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EFECTO DEL ANESTÉSICO URETANO SOBRE LA
ACTIVIDAD DE LA BANDA GAMMA (30-100 Hz)
DE FRECUENCIA DEL ELECTROENCEFALOGRAMA
Noelia Santana Sosa
Tesis de Grado en Ciencias Biológicas
Opción Neurociencias
Diciembre 2016
Orientador: Dr. Pablo Torterolo Minetti
Co-orientador: MSc. Matías Cavelli Gonçales
Laboratorio de Neurobiología del Sueño, Departamento de Fisiología,
Facultad de Medicina, UdelaR.
Agradecimientos
En primer lugar debo agradecer al Dr. Pablo Torterolo por recibirme en su Laboratorio,
por aceptar ser mi tutor de tesis de grado, y por transmitirme su conocimiento y
experiencia. Agradecer al MSc. Matías Cavelli por aceptar ser mi co-tutor de tesis, por
todo lo que me ha enseñado, por su seguimiento y guía a lo largo de mi recorrido en el
laboratorio. A todos los compañeros del laboratorio que me apoyan y enseñan día a día:
Santiago Castro, Natalia Schwarzkopf, Luciana Benedetto, Atilio Falconi, Alicia Costa,
Noelia Velásquez, Alejandra Mondino, Claudia Pascovich, Joaquín González y Florencia
Peña. Y por último al Dr. Leonel Gómez y a la Dr. Adriana Migliario quienes aceptaron
muy cordialmente ser los integrantes del tribunal para la corrección del presente
trabajo.
Índice
1. Introducción. ................................................................................................................................... 5
1.1. El problema de integración de la información neuronal ........................................................ 5
1.2. Banda gamma (30-100 Hz) de frecuencias del EEG ................................................................ 5
1.3. Potencia y coherencia gamma en el EEG ................................................................................ 6
1.4. Conciencia y Anestesia ............................................................................................................ 6
1.5. Uretano y su efecto anestésico ............................................................................................... 7
2. Hipótesis.......................................................................................................................................... 8
3. Objetivo general .............................................................................................................................. 8
3.1. Objetivo específico .................................................................................................................. 8
4. Materiales y Métodos ..................................................................................................................... 9
4.1. Animales de experimentación ................................................................................................ 9
4.2. Procedimientos quirúrgicos .................................................................................................... 9
4.3. Sesiones experimentales de polisomnografía ...................................................................... 10
4.4. Análisis de los datos .............................................................................................................. 11
5. Resultados ..................................................................................................................................... 12
5.1. EEG en registros crudos y filtrados ....................................................................................... 12
5.2. Aspectos dinámicos de la actividad gamma. ........................................................................ 15
5.3. Perfiles de Potencia y Coherencia ......................................................................................... 18
5.4. Análisis cuantitativo del EEG ................................................................................................. 20
5.4.1. Potencia de la banda gamma ............................................................................................ 20
5.4.2. Coherencia de la banda gamma ........................................................................................ 22
6. Discusión ....................................................................................................................................... 24
6.1. Actividad gamma en condiciones fisiológicas. ...................................................................... 24
6.2. Efecto del uretano sobre el EEG ........................................................................................... 25
6.3. Efecto de la anestesia general sobre el EEG ......................................................................... 26
6.4. ¿Por qué el uretano genera una pérdida de conciencia ? .................................................... 28
7. Conclusiones ................................................................................................................................. 29
8. Bibliografía .................................................................................................................................... 30
Resumen
Las funciones cognitivas requieren la integración en forma secuencial y/o sincrónica de
grandes poblaciones neuronales en regiones corticales y subcorticales. En el
electroencefalograma (EEG), que representa un correlato eléctrico de la actividad cortical,
se distinguen oscilaciones de 30 a 100 Hz (banda gamma de frecuencia). Estas han sido
involucradas en la organización temporal y espacial de la actividad neural, necesaria para una
actividad cognitiva normal.
El uretano es un anestésico que genera, en el EEG de roedores, ciclos con ondas lentas
(0.5-4 Hz) y husos de sueño similares al sueño no-REM (sNREM), seguidos de
desincronización y ritmo theta (4 a 9 Hz) en el hipocampo similares al sueño REM y Vigilia
(V). Estos estados los denominamos sNREMur y sREMur respectivamente.
Nuestro objetivo en este trabajo fue estudiar la interacción funcional de las oscilaciones
gamma entre diferentes áreas corticales de la rata, durante vigilia, sueño y la anestesia con
uretano.
Para llevar a cabo dicho objetivo se realizaron estudios polisomnográficos en ratas.
Posteriormente, se analizó la potencia del EEG; así como la coherencia para la banda gamma
de frecuencia (30-100 Hz) durante V, sNREM, sREM y bajo efecto anestésico del uretano
(1-1.5 g/kg).
Mayor potencia en un área cortical, es indicio de mayor actividad y sincronización local,
mientras que mayor coherencia entre dos áreas corticales sugiere mayor interacción funcional
entre ellas a una determinada frecuencia. La máxima potencia y coherencia gamma se
observó durante V. Éstas disminuyeron durante el sNREM, observándose un aumento de
potencia, no así de coherencia, en sREM. Los valores mínimos de potencia y coherencia se
observaron bajo el efecto del uretano, tanto en sNREMur como en sREMur.
En conclusión, durante la anestesia con uretano existe una marcada disminución de la
potencia y coherencia gamma entre áreas distantes de la neocorteza. Dicha disminución
podría explicar la reducción de las funciones cognitivas en la narcosis inducida por este
anestésico.
1. Introducción.
1.1. El problema de integración de la información neuronal
Se puede considerar al cerebro como redes neuronales distribuidas, en las cuales las
operaciones se ejecutan de forma secuencial y/o sincrónica careciendo de un único centro de
coordinación (Singer, 2007, 2004). Este órgano integra eventos neuronales que se producen
en diferentes momentos y lugares del cerebro, en una experiencia unificada. El intento por
comprender los mecanismos que se encargan de dicha unificación se conoce como “the
binding problem” o “el problema de la integración”, y es considerado uno de los retos más
importantes a resolver en la neurociencia cognitiva (Von der Malsburg, 1995; von der
Malsburg and Schneider, 1986).
Uno de los mecanismos de integración sería la sincronización de la actividad neuronal
que se encuentra distribuida en distintas regiones (Singer, 2007, 1999). La primera evidencia
experimental que soporta el rol integrador de la sincronía, fue observada en grupos de
neuronas espacialmente segregadas y registradas simultáneamente. Éstas, sincronizaban su
actividad sólo cuando eran activadas por un estímulo visual particular. La frecuencia a la que
se sincronizaban periódicamente estos pares de neuronas era de aproximadamente 40 Hz
(Gray et al., 1989; Gray and Singer, 1989). Este mecanismo fue llamado “binding-by-
synchrony” o “integración por sincronía”.
1.2. Banda gamma (30-100 Hz) de frecuencias del EEG
Fenómenos de sincronización se aprecian en los potenciales de campo locales (LFP por
su sigla en inglés) incluyendo el EEG (electroencefalograma), dado que estos reflejan la
actividad sincrónica de grupos neuronales registrados localmente.
