Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Информационные методы оценки состояния и защиты ЦНС при хирургических операциях

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Информационные методы оценки состояния и защиты ЦНС при хирургических операциях"

ко м ^ * да

На правах рукописи.

Петров Олег Викторович

ИНФОРМАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ И ЗАЩИТЫ ЦНС ПРИ ХИРУРГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЯХ

03.00.13 - Физиология человека и животных

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических каук

- Москва 1ЭЭ7 г -

Работа выполнена в Институте хирургии им. А.В. Вишневского РАМН Научный консультант, профессор

доктор медицинских наук Смирнова В. И.

Официальные оппоненты

Доктор медицинских наук, профессор.

заслуженный деятель науки РФ Цибуляк В. Н.

Доктор медицинских наук, профессор Решетняк В. К.

Доктор медицинских наук Василенко A.M.

Ведущее учреждение- Институт экспериментальной кардиологии Российского кардиологического научно-производственного комплекса Минздрава России

Защита состоится "?.7-п О 2._1997г. на заседании

Диссертационного совета Д. 001.03.01 в Научно Исследовательском Институте Общей Патологии и Патофизиологии РАН ( , Москва, Балтийская ул.. )

С диссертацией можно познакомится в библиотеке Научно Исследовательского Института Общей Патологии и Патофизиологии РАН.

Автореферат разослан "_"_1997г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат медицинских наук Скуратовска Л. Н.

Актуальность проблемы

Развитие хирургии во многой связано с достижениями в практической анестезиологии. Сложные оперативные вмешательства всегда представляют для больного колоссальную хирургическую агрессию, достаточно травматичную и продолжительную, что бы вопросы анестезиологического обеспечения вышли на первый план. Показано, что недостаточная "глубина анестезии" при таких воздействиях может быть причиной развития операционного дистресса и выброса в кровеносное русло большого количества стрессорных гормонов, что приводит к подавлению механизмов адаптации организма. Это, в свою очередь, вызывает нарушения органного и системного характера и имеет немаловажное значение в формировании послг-.^^ционных осложнений. С другой стороны, необоснованно "глубокая общая анестезия" в не меньшей степени затрудняет послеоперационное восстановление больного, что связано, как с нарушениями центрального управления функциями внутренних органов, так и с прямым токсическим воздействием анестезиологических препаратов на эти органы (А. П. Зильбер, 1984; ОШШе 0.1. И., Ы1шшо И. Б., 1987). Поэтому, основная цель всех анестезиологических мероприятий состоит в том, чтобы найти ту "золотую середину", при которой полноценная защита пациента от операционного дистресса сочетается с минимальным количеством сопутствующих побочных эффектов самой анестезии.

Практическая реализация этой цели направила прогресс анес?г—~.чогии по двум взаимосвязанным направлениям.

Первое направление сопряжено с развитием средств непрерывного слежения (мониторинга) за адекватностью анестезии. При этом показано,

что использование традиционных методов оценки адекватности анестезии (клинические, метаболитаческие и гемодинамческие) являются уже недостаточными (М.Д.Виккерс, 1990, В.В.Лихванцев, 1991), так как эти методы регистрируют не причину, т. е. не саму интраоперационную боль, а лишь следствие ее - т.е. реакцию организма на эту боль. Соответственно анестезиолог, управляющий во время наркоза такой исключительно сложной системой, как человеческий организм, предпочитает корректировать состояние больного не только по отклонению мониторируемых параметров, но и по выявлению тех причин, которые возникают в ЦНС и приводят к этим отклонениям.

Второе направление связано с поиском и применением новых общих анестетиков, имеющих наибольшую терапевтическую широту и наименьшее количество нежелательных побочных эффектов. Этот путь развития привел к смене ингаляционного мононаркоза на комбинированную сбалансированную анестезию. Однако, следует заметить, что на всех этапах развития данного направления перспективными считались любые попытки применения нефармакологического обезболивания, что не утратило актуальности и в настоящее время.

Эти оба направления являются взаимосвязанными потому, что прогресс их развития зависит от одной причины: от понимания того, чем в конечном счете определяется интраоперационная боль, как ее регистрировать и как с ней бороться.

Интенсивное внедрение микро-ЭВМ в медицинской науке привело к "компьютеризированному" образу мышления исследователей. На смену термина "нодацептивная импульсация" пришло выражение "ноцицептивная информация". Вполне естественными кажутся попытки пересмотра устоявшихся представлений проблемы боли на новом, "информационном"

уровне.

Именно поэтому, внимание многих исследователей и практических анестезиологов привлекают новые идеи и методы, способные в той или иной степени отразить восприятие и анализ ноцицептивной информации в ЦНС.

Цель настоящего исследования состоит в исследовании и обосновании нового информационного метода оценки состояния ЦНС и ее защиты в анестезиологической практике.

Для решения поставленной цели были выбраны следующие задачи:

1.Создать компьютеризированную систему для регистрации медицинской информации (ЭЭГ, информативные параметры гемодинамики).

2. Разработать метод информационной оценки ЭЭГ.

3. Исследовать эффективность информационной характеристики

ЭЭГ как метода оценки активности ЦНС при действии визуальных, аудиогенных и ноцицептивных раздражителей.

4. Определить необходимые условия для возникновения явления немедикаментозной аналгезии.

Научная новизна.

Впервые разработан метод количественной оценки информационной активности ЦНС.

Впервые показано, что между количеством информации во внешнем потоке событий (визуальном равно как и акустическом) и количеством информации в ЭЭГ существует высокая корреляционная связь.

Впервые обнаружено, что интраоперационная боль, возникающая вследствие неадекватной анестезии, увеличивает количество информации в ЭЭГ, причем это увеличение происходит раньше изменений гемодинамических параметров и может служить более ранним индикатором

нарушения адекватности общей анестезии.

Практическая значимость работы: Показано. . что ноцицептивная информация находится в конкурентном отношении в ЦНС с информационными потоками других модальностей. Это означает, что распознавание образа боли в ЦНС можно нейтрализовать не только средствами фармакологии, но и ко^",гпонтно-информационным вытеснением боли, что служит обоснованием для создания нового поколения аналгезирующих аппаратов.

