Anesteziologie na začátku 21. století

Anesteziologie prodělala od prvního podání éteru 16. října 1846 obrovský rozvoj. Zejména v posledním desetiletí značně pokročily naše vědomosti o molekulárním mechanismu účinku celkových anestetik. Celková anestezie je tvořena jednotlivými komponentami: imobilizací, sedací a hypnotickým účinkem, amnézií i analgezií. Každou komponentu zajišťuje jiná skupina anestetik. Zavedení nových zobrazovacích metod, např. funkční nukleární magnetické rezonance nebo pozitronové emisní tomografie, umožnilo poznat účinky anestetik na jednotlivé oblasti mozku. V současné době je k dispozici pestrá paleta farmak používaných k celkové anestezii. Ale i léčiva dlouho užívaná, jako je pethidin, methadon nebo propofol, odkrývají nové mechanismy svého účinku. Jsou syntetizována také nová léčiva, např. selektivní antagonis-ta steroidních myorelaxancií sugammadex nebo ultrakrátce působící benzodiazepin. Preferovány jsou alternativní způsoby podání. Propofol je studován ve formě sublinguálního spreje. Mnohá anestetika mají neurotoxický potenciál zejména v krajních věkových skupinách – u dětí a starých lidí. Již dnes známe některé geneticky podmíněné rozdíly v účincích anestetik a dochází k prudkému rozvoji farmakogenetiky. Zjišťuje se rovněž, že účinky některých anestetik se mění v závislosti na pohlaví. Důležité je také přesně načasovat podání různých farmak, stále většího významu nabývá proto chronofarmakologie. V budoucnosti budeme schopni cíleně individuálně vybrat vhodné anestetikum pro jedince s ohledem na jeho genetickou výbavu a zajistit jeho aplikaci v optimální době nejvyššího účinku.

Úvod

Zrod moderní anestezie nastává v pátek dne 16. října 1846, kdy William Thomas Morton (1819–1868) anestezuje dietyléterem mladíka Gilberta Abbotta, aby mu chirurg John Collins Warren (1778–1856) odstranil nádor v levé podčelistní krajině (obr. 1). Výkon proběhl bez komplikací a éterová anestezie se rozšířila rychlostí blesku po evropském kontinentu. Je však nutno poznamenat, že už několik let před Mortonem jiný pionýr moderní anestezie, Crawford William Long (1815–1878), provedl dne 30. března 1842 odstranění malého tumoru na krku u mladíka jménem James W. Venable. Své poznatky však nepublikoval, a tak byl předběhnut Mortonem. Ještě před Mortonem prováděl pokusy s oxidem dusným Horace Wells (1815–1848). Demonstrace před již zmíněným chirurgem Warrenem však byla neúspěšná. Wells se marně snažil o zavedení oxidu dusného do anestezie, ale všechny pokusy byly neúspěšné, tak nakonec spáchal sebevraždu podřezáním žil a inhalací éteru. Ani Morton však nebyl ve svém životě šťastný. Musel stále zápolit o prioritu s profesorem chemie Charlesem Thomasem Jacksonem (1805–1880), který poprvé pozoroval anestetické účinky lokálně nakapaného éteru v dutině ústní, a inspiroval tak Mortona k dalšímu zkoumání éteru. V roce 1847 zavedl James Young Simpson (1811–1870) chloroform – další inhalační anestetikum. Je zajímavé, že éterové párty byly pořádány již v 1. polovině 19. století a nikoho tehdy nenapadlo, že by éter nebo oxid dusný mohly být využity k účelům anestezie (obr. 2).

Již od začátku se snažili četní fyziologové a klinici poznat, v čem spočívá mechanismus celkové anestezie. V polovině 19. století vznikla celá řada teorií anestezie. Také Claude Bernad vyslovil již v roce 1875 první teorii o účinku anestetik. Podle této koloidní teorie dochází vlivem anestetik ke koagulaci cytoplazmy neuronů a tím k ovlivnění mozkových funkcí. Bibra a Harless se domnívali, že éter odnímá mozkové substanci tuk, a proto působí anesteticky. To vedlo později k vypracování teorie rozpustnosti celkových anestetik v tucích Meyerem a Overtonem. Podle Qaustela dochází vlivem anestetik k ovlivnění oxidačních intracelulárních procesů a tím k ovlivnění účinku enzymů. Paulingova teorie hydrátových mikrokrystalů spočívala v tom, že anestetika tvoří s molekulami vody v mozku mikrokrystaly (klathráty), které jsou odpovědné za anestetický účinek. Později se objevila hypotéza volumové expanze, která tvrdí, že molekuly anestetik se dostanou do lipoidní matrix membrány neuronů a způsobují expanzi těchto míst, čímž zvyšují postranní tlaky na proteiny iontových kanálů, které pronikají membránou. Když kritický objem dosáhne svého vrcholu, dochází k přerušení proudu iontů těmito kanály a k inhibici excitability neuronů. Tuto hypotézu podporuje skutečnost, že vystavení vysokým hydrostatickým tlakům, snad restrikcí expanze lipoidní matrix, může částečně antagonizovat účinek inhalačních anestetik u pokusného zvířete. I v dnešní době dosud přesně neznáme mechanismus účinku anestetik. Je však jasné, že anestetika působí na mnoha úrovních a ovlivňují celou řadu fyzikálně-chemických dějů v CNS.