Las oscilaciones del EEG que se observan en el rango de frecuencia de 30 a 100 Hz se le
denomina actividad u oscilaciones gamma (Singer, 2007; Uhlhaas et al., 2009). La actividad
gamma se ha observado no sólo en animales de experimentación, sino también en humanos
(Bouyer et al., 1981; Llinás and Ribary, 1993; Maloney et al., 1997; Steriade et al., 1996;
Tiitinen et al., 1993). La aplicación de las técnicas de EEG y magnetoelectroencefalografía ha
mostrado que un aumento de la actividad o potencia gamma es mayor durante los estados
comportamentales activos; también se la ha vinculado con una variedad de funciones
cognitivas tales como la percepción de estímulos externos, la integración poli-sensorial, la
coordinación sensorio-motora, la atención, el mantenimiento de contenidos en la memoria a
corto plazo, la formación de memorias asociativas, así como en pensamientos e imágenes
internamente generadas (Rieder et al., 2011; Rojas-Líbano and Kay, 2008; Singer, 2007,
2004, Uhlhaas et al., 2011, 2009). La génesis de estos ritmos se produciría a nivel cortical y
estaría ligada a la inhibición peri-somática GABAérgica, las sinapsis eléctricas y estaría
potenciada por el circuito tálamo-cortical que tiende a resonar a estas frecuencias (Buhl et al.,
2003; Buzsáki and Wang, 2012; Llinás and Ribary, 2006).
1.3. Potencia y coherencia gamma en el EEG
En el EEG, la actividad gamma (potencia gamma) ha sido evidenciada en registros
durante vigilia alerta y activa y durante el sueño REM (por sus siglas en inglés: “Rapid Eyes
Movement”) estados donde también existe una importante actividad en la banda de
frecuencias theta (4 a 9 Hz) del EEG. La potencia gamma se correlaciona con el índice de
sincronización local para determinada frecuencia. Ésta estaría relacionada a un aumento de
actividad cortical, independiente de la actividad motora (Maloney et al., 1997).
La coherencia entre dos ondas sugiere una similitud en contenido de frecuencias. Dos
ondas son coherentes a determinada frecuencia, cuando tienen una relación de fase constante
a esa frecuencia y la relación entre las amplitudes a esa frecuencia se mantiene constante. Se
cree que el grado de coherencia para una cierta frecuencia del EEG entre dos regiones
corticales refleja la fuerza de las interconexiones funcionales (re-entradas) que se producen
entre ellas a esa frecuencia (Bullock et al., 2003; Edelman and Tononi, 2000). La actividad
coherente del EEG en la banda gamma de frecuencias aumenta durante diferentes
comportamientos y funciones cognitivas, tanto en animales de experimentación como en
seres humanos (Bouyer et al., 1981; Bressler et al., 1993; Härle et al., 2004). A su vez, la
coherencia gamma entre diferentes áreas del cerebro ha sido vista como un correlato neural
de la conciencia (Joliot et al. 1994; Llinás et al. 1998), y es un factor crítico en la percepción
(Melloni et al., 2007; Rodriguez et al., 1999). En este sentido, la coherencia en la banda
gamma de frecuencia se pierde durante la narcosis (inconsciencia) inducida por los
anestésicos generales como los barbitúricos, isofluorano, etc., (John, 2002; Mashour, 2006).
Ésta también se altera seriamente durante varios trastornos psiquiátricos que afectan la
cognición, como la esquizofrenia (Uhlhaas et al., 2006; Uhlhaas and Singer, 2010, 2006).
1.4. Conciencia y Anestesia
La definición de conciencia tiene muchos abordajes; filosóficos, físicos y
neurocientíficos, entre otros. El abordaje neurocientífico, se centra en la búsqueda del
correlato neural de la conciencia. El término conciencia se lo ha definido como "alerta
explícita"(Mashour, 2006). La palabra "alerta" implica que el cerebro esté despierto y pueda
presentar percepciones sobre una experiencia. Que sea "explícita" la diferencia de otros
procesos cognitivos implícitos o inconscientes. Uno de los correlatos neurales que se ha
identificado necesario para mantener la conciencia, es la coherencia de la actividad gamma
entre áreas alejadas del encéfalo (Mashour, 2006).
El sueño, especialmente el sueño de ondas lentas o no-REM (sNREM), tiene rasgos
similares a la anestesia general. Existe en ambos estados, una incapacidad de integrar la
información neural que conlleva al estado inconsciente (Mashour, 2006). Los anestésicos
generales estarían interrumpiendo la percepción unificada del cerebro, desacoplando la
actividad neural de regiones del cerebro necesarias para el mantenimiento de la conciencia
(especialmente las cortezas de asociación). “La integración cognitiva”, parece ser necesaria
para la conciencia. Como ya mencionamos, uno de los mecanismos que la explica es la
“Unión por Sincronía”, que integra la actividad neural en el tiempo y está relacionada con
oscilaciones de alta frecuencia (≈40 Hz) coordinadas por el “loop” thalamo-cortical (Llinás
and Ribary, 2001).
Nuestro grupo recientemente demostró que durante el ciclo sueño-vigilia el nivel
máximo de potencia y coherencia gamma se alcanza durante la V. Éstas decrecen durante el
sNREM y el nivel mínimo de coherencia gamma se observa durante el sREM, sin embargo,
la potencia gamma se incrementa durante este estado a valores similares a los de V, tanto en
gatos (Castro et al., 2014b, 2013; Torterolo et al., 2016), ratas (Cavelli et al., 2015a) como en
humanos (Castro et al., 2014a; Voss et al., 2009).
1.5. Uretano y su efecto anestésico
El uretano (Etilcarbamato) es un compuesto hidrosoluble, cuyo peso molecular es 98,1
g/mol. Su estructura química es:
Este compuesto es carcinógeno y hepatotóxico, por ello no se utiliza en humanos. Al
poder ser administrado por varias vías, tener efecto anestésico de larga duración (necesario
para manipulaciones quirúrgicas) debido a su bajo metabolismo y presentar efectos mínimos
en sistemas autonómico y cardiovascular, su uso como anestésico es ventajoso para
procedimientos agudos y terminales.
Se ha postulado que la mayoría de los anestésicos ejercen sus efectos por potenciación de
neurotransmisión sináptica inhibitoria y/o inhibición de la neurotransmisión excitatoria
(Franks and Lieb, 1994). El uretano parece potenciar los efectos de los ligandos naturales
sobre los receptores glicinérgicos y GABAérgicos, así como sobre los colinérgicos-
nicotínicos. Por el contrario, los receptores NMDA y AMPA se ven bloqueados ante la
presencia del uretano. El uretano por sí solo no produce efecto en ninguno de los receptores
sino que actuaría en conjunto con los agonistas de los receptores, siendo un inhibidor o
potenciador no competitivo (Hara and Harris, 2002).
El uretano es un anestésico que es capaz de mantener un ciclo de sNREM-sREM, con
características similares al fisiológico. Las ratas anestesiadas con uretano demostraron un
ciclado en el patrón electroencefalográfico, semejante al ciclado que se observa durante el
sueño natural (Clement et al., 2008). En este ciclado se observaron dos estados en el EEG:
sincronizado y desincronizado. El estado desincronizado consiste en ondas rápidas de baja
amplitud junto con actividad theta similar a las observadas durante el sREM y la V aun
cuando el animal se mantiene inconciente; a este estado lo denominamos sREMur. El estado
sincronizado se caracteriza por ondas lentas de alta amplitud (ondas delta) y husos de sueño,
similares a las del sNREM; a este estado lo denominamos sNREMur.