Внедрение результатов работы: На основании результатов работы в отделении анестезиологии Института хирургии им.A.B.Вишневского разработан и внедрен компьютеризированный комплекс для оценки адекватности анестезии.

Апробация диссертационного материала: Основные положения работы доложены

на конференции с международным участием, посвященной современным проблемам мониторинга в анестезиологии и интенсивной терапии (20-21 октября 1992 г.. Москва);

на I конференции Российской Ассоциации по изучению боли (19-21 октября 1993г..Москва);

на'IX Пленуме правления Всероссийского научного общества анестезиологов и реаниматологов (23 и 24 июня 1993 г. Москва),

на заседании Ученого совета Института хирургии им.А.В.Вишневского РАМН (1994 г.);

на Европейском Конгрессе анестезиологов (4-8 сентября 1995 г.Вена)

на Всемирном Конгрессе анестезиологов, Сидней, 1996г. на 5-ом Всероссийском Съезде анестезиологов и реаниматологов (1996 г. Москва).

на 3-ей Международной конференции "Современное состояние

неинвазивной диагностики в медицине". Гурзуф, 1996г.

на заседании Московского научного общества анестезиологов и реаниматологов, 21 января 1997г.

Публикации по теме работы :

По материалам диссертации опубликована 21 работа, получено 1 авторское свидетельство.

Общая характеристика больных и методы исследования.

Распределение пациентов по группам

Всего нами было обследовано 137 человек. Распределение пациентов по группам было следующим:

В первой (п=10) и третьей (п=10) группах исследования были проведены у практически здоровых лиц (добровольцы без соматических и психических заболеваний). В зависимости от поставленной задачи у них регистрировали либо ЭЭГ, либо ВП при различных информационных воздрй^очях, о которых подробно будет сказано в соответствующих разделах.

Исследования в второй группе (п=75) проводили в условиях операционной при длительных и травматичных операциях на органах брюшной полости. В зависимости от варианта проводимой общей анестезии (см.таблицу.), больные были распределены на пять подгрупп. Премедикация во всех подгруппах была стандартной. ИВЛ проводили кислородно-закисной смесью, в соотношении 30:70 об%% или 50:50 обИ, на фоне тотальной миоплегии.

Контингент четвертой группы (п=42) составили больные двух подгрупп. В первую подгруппу включены те. у которых изучали болевые пороги методом тепловой сенсометрии. 10 больным назначали феназепам (2.5 мт^ перорально, за 2 часа до наркоза. Во вторую подгруппу вошли пациенты (12 человек). у которых регистрацию ВП проводили в предоперационныом периоде за 1-2 суток перед операцией. Больным назначали перорально феназепам (2.5 мг). В первом и во втором случае результаты сравнивали с данными у больных, получавших плацебо (по 10 человек в каждой группе).

Информационный метод изучения ЭЭГ

В своих исследованиях мы опирались на концептуальную модель, в соответствии с которой ЭЭГ является результатом деятельности мозга по переработке внешней и внутренней информации. Поэтому, информационную деятельность мозга следует оценивать по количеству информации, содержащейся в его биотоках. Вопрос только в том, как определять количество информации в ээг. Этому посвящена наша методическая разработка:

Сжатие сигнала по амплитуде

Известно (С.П.Марпл-мл. ,1990). что применение отбеливающих фильтров позволяет практически из любого сигнала получать ограниченный по частоте "белый шум". Ясно, что пропускание полученного шума через фильтр, обратный исходному, позволит восстановить первоначальный сигнал. Иными словами, между сигналом и полученным белым шумом

существует взаимно-однозначное соответствие. Следовательно, количество информации (Н) в этих двух сигналах одинаково. Но Н в белом шуме известно: оно пропорционально частоте и логарифму дисперсии шума. Таким образом. Н практически любого сигнала можно определить по амплитуде его белого шума.

нахождения амплитуды белого шума, порождающего данный сигнал, лучше всего воспользоваться методом линейного прогнозирования, известного как модель процесса авторегрессии со скользящим средним (Г.Темеш. С.Митр. 1977) (см. приложение). Количество информации в ЭЭГ определяли по дисперсии отклонений (белого шума) при этом линейном прогнозировании.

Результата собственных исследований

Экспериментальное изучение влияния визуальных и аудиогекных информационных воздействий на ЭЭГ

У здоровых добровольцев, находящихся в состоянии бодрствования. (1 группа) мы регистрировали ЭЭГ при помощи энцефалографа фирмы 'Nikon Kohden'.Сигналы с восьми равномерно расположенных на поверхности головы электродов после усиления и преобразования через АЦП поступали на ЭВМ, где они запоминались и обрабатывались по предложенному алгоритму. Необходимую активность ЦНС создавали при помощи различного по интенсивности потока команд. В случае визуального потока, перед испытуемым на дисплее появлялись стрелки, ориентированные вправо или влево случайным образом. Восприятие команд контролировали по правильному нажатию испытуемым соответствующих клавиш. Интенсивность

потока зависела от частоты появления стрелок и изменялась в диапазоне 0.5 - 2.5 биг/с. В случае слуховых команд, визуальные стрелки заменялись разными звуковыми сигналами. Особые меры применялись для того, чтобы при подаче информационных сигналов никакие другие помехи не отвлекали испытуемых.

Перед началом исследований испытуемые проходили инструктаж и обучение до приобретения автоматических навыков.

Т"образом, у испытуемых определяли количество информации в ЭЭГ при различных уровнях активности ЦНС, величина которой зависела от интенсивности внешнего информационного потока.