Celková anestezie obsahuje mnoho komponent zahrnujících imobilizaci, hypnotický účinek, analgezii i amnézii. Každá tato komponenta má různé molekulární cíle v centrálním nervovém systému. Bylo zjištěno, že více než 25 typů receptorů je potencionálními cíli účinku anestetik. Na poznání molekulárních mechanismů účinku se v poslední době podílí také genetický přístup vytvořením tzv. knockoutovaných zvířat. U „knock-out“ zvířat chybějí celé receptory nebo iontový kanál. U „knock-in“ zvířat je modifikován iontový kanál nebo receptor pouze změnou jedné aminokyseliny (bodová mutace). Zvíře bez genetického ovlivnění označujeme jako divoký typ.

Při užití dietyléteru nebo chloroformu se musely všechny komponenty anestezie získat pomocí vysoké koncentrace těchto inhalačních anestetik. John Snow (první profesionální anesteziolog) jako první pojednal o farmakologii a fyziologických účincích éteru a rozdělil jeho účinek do několika stadií. V dnešní době jsou jednotlivé komponenty celkové anestezie zajišťovány jedním farmakem nebo jejich kombinací. Nejdůležitějšími komponentami celkové anestezie jsou imobilizace, hypnotický účinek (bezvědomí), analgezie a amnézie.

Komponenty celkové anestezie

Imobilizace (znehybnění)

Útlum spontánních pohybů nebo pohybů indukovaných podněty je zprostředkován poklesem excitability spinálních neuronů účinkem anestetik. Intravenózní anestetika, jako je propofol, navozují imobilitu zvýšením inhibice kyseliny g-aminomáselné (GABA). Jestliže podáme antagonisty GABA_A-receptorů, dramaticky poklesne účinnost propofolu při útlumu spinálních reflexů. Imobilizační účinky propofolu jsou tedy zprostředkovány GABA_A-receptory. Pro vazbu na GABA_A-receptor je důležitá přítomnost b-subjednotky. U „knock-in“ myší s mutovanou b₃-subjednotkou dochází k necitlivosti na etomidát a propofol. I při extrémně vysokých dávkách nedochází k depresi spinálních reflexů. U „knock-in“ myší s mutovanou b₂-subjednotkou dochází k necitlivosti na etomidát, odtahovací reflex zadní končetiny je však dosud přítomen, i když je snížen. To znamená, že b₂-subjednotka není nezbytná ke zprostředkování imobility. Imobilizace způsobená propofolem nebo etomidátem je tedy zprostředkována výlučně b₃-subjednotkou GABA_A-receptorů. U „knock-in“ myší, kterým chybí a₂-subjednotka GABA_A-receptorů, jsou sníženy svalově relaxační účinky diazepamu.

Na imobilizaci způsobené inhalačními anestetiky se podílí více typů receptorů. U b₃-„knock-in“ myší, které nemají funkční subjednotku b₃, dochází k zhoršení imobilizačních vlastností inhalačních anestetik, přestože jejich koncentrace nutná k dosažení poloviční maximální deprese odtahovacího reflexu zadní končetiny je zvýšena o 15–24 %. To ukazuje, že na imobilizaci způsobené inhalačními anestetiky se také podílejí GABA_A-receptory. Kromě těchto receptorů se na imobilizaci podílejí také draslíkové kanály, glycinové receptory i glutamátové receptory [1].

Inhalační anestetika tedy způsobují imobilizaci interakcí s více molekulárními cíli, které jsou lokalizovány v míše. Tyto cíle zahrnují GABA_A-receptory, glycinové receptory, glutamátové receptory a draslíkové kanály. Depresivní účinky intravenózních anestetik, jako je etomidát nebo propofol, jsou naproti tomu zprostředkovány interakcí s GABA_A-receptorem.

Jaký podíl na imobilizaci má mícha a jaký podíl má mozek, ukázaly zajímavé pokusy ze začátku 90. let, které provedli Antognini a Schwartz v roce 1993 na kozách [2]. Tato zvířata mají unikátní mozkovou cirkulaci, která je činí vhodnými pro výzkum vyžadující oddělení oběhu hlavy a mozku od ostatního těla. Krevní průtok mozkem pochází pouze z vena cranialis externa, nepřispívají k němu aa. vertebrales. A. carotis interna je přítomna pouze jako malá intrakraniální větev na spodině mozku (rete mirabile). Interní jugulární vény zcela chybějí. Antognini a Schwartz na tomto unikátním oběhu kozy prokázali, že k potlačení účelných pohybů je důležitý účinek inhalačních anestetik na míchu. Minimální alveolární koncentrace izofluranu byla u celého těla 1,3 6 0,1 %. Ta vzrostla jen při anestezii mozku a hlavy na 2,9 6 0,7 % a po ukončení bypassu klesla opět na 1,3 6 0,1 %. Vysoká koncentrace izofluranu potřebná při anestezii mozku již deprimuje podstatně jeho činnost, jak je tomu v hlubokém kómatu. Výsledky zcela jasně svědčí o účincích subkortikálních struktur, zvláště míchy, v potlačení účelných pohybů jako odezvy na bolestivý podnět během celkové anestezie. O komplexnosti spinálních reflexů svědčí i wiping reflex u decerebrované žáby. Podobně je to u psa nebo kočky s přerušenou míchou, také u některých mozkově mrtvých se setkáváme se spontánními pohyby, které se zdají jako účelné.