El estado sNREMur es un estado de ondas lentas, similar al provocado por la mayoría de
los anestésicos (Mashour, 2006; Pal et al., 2016). Sin embargo, el sREMur es un estado de
anestesia y narcosis, que no es generado por otros anestésicos conocidos hasta el momento.
Trabajos previos han analizado la actividad de ondas lentas del EEG (delta, theta, sigma)
bajo efecto anestésico con uretano (Cabrera et al., 2013; Horner and Kubin, 1999), no así las
ondas de alta frecuencias, como ser ondas gamma, las cuales nos dedicamos a analizar en el
presente trabajo.
Debido a que el uretano induce una condición farmacológica que es similar al sueño
natural, y que recientemente se encontró una pérdida de coherencia gamma durante el sueño,
nos propusimos investigar si dichas características se mantienen en el modelo de ciclado de
sueño inducido por uretano.
2. Hipótesis
La actividad gamma de la corteza cerebral disminuye durante los efectos anestésicos del
uretano.
3. Objetivo general
Analizar la relación entre la narcosis inducida por los anestésicos y las oscilaciones de
alta frecuencia (actividad gamma) en la corteza cerebral.
3.1. Objetivo específico
Analizar los cambios en la potencia y coherencia de la banda gamma de frecuencia del
EEG, durante la anestesia con uretano (que cicla en estados de sNREMur y sREMur) y
compararlos con los cambios que ocurren durante el ciclo natural de sueño-vigilia (V,
sNREM y sREM).
4. Materiales y Métodos
4.1. Animales de experimentación
Para cumplir con el Objetivo específico, se utilizaron en total 6 ratas Wistar machos con
peso entre 270–300 g. Los animales fueron obtenidos de la Unidad de Reactivos para
Biomodelos de Experimentación (URBE). Los animales permanecieron en jaulas
individuales, con el ciclo luz-oscuridad y temperatura controladas. Los procedimientos se
llevaron a cabo de acuerdo con la guía para el uso y cuidado de animales de laboratorio (8va
edición, National Academy Press, Washington, DC 2010). A su vez, los estudios se
realizaron de acuerdo a la ley nacional de experimentación animal Nº 18.611. El protocolo
experimental fue aprobado por la Comisión Honoraria de Experimentación animal (CHEA),
expediente 071140-001931-12. Se realizó el mayor esfuerzo para minimizar el número de
animales empleados, y se adoptaron medidas para evitarles dolor, incomodidad o estrés.
4.2. Procedimientos quirúrgicos
Los procedimientos quirúrgicos fueron similares a los utilizados previamente por nuestro
grupo (Benedetto et al., 2013; Cavelli et al., 2015a; Lagos et al., 2009).
Los animales fueron implantados crónicamente con electrodos para monitorizar los
estados de V, sNREM y sREM y bajo efecto antésico de uretano (sNREMur y sREMur). La
anestesia fue inducida con una mezcla de ketamina-xilazina (90 mg / kg; 5 mg / kg i.p.). La
cabeza del animal fue colocada en el marco estereotáctico y se expuso el cráneo. Con el fin
de registrar el EEG, electrodos (tornillos de acero inoxidable, de 1mm diámetro) se colocaron
en la bóveda craneal, sobre las cortezas parietal, occipital y el cerebelo. Tres ratas fueron
implantadas con combinaciones de electrodos inter-hemisféricos, dos ratas con
combinaciones intra-hemisféricas, y una presentó ambas combinaciones (ver descripción
detallada en la leyenda de la Figura 1). Un par de electrodos se insertaron en los músculos de
la nuca a fin de registrar el electromiograma (EMG). En dos animales también se registró el
bulbo olfatorio (el análisis de esta señal no fue incluida en este trabajo). Los electrodos se
soldaron a un conector que se fijó al cráneo con acrílico dental. Finalizada la cirugía, se
administró un analgésico c/24 hs por 48 hs (ketoprofeno, 1mg/kg s.c.). Los márgenes de la
incisión fueron mantenidos limpios y se le aplicó antibiótico tópico diariamente.
Una vez recuperados de la cirugía, los animales fueron adaptados a las condiciones
experimentales, por un período de no menos de 1 semana dependiendo del proceso de cada
animal en particular. Tanto la adaptación como las sesiones de registros se realizaron bajo un
ciclo de luz-oscuridad 12-12, con temperatura ambiental controlada (21-25 °C) y agua y
comida ad libitum.
Figura 1. Posición de los electrodos de registro. La figura presenta un esquema de la posición de los electrodos de registro en la superficie de diferentes áreas de corteza de la rata (Paxinos and Watson, 1982). Se observa un electrodo común o indiferente posicionado sobre el cerebelo (Cer), que actúa de referencia. Se observan tres grupos de animales con diferentes ubicaciones de electrodos, que distan entre 5 y 7 mm unos de los otros. El grupo interhemisférico corresponde al grupo de animales con combinaciones de la misma corteza en cada hemisferio cerebral (inter-hemisférica homotópica) n=3; el grupo intrahemisférico presenta combinaciones de cortezas diferentes del mismo hemisferio n=2; y la clasificación inter e intra-hemisférico, corresponde a n=1 que presenta ambas combinaciones de electrodos. cxSM, corteza somato-motora; cxV, corteza visual; d, derecha; i, izquierda.
4.3. Sesiones experimentales de polisomnografía
Se realizaron registros polisomnográficos de 6 horas de duración, registrando la
actividad simultánea de áreas corticales con electrodos monopolares, mientras que el EMG
fue realizado en forma bipolar. Se utilizó un electrodo indiferente común a las cortezas
registradas simultáneamente, ya que un electrodo indiferente es crítico para un correcto
análisis de coherencia del EEG (Bullock, 1997; Bullock et al., 1995; Cantero et al., 2000;
Nunez et al., 1997). Para obtener una serie de datos completa, cada animal fue registrado
diariamente durante 2 semanas. Los registros se realizaron entre las 12 y 18 horas durante la
fase de luz. Terminada la serie de registros polisomnográficos en estado fisiológico, para
cada rata, se realizó un único registro en el último día, en el cual se registraron 2 horas de
estado fisiológico, previo a un registro de 4 horas bajo administración de uretano
intraperitoneal a dosis 0,5- 1,5 g/kg. La temperatura de los animales fue controlada durante la
anestesia mediante una manta térmica (35-37°C).
Las señales bioeléctricas fueron amplificadas (x1000), filtradas (0.1-500 Hz),
digitalizadas (1024 Hz, 216
bits) y almacenadas en una PC utilizando el software Spike 2 de
“Cambridge ElectronicDesign” (CED). Los registros fueron realizados en condiciones de
libre movimiento dentro de una jaula de Faraday que también es atenuadora de sonidos. Los
datos fueron obtenidos de varios registros seleccionados al azar sin artefactos en los estados
fisiológicos de: V, sNREM y sREM y del registro bajo anestesia con uretano en estados:
sNREMur y sREMur. En las ratas se practicó eutanasia luego de cada serie experimental
mediante sobredosis de pentobarbital (50 mg/Kg).