В результате исследований было обнаружено, что при низких уровнях активности ЦНС, соответствующих интенсивностям внешнего зрительного информационного потока 0.5-1.0 бит/с, ЭЭГ представляло в основном узкополосный сигнал с преобладающим а - ритмом. По мере увеличения интенсивности информационного потока до 2.0 - 2.5 бит/с а - ритм исчезал, уступая место р - ритму; мощность (дисперсия) ЭЭГ при этом уменьшалась. ЭЭГ приобретала вид белого шума. Это означало уменьшение временной когерентности ЭЭГ. Уменьшалась и пространственная когерритнлсгь ЭЭГ, что выражалось в том, что функция корреляции от сигналов, полученных с соседних электродов снижалась в полтора - два раза. Однако, количество информации, полученное со всех 8 электродов равномерно расположенных на голове, увеличивалось. Проведенный расчет выявил, что в среднем, увеличение интенсивности входного информационного потока на 1 бит/сек увеличивает кол-во информации в ЭЭГ также на одну единицу с точностью до 20%.

Проведенный корреляционный анализ между количеством информации во внешнем потоке событий (зрительном равно как и звуковом) и

количеством информации в ЭЭГ показал, что существует высокая корреляционная связь (К=0.9. Р<0.05) при условии, что вся внешняя информация усваивается испытуемым, т. е. при появлении внешнего сигнала он безошибочно выполняет команду.

В процессе работы были проведены те же исследования и со звуковым инфср:—ценным раздражителем, которые дали аналогичные результаты.

Таким образом, можно заключить, что внешний информационный поток независимо от его модальности (зрительной либо аудиогенной), но в зависимости от его интенсивности поддерживает строго определенную активность ЦНС, что можно количественно определить, измеряя величину информации ЭЭГ.

Полученный вывод, видимо, имеет общий характер и может быть отнесен и к 'внутренним' сигналам. В частности, интерес представляет болевая информация при недостаточном обезболивании во время хирургического вмешательства. Возникает вопрос: может ли боль быть объективно определена по результатам исследования ЭЭГ? Приведенный выше г"лиз литературного материала не дал положительного ответа. Однако, наше предварительное исследование показывает, что разработанный новый подход позволял надеяться на решение поставленного вопроса.

Клиническое исследование информационной оценки ноцицепгивной защиты ЦНС

Исследования этого раздела посвящены ответу на вопрос: позволяет ли информационный метод анализа ЭЭГ идентифицировать интраоперационную боль. Шля этого при хирургических операциях, выполняемых у больных (2

группа) под общей анестезии, проводили мониторинг ЭЭГ и некоторых (наиболее информативных) параметров центральной и периферической гемодинамики. Этими параметрами являются: (Брейвик. 1993) величина артериального давления (АД), частота сердечных сокращений (ЧСС), амплитуда плетизмограммы (ПЛ). ЭЭГ регистрировали при помощи одноканального энцефалографа, при этом анализировали информационную насыщенность ЭЭГ (ШЭЭГ), которую определяли как отношение дисперсии (мощности) ЭЭГ к дисперсии сигнала, полученного после сжатия ЭЭГ способом, описанным ранее.

Анализировали эпизоды, связанные с реакцией организма на ноцицептивную импульсацию. вызванную неадекватной анестезией, а также на применение анестезирующих препаратов.

Эпизодом считалось выполнение хотя бы двух из трех событий:

1. Изменение гемодинамических параметров.

2. Изменение ИНЭЭГ,

3. Наличие ноцицептивного либо медикаментозного воздействия.

Всего проанализирован 151 эпизод. В 38 случаях (255?) в ответ на ноцицептивную импульсацию гемодинамические изменения присутствовали не полностью, а именно:

В 15 случаях (Ш) гипертензия фиксировалась без тахикардии. В 9 случаях (6%) отмечалось только снижение амплитуды плетизмограммы. В 7 случаях (5%) в ответ на повышение ноцицептивной импульсации из операционной раны развивалась только первая "отрицательная" (см. рис.5 метка 49) фаза реакции гемодинамики. В 7 случаях (5%) реакция гемодинамики отсутствовала полностью.

В 141/ случаях зафиксировано изменение ИНЭЭГ. При этом процент совпадений между апробируемым методом (ИНЭЭГ) и классическим методом

150 125 100 75 50

ЛаЛ ННЗЭГ

ГМ

и и н |ц п и п щи п п щи и и и п пит и и 14 и пни пппт ни щ п ни 11100_13:00_

-1-1-1-п—I-1-1—I-

48 49 50 51 33

РИСУНОК

Реакция организма на ноцицептивную импульсацию и медикаментозное воздействие. Фрагмент наркозной карты. Метка 48 связана с работой на поджелудочной железе. Метки 49 и 50 соответствуют введению фентанила (2 мл) и реланиума (1 мл). Ме^..: Л - "Гракция за брыжейку", 55 - " Ранорасширители сняты". Ось абцисс - время (час:мин), ось ординат: АД в мм ИНЭЭГ в %, ЧСС в 1/мин, ПЛ в относительных единицах.

контроля ноцщептивиой защиты (АЛ. ЧСС, ПЛ). был достаточно высок и мало зависел от выбора вида общей анестезии.

Количественный анализ показал, что в среднем по всем группам в 97% случаев ИНЭЭГ позволяет правильно оценивать состояние ЦНС в эпизодах, связанных с проявлением операционного дистресса (р<0.05).

Качественный анализ данных показал, что при "нормальном" течении анестезии (стабильное в пределах нормы значение гемодинамических параметров) информационная насыщенность ЭЭГ (ИНЭЭГ) составляла в среднем 50 ± 10%. В ряде случаев она превышала 60%. Как правило, на этом фоне мы регистрировали изменения гемодинамических параметров (увеличение АД более чем на 15 мм Не. ЧСС на 20 уд/мин. уменьшение ПЛ на 30%). Более того, эти изменения сами по себе сопровождались, а точнее, следовали с небольшой задержкой за резким увеличением ИНЭЭГ до 90-95%. В качестве примера рассмотрим фрагмент записи автоматизированной наркозной карты (см. рис.) где показано, что к 14 часам медикаментозного обеспечения анестезии было уже, видимо, недостаточно (ИНЭЭГ более 70%1 и, поэтому, этап операции 48, связанный с работой на поджелудочной железе, происходил при недостаточном обезболивании ( рост ИНЭЭГ. давления, ЧСС. уменьшение ПЛ). Введение фентанила (0.1 мг) и реланиума (10 мг). что отмечено меткой 49, понизило ИНЭЭГ до 50% и вернуло гемодинамические параметры в исходное

состс......Однако, наблюдался дальнейший рост мониторируемых

параметров, что потребовало повторного введения фентанила и реланиума (метка 50). Из рисунка следует, что при этом ИНЭЭГ понизилась скачком с 80% до 60%. Тем не менее, введенных препаратов было явно недостаточно, и. поэтому, на последующие травматичные этапы операции "Тракция за брыжейку" (метка 51) и "Ранорасширители сняты" (метка 55).