Sedace a hypnotický účinek

Při sedaci dochází ke snížení bdělosti, k poklesu motorické aktivity a ke zpomalení řeči. Hypnotický účinek je definován jako ztráta reaktivity na slovní podněty (obr. 3). Studie o účincích etomidátu u „knock-in“ myší nám ozřejmila pohled na to, jak vzniká sedace a hypnotický účinek. Etomidát působí přednostně na receptory obsahující b₂- nebo b₃-subjednotku. U b₂ „knock-in“ myší zůstává zachován hypnotický účinek intraperitoneálně aplikovaného etomidátu, který byl měřen změnami spontánního EEG a ztrátou reflexu polohy. Proto můžeme uzavřít, že hypnotický účinek etomidátu je dán převážně přítomností b₃-subjednotky v GABA_A-receptorech. Sedativní účinky anestetik včetně inhalačních závisí převážně na přítomnosti b₂-subjednotky GABA_A-receptoru. Subhypnotické (sedativní) koncentrace celkových anestetik způsobují pokles metabolismu kůry mozkové o 30–50 %, zatímco v subkortikálních strukturách je pokles při stejné koncentraci daleko nižší. Pokusy na „knock-in“ myších s chybějící a-subjednotkou ukázaly, že sedativní a amnestické účinky diazepamu jsou zprostředkovány a₁-subjednotkou GABA_A-receptoru. Tedy a₁- a b₂-subjednotky GABA_A-receptoru v mozku zprostředkovávají sedaci. Je zajímavé, že sedace a hypnotický účinek jsou zprostředkovány různými subjednotkami GABA_A-receptorů, ačkoli jsme se dříve domnívali, že sedace a hypnotický účinek se od sebe liší pouze kvantitativně [3].

U inhalačních anestetik je sedace nebo hypnotický účinek způsoben ovlivněním mozku. Imobilizace je převážně výsledkem deprese spinálních neuronů. Pro intravenózní anestetika je nezbytné ovlivnění spinálních a supraspinálních míst k dosažení imobilizace. U intravenózních anestetik jsou klinicky účinné plazmatické koncentrace přibližně tisíckrát nižší než u inhalačních anestetik. Plazmatické koncentrace farmak k dosažení sedace a hypnotického účinku jsou nižší než k dosažení imobilizace. Sedace a hypnotický účinek jsou zprostředkovány vazbou na GABA_A-receptor. Na sedaci se podílí interakce s b₂-subjednotkami GABA_A-receptoru, zatímco hypnotický účinek spočívá v interakci s b₃-subjednotkou GABA_A-receptoru. Toto pravidlo se pravděpodobně týká intravenózních i inhalačních anestetik. Důležité rozdíly jsou mezi oběma skupinami v dosažení imobility. Inhalační anestetika redukují excitabilitu spinálních neuronů ovlivněním mnoha molekulárních cílů, na rozdíl intravenózních anestetik, která ovlivňují především GABA_A-receptory v míše. Tento rozdíl může vysvětlit větší schopnost inhalačních anestetik potlačit pohyby na nociceptivní stimuly. U intravenózních anestetik hrají při imobilizaci důležitou úlohu supraspinální molekulární cíle.

Analgezie

Analgezie je důležitou součástí celkové anestezie. Ultrapotentní opioidy fentanyl a jeho deriváty se váží na různé subpopulace opioidních receptorů v CNS, a tím blokují percepci a emocionální reakci na bolest. K analgezii dochází především interakcí opioidů s m-opioidními receptory, analgezie zprostředkovaná interakcí s k-, d-opioidními receptory je daleko slabší. Při celkové anestezii je člověk v bezvědomí a necítí bolest. Ale chirurgickou stimulací dochází k hemodynamické a neurohumorální reakci na bolest. Inhalační anestetika sevofluran nebo izofluran nejsou v klinicky používaných koncentracích schopna potlačit hemodynamickou odezvu na nociceptivní podnět, protože nemají analgetické účinky. Proto je při celkové anestezii nutno podávat ultrapotentní analgetika.