4.4. Análisis de los datos
Los estados de V, sNREM y sREM, así como bajo uretano (sNREMur y sREMur),
fueron determinados en épocas de 10 segundos de duración (Benedetto et al. 2013). Para
analizar las señales electrográficas se utilizaron ventanas de registro independientes
(diferentes momentos de distintos registros) para cada estado comportamental. Los registros
fueron analizados mediante las siguientes funciones matemáticas:
Coherencia gamma. Para analizar la media de la coherencia entre pares de canales del
EEG, por animal se examinaron 12 periodos de 50 segundos libres de artefactos para cada
estado comportamental (fisiológico y uretano) (Castro et al., 2014b, 2013; Cavelli et al.,
2015a; Torterolo et al., 2016). La coherencia fue analizada entre las cortezas somato-motoras
izquierda y derecha (coherencia inter-hemisférica en 4 animales) y entre las cortezas somato-
motora derecha y visual derecha (coherencia intra-hemisférica en 3 animales). En cada
período de tiempo fue analizada la coherencia utilizando el algoritmo matemático
“Magnitude Squared Coherence” (utilizado previamente en los trabajos citados). Desde el
punto de vista matemático la coherencia se obtiene de la densidad espectral cruzada (cross
spectral density o csd) entre las dos ondas normalizadas por el producto de la potencia de la
densidad espectral (power spectral density o psd) de cada onda, de modo que la coherencia
entre dos ondas a y b, a una frecuencia determinada (f) se obtiene de la siguiente manera:
Para obtener los valores de coherencia utilizamos el script de Spike 2 COHER 1S de
CED. Este función divide el periodo de tiempo (ventana de 50 segundos) analizado en 50
bloques de tiempo, con un tamaño de “bin” de 1024 muestras y una resolución de frecuencias
de 0.5 Hz. Los valores de coherencia fueron transformados a valores z´ por medio de la
transformación Z de Fisher.
Potencia gamma. La potencia gamma, es el cuadrado de la amplitud del rango gamma
del espectro de la onda. Se analizó en 12 ventanas de 50 segundos de registro fisiológico y
anestesiado, para cada estado comportamental de cada animal, para las siguientes cortezas
registradas: somato-motora (se seleccionó derecha o izquierda, en los 6 animales) y visual
(derecha, en 3 animales). También se utilizó el script de Spike 2 COHER 1S de CED, el cual
además de la coherencia entre dos cortezas, calcula la potencia de cada una de las cortezas
seleccionadas.
)(psd)(psd
)(csd)coh(
2
ff
ff
ba
ab
Los datos se presentan como la media +- desvío estandar. Tanto la potencia como la
coherencia gamma, fueron analizadas en dos bandas de frecuencia gamma: Low gamma (LG:
30–48 Hz) y High Gamma (HG: 52–98 Hz).
La significancia estadística entre los distintos estados y entre las diferentes
combinaciones de cortezas fue evaluada utilizando las pruebas de ANOVA de una vía y
“post hoc” de Tamhane; el criterio para descartar la hipótesis nula fue de P < 0.05.
Se analizó la frecuencia máxima de potencia de la banda theta, en sREM y sREMur que
fue extraída y promediada para ambas cortezas analizadas en los 6 animales. La diferencia
entre los valores máximos de frecuencia theta sREM y theta sREMur fue evaluada mediante
test de muestras independientes (T-test).
5. Resultados
5.1. EEG en registros crudos y filtrados
Durante los diferentes estados comportamentales, el EEG cambia y se aprecian las
características de cada estado comportamental. En la Figura 2A se muestra un registro crudo
del EEG con su hipnograma correspondiente, el cual indica en qué estado comportamental se
encuentra el animal en cada momento. Claramente se puede apreciar que durante el sNREM
la amplitud de los registros es mayor a la amplitud registrada durante la V y el sREM. Esto es
debido a la presencia de las características ondas en la banda de frecuencia delta (0,5 a 4 Hz y
gran amplitud) que caracterizan a este estado comportamental. En este registro se puede
apreciar el ciclado normal de la rata durante la fase de luz (fase de menor actividad) donde se
aprecia como el animal transita por los tres estados comportamentales en múltiples
oportunidades. En la Figura 3A se muestran 3 registros polisomnográficos representativos de
los 3 estados comportamentales. En el registro, V se reconoce por un EEG activo
(desincronizado, según la antigua nomenclatura) con ondas de alta frecuencia y baja amplitud
sumado a la característica actividad theta durante la V activa. Las ondas theta se
corresponden principalmente a la actividad oscilatoria del hipocampo, la cual se observa en
roedores por conducción de volúmen en las cortezas posteriores (Buzsaki, 2006). En V
también se observa un EMG con importante actividad determinada por el tono muscular. De
la V se ingresa al sNREM el cual presenta en forma característica un EEG con ondas de baja
frecuencia y alta amplitud. En este registro también se pueden observar los husos de sueño
(banda de frecuencia sigma, 11 a 15 Hz) característicos del sNREM. Precedido de sNREM,
se ingresa en el estado de sREM. Su EEG es similar al de la V (baja amplitud y alta
frecuencia) y también es acompañado de la característica actividad en la banda theta. Esta
etapa, se acompaña de atonía muscular evidenciada en el EMG (Figura 3A).
En la Figura 2B se observa el registro electroencefalográfico bajo el efecto anestésico
del uretano. Dicho registro está acompañado de su hipnograma correspondiente, donde se
observa la estadificación. En esta Figura se pueden distinguir 2 estados electrográficos,
sNREMur y sREMur, nombrados así debido a las similitudes que comparten con los estados
normales de sNREM y sREM. Aquí observamos que las amplitudes máximas del EEG se
observan durante el sNREMur.
Figura 2. Registros de EEG de dos cortezas en estado basal y con administración de uretano. Se observan sus respectivos
hipnogramas. Se diferencian los siguientes estados comportamentales: V, sNREM, sREM, sNREMur, y sREMur. cxSM:
corteza somato-motora; cxV: Corteza visual. Escala: 0.5 mV; 1000 s.
En la Figura 3B podemos observar con mayor detalle las componentes del EEG durante
el efecto narcótico del uretano. El estado de sNREMur presenta ondas lentas y de gran
amplitud similares a las ondas delta características del sNREM. En este caso en el sNREMur
las ondas delta parecen alcanzar mayor amplitud que en el sNREM (Figura 3). En este animal
representativo, no visualizamos husos de sueño en sNREMur como se ha descripto en otros
trabajos, posiblemente debido a un nivel mayor de anestesia (Clement et al., 2008; Pagliardini
et al., 2013).
El estado sREMur presenta ondas de mayor frecuencia y baja amplitud y ondas theta que
se asemejan a las ondas theta registradas durante el sREM y la V. Sin embargo, observamos
que las ondas theta presentan una menor frecuencia durante sREMur (Ver Figuras 3B y 7)
comparado con el sREM (theta sREM: 7.11 ± 0.74 Hz, Hz y theta sREMur: 4.61 ± 0.22 Hz,
p< 0.001). La máxima amplitud de las ondas theta se observa predominantemente en las
cortezas visuales, debido a su cercanía con el hipocampo.
