麻醉藥物濃度的進一步增加，腦電中爆發性頻率降低而抑制性腦電持續時間延長，直到出現大量的等電位腦電信號，臨床上可通過給予丙泊酚有目的地誘導腦電等電位狀態，從而在神經外科手術期間達到保護大腦或阻止全身性發作的目的。在連續泵注丙泊酚維持全麻的過程中，EEG將演變為慢-δ振蕩和α振蕩模式。通過高密度（64導聯）EEG研究發現，在意識消失期間，α振蕩在額部高度一致，這可能是由於丙泊酚能引起丘腦和皮層高度同步的α振蕩，使丘腦皮層環路的信息傳遞中斷，從而引起意識消失。當患者從丙泊酚全麻中甦醒時，慢-δ振蕩和α振蕩開始減少並逐漸被相對高頻低幅的β和γ振蕩所取代。
丙泊酚複合瑞芬太尼麻醉時，瑞芬太尼對於腦電信號的影響與麻醉深度相關，在淺麻醉時會降低β振蕩功率，而在深麻醉時降低δ振蕩功率及增加α振蕩功率。而在丙泊酚複合瑞芬太尼麻醉時給予氯胺酮可增加腦電β振蕩功率並伴有δ振蕩功率下降，使EEG向高頻非同步方向轉變。
2.自然睡眠及其EEG特徵
自然睡眠根據EEG、肌電圖（electromyography，EMG）以及眼電圖（electrooculography，EOG）表現可將其分為兩種不同的狀態，即與突觸可塑性和記憶形成有關的NREM睡眠及與記憶鞏固和情緒調節有關的快動眼（rapid eye movement，REM）睡眠。NREM睡眠由淺入深依次分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（S1—S4）四期。在S1期，EEG表現為α波受抑制，低振幅β和θ波出現混合節律；在S2期，混合節律的背景上出現梭形波（由丘腦網狀核產生的12～14Hz的短波）和κ複合波（短暫的低頻振蕩，反映大腦皮質神經元活動的減少）；在S3期，EEG表現為梭形波和高振幅的δ波；在S4期，梭形波消失，出現連續高振幅的θ波。而在REM睡眠期，EEG以α波為主，混有低振幅快波。
3.丙泊酚麻醉與自然睡眠在皮層EEG中的異同
慢-δ振蕩（0.1～4Hz）慢-δ振蕩是自然睡眠和全麻的共同特徵。最近的研究表明，在體觀察到相同的慢-δ振蕩需要一個完整的丘腦皮層網絡。與自然睡眠類似，抑制性GABA能神經元誘發慢-δ振蕩的機制可能涉及從腦幹覺醒中樞到皮層興奮性信號輸入的中斷。
自然睡眠和丙泊酚全麻存在一定的差異。首先，睡眠慢-δ振蕩與皮層神經元的靜息狀態同步，但在丙泊酚麻醉誘導下觀察到的慢-δ振蕩與皮層神經元的靜息狀態是非同步的。一項丙泊酚全麻和睡眠的源定位研究發現，與睡眠比較，皮層神經元更多的參與了丙泊酚全麻中的慢-δ振蕩。全麻的慢-δ振蕩是由於皮質環路中抑制性突觸後電流（inhibitory post-synaptic currents，IPSCs）的增強所致。
其次，自然睡眠的慢波，左右額葉間存在明顯的不對稱，而這種不對稱性在丙泊酚麻醉的慢波中並不存在，這可能是由於丙泊酚廣泛作用於全腦神經元上的GABA受體，而不能精確地模擬自然睡眠中神經調節路徑。最後，在自然睡眠中，梭形波的功率在慢波正向斜率波形期間會增加，這種聯繫可能對睡眠中的記憶鞏固有重要作用。然而，慢波和梭形波之間的這種聯繫在丙泊酚麻醉慢波中大大減少。此外，有動物研究提示，作用於GABAA受體的麻醉藥物會使海馬和皮層振蕩分離。因此，與自然睡眠比較，長期的丙泊酚麻醉中記憶鞏固可能會發生改變。α振蕩（8～13Hz）清醒狀態閉眼時，大腦枕部可記錄到α振蕩，研究發現，REM睡眠期間觀察到的α波短暫爆發反映此期間的微覺醒或完全覺醒。
麻醉藥物作用於GABAA受體增加神經元的突觸後電流，這是α振蕩產生並維持的原因。然而，GABAA相關的α振蕩比清醒相關的枕部α振蕩在額部佔主導地位，振幅更大，並且高度一致，目前這種α振蕩的產生和消失已是判斷全麻意識消失和恢復的標準之一。麻醉導致的一系列相關GABAA受體作用的衰減時間和電導增加是產生皮層α振蕩波動態變化的原因。同時，在丘腦增加的GABAA受體作用的衰減時間和電導，增強了中間神經元的回彈放電，從而加強了丘腦固有的α振蕩動力。最終的結果是丘腦-皮層α振蕩耦合。值得注意的是，全麻誘導的α振蕩發生的頻率範圍和空間分布與睡眠梭形波相似。然而，