Amnézie

Důležitou součástí celkové anestezie je amnézie. Paměť rozdělujeme na 2 základní kategorie: pracovní paměť (krátkodobá paměť) a dlouhodobá paměť. Pracovní paměť má omezenou kapacitu, zatímco téměř neomezené množství informací může být uloženo do dlouhodobé paměti. Přechod informace z krátkodobé do dlouhodobé paměti zahrnuje procesy, které jsou citlivé na účinky anestetik. Amnestické účinky anestetik jsou výsledkem depolarizace hipokampálních neuronů. Současné názory svědčí o tom, že důležitou úlohu má a₅-subjednotka GABA_A-receptorů. Tato subjednotka se často vyskytuje v hipokampálních pyramidových buňkách. Tyto receptory jsou velmi citlivé na účinky volatilních anestetik, proto inhalační anestetika ovlivňují učení již v malých subanestetických dávkách. U „knock-out“ myší s chybějící a₅-subjednotkou bylo prokázáno zhoršení procesu učení. Pracovní paměť však může být také ovlivněna účinkem anestetik. Hlavní strukturou mozku pro pracovní paměť je prefrontální kortex, senzorický kortex a další mozkové oblasti. Nízké dávky farmak však působí amnézii jednak nespecifickou depresí neuronální aktivity převážně v kortexu, jednak specifickým depresivním účinkem v hippocampu, insule, amygdale a v prefrontálním kortexu. Účinkem anestetik je ovlivněno především zakódování nového materiálu do paměti (nespecifický účinek způsobený sedací). Dochází také k narušení převodu materiálu z krátkodobé do dlouhodobé paměti. Poslední jmenovaný účinek je nezávislý na sedaci a reflektuje specifický amnestický účinek anestetik. Důležité je, aby anestetika zabránila tvoření tzv. averzivních vzpomínek. Tento typ učení může probíhat i podvědomě a může přitom ovlivňovat chování a náladu ještě dlouho po chirurgickém výkonu. Cílovou strukturou je v tomto případě část limbického systému zvaná amygdala. Dosud bylo provedeno jen velmi málo studií o vlivu anestetik na amygdalu. Informační proces v této mozkové struktuře je deprimován cestou GABAergních i glutamátergních cest.

Nové zobrazovací metody a účinky anestetik na jednotlivé oblasti mozku

Nové zobrazovací metody v neurovědách velmi rozšířily naše možnosti poznání mechanismu účinku jednotlivých anestetik. Je to především pozitronová emisní tomografie (PET) nebo funkční magnetická rezonance (fMRI). Tyto techniky měří změny v aktivitě mozku způsobené anestetiky.

Všechna anestetika kromě oxidu dusného a ketaminu působí celkově s prohlubující se anestezií pokles neuronální aktivity (obr. 4). Pokles aktivity mozku je srovnatelný u intravenózních a inhalačních anestetik, jak o tom svědčí zajímavé srovnání sevofluranu a propofolu. Ke ztrátě vědomí dochází při poklesu metabolismu glukózy o 60–65 %. Kromě celkového poklesu neuronální aktivity jsou ovlivněny některé oblasti mozku více než jiné. Jsou to především asociační oblasti v kůře mozkové (např. parietální a frontální asociační kortex), talamus a střední mozek, které vykazují vyšší pokles průtoku krve mozkem a útlum jeho metabolismu ve srovnání s celkovou redukcí [4]. Talamus hraje klíčovou roli v anestetiky indukovaném bezvědomí. Nízké koncentrace anestetik mají slabý účinek na talamus a na oblasti, které se podílejí na primárním zpracování informací. Tyto nálezy zčásti vysvětlují bezvědomí a amnézii, ale neposkytují žádnou informaci o neuronální aktivitě ve vztahu k senzorické stimulaci během anestezie. Pokusy na zvířatech prokázaly, že evokovaná kortikální aktivita může být zaznamenatelná dokonce během hluboké anestezie. U člověka byla sledována neuronální aktivita zobrazovacími technikami při sluchových, zrakových a nociceptivních podnětech během mělké a hluboké anestezie. Například byla pozorována funkční aktivace obou temporálních laloků sluchovými podněty při koncentraci propofolu 1,51 ng/ml. Tato aktivace zmizela při koncentracích na 3,35 ng/ml. Podobně sevofluran působil v závislosti na koncentraci útlum reakcí na sluchové podněty. Účinek ketaminu na průtok krve mozkem a mozkový metabolismus glukózy se jasně odlišuje od ostatních anestetik. Subanestetické dávky ketaminu způsobují celkové zvýšení v krevním průtoku mozku. Nejvíce vyznačené změny jsou v mozkových strukturách majících vztah k bolesti. Při nociceptivní stimulaci však snižují subanestetické dávky ketaminu bolest a podnětem evokovanou mozkovou aktivitu s nejvyšší redukcí v talamu a insule. Kromě analgetického účinku ketamin interaguje v nízkých dávkách s pracovní pamětí v mozkových oblastech zahrnujících frontální a parietální kortikální oblasti a putamen, stejně tak jako s oblastmi, které se podílejí na zakódování paměti ve frontálních a hipokampálních oblastech. Během celkové anestezie dochází účinkem anestetik k rozpojení jednotlivých oblastí mozku a účinek anestezie je právě spojen se změnami v neuronálních sítích. Právě přerušením talamokortikálních spojů účinkem anestetik dochází k bezvědomí.

Stará farmaka – nové mechanismy účinku

Každý den se klinický anesteziolog setkává s farmaky, která běžně používá již několik desetiletí – např. pethidin nebo methadon nebo etomidát. Také u poměrně nově syntetizovaných farmak se však setkáváme s překvapením při vysvětlování jejich mechanismu účinku. Jedná se třeba o benzodiazepiny, propofol nebo ketamin.

