Fyziologie vedení vzruchu a nervosvalového přenosu, MÚ lokálních anestetik, relaxancia, relaxometrie J. Málek, KAR 3. LF UK Praha
2 Estebe and Atchabahian Nervy Estebe JP, Atchabahian A, 2017 Fig. 1 (a) Muscle (b) Epineurium Epimysium Perineurium Epineurial space Epineurium Myelinated axons Perineurium Epineurial space Macrovascularization Unmyelinated axons Endoneurium Molecules (c) (d) Perineurial injection Molecules Macrovascularization Anatomophysiopathology of the nerve from surrounding tissue to perineurium. (a) Typical nerve anatomy with usual organisation. (b) Passive diffusion of molecules (nutrients or drugs) through the epineurial membrane (from the extraneural space to the subepineurial space or epineurial space). (c) Diffusion of molecules (nutrients or drugs) through the vessels (macrovascularisation with fenestrations). (d) Mapping of effects due to an injection (or haematoma) into the epineurial space: compression of nerve structures and vessels.
Fyziologie nervového vzruchu Přenos informací z vnějšího a vnitřního prostředí skrze CNS k jednotlivým buňkám v těle. Informace se šíří formou elektrických a chemických signálů. https://www.shutterstock.com/cs/video/clip-3594203-stock-footage-slow-zoom-in-to-close-up-nerve-synapse-releasing-seratonin-serotonin-dopamine-electrical-activity.html?src=recommended/2567684:4 https://www.shutterstock.com/cs/video/clip-2855962-stock-footage-microscopic-view-of-d-rendered-neurones-within-the-human-brain-anatomical-modelling-process-of.html?src=recommended/2567684:2
Schéma neuronu s myelinizovaným axonem Receptorová (dendritická oblast) Místo vzniku akčního potenciálu (iniciální segment) Osový válec (axon) přenáší vzruch (akce vše, nebo nic) k nervovým zakončením Nervová zakončení místo, kde akční potenciál uvolní mediátor Ambler, Z.et al: Klinická neurologie, Triton, 2008. In Pokorný J.
Synaptický přenos: elektrický vs. chemický (receptorový)
Iontové kanály Kanály řízené napětím mění propustnost na základě změny akčního potenciálu Kanály řízené chemicky mění propustnost na základě reakce mezi receptorem a iontovým kanálem Receptor je součástí kanálu Receptor je aktivovaný prostřednictvím G-proteinu
Receptor je součástí iontového kanálu
Receptor spřažený s G proteinem
Excitace a vedení vzruchu V nepřítomnosti aktivních dějů je nervová tkáň vysoce rezistentní V případě aktivního vedení spontánní šíření V klidu je vnitřek buňky vůči povrchu elektronegativní = membránový potenciál -70 mv Povrch buňky v klidu má nulový potenciál.
Akční potenciál počáteční depolarizace cca o 15 mv v okamžiku spouštěcí úrovně (= prahové) narůstá rychlost depolarizace a překmitne do pozitivních hodnot - cca 35 mv následuje repolarizace - rychlý pokles ke klidové úrovni Rychlý pokles přechází v pomalý => následná depolarizace Po dosažení původní klidové úrovně stopa lehce překmitá do hyperpolarizace => následná hyperpolarizace
Zákon vše nebo nic Prahová intenzita = minimální intenzita stimulačního proudu, která vyvolá akční potenciál prahová intenzita se mění s trváním podnětu.- čím slabší je podnět, tím delší musí být jeho trvání a naopak další vzestup intenzity podnětu nevyvolá nárůst AP, ani jinou změnu podnět podprahové úrovně AP se neprojeví Akční potenciál podle podmínek buď vznikne nebo ne =>zákon vše nebo nic Podprahové podněty - nevyvolají akční potenciál, ale působí na mebránový potenciál
Vztah mezi akčním potenciálem a excitabilitou membrány
Šíření AP v nemyelinizovaném a myelinizovaném axonu
Iontová podstata excitace a vedení Klidový stav Na+ je aktivně transportováno z neuronů/buněk a K+ do buněk K+ difunduje z buněk a Na+ do buněk Vzhledem k množství a funkci K+ kanálů je permeabilita pro K+ větší než pro Na+ Protože membrána není propustná pro většinu aniontů není vytékání K+ provázeno adekvátním tokem aniontů. Membrána je udržována v polarizovaném stavu, kdy její povrch je pozitivní vůči povrchu vnitřnímu Lehký pokles klidového membránového potenciálu vede ke zvýšenému vytékání K+ a vtékání Cl- => obnoví se klidový membránový potenciál
Iontová podstata excitace a vedení Akční potenciál Ligandem řízené Na+ kanály se otevírají a vedou k mírné depolarizaci Jestliže depolarizace překročí 7mV => začínají se otevírat napěťově řízené Na+ kanály = aktivace Na+ kanálů => je-li dosaženo spouštěcí úrovně vtok Na+ je tak velký že překoná repolarizační síly.