была отмечена типичная болевая реакция по всем мониторируемым параметрам. Отметим, что в первом случае эта реакция была ярко выражена (двухфазное изменение давления и ЧСС), во втором - более завуалирована ( присутствовала только начальная фаза).

Данный пример показывает, что высокое фоновое значение ИНЭЭГ (более 60%) указывает на недостаточную аналгезию, что может явиться причиной резких нарушений гемодинамики на травматичном этапе операции.

Таким образом. статистически достоверный материал, а также приведенные примеры убеждают в том, что новый информационный параметр позволяет идентифицировать неадекватность общей анестезии не хуже, а в некоторых эпизодах даже лучше, чем традиционные методы, основанные на гемодинамических показателях. Однако, в отличие от этих классических показателей. ИНЭЭГ реагирует на болевую информацию раньше и в случае высокого стационарного значения может заблаговременно указывать на недостаточность ноцицептивной защиты.

Сравнение информационного и спектрального метода оценки ноцицептивной защиты ЦНС

Особый интерес представляет сравнение предлагаемого нами способа оценки ЭЭГ с классическим методом исследования при помощи спектрального анализа. Известно много спектральных характеристик ЭЭГ, среди которых в последнее время в анестезиологии наиболее часто примсп.;Ы1 50%-край спектра (среднемедиальная частота).

Как показали наши собственные исследования, в тех группах, где в качестве основного анестетика не использовался калипсол, Т-50%. как правило, повышался при недостаточной медикаментозной защите и снижался

при введение общих анестетиков, что полностью дублировало показания ИНЭЭГ Ап,нако, наблюдались случаи, при которых, несмотря на очевидные признаки недостаточной анестезии, включая и увеличение ИНЭЭГ, 1-50% не изменялся. В целом, в этих группах частота совпадений Г-509Е с выбранными гемодинамическими критериями адекватности анестезии была значительно хуже, чем у ИНЭЭГ. и составила 62%. Наибольший процент совпадений наблюдался при применении сочетания фентанила, дроперидола и дипривана или реланиума. В тех же случаях, когда использовали калипсол, процент совпадений был значительно хуже, либо совпадения отсутствовали совсем. Как правило, при введении калипсола Г-50Ж (в отличие от ИНЭЭГ) возрастал, что могло, в свою очередь, ошибочно указывать на якобы увеличенную ноцицептивную импульсацию. И, наоборот, в группах, где применялся калипсол, отмечены случаи так называемого "парадоксального возбуждения", когда Г-5055, несмотря на явные признаки недостаточной ноцицептивной защиты (в том числе и увеличение ИНЭЭГ), снижался, ошибочно имитируя углубление анестезии.

В 151 эпизоде зафиксировано 93 случая изменения 1-5055. При этом процент совпадений между Г-50% и показателями гемодинамики был достаточно низким, и варьировал в зависимости от особенностей проводимой анестезии.

ТАБЛИЦА Сравнение частоты совпадений параметров ИНЭЭГ и 1-5055 с гемодинамическими данными во время проявлений операционного стресса при разных видах общей анестезии

ЭЭГ параметры фентанил реланиум дроперидол (п=72) фентанил калипсол реланиум дроперидол (п-24) морадол калипсол реланиум (П=23) фентанил диприван дроперидол (п=20) фентанил этран дроперидол (П=12)

ИНЭЭГ 100% 92% 91% 100% 100%

Г-50% 8255 055 35% 8555 75%

Статистический анализ, выполненный в соответствии с критерием Стьюдента, позволил показать. что совпадения результатов с гемодинамическими показателями у информационного параметра ИНЭЭГ был достоьерно выше, чем у спектральной характеристики Г-50% (Р<0.05).

Таким образом, проведенное нами сравнительное исследование демонстрирует факт того, что традиционные спектральные способы анализа ЭЭГ не являются абсолютно корректными, для того, чтобы можно было рассматривать их в качестве универсального метода оценки адекватности общей анестезии, что, впрочем, совпадает с выводами из результатов обзора литературы. По нашему глубокому убеждению метод оценки ИНЭЭГ может претендовать на эту роль. На наш взгляд это прежде всего связано с тем. что спектральный анализ был привнесен в медицину из техники и в первую очередь эффективно отражает резонансные характеристики изучаемого объекта, например, собственные частоты колебания системы. Для печения свойств ЦНС. как было сказано ранее, надо учитывать тот факт, что мозг является структурой, прежде всего, предназначенной для переработки информации. Поэтому, адекватными в этом случае будут информационные методы исследования ЭЭГ. В частности, мы считаем, что применение нового параметра - ИНЭЭГ в наших исследованиях позволяет подтвердить сформулированную выше концепцию: боль, так же как и другие внешние раздражители, является прежде всего информацией. Поэтому, так же как и другие виды информации, боль может быть не только объективно зафиксирована. но и количественно определена предложенным нами методом. Именно этот метод мы предлагаем в анестезиологическую практику с для контроля адекватности общей анестезии.

П~ "'ченный результат имеет прямое практическое значение для анестезиологии: его применение будет способствовать значительному

повышению надежности контроля общей анестезии. Однако, на наш взгляд, он имеет и теоретическое значение, так как, позволяет понять, чем в конечном счете определяется интраоперационная боль, и дать объяснение многочисленным, успешным и менее успешным попыткам, борьбы с болью различными немедикаментозными методами.