Pethidin byl syntetizován v roce 1939 O. Eislebem a O. Schaummanem, německými chemiky pracujícími u firmy Bayer. Je určen především k premedikaci nebo k pooperačnímu tlumení bolesti. S úspěchem je používán k tlumení svalového třesu po celkové anestezii. Mechanismus účinku však nebyl do nedávné doby znám, protože ultrapotentní opioid, jako je sufentanil, nebyl tak úspěšný při potlačování svalového třesu jako pethidin. Na protitřesovém účinku se navíc nepodílejí opioidní receptory, protože naloxon neinhibuje účinky pethidinu na svalové chvění. Takada a kol. [5] prokázali v pokusech in vitro i in vivo, že pethidin se váže na a₂-adrenergní receptory, a sice na populaci a_2B-adrenergních receptorů. Mechanismus je tedy stejný jako při podání a₂-agonistů, např. klonidinu nebo dexmedetomidinu.

Jednou z klinických předností etomidátu je výrazná kardiovaskulární stabilita. Tento unikátní rys je způsoben ovlivněním a_2B-adrenergních receptorů etomidátem. U divokých myší zvyšuje etomidát krevní tlak, zatímco u „knock-out“ myší s chybějícím a_2B-adrenergním receptorem nedochází ke zvýšení krevního tlaku [6].

Propofol je často vybírán pro pacienty s rizikem postoperační nauzey nebo zvracení (PONV), protože má silnou aktivitu. Současné studie prokázaly, že tento unikátní rys anestezie propofolem je způsoben nepřímou aktivací kanabinoidních receptorů. Propofol inhibuje enzym, který degraduje endogenního kanabinoidního agonistu receptoru anandamid.

Methadon je opioidní analgetikum, které se liší od klasických opioidů, jako je morfin, tím, že vedle m-opioidní agonistické aktivity působí také jako nekompetitivní antagonista na receptorech NMDA. Methadon je racemická směs levotočivého a pravotočivého izomeru. Opioidní aktivita farmaka je určována téměř výlučně levotočivým izomerem methadonu, zatímco pravotočivý izomer má NMDA antagonistický účinek. Tato unikátní struktura racemátu nám umožňuje vyšetřovat interakce mezi opioidní aktivitou a aktivitou NMDA a sledovat, jak se jednotlivé izomery podílejí na antinociceptivní a pronociceptivní aktivitě. Holtman a kol. [7] vyšetřovali antinociceptivní a hyperalgický účinek racemátu, pravotočivého a levotočivého izomeru methadonu. Zatímco levotočivý izomer působil hyperalgezii, pravotočivý izomer jako antagonista N-methyl-D-aspartátového receptoru ji nevyvolával. Pravotočivý izomer blokoval zcela vznik hyperalgezie po aplikaci morfinu a zvyšoval jeho antinociceptivní účinek.

Remifentanil je nový ultrakrátce působící opioid, který je štěpen v plazmě a v tkáních nespecifickými esterázami. Tím má velmi krátký biologický poločas 8–20 minut i kontext sensitive half time představuje pouhé 3 minuty nezávisle na délce infuze. V několika studiích bylo prokázáno, že celková anestezie s opioidní komponentou remifentanilu vede ke vzniku akutní tolerance a v pooperační době dochází k výrazné hyperalgezii. Receptory NMDA hrají důležitou úlohu ve vývoji opioidní tolerance a hyperalgezie. V pokusech in vitro na oocytech žáby drápatky vodní (Xenopus laevis) prokázal Hahnenkamp a kol. [8], že remifentanil přímo stimuluje receptory NMDA, a tím dochází ke vzniku akutní tolerance na opioidy. V případě fentanylu nebyl výskyt tolerance pozorován.

Ketamin je používán skoro 40 let v klinické anesteziologii. Za tak dlouhé období prošel stadiem euforie i zatracení. V poslední době se zjistilo, že ketamin má unikátní vlastnosti, kterých se využívá k léčení chronické bolesti i k odvrácení vzniku tolerance na opioidy. Kromě svého anestetického účinku má také protizánětlivý účinek. Mazar a kol. [9] v pokusech na myších prokázali, že ketamin podstatně redukuje úmrtnost při endotoxinové sepsi. Výrazně potlačuje produkci tumor nekrotizujícího faktoru a cytokinu IL-6. Již v subanestetických dávkách inhibuje výrazně hypotenzi a metabolickou acidózu u myší v sepsi. Účinek nastupuje již za 20–30 minut po aplikaci, v této době dochází k velmi významnému zvýšení hladiny adenosinu v plazmě i v peritoneu. Protizánětlivý účinek ketaminu je zprostředkován adenosinem a jeho vazbou na adenosinový A_2A-receptor. Antagonisté tohoto receptoru blokují protizánětlivý účinek ketaminu. Již dlouhou dobu je známo, že ketamin má také lokálně analgetický účinek, toho se nyní využívá při topické aplikaci, např. při léčbě těžkých zánětů v dutině ústní po radiaci. Ketamin byl v tomto ohledu daleko účinnější než opioidy [10]!