睡眠梭形波有一個數秒時長的不應期，而全麻誘發的α振蕩不會出現這樣的不應期。此外，全麻α振蕩只出現在慢-δ振蕩階段中，並且慢-δ振蕩階段明顯調節著全麻α振蕩的振幅。β振蕩（13～30Hz）β振蕩與麻醉藥通過作用於GABAA受體靶向增強IPSCs誘導的鎮靜狀態相關。而NREM睡眠與β振蕩的減少有關。一項對鎮靜相關的β振蕩的研究表明，他們的起源類似於麻醉誘導時產生的α振蕩。GABAA受體作用的衰減時間和電導的適度增加導致了低閾值放電中間神經元的不同步。
GABA突觸電流的增強導致緩慢的鉀膜電流（M-電流）的減少，從而導致LTS細胞興奮性和反彈尖峰增加。因此，逐漸增加作用於GABA能受體的麻醉藥劑量會導致持續的振蕩峰值動態，其在鎮靜狀態期間以β頻率範圍開始，在全麻期間轉變為α頻率範圍。當通過丙泊酚輸注來維持全麻狀態時，拔管後患者可見類似的β振蕩模式，因為他們在轉移至復甦室前為靜臥狀態。在反常興奮作用中也可見β振蕩，患者給予鎮靜劑時會發生這種欣快或者煩躁不安的狀態，其被稱為反常興奮作用的原因是因為本應產生鎮靜作用的丙泊酚卻產生了興奮作用。
有研究表明，丙泊酚的反常興奮狀態涉及GABAA受體介導的從蒼白球到丘腦的抑制性輸入的抑制，導致從丘腦到皮層的興奮性輸入增加，這也是鎮靜劑唑吡坦被認為能使輕微意識的患者產生覺醒的機制。γ振蕩（30～80Hz）振蕩為REM睡眠的特徵性的腦電活動。在丙泊酚誘導的鎮靜過程中為有序規律出現的β-γ振蕩和慢-δ振蕩。這些振蕩的振幅比清醒狀態下EEG中γ振蕩的振幅更大。在鎮靜期間，γ振蕩的功率超過了雙倍基線水平，並且這種增加在意識消失期間持續存在。之前有研究指出，腦部遠程功能連接，特別是γ和θ波段，可能對維持意識很重要。
且有報導表明，相對於覺醒，在NREM睡眠和麻醉期間，γ功率會下降。然而動物研究發現，顱內記錄研究顯示REM和NREM睡眠之間的γ同步性沒有差異，且慢波睡眠中的腦內EEG的γ同步性比清醒時更高。此外丙泊酚麻醉致意識消失期間γ功率持續增加（源模型分析表明，γ功率的這種增加源於前扣帶回和後扣帶皮層），γ和θ功能連接性並沒有變化，從而推斷出，當慢波存在時，γ活動是不足以維持意識的。這種矛盾的結果可能是由於不同研究所選擇的麻醉藥物和麻醉深度以及動物模型的不同所導致的。
4.小結
從EEG的角度闡述了丙泊酚致意識消失的特徵及其與自然睡眠狀態之間的異同。一般來說，全麻藥物對腦電活動產生抑制性作用，在較淺的鎮靜深度下，腦電活動與睡眠期相似，隨著麻醉的加深，腦電頻率逐步降低，波幅逐漸增大，甚至出現爆發性抑制和等電位。
此外，麻醉藥物通過調節中樞神經系統的丘腦和皮層的活動，產生近似於睡眠、但明顯抑制覺醒的全麻作用，也解釋了為什麼麻醉藥物對感覺、記憶編碼和認知處理環路有顯著的影響。分析皮層EEG發現，全麻和自然睡眠EEG之間的差異顯示了兩者在大腦神經生理學中的狀態存在一定異同性。但睡眠和麻醉在神經和化學機制上存在著廣泛的交叉重疊，因此對睡眠和麻醉的神經機制研究，有助於進一步揭示全麻的作用機制。
來源：朱婉婷,張宇,劉程曦,喻田.丙泊酚麻醉與自然睡眠狀態皮層腦電圖的異同[J].臨床麻醉學雜誌,2019,35(02):199-201.
(本網站所有內容，凡註明來源為「醫脈通」，版權均歸醫脈通所有，未經授權，任何媒體、網站或個人不得轉載，否則將追究法律責任，授權轉載時須註明「來源：醫脈通」。本網註明來源為其他媒體的內容為轉載，轉載僅作觀點分享，版權歸原作者所有，如有侵犯版權，請及時聯繫我們。)