Análisis del espectrograma de los fármacos anestésicos
Autora principal: Alba Tejedor Bosqued
Vol. XVII; nº 21; 843
Spectrogram analysis of anesthetic drugs
Fecha de recepción: 26/09/2022
Fecha de aceptación: 07/11/2022
Incluido en Revista Electrónica de PortalesMedicos.com Volumen XVII. Número 21 Primera quincena de Noviembre de 2022 – Página inicial: Vol. XVII; nº 21; 843
Autores: Tejedor Bosqued, Alba; Nasarre Puyuelo, Marta; Sainz Pardo, Alberto; Blasco Muñoz, Laura; Hormigón Ausejo, Mariana; Lou Arqued, Víctor; Muñoz Cáceres, Jorge
Lugar de trabajo: Hospital Universitario Miguel Servet, Zaragoza
Resumen
Los nuevos sistemas derivados de la electroencefalografía permiten la monitorización a tiempo real de las ondas cerebrales de manera procesada, a través de algoritmos específicos, como el sistema BIS®. La profundidad anestésica es cuantificable mediante los distintos tipos de frecuencia de la electroencefalografía. La monitorización de la Matriz Espectral de Densidad Electroencefalográfica facilita la interpretación de señales del electroencefalograma no procesadas en pacientes sometidos a anestesia general, y permite un seguimiento en tiempo real de los distintos tipos de ondas. La Matriz Espectral de Densidad Electroencefalográfica varía según la edad. Las oscilaciones alfa se reducen con el aumento de la edad. Cada anestésico posee un espectrograma específico, que lo hace identificable en la matriz espectral.
Palabras clave: electroencefalografía, índice biespectral, matriz espectral de densidad electroencefalográfica, onda cerebral
Abstract
New systems derived from electroencephalography allow real-time monitoring of brain waves in a processed manner, through specific algorithms, such as the BIS® system. Anesthetic depth is quantifiable by the different types of electroencephalography frequency. Monitoring of the Electroencephalographic Density Spectral Array facilitates the interpretation of unprocessed electroencephalogram signals in patients undergoing general anesthesia, and allows real-time monitoring of the different types of waves. The Electroencephalographic Density Spectral Array varies according to age. Alpha oscillations reduce with increasing age. Each anesthetic has a specific spectrogram, which makes it identifiable in the spectrogram.
Keywords: electroencephalography, bispectral index, density spectral array, brain wave
Los autores de este manuscrito declaran que: Todos ellos han participado en su elaboración y no tienen conflictos de intereses. La investigación se ha realizado siguiendo las Pautas éticas internacionales para la investigación relacionada con la salud con seres humanos elaboradas por el Consejo de Organizaciones Internacionales de las Ciencias Médicas (CIOMS) en colaboración con la Organización Mundial de la Salud (OMS). El manuscrito es original y no contiene plagio.
El manuscrito no ha sido publicado en ningún medio y no está en proceso de revisión en otra revista. Han obtenido los permisos necesarios para las imágenes y gráficos utilizados. Han preservado las identidades de los pacientes.