Nová farmaka

Ultrakrátce působící benzodiazepin

Pokračuje však i výzkum nových farmak používaných v anesteziologii. Na začátku 80. let byl syntetizován první ve vodě rozpustný benzodiazepin midazolam. Našel rozsáhlé použití v anesteziologii i v intenzivní péči. Avšak zotavení může být prodlouženo, protože midazolam tvoří aktivní metabolity a jeho metabolismus je závislý na jaterním enzymu systému cytochromu P-450. Proto jsou vyvíjeny snahy syntetizovat nový derivát benzodiazepinu, který by měl rychlý nástup a trvání účinku a přinášel by rychlé psychomotorické zotavení. Kilpatrick a kol. [11] vyvinuli nový ultrakrátce působící benzodiazepin CNS 7056. Podle použití známého už u remifentanilu má v molekule rovněž esterickou vazbu, a tak je štěpen esterázami na metabolit CNS 7054 s velmi malou farmakologickou aktivitou. V pokusech in vitro byla prokázána vysoká afinita pro benzodiazepinová vazebná místa v mozku potkana, prasete i člověka. V pokusech na laboratorním potkanovi trvala ztráta reflexu polohy po intravenózní aplikaci méně než 10 minut. Předchozí podání flumazenilu zabránilo účinku CNS 7056.

Sugammadex

Také v oblasti svalových relaxancií došlo k výraznému pokroku. Myorelaxancia jsou běžně používána v průběhu chirurgického výkonu k svalové relaxaci anestezovaných pacientů. Rizikem při jejich použití je výskyt reziduální nervosvalové blokády, který může přispět k vývoji pooperačních plicních komplikací a k zvýšení pooperační morbidity a mortality. Současný výzkum uvádí, že u 12 % pacientů, kteří mají výborné klinické hodnocení zotavení z nervosvalové blokády, hrozí dosud riziko reziduálního bloku. Mnozí anesteziologové i v dnešní době stále spoléhají pouze na jednorázové klinické zhodnocení stavu pacienta s konstatováním, že došlo k zotavení z neuromuskulární blokády, než na objektivní, popř. opakované měření relaxometrem.

Výskyt reziduální blokády lze snížit farmakologickým podáním antagonistů cholinesterázy, především neostigminu a edrofonia. Obě farmaka však mají cholinergní účinky. Ovlivňují především kardiovaskulární a gastrointestinální systém. Často dochází k bradykardii a ke zvýšené salivaci. Antagonisté acetylcholinesterázy nejsou kromě toho účinní při hluboké nervosvalové blokádě, tj. v časné fázi po podání myorelaxancia, popř. po podání opakovaných dávek nebo po aplikaci dávky před nečekaným zkrácením operačního výkonu. Zcela novou koncepci představuje látka sugammadex, g-cyklodextrin, který selektivně váže svalové relaxans (obr. 5) [12]. Po intravenózním podání rychle obalí (enkapsuluje) molekuly steroidních relaxancií, převážně rokuronia, a znemožní tak jejich účinky na acetylcholinovém receptoru. Není účinný pro antagonizaci svalové relaxace po podání myorelaxancií ze skupiny benzylizochinolinů – cisatrakuria či mivakuria.

Cyklodextriny jsou cyklické oligosacharidy, které byly objeveny v 19. století jako krystalický vedlejší produkt při degradaci škrobu. Mají kulovitou strukturu s hydrofilním povrchem, který způsobuje, že cyklodextriny jsou vysoce rozpustné ve vodě; zároveň mají schopnost vázat hydrofobní molekuly uvnitř centrální dutiny. Nejčastěji je označujeme jako a, b, g podle počtu glukózových jednotek 6, 7, 8. V medicíně jsou často používány jako látky pro rozpouštění vysoce nerozpustných farmak. Jsou také používány k zlepšení farmakodynamických a farmakokinetických parametrů farmak podávaných nazálně, transdermálně nebo rektálně. Jedná se především o opioidy, benzodiazepiny a nesteroidní antirevmatika. Jsou dále používány v přípravcích s řízeným uvolňováním farmak.

Podrobné studie za pomoci rentgenové krystalografie a nukleární magnetické rezonanční spektroskopie zjistily, že sugammadex tvoří komplex s rokuroniem; vazba molekuly rokuronia nastává uvnitř cyklodextrinů. Lipofilní vnitřek molekuly sugammadexu enkapsuluje lipoidní steroidní struktury rokuronia, a vytvoří tak komplex v poměru 1 : 1. Negativně nabité karboxylové skupiny sugammadexu snadno přitáhnou pozitivně nabitý kvarterní dusík rokuronia [13].