Figura 3. Registros polisomnográficos. Se observan los diferentes estados comportamentales: V, sNREM, sREM,
sNREMur y sREMur. En negro se visualizan los EEG y en rojo los EMG correspondientes. BO: bulbo olfatorio; cxSM:
corteza somato-motora; cxV: corteza visual; EEG: electroencefalograma; EMG: electromiograma. Escala: 0,2 mV; 0,5 seg.
Para visualizar con mayor detalle las bandas de frecuencia gamma en el EEG, en la
Figura 4 se muestran los registros filtrados (filtros digitales pasa-banda) para LG y HG
respectivamente, de corteza somato-motora y corteza visual.
Se observó una amplitud de frecuencias LG mayor para el estado de V (Figura 4A),
respecto al resto de los estados comportamentales, así como una sincronía de dicha banda de
frecuencia entre la corteza somato-motora y visual en V, la cual no fue observada en los
demás estados.
En cuanto a la banda de frecuencias HG se observó una gran amplitud para el estado de
V y una sincronización de dicha banda entre ambas cortezas registradas. Dicha banda de
frecuencias se observó con menor amplitud y menos sincronía entre las cortezas registradas
en los restantes estados, a excepción de sREM, donde se visualizó un leve aumento de la
amplitud sin sincronía aparente entre áreas.
La amplitud de LG y HG se vió reducida en los estados anestésicos de uretano;
sNREMur y sREMur. La sincronización de LG y HG entre cortezas, también se pierde en
dichos estados (Figura 4B).
Figura 4. Registros de EEG filtrados para LG y HG en corteza somato-motora y visual. Se observan los diferentes estados
comportamentales: V, sNREM, sREM, sNREMur y sREMur. cxSM: corteza somato-motora; cxV: corteza visual; EEG:
electroencefalograma. Escalas: 0,05 mV; 0,1 segundos y 0,025 mV; 0,1 segundos.
5.2. Aspectos dinámicos de la actividad gamma. En función de los objetivos planeados en este trabajo, nos dispusimos a analizar los
cambios en la potencia y la coherencia de la banda gamma de frecuencia durante los efectos
narcóticos del uretano y compararlos con el ciclo sueño-vigilia.
En la Figura 5A se muestra un ejemplo de la evolución de la potencia y coherencia para
todo el espectro de frecuencias (0,1-100 Hz) durante la vigilia y el sueño. En los
espectrogramas se puede observar una marcada actividad en el entorno de los 4-9 Hz (colores
rojizos) durante la V y principalmente durante el sREM correspondiente a la actividad theta.
Durante la V también se puede observar la actividad gamma (> 30 Hz) con mayor potencia
(color rojo). Durante el sNREM, la actividad delta es más prominente y hay episodios
intermitentes de actividad sigma, que corresponden a la presencia de husos de sueño.
Luego de la administración de uretano (Figura 5B), se visualizaron cambios en las
potencias y coherencia respectivamente. Se obervó una gran potencia en la banda de
frecuencia delta en sNREMur, así como una gran potencia en la banda de frecuencia theta en
sREMur. Los espectrogramas de potencia muestran valores máximos en las bandas gamma,
durante la V y el sREM respectivamente; presentando valores más bajos durante el sNREM,
sREMur y sNREMur de forma decreciente. La banda de frecuencia delta presentó sus
máximos valores de potencia durante el sNREM y sNREMur.
Los valores máximos de coherencia-z’ visualizados en la Figura 5A para las bandas de
frecuencia gamma, ocurrieron durante V (segmentos en rojo); la misma disminuyó a un nivel
intermedio durante el sNREM y los valores mínimos se observaron durante el sREM.
Durante los dos estados inducidos por el uretano (sNREMur y sREMur) se observaron
valores más bajos de coherencia, inclusive menores a los registrados durante el sREM
(Figura 5B).
Figura 5A y 5B. Dinámica de la potencia y coherencia durante la V, el sueño y bajo administración de uretano. El Espectrograma (0 a 100 Hz) corresponde a la potencia de los registros de las áreas somato- motoras (cxSM) y visual (cxV) perteneciente a un animal del grupo intra-hemisférico. Debajo se muestra la coherencia-z’ y el hipnograma correspondiente. La calibración relativa de ambos espectrogramas utiliza los colores tendientes al rojo como valores mayores y valores menores las tendencias al azul y el negro. Escala: 500 s.
5.3. Perfiles de Potencia y Coherencia Para comparar los estados fisiológicos con el efecto anestésico, se analizó el perfil de
Potencia y Coherencia en las cortezas analizadas para todos los estados en un animal
representativo (Figura 6 y 7 respectivamente).
En la Figura 6, observamos la Potencia de la corteza somato-motora y visual. Se
compararon los estados de V, sREM y sREMur; y los estados sNREM y sNREMur. Se
observó en ambas cortezas un claro corrimiento de la frecuencia de la banda theta hacia
frecuencias mas lentas en el estado de sREMur respecto al theta de V y sREM. Dicha banda
theta, se visualiza mejor en la corteza visual, dada su mayor cercanía con el hipocampo.
La banda de frecuencia Sigma (husos de sueño) pierde su potencia en el estado
sNREMur respecto al sNREM, en este animal representativo. Los máximos valores de
potencia para altas frecuencias se visualizan en V.
Figura 6. Perfil de la potencia para las diferentes bandas de frecuencia del EEG durante los estados fisiológicos y bajo administración de uretano. Se analizó el EEG de 1 rata representativa, para cortezas somato-motora y visual. Delta 0,5- 4 Hz, Theta 4- 9.0 Hz, Sigma 11- 15 Hz, Beta 15- 30 Hz, LG 30 - 48 Hz, HG 52 - 98 Hz, Epsilón 101- 200 Hz. cxSM corteza somato-motora; y cxV: corteza visual.
Respecto a la coherencia inter-hemisférica (Figura 7), la misma alcanzó valores máximos
en la banda theta de sREM, y los valores mínimos se observaron en frecuencias altas (LG,
HG y Epsilon) para los estados anestésicos sREMur y sNREMur. La coherencia en la banda
theta muestra una diferencia pronunciada entre sREM y sREMur. Dicha diferencia no se
visualiza en la coherencia intra-hemisférica, donde la coherencia theta de sREM y sREMur
alcanza valores similares. Se destaca una gran disminución de la coherencia inter-hemisférica
en las bandas de baja frecuencias (delta, theta y sigma), en los estados anestesiados sNREMur
y sREMur.
El perfil de coherencia intra-hemisférica, mostró valores máximos en la banda theta de
sREMur y sREM, así como en frecuencias altas en el estado de V. Los valores mínimos se
observaron en las bandas de frecuencias altas, para los estados sREMur y sNREMur.
Figura 7. Efecto del uretano sobre el perfil de coherencia en las distintas frecuencias del EEG durante los distintos estados comportamentales. Se analizó el EEG de un animal con las dos combinaciones de electrodos: inter-hemisférico e intra-hemisférico. Delta 0,5- 4 Hz, Theta 4- 9.0 Hz, Sigma 11- 15 Hz, Beta 15- 30 Hz, LG 30- 48 Hz, HG 52- 98 Hz, Epsilón 101- 200 Hz.