Iontová podstata excitace a vedení Ukončení akčního potenciálu Membránový potenciál stoupá (hodnoty rovnovážného potenciálu však nedosáhne) vzestup vodivosti je jen krátkodobý Na+ kanály se uzavírají => inaktivovaný stav (trvá několik ms) a vrací se do klidového stavu Repolarizace nastává v důsledku otvírání napěťově řízených K+ kanálů (pomaleji než Na+ kanálů) => Vzestup vodivosti pro K+ přichází po vzestupu vodivosti pro Na+ Pomalý návrat K+ do uzavřeného stavu vysvětluje následnou hyperpolarizaci
Změny vodivosti pro Na+ a K+ během akčního potenciálu
Akční potenciál
Sodíko-draslíková pumpa
https://www.youtube.com/watch?v=ibdxot_uhtq
?
Lokální anestetika
Místa působení LA Napětím ovládaný Na kanál Další iontové kanály: K, Ca Receptory sympatiku α i ß, dopaminové r., Ach i M cholinergní receptory, serotoninergní r., Receptory spřažené s G-proteiny v nevzrušivých tkáních Enzymy (adenylcykláza, guanylcykláza, proteinkinázy, ATPázy Mitochondrie (blokáda tvorby ATP)
Lokálně anestetické účinky Dočasná blokáda přenosu axonem Stupeň ionizace má největší vliv na rychlost nástupu účinku (tj. na dobu latence) Míra liposolubility ovlivňuje hlavně mohutnost účinku (potence) Rozsah vazby na bílkoviny určuje především trvání účinku. K vyvolání klinické blokády nervového vlákna v periferních nervech je nezbytné postihnout alespoň 80 % sodíkových kanálů v určité délce vlákna, přičemž u myelinizovaných vláken se saltatorickým vedením vzruchů musí lokální anestetikum obklopit vlákno nejméně v délce tří Ranvierových zářezů.
Mechanismus účinku LA Roztok ionizované a neionizované formy Poměr závisí na pka: čím vyšší je hodnota pka, tím je látka silnější bazí, tj. tím větší má schopnost přijmout proton a ionizovat se, tzn. že tím větší díl podané dávky existuje při ph tělesných tekutin kolem 7,4 v ionizované formě. Ionizovaná forma je více rozpustná ve vodě, neionizovaná forma je naopak více rozpustná v tucích. pka: lidokain 7,4 (neioniz. 25 %), bupivakain 8,1 (neioniz. 15 %) Neionizovaná forma je nutná pro průnik do axonu, ionizovaná pro vlastní účinek uzavírá Na kanál zevnitř Výjimka Na kanály v myokardu
https://www.youtube.com/watch?v=lxcosakjqfs
Efekt LA v závislosti na stavu Na kanálu Sodíkové kanály procházejí v průběhu akčního potenciálu třemi stavy zavřeným, otevřeným a inaktivovaným Afinitu LA k Na kanálům: kanály v otevřeném stavu > kanály inaktivované > kanály zavřené Blokáda šíření akčních potenciálů vzniká snáze, pokud vlákno vede nervové impulzy, tj. pokud se sodíkové kanály otevírají (frekvenční blokáda) K odeznění účinku LA anestetik je nutné, aby se sodíkové kanály otevřely a molekuly anestetik z nich mohly snáze difundovat ven. Vede-li vlákno jen málo impulzů, otevírají se sodíkové kanály jen zřídka. Lokální anestetika se k nim však mohou také vázat, byť s nejnižší afinitou (tonická blokáda).