Информационная концепция боли и обезболивания

Одним из основных результатов нашей работы тот факт, что ноципептивная импульсация является таким же информационным потоком, каким являются и сигналы, идущие от органов зрения и слуха. Их наличие в одинаковой степени находит свое отражение в изменении количества информации в ЭЭГ. Различие их определяется после распознавания образов в ЦНС, которым они соответствуют. На этой основе нами сформулирована информационная концепция боли, суть которой заключается в том, что афферентная импульсация ноцицептивной или иной модальности становится болью тогда, когда в ЦНС произошел процесс распознавания "образа боли". Легко показать, что это определение не противоречит тем рациональным моментам, которые содержатся в существующих теориях боли. Но оно обладает значительным преимуществом, которое позволяет сформулировать определение обезболивания: это процесс нарушения распознавания "образа боли".

Таким образом, дав четкие определения основным понятиям боли и обезболивания, мы вышли на теоретическое рассмотрение вопросов обезболивания на новом, информационном уровне. Стало ясно, что можно представить, как минимум, три принципиально разных механизма

обезболивания.

Ниже мы приводим описание этих вариантов и известные методы общего обезболивания, которые им соответствуют.

Фармакологическое обезболивание

Самый простой способ обезболивания. который можно себе представить в рамках информационной концепции боли. связан с нарушением распознавания ноцицептивной информации. Однако здесь возникает удивительный .парадокс. Этим способом принципиально не возможно заблокировать распознавание только лишь "образа боли", не затронув распознавание других образов. Это следует из того, что прежде чем избирательно изолировать поступившую информацию ее надо предварительно распознать. В нашем случае это означает, что для того, чтобы заблокировать только боль, ее образ необходимо четко отличить от других образов. То есть, что бы боль не чувствовать ее надо почувствовать.

Это противоречие означает, что разрушение распознавания "образа боли" возможно лишь путем нарушении распознавания образов вообще, т.е. при этом обязательно должно наблюдаться нарушение восприятия и других образов. Такое утверждение является достаточно сильным. Оно получено чисто логическим путем из информационной концепции боли. Поэтому, любые экспериментальные или клинические примеры, подтверждающие (или опровергающие) его, автоматически подтверждают (или опровергают) и саму информационную концепцию боли.

Перейдем к примерам. Наиболее распространенный метод обезболивания основан на эффекте применения общих анестетиков и

аналгетиков центрального действия. Однако, практика показывает, что эти препараты оказывают аналгетическое действие только в тех дозах, когда происходят различные побочные эффекты. которые можно интерпретировать как нарушение распознавания образов. Например, фентанил является мощным аналгетиком. Но в тех дозах, при которых он вызывает обезболивание, происходит угнетение дыхания. А это можно интерпретировать как нарушение распознавания концентрации газов в крови. Морфин, оказывая аналгетическое действие. нарушает ассоциативное восприятие. Кетамин, защищая от боли. вызывает галлюцинации и т.д. Все без исключения ингаляционные анестетики (хлороформ, эфир, фторотан и пр.). провоцируя аналгезию, приводят к неадекватному восприятию (И.С.Жоров. 1964). Все это есть ни что иное, как рао.шчные формы нарушения распознавания образов.

Существуют и экзотические методы обезболивания. Например, известно, что большое атмосферное давление (6 - 10 ат) увеличивает пороги болевого восприятия. Однако, и это происходит в результате общего наркотического влияния азота на организм при повышенных давлениях.

Можно неограниченно продолжить этот ряд примеров. Однако, лучше сказать, что в анестезиологической литературе не известен факт, который бы противоречил наблюдаемой закономерности. Поэтому, можно взять на себя смелость утверждать, что в настоящее время не существует и в принципе не может существовать аналгетика центрального действия, котср:.."- бы не вызывал сопутствующих явлений, в той или иной степени связанных с общим нарушением распознавания образов.

Интерес представляют объективные данные. связывающие аналгетические свойства фармакологических препаратов центрального

действия с потерей когнитивных функций ЦНС. Мы обнаруживали изменение амплитуды поздних компонент ВП при изучении

седативно-транквилизирущего эффекта различных лекарственных препаратов. Нами было показано (4 группа), что применение мощного отечественного транквилизатора - феназепама достоверно уменьшает амплитуду ВП различных модальностей . При этом, как показали исследования, проведенные методом тепловой алгезиметрии, происходит достоверное увеличение порога болевой чувствительности, превосходящее по вр""""че действие морфина более чем на 40%.

Таким образом, электрофизиологические данные, а также клинические и экспериментальные наблюдения однозначно показывают, что механизм фармакологического обезболивания целиком и полностью основан на методе нарушения общего распознавания образов в ЦНС.

"Перепрограммирование образа боли"

Информационная концепция боли допускает ситуацию, при которой ноцицептивная информация доходит до ЦНС. но распознается не как боль, а как нечто иное. То. как именно она будет распознаваться, целиком и полностью зависит от нового "шаблона", который будет введен на место старого, служившего стандартом "образа боли". Оказывается, эта почти фантастическая ситуация была давно известна, и часто использовалась в различных вариантах. На наш взгляд, наиболее ярким и убедительным примером такой возможности явились исследования, проведенные Ерофеевой М.Н. (1912) в лаборатории И.П.Павлова (И. П. Павлов, 1951): в норме, собаки очень резко реагируют на сильный удар электрическим током по лапе. Однако, если после каждого удара давать собаке еду, у нее, на

основе условного рефлекса, вырабатывается положительная реакция: собака радостно виляет хвостом, с нетерпением поворачивается к миске, у нее начинается слюноотделение. Раньше, этот факт приводили как пример извращения физиологической реакции. Однако, имеющиеся у нас данные, позволяют интерпретировать результаты этих опытов как перепрограммирование "образа боли". вызванной электрокожным раздражением, в образ, сопутствующий приему пищи. Причем, примененный условно-рефлекторный метод, оказался очень эффектным для подопытных животных. Понятно, что для человека он мало пригоден, поэтому, актуальным является поиск таких аналогов этого метода, которые могли бы быть приемлемыми в медицинской практике.

Таким образом, обезболивание методом "перепрограммирования образа боли", существует в действительности и может быть продемонстрировано в экспериментальных условиях.