5.4. Análisis cuantitativo del EEG
5.4.1. Potencia de la banda gamma
El análisis de ANOVA de una vía, muestra que las potencias entre las bandas LG y HG
tuvieron diferencias estadísticamente significativas (LG Somato-motora: F(4,355) = 119,408;
p< 0.001; HG somato-motora: F(4,355) = 186,248; p< 0.001; LG Visual: F(4,175)=13,895;
p< 0.001; HG Visual: F(4,175)=38,913; p< 0.001) (Figura 8).
En las áreas somato-motoras para la banda LG se observa que los máximos valores de
medias de Potencia se registran durante la V, estos valores decrecen durante el sNREM y los
mismos vuelven a aumentar durante el sREM a valores similares a los de la V. De hecho,
para la banda LG los valores de medias entre la V y el sREM no presentan diferencia
significativa. La potencia analizada para la banda HG mostró resultados similares, la máxima
se observó en V, disminuyó en sNREM y aumentó nuevamente en sREM, mostrando éste
último estado una significativa diferencia con V (ver detalles estadísticos en pie de Figura 8).
En cuanto a los valores de medias de los estados narcóticos inducidos por el uretano
observamos que para ambas bandas de frecuencia (LG y HG) los valores de potencia gamma
estuvieron por debajo, incluso, de los valores mínimos registrados durante el sNREM. Por
otra parte no se encontraron diferencias significativas entre estos dos estados, sNREMur y
sREMur, para las cortezas somato-motoras.
En cuanto a los análisis de potencia en las áreas visuales en la banda LG. observamos
que los máximos valores de medias de potencia se registran durante los estados
comportamentales fisiológicos (V, sNREM y sREM) sin diferencias significativas entre
dichos estados.
En la banda HG se observa el máximo valor de potencia durante V, éste decrece durante
el sNREM y sREM; no se observó diferencia entre sREM y sNREM.
Similar a lo registrado en las áreas somato sensoriales, en las áreas visuales los mínimos
valores de potencia gamma se registraron durante los efectos anestésicos del uretano. Es
importante destacar que no se encontraron diferencias significativas entre la potencia del
sNREM y el sREMur para la banda LG de frecuencias. Por otro lado, en LG los estados
sNREMur y sREMur fueron significativamente diferentes, mostrando los valores mínimos de
potencia en sNREMur. Sin ambargo para HG no se encontraron diferencias significativas
entre sNREMur y sREMur.
Figura 8. Promedio ± desvío estándar de las potencias (durante la V, sNREM, sREM, y administración de uretano). Los
datos para las cortezas somato-motoras se obtuvieron de 6 animales, y para la corteza visual de 3 animales. Se extrajeron
12 ventanas de 50 s por corteza seleccionada por animal para cada estado conductual, para las frecuencias de Low
Gamma (LG =30-48 Hz) y High Gamma (HG=52-98 Hz). Los valores representan la media ± error estándar. La significación
estadística: * significativamente diferente en relación al resto de los estados fisiológicos (p <0.05); + significativamente
diferente entre estados anestésicos; a es significativamente diferente (p <0.05) con respecto a V, sNREM y sREM; b es
significativamente diferente (p <0.05) en relación a V y sREM. ANOVA de una vía y “post hoc” de Tamhane.
5.4.2. Coherencia de la banda gamma El análisis de ANOVA de una vía, muestra que las coherencias z’entre las bandas LG y
HG tuvieron diferencias estadísticamente significativas (LG Inter-hemisférica:
F(4,235)=27,741; p< 0.001; HG Inter-hemisférica: F(4,235)=90,131; p< 0.001; LG Intra-
hemisférica: F(4,175)=10,918; p< 0.001; HG Intra-hemisférica: F(4,175)=121,484; p< 0.001)
(Figura 9).
Para las combinaciones inter-hemisféricas dentro de la banda LG los valores de medias
de coherencia gamma mostraron sus máximos durante la V y sNREM (sin diferencias
significativas entre dichos estados) y caen durante el sREM (ver detalles estadísticos en pie
de Figura 9). Dentro de la banda HG los máximos valores de coherencia gamma también se
registraron durante V, los mismos disminuyeron en sNREM y cayeron aún más en sREM.
Similar a lo observado para las potencias, los mínimos valores de coherencia gamma
inter-hemisféricos para ambas bandas de frecuencia (LG y HG) se registraron durante los dos
estados inducidos por el uretano, sNREMur y sREMur (sin diferencias significativas entre
ellos).
Para los resultados correspondientes a las combinaciones intra-hemisféricas dentro de la
banda LG no se encontraron diferencias significativas entre los estados comportamentales
fisiológicos (V, sNREM y sREM) y tampoco entre estos estados y el sREMur. Sin embargo,
durante el estado inducido por uretano sNREMur se registraron los mínimos niveles de
coherencia comparados con el resto de los estados fisiológicos y sREMur.
La coherencia intra-hemisférica HG fue máxima durante la V, disminuyendo hacia el
sNREM y sREM (sin diferencia significativa entre éstos últimos dos estados). En cuanto al
efecto anestésico del uretano, nuevamente encontramos que los mínimos valores de
coherencia gamma se registraron durante los estados anestésicos, sin encontrarse diferencias
significativas entre dichos estados.
Figura 9. Promedios ± desvío estándar de las coherencias-z’ (durante la V, sNREM, sREM, y administración de uretano).
Los datos se obtuvieron de 4 animales para las cortezas interhemisféricas y de 3 animales para las cortezas
intrahemisféricas. Se extrajeron 12 ventanas de 50 s por combinación de cortezas, para cada estado conductual, para las
frecuencias de Low Gamma (LG =30-48 Hz) y High Gamma (HG=52-98 Hz). Los valores representan la media ± error
estándar. La significación estadística: a es significativamente diferente (p <0.05) con respecto a V, sNREM y sREM; *
significativamente diferente en relación al resto de los estados fisiológicos (p <0.05); + significativamente diferente entre
estados anestésicos; ANOVA de una vía y “post hoc” de Tamhane.
6. Discusión
En el presente trabajo, estudiamos los cambios a nivel del EEG inducidos por el uretano.
Aunque otras bandas de frecuencias del EEG fueron modificadas , la discusión está enfocada,
principalmente, a la banda gamma de frecuencias. Al igual que en trabajos previos de nuestro
grupo (Castro et al., 2014b; Cavelli, 2015; Torterolo et al., 2016), se observaron marcadas
diferencias en la actividad gamma durante la vigilia y el sueño. El aporte original del
presente trabajo es la demostración que la actividad gamma es profundamente deficitaria bajo
la anestesia con uretano.
6.1. Actividad gamma en condiciones fisiológicas. Los resultados para la potencia gamma mostraron que los máximos valores se observan
durante la V, estos disminuyen durante el sNREM y para la corteza somato-motora vuelven a
aumentar durante el sREM. 1
La coherencia gamma, fue variable entre cortezas y bandas de frecuencia LG y HG. Los
máximos valores en LG se registran tanto en V como en sNREM y éstos disminuyen durante
el sREM. En HG, los máximos valores de coherencia se visualizan en V, disminuyen durante
sNREM y disminuyen aún más en sREM.