Se sugammadexem se uskutečnily četné studie na různých druzích laboratorních zvířat, především na morčatech, kočkách a primátech. U makaka rhesus vede rokuronium v dávce 0,1 mg/kg ke 100% nervosvalové blokádě. Spontánní zotavení trvá 28 minut. Po aplikaci sugammadexu v dávce 0,5 mg/kg nastalo zotavení za 3,7 minuty a při dávce 1 mg/kg dokonce 1,9 minuty (TOF > 0,9). V další studii de Boer a kol. [14] v pokusech na opicích makak rhesus testovali délku biologického poločasu sugammadexu. Rokuronium v dávce 0,1 mg/kg vedlo k 100% nervosvalové blokádě, poté byl podán sugammadex v dávce 1 mg/kg a během tří minut došlo k úplnému antagonizování nervosvalového bloku. Za dalších 15 minut bylo opět podáno rokuronium v dávce 0,1 mg. Dosažený nervosvalový blok byl pouze 17 %, po 30 minutách 49 % a po 60 minutách 79 %. Z toho vyplývá biologický poločas sugammadexu u makaka rhesus 30 minut. Musíme zde přihlédnout při převodu do humánní anestezie ke specifitě primátů.

První klinickou studii u člověka provedli Gijsenbergh a kol. v roce 2005 [15]. U 29 mužů–dobrovolníků testovali účinnost při různém dávkování, farmakokinetiku a výskyt nežádoucích účinků. K relaxaci byla podána intubační dávka rokuronia 0,6 mg/kg. Za tři minuty po nástupu relaxace byl aplikován sugammadex v dávce 0,1 až 8 mg/kg i.v. Neuromuskulární blokáda byla měřena akceleromyografem (TOF – SX – Organon). K obnovení TOF na 0,9 došlo po podání dávky sugammadexu 2–4 mg za 2–3 minuty. Při nejvyšší dávce 8 mg/kg bylo dosaženo zotavení dokonce během jedné minuty. Při aplikaci sugammadexu u neanestezovaných dobrovolníků byl výskyt nežádoucích účinků nízký. Vyskytly se: mírný pokles krevního tlaku, nauzea, parestezie, změna chuti po dobu 30 minut od aplikace a sucho v ústech, které trvalo 1–2 hodiny.

Celková plazmatická clearance sugammadexu je přibližně 120 ml/min, distribuční objem je 18 litrů. Biologický poločas je přibližně 100 minut. Vyloučené množství látky závisí na dávkování, během 24 hodin se močí vyloučilo mezi 59–80 % sugammadexu.

Cyklodextriny jsou vysoce rozpustné ve vodě, neváží se na plazmatické bílkoviny, nemají vlastní biologickou aktivitu, a proto je nepravděpodobný výskyt podstatnějších nežádoucích účinků. Pokusy na zvířatech ukázaly, že sugammadex je vysoce účinný při antagonizování nervosvalové blokády způsobené rokuroniem. O něco méně účinný je u dalšího steroidního relaxancia vekuronia a nejméně účinný je u pankuronia [16]. Zotavení z nervosvalové blokády je podstatně kratší než při spontánním zotavení. Vazba volného rokuronia sugammadexem vede k jeho poklesu v krvi a následně na nervosvalové ploténce. Rokuronium se tak stává méně dostupné pro blokádu nikotinových receptorů nervosvalové ploténky. Tím dochází k obnovení svalové aktivity.

Experimentální a klinické studie ukazují, že použití sugammadexu představuje mílový krok při použití steroidních svalových relaxancií. Již dnes je jisté, že přispěje ke zvýšení bezpečnosti a ke snížení výskytu reziduální blokády při užití steroidních svalových relaxancií.

Alternativní způsoby aplikace anestetik

Kromě syntézy nových farmak se stále častěji setkáváme se snahami o alternativní způsoby podání již syntetizovaných farmak, která jsou používána v klinické anesteziologické praxi již několik desetiletí. Takovým příkladem je propofol, intravenózní hypnotikum. Tejura a spol. testovali na skupině dobrovolníků 20% propofol obsahující v 1 ml 200 mg farmaka ve formě linguálního spreje [17]. Dávky propofolu LS byly 20 mg, 40 mg a 60 mg. Subjektivní a objektivní data ukázala, že linguální sprej je zcela bezpečný a dobře tolerovaný. Nástup účinku byl pozorován již za 4 minuty od aplikace. Vrchol plazmatické hladiny byl dosažen během 10–15 minut od aplikace. Z nežádoucích účinků byly pozorovány závratě a nauzea. Vedle propofolu je připravována také transbukální aplikace antiemetika ondansetronu, zolpidemu a alprazolamu.

Potenciální neurotoxické účinky anestetik

Anesteziologové jsou zvyklí myslet v krátkých časových úsecích. Anestetika, která používají, jsou nejvíce účinná a nejrychleji působící farmaka v celé klinické medicíně. Výrazné změny základních fyziologických parametrů nastupují rychle a máme za to, že účinek naší farmakologické intervence vymizí téměř tak rychle, jak začal, bez dlouhodobých následků. Nikde jinde není změna tak výrazná jako u mozku – orgánu, který je nejtěsněji spojen s naší identitou. Hluboké kóma doprovázené potlačením reflexní aktivity přesahuje kritéria, která jsou vyžadována pro diagnózu mozkové smrti. Bezvědomí je následováno bdělostí. Úplná amnézie je stupňovitě nahrazována normální paměťovou funkcí.