Конкурентное вытеснение ноцицептивной информации из ЦНС

Принципиальная возможность конкурентного вытеснения ноцицептивной информации из ЦНС стала очевидной из наших экспериментальных исследований. В этих исследованиях мы обнаружили, что между количеством информации во входном информационном потоке, будь он визуальный либо аудиогенный, и количеством информации в ЭЭГ, существует прямая линейная связь только до определенных значений интенсивности "на входе". При величине входного потока более 2.5 бит/с происходит информационное насыщение и прекращается дальнейший рост информации в ЭЭГ. При этом кривая ЭЭГ становиться похожей на "белый

шум", а испытуемый начинает допускать ошибки при выполнении команд на поступающие сигналы. Это может быть связано либо с тем, что мозг человека уже не может переработать большее количество информации, либо с тем, что существуют задержки в сенсорной системе, и из-за большого латентного периода сигналы не могут поступать с большей частотой.

Мы провели исследование, при котором входные сигналы были попеременно то звуковой, то световой модальности. Однако, и в этом случае насыщение происходило при суммарной величине входного потока равной 2.5 бит/с. Следовательно, поскольку по каждому каналу и звуковому, и световому информационный поток не превышал 1.25 бит/с, остается справедливым первое предположение: лимитирующим является ограничение в целом по объему информации, воспринимаемой ЦНС.

Г-'^льтаты проведенного исследования показывают, что звуковые и световые потоки информации находятся в конкурентном соотношении при обработке их в ЦНС. Безошибочное восприятие акустического потока информации уменьшает правильную обработку зрительного потока информации и наоборот. Можно предположить, что и ноцицептивная информация находится в таком же конкурентном соотношении со всеми другими видами существующих информационных потоков. В этом случае, при соблюдении определенных условиях можно ожидать конкурентное вытеснение информации о боли или ноцицептивных воздействиях потоками информации другой модальности. И. действительно, мы нашли в литературе описание исследований (Н.Ме1гас!с et.al.1963), посвященных эффекту аудиогенной анест~-—результаты которых можно интерпретировать как информационное вытеснение боли. Однако, сами авторы на основании проведенных исследований сделали вывод о том. что термин "аудиогенная аналгезия" является неправильным. Звуковое раздражение не вызывало

аналгезии. а лишь служило средством для модуляции толерантности к боли.

В свете нашей информационной теории ясно, что для того, чтобы боль была вытеснена из ЦНС конкурентным способом, необходимо два условия:

во-первых, чтобы присутствовал внешний поток информации максимальной величины и.

во-вторых, чтобы этот поток информации воспринимался ЦНС полностью.

Колоссальные усилия были направлены на получение немедикаментозного компонента обезболивания с помощью электроимпульсного воздействия при общей анестезии. (Кузин М.И. с соавт. 1976, Сигаев В. В. 1972. Шлозников Б.М. 1979, Абрамов Ю. Б. 1971, Цибуляк В. Н. 1985, Бабкина Н. В. 1990. Острейков И.Ф. с соавт. 1995). Как правило, в этих работах электрический ток пропускали через электроды, расположенные на голове. При этом исследователи предполагали. что ток, взаимодействуя с определенными, но пока неизвестными, структурами в ЦНС будет вызывать аналгезию. И. действительно, целый ряд сообщений подтверждал этот факт. Однако, в подтексте этих исследований отмечегся также противоречивый характер получаемых данных. Существуют указания на отсутствие стабильных результатов. Обнаружено, что форма применяемых токов имеет важное значение. Сообщали, что токи, имеющие вид чистой синусоиды, абсолютно неэффективны, поэтому, дабы избежать явления привыкания, необходимы токи, имеющие сложную форму и переменную частоту, и т.д.

К сожалению, из-за отсутствия понимания механизмов обезболивания интерес к электроанестезии стал угасать раньше, чем было проведено какое-либо глубокое изучение этого явления, такое как в примере с

"аудиогенной аналгезией" (R. Melzack. A.Z. Weiss, L.Т.Sprague, 1963). Однако, целый ряд косвенных данных показывает, что в тех случаях, когда применяли электоанестезию, результат был вызван по крайней мере не прямым действием электрического тока. На это. например, указывает исследования (Петров О.В., Вагина М.А. 1988) с применением метода фильтрации ЭЭГ при действии на ЦНС электрических токов (Петров О.В., Вагина H.A. 1985), в которых показано, что электрическая стимуляция головного мозга током до 50 ма аппаратами для электроанестезии различных модификаций не меняет характера ЭЭГ. Скорее всего положительный результат от электроимпульсного воздействия наблюдали тогд?. когда неконтролируемым образом выполнялись оба выше сформулированных требования.

Таким образам, анализ исследования аудиогенной аналгезии равно как и опыт электростимуляционного обезболивания указывают на то, что в основе механизмов действия рассмотренных немедикаментозных методов обезболивания может быть заложен метод информационно-конкурентного вытеснения боли. Основное отличие этих методов друг от друга заключено в модальности носителя информации, в первом случае модальность сигнала звуковая. во втором - соматосенсорная. Это отличие является принципиальным для технической реализации метода, но оно совершенно не важно с точки зрения механизма обезболивания. Поэтому, в принципе, можнл лапать эффективное обезболивание, основанное на конкурентном вытеснении информации из ЦНС при использовании любой другой модальности входного сигнала.

Для того, что бы приобрести дополнительную уверенность в правоте наших представлений, нами была проведена проверка этого предположения на примере информационного потока зрительной мслальности.

Мы изучали реакцию ЦНС в ответ на болевое раздражение элекчуипеским током. Для этого регистрировали болевые ВП (3 группа). Предварительно нами была разработана и опробирована модель информационно-конкурентного обезболивания, для успеха которой в ее основу было заложено одновременно выполнение двух условий, сформулированных выше : во-первых присутствовал внешний поток информации максимально воспринимаемой величины, во-вторых этому потоку был придан наивысший приоритет. Для этого испытуемого помещали в изолированную комнату перед экраном компьютера, на котором запускали захватывающую с точки зрения самого испытуемого информационную игру. Для приобретения необходимых навыков предварительно проводился процесс обучения.