Další účinky LA Protizánětlivé a imunomodulační účinky lokálních anestetik brání nadměrné stimulaci neutrofilů (polymorfonukleárních leukocytů) i makrofágů. Nejlépe a nejbezpečněji lze těchto účinků využít u sterilního zánětu vzniklého např. v důsledku ischemickoreperfuzního poškození, při němž je přehnaná zánětlivá odpověď důležitým patogenetickým faktorem. Antimikrobiální účinek (proti bakteriím a ve vysoké koncentraci i proti virům) závislý na jejich koncentraci, teplotě a délce expozice. Bupivakain a lidokain inhibují růst bakterií více než ropivakain. Lokální anestetika mohou být příčinou falešně negativních výsledků mikrobiologického vyšetření. Lokální anestetika ovlivňují i fluidokoagulační rovnováhu. Působí proti hyperkoagulaci, k níž dochází v důsledku operačního traumatu. Tlumí agregaci trombocytů, zvyšují fibrinolytickou aktivitu, podporují uvolňování aktivátorů plazminogenu z žilního endotelu. Klinicky se tyto účinky projevují snížením náchylnosti k trombózám. Protinádorové účinky?
?
Neuromuskulární přenos
Svaly Svalové buňky mohou být (podobně jako nervové) drážděny podnětem chemickým elektrickým mechanickým za vzniku akčního potenciálu který se šíří po jejich buněčných membránách. Na rozdíl od neuronů jsou svalové buňky obdařeny kontraktilním aparátem, který je spouštěn akčním potenciálem
kosterní svaly Rozdělení mají vyvinuté příčné pruhování nemohou se kontrahovat bez nervové stimulace srdeční sval rovněž příčně pruhovaný, ale je syncyciem kontrahuje se bez inervace vlivem buněk, které se aktivují spontánně (buňky pacemakeru) hladké svaly v dutých vnitřních orgánech, funkčně sycycium, obsahuje pacemakery, které se vybíjejí nepravidelně
Kosterní sval funkční jednotka Svalové vlákno = stavební jednotka kosterního svalu svalová vlákna jsou uspořádána paralelně => síla kontrakce každé jednotky se sčítá se silou kontrakce dalších jednotek Svalové vlákno je jedna mnohohojaderná dlouhá cylindrická buňka obklopená sarkolemou svalová vlákna jsou složená z myofibril které se skládají z filament = kontraktilní bílkoviny
Rozdíl mezi svalovými a nervovými ději Klidový membránový potenciál kosterního svalu je -90 mv Akční potenciál trvá 2 4 ms a je veden po svalovém vláknu rychlostí cca 5 m/s Absolutní refrakterní fáze = 1 3 ms Repolarizace je poměrně dlouhá Svalové vlákno (obdobně jako nervové) je elektricky refrakterní ve vzestupné a části sestupné hrotového potenciálu Kontraktilní mechanismus nemá refrakterní fázi => opakování stimulace před zahájením relaxace vyvolá další odpověď kontraktilních elementů, která se přičítá k dosud trvající kontrakci => sumace Tenze vyvolaná sumací je výrazně větší než tense jednotlivé kontrakce
Rozložení iontů v ICT a ECT kosterního svalu v klidu
Kontraktilní odpovědi Depolarizace membrány svalového vlákna => začíná na nervosvalové ploténce => akční potenciál se přenáší podél svalového vlákna => vyvolává kontraktilní odpověď