Los resultados en este trabajo mostraron la presencia de potencia gamma durante la V y el
sREM y una marcada reducción de la misma durante el sNREM. Aunque la V y el sREM son
similares en Potencia gamma, la coherencia gamma entre dichos estados, presenta una gran
diferencia.
En nuestro laboratorio, estudios previos en gatos y ratas mostraron resultados similares de
potencia y coherencia gamma durante el ciclo de sueño- vigilia. En los mismos se observa
que los valores máximos de potencia y coherencia gamma se registran durante la V, que los
mismos disminuyen durante el sNREM, pero que durante las transiciones del sREM la
potencia gamma se incrementa mientras que la coherencia gamma entre áreas alejadas del
cerebro disminuye. Estos resultados llevaron a proponer que durante el sREM, a pesar de
tener un EEG localmente activado, existe un desacople de la actividad gamma de frecuencias
entre áreas de la neocorteza. Dado que este acoplamiento y desacoplamiento de corto y largo
alcance entre áreas corticales, en la banda gamma de frecuencias, se observa en rata (Cavelli
et al., 2015b), gato (Castro et al., 2013) y también en humanos (Castro et al., 2014a; Voss et
al., 2009), consideramos que, este es un rasgo característico y conservado del sREM en los
1 Los altos valores de potencia y coherencia durante la V para las altas frecuencias, puede estar influido, en
parte, por artefactos del movimiento. Este hecho fue discutido ampliamente en trabajos previos de nuestro
grupo. Sin embargo, en el presente trabajo se destaca que la actividad gamma disminuye bajo el uretano
también en relación a los estados de sueño, donde es mínimo el movimiento.
mamíferos (Cavelli, 2015). Dichos resultados muestran algunas diferencias al presente
trabajo, posiblemente porque el n utilizado y las cortezas registradas fueron diferentes.
6.2. Efecto del uretano sobre el EEG
Durante la anestesia con uretano observamos un claro ciclado, entre estados desactivados
y activados, similares a los reportados previamente (Clement et al., 2008). Mientras que la
mayoría de anestésicos inducen un estado de narcosis caracterizado por una actividad
cerebral con ondas lentas similares a las presentes en sNREM (Maloney et al., 1997;
Mashour, 2006; Torterolo and Vanini, 2010), el uretano promueve un estado caracterizado
por ondas lentas de sueño (en el rango de ∼1Hz , el cual llamamos sNREMur) y eventos más
activos en los cuales la actividad cortical se vuelve desincronizada, y se observa una
actividad rítmica (probablemente hipocampal) con una frecuencia de ∼4 Hz
(sREMur)(Clement et al., 2008).
La periodicidad de ciclado sNREMur-sREMur bajo anestesia con uretano, presentó
diferencias con la periodicidad del ciclado sNREM-sREM del sueño fisiológico. Sin
embargo, en otros trabajos el ciclado de uretano se observa con una periodicidad similar al
sueño fisiológico (Clement et al., 2008). La diferencia puede estar relacionada con el método
de administración del anestésico. En nuestro caso utilizamos una única administración
intraperitoneal, mientras que en otros trabajos se ha utilizado una administración intravenosa
continua. Por otra parte, la dosis anestésica de Uretano que utilizamos en este trabajo fue de 1
a 1,5g/kg; mientras que en otros trabajos han utilizado una dosis final mayor: 1,75g/kg. Sin
embargo se ha postulado que el ciclado bajo uretano no es afectado por el incremento
moderado de la dosis anestésica (Clement et al., 2008).
Otros autores, han utilizado la administración de Uretano en conjunto y/o en
complementación con otros anestésicos, con métodos de administración variados:
intraperitoneal, intravenoso y por inhalación (John et al., 2001), lo cual podría explicar
algunas de las diferencias con nuestros resultados.
Se ha postulado que otras condiciones experimentales también influenciarían en el
ciclado bajo administración de uretano. Un factor importante es la temperatura. Las
fluctuaciones de temperatura externa e interna afectan el ciclado de sueño, tanto bajo uretano
como en sueño fisiológico. El sREM está asociado preferentemente con incrementos en
temperatura cerebral, mientras que el sNREM está asociado con moderada disminución de
ésta (Alföldi et al., 1990). Para descartar la posibilidad de afectar el ciclado por dicha
condición, en el actual trabajo mantuvimos la temperatura ambiental en el entorno de los
25°C y corporal entre 35-37°. De todas formas, para experimentos futuros, entendemos
necesario llevar un control más preciso de la temperatura central que nos permita apreciar las
relaciones entre la temperatura y el ciclado bajo el efecto del uretano. Altas concentraciones
de O2 contribuirían también en la reducción de la ocurrencia de ciclado y la actividad cerebral
(Pagliardini et al., 2013). Este factor no fue tenido en cuenta en este trabajo.
Se ha postulado que los efectos del uretano en los cambios de estados, serían más
significativos en estudios que utilicen protocolos de larga duración, mayores a 45 minutos u
horas (Clement et al., 2008). Nuestro trabajo se ajusta a dicha condición, ya que nuestros
registros fueron de larga duración (entre 4 y 6 horas).
Por otro lado los mínimos valores de potencia gamma se observaron en ambas cortezas y
para ambas bandas gamma, durante los efectos narcóticos del uretano en ambos estados
descriptos: sNREMur y sREMur.
Al igual que lo que ocurre con la potencia, los mínimos valores de coherencia gamma
(LG y HG) se observan durante los estados anestésicos inducidos por el uretano,
preferentemente durante el sNREMur.
En este trabajo también, hemos observado que bajo el efecto anestésico de uretano, el
rango de frecuencia theta en el estado activado es más lento (∼4 – 4,5 Hz), respecto al estado
activado (∼7 Hz) presente en V y sREM, en roedores no anestesiados. Resultados similares
fueron observados en otros trabajos (Clement et al., 2008; Pagliardini et al., 2013; Ylinen et
al., 1995).
6.3. Efecto de la anestesia general sobre el EEG Durante la anestesia provocada por varios agentes, la actividad cortical decae
abruptamente en todas las bandas de frecuencia (Angel and Gratton, 1982). La fragmentación
de la actividad gamma en la corteza, se ha propuesto como un mecanismo de generación de
inconciencia, durante la anestesia y el sueño (Mashour, 2006).
Aunque en el presente trabajo utilizamos anestesia con Uretano, otros anestésicos son
administrados como anestésicos generales, sin observar el mismo ciclado presente bajo
administración de uretano. Dentro de dichos anestésicos encontramos: Cloroformo, Éter,
óxido nitroso, propofol, isoflurano, halotano. Dichos anestésicos afectan a diferentes
receptores de neurotransmisores (Mashour, 2006) y afectan varias estructuras
neuroanatomicas (corteza orbitofrontal y tálamo entre otras).
La anestesia general provocada por los mencionados anestésicos está relacionada con la
pérdida de conciencia y la desincronización de la actividad gamma 40 Hz (John, 2002). Dicha
pérdida de conciencia se ha definido como la desintegración de procesos cognitivos,
inconciencia y desacople de la integración de diferentes regiones.