исследовано десять добровольцев - здоровых людей.

У каждого испытуемого ВП регистрировали подряд 3 раза при одной и той же силе раздражающего тока, равной индивидуальной величине порога болевой чувствительности. Первый - в спокойном состоянии, второй - при максимальной для данного испытуемого информационной загруженности по нашей модели, третий - снова в спокойном состоянии.

Анализ результатов исследования показал, что при максимальной информационной загруженности (вторая запись) происходит резкое уменьшение амплитуды ВП в среднем до 50± 10% (за 100% принята амплитуда ВП при первой регистрации). Это уменьшение является достоверным (Р<0.05) по отношению как к первой, так и к последней (трет1"л* записи. Третья регистрация выявила, что амплитуда ВП восстанавливалась в среднем до 90 ± 10%. что практически совпадает с ВП для первой записи и отличается от нее на величину, известную как "явление привыкания" (Кеванишвили З.Ш.1979, Вагина М.А. 1994).

Заметим, что уменьшение амплитуды ВП у разных испытуемых было различным и варьировало от 80 до 0%. При этом степень подавления ВП зависела от того, до какой максимальной величины информационной нагр,уок,1 удалось вовлечь испытуемого. Коэффициент корреляции между уменьшением ВП и степенью информационного воздействия (выраженного в относительных единицах) составил 0.8 (р<0.05).

Следует еще раз подчеркнуть, что ВП, зарегистрированный в ответ на болевое раздражение, может целиком исчезнуть в случае полной информационной загруженности пациента, что, очевидно, означает полную потерю болевого ощущения. Субъективные оценки испытуемых, полученные в результате опроса после исследований, также подтверждают это заключение.

Таким образом, проведенное нами исследование показывает, что конкурентное вытеснение ноцицептивной информации является эффективным метсд;.. обезболивания и находит свое воплощение в в различных инструментальных методах немедикаментозной аналгезии.

ВЫВОДЫ

1. Определение количества информации в ЭЭГ является эффективным методом для изучения изменений активности ЦНС, связанных с различными внешними или внутренними информационными воздействиями.

2. Одним из полноценных методов определения количества информации в ЭЭГ может служить метод сжатия сигнала по амплитуде (подсчет диспа^""" ошибки предсказания при линейном прогнозировании сигнала).

3. Между количеством информации во внешнем потоке событий

(зрительных равно как и звуковых) и количеством информации в ЭЭГ существует высокая корреляционная связь (К=0.9, Р<0.05) при условии, что вся внешняя информация усваивается.

4. Интраоперационная боль, возникающая вследствие неадекватной анестезии, неоднозначно (т.е. в зависимости от вида анестезии) влияет на срог,иомедиальную частоту, но однозначно увеличивает количество информации в ЭЭГ.

5. Информационные изменения в ЭЭГ происходят раньше гемодинамических ответов и могут служить более ранним индикатором неадекватности общей анестезии. Отсутствие достаточной ноцицептивной защиты пациента наиболее вероятно при выявлении информационной насыщенности ЭЭГ более 60%.

6. Ноцицептивная информация находится в конкурентном отношении в ЦНС с информационными потоками других модальностей. На этом явлении основан принцип информационного вытеснения боли, который объясняет один из механизмов действия многих существующих методов немедикаментозной аналгезии.

7. В клинической практике эффективность применения немедикаментозного обезболивания, основанного на принципе информационной аналгезии зависит от выполнения двух основных требований:

а) необходимо, чтобы присутствовал внешний поток информации максимального значения,

б) необходимо, чтобы этот поток имел наивысший приоритет, т.е. чтобы вся информация усваивалась.

СПИСОК работ, опубликованных по теме диссертации

1. Т.М.Дарбинян. А.А.Папин, М.А.Вагина, О.В.Петров: "Сравнительное изучение седативно-транквилизирующего эффекта феназепама и седуксена и их влияние на вызванные потенциалы мозга у человека"; Фармакология и токсикология, 1979, 6, 592-596.

2. О.В.Петров: "Информативная плотность ЭЭГ как показатель состояния ЦНС при электроимпульсном воздействии на мозг человека"; Тезисы докладов 1 Всесоюзного симпозиума по биофизике,1982, Т. 3.стр.541

? " 4. Папин. О. В.Петров, М. А. Вагина, В. Б. Зетилов, Ф. Ф.Какурин. "Влияние различных вариантов премедикации на вызванные потенциалы головного мозга"; Анестезиология и реаниматология, 1982, 4.3-4.

4. А. А. Папин, О.В.Петров. Ф. Ф.Какурин. М. А. Вагина, В. Б. Зетилов: "Исследование аналгетического компонента премедикации методом тепловой сенсометрии"; Анестезиология и реаниматология, 1983,1,18-20.

5. А. А. Папин. О.В.Петров, М. А. Вагина. "Тепловой алгезиметр"; Анестезиология и реаниматология, 1983, 4, 63-64.

6. 0.В.Петров.М.А.Вагина: "Энцефалограф"; Авторское свидетельство на изобретение. 1166788.1985г.

7. О.В. Петров,М.А.Вагина: "Проблема изучения ЭЭГ при ЭА" Анестезиология и реаниматология 1988,4,75.

8. Петров О.В. Энтропия ЭЭГ как показатель активности ЦНС. В кн: Современные проблемы мониторинга в анестезиологии и интенсивной терапии. М. 1992: 82-83.

9. Петров О.В., Виноградов В.Л. Энтропия ЭЭГ как показатель ноцицептивной защиты ЦНС. В кн: Патофизиология и фармакология боли

(Экспериментальные и клинические аспекты). Тезисы докладов 1 конференции Российской Ассоциации по изучению боли. Москва. 1993: 73.

10. О.В.Петров, Е.П.Смирнов: "Новый метод оценки ноцицептивной защиты ЦНС" ; тезисы докладов, IX пленум правления Всероссийского научного общества анестезиологов и реаниматологов 23 и 24 июня 1993 г. Москва, 1993, стр 134.