Ca++ je primární aktivátor kontrakce a relaxace! Reakce svalové buňky na akční potenciál v rámci nervosvalové ploténky>ovlivnění napěťově řízených Ca2+kanálů Zvýšení koncentrace vápníku v sarkoplazmě (cytoplazmě) uvolněním ze sarkoplazmatického (endoplazmatického )retikula a influxem z extracelulárního prostředí > změna konformace troponinu C > obnažení míst pro navázání aktinu a myozinu > kontrakce K relaxaci svalu dojde díky snížení koncentrace vápníku v sarkoplazmě (cytoplazmě). Vápník se musí aktivně -pomocí Ca2+ pump přečerpat zpět do sarkoplazmatického retikula a do extracelulárního prostoru. K tomu je potřeba opět energie ve formě ATP a hořečnaté ionty. Vápníková pumpa : antiport 1 iontu Mg2+ proti 2 iontům Ca2+ za hydrolýzy 1 molekuly ATP Role ATP jak při kontrakci, takpři relaxaci! Konformační změna myosinu je důležitá pro samotný stah: dodáním ATP -ohnutím krčku dojde k posunutí aktinu a myosinu Rozpojení aktinu a myosinu vyžaduje opětovné navázání nového ATP na myosin (zásoba pro další hydrolýzu a následný stah) Přečerpávání vápníku vyžaduje ATP
Motorická jednotka = neuron + svalová vlákna jím inervovaná Jemné pohyby 3 6 vláken Zádové svaly > 100 vláken
Nervosvalová ploténka chemická synapse Vápník -uvolňování mediátoru + samotná svalová kontrakce T-tubuly lepší propojení mezi sarkolemou a sarkoplazmatickým retikulem Mediátor = acetylcholin Enzym=acetylcholinesteráza Receptor=acetylcholinový (nikotinový) Ionty: Na+,K+,Ca2+,Mg2+,Clhttps://www.youtube.com/watch?v=CLS84OoHJnQ https://www.youtube.com/watch?v=sih8uog8ddw
Nervosvalová ploténka AP přicházející na terminální zakončení => zvýší prostupnost pro Ca++ => exocytóza vezikul uvolní Ach Ach difunduje přes synaptickou štěrbinu k nikotinovým Ach receptorům na postsynaptické membráně (ve vrcholech palisád) vazba Ach na receptory => ploténkový potenciál => vzniká proudová branka (current sink) => depolarizuje svalovou membránu na spouštěcí úroveň => vzniká AP na svalovém vláknu, který se šíří oběma směry podél svalového vlákna Ach ze štěrbiny je odstraněn AchE
?
Neuromuskulární blokáda J. Málek
Svalová relaxancia Centrální Periferní Presynaptická Inhibice syntézy ACh (hemicholin) Inhibice uvolnění Ach (botulotoxin, intoxikace Mg 2+, nedostatek Ca 2+, Streptomycin, Neomycin) Postsynaptická Nedepolarizující Depolarizující
AP LOCAL ANAESTHETICS TETRODOTOXIN (TTX) HEMICHOLIN Ach SYNTHESIS AP Ca ++ BUTULINUM TOXIN EXCESS Mg ++ STREPTOMYCIN Ach STORAGE Ach RELEASE NEOSTIGMIN CURARE CHE ACH + + + + + + + + + + DEPOLARISATION + + + QUININE C-10, SUCCINYLCHOLIN Ca ++ defficiency MUSCLE Ca ++ CONTRACTION
AP LOCAL ANAESTHETICS TETRODOTOXIN (TTX) HEMICHOLIN Ach SYNTHESIS Ach STORAGE AP Ca ++ Ach RELEASE BUTULINUM TOXIN Tetrodotoxin EXCESS Mg ++ STREPTOMYCIN Conotoxin Pralesničky strašlivé NEOSTIGMIN Conotoxin Chondrodendron CURARE CHE ACH + + + + + + + + + + DEPOLARISATION + + + QUININE C-10, SUCCINYLCHOLIN Ca ++ defficiency MUSCLE Ca ++ CONTRACTION
AP LOCAL ANAESTHETICS TETRODOTOXIN (TTX) HEMICHOLIN Ach SYNTHESIS AP Ca ++ BUTULINUM TOXIN EXCESS Mg ++ STREPTOMYCIN Ach STORAGE Ach RELEASE NEOSTIGMIN CURARE CHE ACH + + + + + + + + + + DEPOLARISATION + + + QUININE C-10, SUCCINYLCHOLIN Ca ++ defficirncy MUSCLE Ca ++ CONTRACTION