La anestesia general produce patrones distintivos en el EEG, el más común es el
progresivo aumento de actividad de mayor amplitud y baja frecuencia, la cual llamamos
oscilaciones alpha y delta (Gibbs et al., 1937; Lydic and Baghdoyan, 2005). Durante la
anestesia, la actividad beta disminuye y aumenta actividad alpha y delta, comparable a lo que
ocurre en sNREM (Tinker et al., 1977). Esto contribuiría a la inconciencia generada por los
anestésicos generales (Brown et al., 2011).
Las ondas delta y sigma, así como la pérdida de actividad gamma, serían dos
características necesarias para generar la pérdida de conciencia. La capacidad del cerebro
para generar experiencias concientes, es reducida en presencia de ondas lentas (Laureys and
Tononi, 2008; Edelman and Tononi, 2000).
La conciencia desaparece cuando los anestésicos producen una desconección funcional
en la region posterior parietal del cerebro, interrumpiendo la comunicación cortical y
causando la perdida de la integración. Es decir que los anestésicos bloquean la habilidad del
cerebro, de integrar la información (Alkire et al., 2008).
Cuando la conciencia se pierde durante la anestesia hay una caída en la coherencia gamma
en el EEG, inter e intra-hemisferica (John and Prichep, 2005). De hecho, se observa en la
Figura 7 que con respecto a la vigilia, la coherencia interhemisferica se reduce en los dos
estados anestésicos para prácticamente todas las frecuencias del EEG. El efecto es gradual y
es mucho mas fuerte para la coherencia inter-hemisférica (Imas et al., 2006).
Se ha propuesto que las oscilaciones en 40 Hz podrían estar implicadas en la memoria a
corto plazo, y en la unión de los atributos fragmentados de un estímulo complejo. La
observación de la coherencia gamma entre regiones cerebrales en el EEG, brinda soporte a la
teoría que indica que la percepción involucra la integración de diferentes áreas cerebrales con
diferentes funcionalidades (Bertrand and Tallon-Baudry, 2000).
Se ha estudiado que las oscilaciones mayores a 40 Hz, se relacionan con funciones
cognitivas complejas y específicas, tal como memoria, tareas comportamentales,
planificación del movimiento; así como también se ha observado perdida de coherencia de
dichas oscilaciones gamma de alta frecuencia en enfermedades tal como la esquizofrenia
(Uhlhaas et al., 2011). Al mismo tiempo se relaciona la anestesia con el desacoplamiento de
actividad gamma (Mashour, 2006).
En nuestro trabajo las características del EEG bajo efecto anestésico del uretano,
muestran baja coherencia y potencia en frecuencias gamma, lo cual estaría indicando que la
correlación neural se pierde bajo la anestesia, en ambos estados: sNREMur y sREMur (ver
Tabla 1). Por ello, a pesar que el animal alterna a un estado sREMur con un EEG
desincronizado, con características de sREM o V (Kubin, 2001), el animal no estaría
conciente, como en el estado de V, o con actividades oníricas características del sREM
(donde existe potencia gamma alta).
Tabla 1. Perfil electrográfico del uretano. Dicho perfil podría explicar la inconsciencia presente en la narcosis bajo uretano.
Simbolos positivos indican presencia de dichos caracteres observados en el EEG, signo negativo indica ausencia. Delta:
banda de ondas (0,5 a 4 Hz); Sigma: banda de ondas correspondiente a husos de sueño (≈ 11- 15 Hz); Theta: banda de
onda (4 a 9 Hz); potencia gamma: actividad en corteza local en la banda gamma (30 a 98 Hz); Coherencia gamma: medida
de similitud entre dos ondas en contenido de frecuencias gamma; * Theta a menor frecuencia que en V y sREM.
6.4. ¿Por qué el uretano genera una pérdida de conciencia ? Como ya mencionamos, los anestésicos generales causan perdida de conciencia,
interrumpiendo la conectividad de áreas corticales centrales. Algunos anestésicos, logran esa
pérdida de conciencia actuando en redes neuronales encargadas de generar los estados de
sueño y V. Durante la V la información es integrada debido a la conectividad entre el sistema
talamo-cortical y cortezas de asociaciónes superiores. Durante la anestesia este proceso, se
interrumpe, provocando la inconsciencia (Mashour and Lydic, 2012).
Hay mas de un sitio anatómico por el cual los anestésicos generales actúan provocando
la perdida de conciencia. La corteza prefrontal media funciones motoras y cognitivas y es
altamente activa durante V (Muzur et al., 2002). La corteza de asociación parietal también es
crítica en mantener las funciones cognitivas durante la vigilia (Laureys and Tononi, 2008).
Neuronas colinérgicas se encuentran activas durante V y el sREM (Lee et al., 2004). El
núcleo supraquiasmático (genera ritmos circadianos y regula el sueño) y el área preóptica
(Torterolo et al., 2009) (participa en la generación del sNREM), son dos regiones dentro del
hipotálamo anterior, que regulan los estados de sueño y V. El área preoptica contribuye a la
regulación del sueño inhibiendo proyecciones hacia las neuronas promotoras de V del
hipotálamo y el tronco encefálico (Szymusiak and McGinty, 2008). En el hipotálamo
posterior las neuronas hipocretinergicas, están involucradas en la regulación de sueño y V,
proyectando hacia sistema tálamo-cortical (Mileykovskiy et al., 2005).
El tálamo es la mayor via de flujo de información sensorial desde la perifieria hacia la
corteza. Presenta fuertes conecciones con la neocorteza, siendo el principal substrato para los
ritmos del EEG que ocurren durante la V y el sueño, jugando un rol crítico en la generación
de la conciencia (Mircea and Robert, 2005).
Los anestésicos regulan la actividad de las áreas mencionadas (Kelz et al., 2008;
Mashour and Lydic, 2012). El uretano es un anestésico que si bien genera narcosis, presenta
un EEG desincronizado con gran potencia y coherencia en ritmo theta. Esto podría suponer,
que el sitio de acción de uretano, estaría inhibiendo las proyecciones del hipotálamo hacia
áreas corticales reguladoras de V y conciencia ya que se pierde potencia y coherencia de
frecuencias de banda gamma, sin embargo no estaría inhibiendo oscilaciones theta de
hipocampo como si lo hacen otros anestésicos. Se ha observado en el presente trabajo, que el
uretano genera desintegración cortical, a pesar de tener un EEG desincronizado. Dicha
desintegración, fue demostrada con la pérdida de potencia y coherencia gamma evidenciada
bajo efecto narcótico de uretano.
7. Conclusiones
En este trabajo observamos desacoplamiento de la actividad gamma durante los estados
anestésicos sNREMur y sREMur en las diferentes cortezas. Evidenciamos la existencia de un
ciclado de estados activados y desactivados durante anestesia con uretano.
A pesar de presentar el EEG desincronizado, el uretano genera narcosis en la rata. Esta
característica es una particularidad de dicho anestésico.
Concluimos que las interacciones de alta frecuencia en distintas cortezas cambian
durante el sueño, la vigilia y el efecto narcótico del uretano, siendo en este último donde se
observan los mínimos valores de potencia y coherencia gamma. Con nuestro trabajo actual,
aportamos en el entendimiento del rol en las funciones cognitivas de la actividad gamma y la
sincronía entre redes neurales. El presente trabajo transita por el camino hacia la comprensión
de la comunicación neural, temática de importancia actual y futura de la Neurociencia.
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