Introducción
La electroencefalografía (EEG) es una de las principales exploraciones neurofisiológicas. Se basa en el registro de la actividad bioeléctrica cerebral postsináptica de las neuronas que componen la capa de células piramidales del córtex cerebral (EEG analógico). Esta actividad bioeléctrica se produce por un intercambio iónico entre el citoplasma y el medio extracelular. El voltaje que se genera atraviesa distintas estructuras hasta llegar a los electrodos de la región frontotemporal del cuero cabelludo del paciente, que captan, amplifican y analizan la señal eléctrica (EEG digital). Este procesamiento de cálculo requiere algoritmos que se realizan mediante distintos sistemas informáticos específicos. 1
El electroencefalograma está compuesto por oscilaciones u ondas. El número de ondas por segundo define la frecuencia del electroencefalograma, que se expresa en hercios (Hz) y corresponde al eje de abscisas. La amplitud o potencia es la altura que alcanza la onda desde la línea basal, se expresa en decibelios (dB), definida como 10 veces el logaritmo en base 10 del cuadrado de amplitud de un componente de frecuencia del EEG. La potencia se representa en el eje de ordenadas. Así pues, encontramos distintas frecuencias por minuto, de mayor a menor: Ondas gamma, de 25 a 100 Hz; Ondas beta, de 14 a 30 Hz; Ondas alfa, de 8 a 13 Hz; Onda theta, de 4 a 7 Hz y ondas delta, de 0 a 4 Hz. Las ondas sigma, de 12 a 14 Hz se corresponden con ondas de sueño fisiológico. 1
La profundidad anestésica es cuantificable mediante los distintos tipos de frecuencia de la EEG. Una persona despierta y no relajada (Con artefactos de electromiografía) se encuentra dentro del espectro de ondas gamma y beta. Una persona despierta pero relajada posee un aspecto de ondas beta altas (20-30 Hz). Un paciente con una sedación profunda tiene una electroencefalografía basada en ondas beta bajas (14-20 Hz) y alfa. Una persona bajo anestesia general posee ondas beta bajas, alfa y theta y alguna onda delta. En una anestesia general profunda predominarían las ondas delta sobre la theta y las alfa. En un exceso de anestesia, existe una supresión de ráfagas de manera parcial o persistente. 1
Inicialmente, la principal indicación del electroencefalograma era la detección precoz de lesiones isquémicas en el córtex cerebral, así como el estudio de las crisis epilépticas. Posteriormente se han ido investigando nuevos usos, entre ellos el manejo de la profundidad anestésica y del despertar intraoperatorio durante procedimientos quirúrgicos. Existen diferentes aparatos derivados de la electroencefalografía para medir el nivel de hipnosis como el Bispectral Index ® (BIS®). 1
BIS® se basa en la monitorización no invasiva electroencefalográfica de las ondas derivadas de la región fronto-temporal de la corteza cerebral. El monitor procesa mediante un algoritmo específico la señal bioeléctrica y refleja mediante un número o índice el grado de inconsciencia. Esta cifra varía de 0 a 100, desde la ausencia total de actividad EEG (cero o patrón isoeléctrico), hasta una actividad EEG normal paciente con el despierto (cien). 2
El posicionamiento del BIS® es frontal y se describe a continuación. El electrodo 1 se sitúa en la línea media frontal, 5 centímetros por encima de la raíz nasogeniana. El electrodo 2 (toma de tierra) se sitúa correlativo al electrodo 1. El electrodo 4 se coloca en la zona externa del arco supraciliar, por encima o junto a la terminación de la ceja. El electrodo 3 se adhiere a la zona temporal derecha o izquierda entre el ángulo externo del ojo y la raíz del cabello. Se debe poner especial cuidado en no situar el electrodo sobre la arteria temporal, pues se producirían artefactos, y la medición sería errónea. la ubicación nasal infraorbitaria del sensor BIS® puede ser una alternativa útil y válida cuando la disposición frontal no está disponible. 2
La tasa de supresión es un parámetro del BIS® que nos señala el grado de depresión del córtex cerebral. Nos indica sobredosificación, además de otras aplicaciones. El coma barbitúrico guiado por electroencefalografía, se expresa como un patrón de salvas de supresión con una aparición de más de 5 salvas por minuto. Existe una buena correlación entre el EEG (patrón 3-5 salvas/min) con valores promedio de BIS® 15 y Tasa de supresión 75% (10). La medición de niveles plasmáticas de barbitúricos tiene dos problemas: la gran variabilidad intra e interindividual por los fenómenos de inducción enzimática y la existencia de metabolitos activos.
La interpretación del BIS® debe realizarse siempre en función del juicio clínico y de otras manifestaciones clínicas disponibles. No se recomienda confiar exclusivamente en el BIS durante un procedimiento anestésico intraoperatorio. Como ocurre con cualquier parámetro en observación, los artefactos y la baja calidad de la señal pueden tener como consecuencia valores poco exactos del BIS®. Las causas de los posibles artefactos podrían ser un mal contacto con la piel (impedancia alta), un aumenta de la actividad muscular o rigidez, movimientos de cuerpo y cabeza, movimiento ocular continuo, la colocación incorrecta del sensor o interferencias eléctricas excesivas. Los valores del BIS® deberían interpretarse con precaución si se utilizan determinadas combinaciones de anestésicos, como las basadas principalmente o en ketamina o en narcóticos/ óxido nitroso para producir la disminución de conciencia.