Neuromuscular transmission
Svalová relaxancia periferní Depolarizující - suxametonium Nedopolarizující atrakurium cisatrakurium vekuronium pipekuronium rokuronium mivakurium
Zvláštní skupina farmak Vlastnosti jedů Nejrozsáhlejší skupina anesteziologik SR se zasloužila o Vznik nových chirurgických oborů Rozvoj studia receptorů Vznik farmakogenetiky Výzkum vztahů mezi strukturou molekuly a účinkem Trvalý výzkum nových látek, možnost významných objevů
Chondrodendron tomentosum Strychnos toxifera
Historie plná omylů 1516 Peter Martyr d Anghera jed smějí připravovat jen ženy 1811 (- 1945) Brodie wourali působí centrálním útlumem 1814 Waterton terapie hydrofobie 1830 pokusy o léčbu tetanu 1938 léčba spastických nervových onemocnění
Nové objevy 1933-37 Henry Dale objev role acetylcholinu v neuromuskulárním přenosu 1938 izolace d-tubocurarinu 1940 Squibb vyrobil Intocostrin 1942 Harold Griffith a E. Johnson použili Intocostrin u 25 pacientů 1945/6 d-tubocurarin
Účinky svalových relaxancií
K čemu je kurare dobré?
K čemu je kurare dobré? K zabíjení
http://www.lf3.cuni.cz/cs/pracoviste/anesteziologie/vyuka/studijni-materialy/zakladyanesteziologie/15_0-0_4-43_monitorace-hloubky-anestezie.html
Historie SR 1942 kurare (Intocostrin) 1946 d- tubocurarin (Tubarine) 1947 - gallamin (Flaxedil) 1948 - decamethonium (Eulyssin, Syncurine, Procuran) 1952 - suxamethonium (Succinylcholin) 1967/8 - pancuronium (Pavulon) 1967/8 - alcuronium (Alloferin) 1975 - vecuronium (Norcuron) 1981 - atracurium (Tracrium) 1982 - pipecuronium (Arduan) 1991 - doxacurium (Nuromax) 1994 - rocuronium (Esmeron) 1994 - mivacurium (Mivacron) 1995 - cis-atracurium (Nimbex) 1999 - rapacuronium (Raplon)
Honba za ideálním SR Ultrakrátký nástup účinku Variabilní farmakokinetika odpovídající požadované délce akce (ultrakrátké trvání účinku) Selektivní účinek na N Ach receptory (žádné muskarinové vedlejší účinky)
Očekávání (a zklamání?) 1980 atracurium a vecuronium symbolicky pohřbívají suxamethonium, z dálky přihlíží pancuronium, metocurin, d-tubocurarin 2010: atracurium cis-atracurium vecuronium rocuronium v propadlišti zmizely docaxurium a rapacuronium používáme stále suxamethonium a neostigmin
Měření účinnosti
Měření účinnosti dříve
Měření účinnosti ve 40. letech
Měření účinnosti nyní
Proč měřit Pro bezpečné propuštění pacienta musí být zotaveno 90 % receptorů Bez měření je cca 30 % pacientů propuštěno s reziduální blokádou Porucha polykání Riziko aspirace Riziko hypoxie
Risk factors for development of complications from RNMB
Zrušení svalové blokády spontánní odeznění (relaxometrie) neostigmin (+ atropin) Sugammadex
Jak měřit Klinicky Neurostimulátorem kvalitativně od oka :- http://www.lf3.cuni.cz/cs/pracoviste/anestezi ologie/vyuka/studijni-materialy/zakladyanesteziologie/7-3_sledovani-ucinkusvalovych-relaxancii.html Neurostimulátorem měřením odpovědi oproti výchozímu stavu
Režimy TOF Tetanus DBS double burst stimulation PTC post-tetanic count Single twitch