И. В.В.Лихванцев, В.И.Смирнова, А.В.Ситников. В.В.Субботин. О.В.Петров: "Энцефалография ЦНС при эффективной анестезии"; Вестник Российской Академии Мед.Наук 1995,6.22-27.

12. 0. V. Petrov, V. V. Liktivantzev, V. L. Vinogradov EEG ENTHROPY AS А MEASURE OF NOCICEPTIVE DEFENCE OF CNS Therd International Symposium on Memory and Avareness in anaesthesia. Scientific programme book of abstracts. June 8-10 1995. Roterdam. The Netherlands.

13. Петров 0. В.. Лихванцев В.В.. Виноградов В.Л. "Информационные аспекты боли". РАМН, Тезисы докладов 2-ой конф. Российской ассоциации по изучению боли. Петербург. 1995. СПБ ГМУ. с. 93-95.

14. V.V.Likhvantzev. O.V.Petrov, V.L.Vinogradov, A.V.Sitnlkov, V. V. Subbotin PATIENT'S SAFETY DURING TRAUMATIC AND LONG TIME OPERETIONS. Anaestesist.-1995,44, (Suppl.2)-S.512.

15. V.V.Likhvantzev, O.V.Petrov.V.L.Vinogradov,V.V.Subbotin EEG ENTROPY AS A MEASURE OF NOCECEPTIV DEFENCE OF CNC. 11 th World Congress of anaestoeslologists (Sydney Australia) 1996, abstract book, 305.

16. В.В.Лихванцев, О.В.Петров, В.Л.Виноградов. А.В.Ситников "Современные возможности ЭЭГ-методов контроля глубины и эффективности общей апестезии"; Вестник Интенсивной Терапии. 1996 г. N 1. стр. 17.

17. О.В.Петров, В.В.Лихванцев, В.И.Смирнова, В.Л.Виноградов,

В.В.Субботин. A.B.Ситников. "Фрагменты информационной концепции боли"; Вестник Интенсивной Терапии. 1996 г. N 3, стр.47 .

18. В.Л.Виноградов. В.В.Лихванцев. О.В.Петров, В.В.Субботин,

A.В.Ситников; "Сравнение спектрального и информационного методов оценки ноцицептивной защиты ЦНС". Вестник Интенсивной Терапии. 1996 г., N 3, стр.48.

19. О.В.Петров. В.И.Смирнова. В.В.Субботин. В.В.Лихванцев.

B.Л.Виноградов,А.В.Ситников "Информационная компонента боли", Патофизиология Органов и Систем. Типовые патологические процессы. М., 1996., с. 53.

20. В.В.Лихванцев, В.Л.Виноградов, О.В.Петров, В.В.Субботин, A.B.Ситников "Новый интраоперационный метод оценки ноцицептивной защиты ЦНС", Патофизиология Органов и Систем. Типовые патологические процессы. М., 1996., с. 47.

21. В.Л.Виноградов, В.В.Лихванцев, О.В.Петров, В.В.Субботин, А.В.Ситников; "Сравнение спектрального и информационного методов обработки ЭЭГ как методов контроля глубины и адекватности общей анестезии", труды конференции Современное Состояние Методов неинвазивной Диагностики в Медицине. Украина, Крым, 1-10 октября 1996 г., с. 10-13.

22. О.В.Петров, В.В.Лихванцев, В.И.Смирнова, В.Л.Виноградов "Мониторинг информационной насыщенности ЭЭГ - новый интраоперационный метод оценки ноцицептивной защиты организма"; (в печати)

Приложение.

Сжатие сигнала по амплитуде

В результате применения описанного ниже метода длительность сигнала остается прежней, а сжатие информации происходит за счет уменьшения амплитуды сигнала. При этом спектр сигнала становится плоским, и сам сигнал превращается в узкополосный белый шум.

Известно, что каждый реальный сигнал содержит в себе детерминированную и случайную компоненты (например, зашумленная синусоида). Это означает, что значение сигнала в данный момент зависит от _ предыдущих значений. В случае линейного приближения эту зависимость можно записать в следующем виде:

Подберем а к так. чтобы остатки 4 ! были минимальны, а точнее чтобы сумма их квадратов принимала минимальное значение:

п

(1)

Xi- la k*x(1.0 ч !

где: 1 = 1..N

N - число точек

а ц - const

t - остаток

п - глубина предистории

k= 1

н

п

2

к г

(2)

J = I ( К, - I а к*Х(1_к))

где: J - I 4 1

Для этого приравняем нулю частные производные Л по а*: Д 1/Да к=0

И п

или: 1 ( X! - I а к*Х(1_к) )*ХП.1,=0

Получаем систему уравнений:

п

(3) I а к*К(к-1) =К(1) где: 1 = 1..п

к = 1

к

К(к-1) = I а к*Х(1.1с) )*Х(1.1,-функция корреляции

14

Решая систему (3). находим а к.

Определяя а к из уравнения (1).можно найти $ I. а затем 3. ано (С.М.Кей, С.Л.Марпл 1981), что ^ является исходным порождающим белым шумом. Для того, что бы найти J - дисперсию этого шума без вычисления 4 1. вернемся к уравнению (2).

N п г

J = I ( X, - I а к*Ха.и)

1*1 К = 1

или

N2 п М Н п П

3 = (I Хх >-2*г 1а ^Х1*Х(1.1с)+1 I I а к*а га*Хп_К)*Х(1.т,

1=1 к = 1 1>1 1=1 к=1 т = 1

ИЛИ

п п п

J = Б -2*1 а к«К(Ю + Е I а к*сс т*К(т-к)

к=1 к=1 т=1

к г

где 0=1 X! - дисперсия исходного 1=1 сигнала или „ п п

: = Б - I а к*К(К) + I (а к*(1 а го*К(ш-к) - КШ))

К -) К»1 т»1

в соответствии с (3) последний член равен нулю и окончательно

п

(4) 3 = Б - I а к*К(Ю к»

По уравнению (4) можно определить количество информации в одномерных временных последовательностях как это было описано выше. Для многомерных временных последовательностей, в частности, для определения количества информации при многоканальных отведениях ЭЭГ, использовались формулы подобные данным, вывод которых может быть получен аналогичным способом.