La monitorización de la Matriz Espectral de Densidad Electroencefalográfica (Density Spectral Array o DSA) facilita la interpretación de señales del electroencefalograma no procesadas en pacientes sometidos a anestesia general. La matriz espectral o espectrograma es un método tridimensional que separa las distintas señales de la EEG del BIS® para una interpretación en tiempo real. El eje de ordenadas (y) muestra la frecuencia de la EEG. El eje de abscisas (x) muestra el desarrollo del espectro de potencia del EEG a lo largo del tiempo. Por último, el espectrograma expone la potencia de la señal del EEG (Originalmente el eje z, pero codificada por colores para integrarse en un gráfico bidimensional). El espectro de potencia está codificado según diferentes colores; El azul implica potencia mínima, y el rojo implica potencia alta o máxima. En comparación con la monitorización de la EEG procesado, la DSA proporciona información ampliada de la EEG en tiempo real. Así pues, una de las principales ventajas de la monitorización de la actividad cerebral por DSA en tiempo real es la ausencia de demora en la detección incluso de cambios sutiles en la profundidad de la hipnosis. 2
El indicador SEF95 (Spectral Edge Frequency) o borde espectral, es la frecuencia por debajo de la cual se encuentra el 95% de la potencia espectral. Un SEF inferior a 12-14 Hz indica que el 95% de la frecuencia se encuentra por debajo de esos hercios, indicando que el paciente está adecuadamente anestesiado con respecto al estímulo quirúrgico. 2,3
Esta transformación de la electroencefalografía BIS® en un espectrograma resalta los distintos componentes de frecuencia de las ondas electroencefalográficas primarias, lo que permite diferenciar más fácilmente las trazas en apariencia muy similares, creando huellas características diferentes y específicas de cada fármaco. 2
Discusión
La DSA varía según la edad. Las oscilaciones alfa se reducen con el aumento de la edad. Los trazos de la EEG y de la matriz espectral poseen un ritmo alfa más bajo. 2
Asimismo, la DSA varía en función del fármaco anestésico. El propofol actúa sobre los receptores GABA (ácido γ-aminobutírico) aumentando la actividad en las sinapsis inhibitorias y disminuyendo la apertura de los canales de sodio. Los dos ritmos típicos de la matriz espectral que predominan utilizando propofol son oscilaciones Delta y Delta lentas a 1 Hz y frecuencias Alfa, entre 8 y 12 Hz. Por tanto, en la espectrografía aparecen dos bandas rojas a estos niveles, características de este fármaco. 2,3
La ketamina es un hipnótico derivado de la fenciclidina, de acción rápida que actúa inhibiendo el receptor N-metil-D-aspartato (NMDA) de manera no competitiva, los receptores opioides, los receptores de catecolaminas e interfiere con el receptor de acetilcolina (potencia la acción de los bloqueantes neuromusculares no despolarizantes). Preserva el reflejo faríngeo-laríngeo y el estímulo cardiorrespiratorio. Produce una anestesia disociada interrumpiendo selectivamente las vías de asociación cerebral antes de provocar bloqueo sensorial. Posee actividad simpaticomimética que origina taquicardia, hipertensión, aumento del consumo cerebral y miocárdico de oxígeno, aumento del flujo sanguíneo a nivel cerebral y de la presión intraocular.
La ketamina produce un estado de excitación cortical, y en el espectrograma esto se refleja con una oscilación típica en las bandas gamma alta y beta a 25-35 Hz. El índice BIS® debe interpretarse bien en este caso. El número se encontrará por encima de 60 con el paciente realmente en el estado correcto de sedación. 2
Los anestésicos inhalatorios poseen un mecanismo de acción no determinado. La evidencia experimental parece demostrar que este tipo de fármacos actúan a nivel de la membrana celular del sistema nervioso central (Corteza cerebral, hipocampo…) Además, los agentes volátiles potencian el receptor GABA A postsináptico. El óxido nitroso N2O inhibe el receptor NMDA. Los anestésicos inhalatorios son capaces de producir un estado de hipnosis, analgesia, acinesia, bloqueo autonómico y sensitivo y amnesia. En cuanto a los agentes volátiles y la DSA, las concentraciones inferiores a la concentración alveolar mínima (CAM) producen únicamente ondas alfa junto a ondas delta lentas, que se asemejan mucho a las que aparecen con el uso del propofol. Todos los gases derivados del éter, a mayores concentraciones producen el típico efecto «Fiil-In», aumentando la potencia en las frecuencias intermedias Theta, generando un efecto sobre el espectrograma de relleno entre las dos bandas rojas, quedando una única y amplia banda de este color. El N2O actúa sobre los receptores NMDA y provoca un efecto visible similar a la ketamina, con oscilaciones de alta frecuencia de ondas gamma, de 25 a 100 Hz y ondas beta, de 14 a 30 Hz, aunque son menos evidentes que en el espectrograma de la ketamina. 2,3
La dexmedetomidina es un agonista selectivo de los receptores alfa-2 adrenérgicos, similar a la clonidina, con mucha mayor afinidad que esta por dichos receptores. Produce un efecto hipnótico mediado por la inhibición del locus coeruleus (núcleo noradrenérgico predominante), situado en el tronco cerebral. Consigue una sedación efectiva con facilidad para despertar, similar al sueño fisiológico (fase no REM). Ha demostrado además algunos efectos analgésicos y ahorradores de anestésicos/analgésicos al estimular los receptores alfa-2 adrenérgicos del asta dorsal de la médula espinal. Es un fármaco libre de efectos depresores respiratorios. Produce un efecto simpaticolítico al disminuir la liberación de noradrenalina en las terminaciones nerviosas simpáticas. A dosis elevadas o de carga, actúa sobre los receptores alfa-1, produciendo vasoconstricción periférica, hipertensión y bradicardia. Con ritmos de perfusión más bajas, dominan los efectos centrales produciendo una disminución de la frecuencia cardiaca y la presión sanguínea. El espectrograma típico de dexmedetomidina, a dosis bajas, es similar al observado para propofol y al gas anestésico, pero el ritmo alfa alto /beta bajo está muy fragmentado (intermitente), creando un efecto discontinuo de la región roja. En el EEG aparecerá una combinación de ondas lenta y delta, junto con fenómenos típicos de la fase II del sueño no REM (husos del sueño o “spindles”). Cuando se utilizan dosis más altas, el ritmo alfa alto /beta bajo desaparece. En su lugar, aparecen oscilaciones de baja frecuencia, alrededor de 1 Hz. Este patrón EEG de oscilaciones lenta-delta es similar a la fase III-IV del sueño lento o no REM. 2
Conclusión
Los nuevos sistemas derivados de la EEG permiten la monitorización a tiempo real de las ondas cerebrales de manera procesada, a través de algoritmos específicos, como el sistema BIS®. La profundidad anestésica es cuantificable mediante los distintos tipos de frecuencia de la EEG. La monitorización de la Matriz Espectral de Densidad Electroencefalográfica (Density Spectral Array o DSA) facilita la interpretación de señales del electroencefalograma no procesadas en pacientes sometidos a anestesia general, y permite un seguimiento en tiempo real de los distintos tipos de ondas. El anestesiólogo debe saber interpretar tanto el índice biespectral como el espectrograma EEG-especifico o “huella” de cada fármaco anestésico. Las posibles interferencias respecto a las ondas cerebrales deben evaluarse. La interpretación del BIS® debe realizarse siempre en función del juicio clínico y de otras manifestaciones clínicas disponibles. No se recomienda confiar exclusivamente en el BIS durante un procedimiento anestésico intraoperatorio.
Conflicto de intereses
Los autores expresan que no existen conflictos de intereses con BIS ®
Bibliografía
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- Herrero RL, Quirós BS, Villanueva DV. Electroencefalografía clínica para el anestesiólogo. Rev electrón AnestesiaR [Internet]. 2021 [citado el 7 de febrero de 2022];13(2). Disponible en: https://anestesiar.org/2020/electroencefalografia-clinica-para-el-anestesiologo/