Důvěra v celková anestetika jako v zázračná farmaka s hlubokými, ale plně reverzibilními účinky na většinu kritických orgánů charakterizuje přístup větší části zdravotnického personálu. Je zastávána domněnka, že když se farmaka vyloučí z těla, organismus se vrátí do toho samého stavu, jako byl před anestezií. Současná laboratorní data svědčí o tom, že je čas přehodnotit tuto domněnku. Zdá se, že farmaka, která přinesla revoluci v medicíně před více než 150 lety, mají vedle hlubokých bezprostředních účinků také jiné, jemné, ale měřitelné dlouhodobé následky.

Před více než 10 lety byla prokázána schopnost celkových anestetik indukovat změny v genové expresi mozku. Tyto změny v genové expresi přetrvávají dlouho poté, co byly anestetické látky vyloučeny z organismu. V hippocampu starých potkanů přetrvávala exprese četných genů ještě za 48 hodin po podání inhalačních anestetik. Význam většiny pozorovaných změn v expresi genů zůstává však nejasný. Nedává odpověď na otázku, zda organismus, který se zotavuje z celkové anestezie bez zjevného ovlivnění své homeostázy, je „identický“ s organismem, který byl anestezován [18].

Lidský genom obsahuje 30 000–40 000 genů. Počet proteinů však přesahuje jeden milion. Více proteinů je syntetizováno z jednoho genu. Nové technologie jako dvojdimenzionální polyakrylamid gelová elektroforéza a hmotnostní spektrometrie umožnily analyzovat účinek anestezie na proteiny savců. Fütterer a kol. [19] testovali účinek 3hodinové anestezie 7,5% desfluranem ve směsi se vzduchem u laboratorních potkanů na proteiny mozku. Pak vyšetřovali homogenáty celého mozku bezprostředně po skončení anestezie, za 24 hodin a za 72 hodin. Přitom srovnávali cytosolové proteiny získané v uvedených časových úsecích a porovnávali je s proteiny, které byly získány u neanestezovaných potkanů. Více než 1000 proteinů bylo současně testováno v mozku potkana. Přitom bylo zjištěno, že hladina některých proteinů klesla až na 60 % kontrolních hodnot a hladina jiných proteinů se naopak zvýšila až na 179 % kontrolní hodnoty. Změny přetrvávaly až do 72 hodin po vystavení účinkům desfluranu, tedy značně déle, než je metabolismus tohoto inhalačního anestetika. Význam těchto změn není dosud znám. Ale výsledky těchto experimentů nám na molekulární úrovni ukazují, že celková anestezie není tak reverzibilní, jak je uvedeno v její základní definici. Za určitých podmínek však mohou být dlouhotrvající změny výhodou anestezovaného subjektu. Protekce myokardu proti ischémii (preconditioning) inhalačních anestetik je spojována se změnami proteinů v myokardu. Současná data také ukazují, že existuje anestetický preconditioning rovněž pro nervovou tkáň.

Předpokládaným mechanismem Alzheimerovy choroby a pravděpodobně i dalších neurodegenerativních chorob je nekontrovatelná oligomerizace (mikroagregace) peptidů nebo proteinů, které se normálně vyskytují v lidském mozku. Tato oligomerizace pak vede k neurotoxickým účinkům. Dochází ke změnám sekundární struktury četných bílkovin. Oligomery tvoří charakteristické fibrily, které jsou základem plaků vyskytujících se při Alzheimerově chorobě.

Oligomery jsou značně toxické a ovlivňují i tvorbu buněčných forem učení a paměti. Laboratorní studie in vitro a in vivo ukázaly, že fyzikálně-chemická povaha inhalačních anestetik může podporovat změny v sekundární struktuře bílkovin a tvorbu oligomerů. Eckenhoff a kol. [20] prokázali in vitro, že halothan a izofluran v suspenzi proteinů výrazně akcelerují oligomerizaci proteinů. Odstranění halothanu po hodinovém účinku ze suspenze proteinů nevede k reverzibilitě tohoto procesu. Většina klinických prací z této oblasti se snaží prokázat přímé spojení mezi účinkem anestetik a zhoršením kognitivních funkcí. Celková anestetika ovlivňují učení a paměťové funkce. Dočasný výskyt amnézie je vysoce žádoucí komponentou celkové anestezie. Protrahované zhoršení paměti je však důležitou komponentou tzv. pooperační kognitivní dysfunkce. U laboratorních potkanů byla testována schopnost získat nové informace pod vlivem anestetik. Byli vystaveni po dobu 2 hodin účinku 1,2 % izofluranu spolu se 70 % oxidu dusného a 30 % kyslíku na orientaci v bludišti. Byla použita zvířata stará 6 měsíců (dospělá) nebo zvířata stará 18–20 měsíců (stará). Ukázalo se, že u starých potkanů dochází k déle trvajícím změnám učení a paměti než u dospělých zvířat [21]. Účinky zůstávají měřitelné do 8 týdnů od anestezie! Přitom akvizice nových informací je citlivější na účinek farmak než vybavení již skladovaných informací.

Ještě větší změny pozorujeme u nezralého mozku. Anestetika působí především na GABAergní a glutaminergní neurotransmiterový systém. Všechna klinicky užívaná celková anestetika zvyšují účinek GABAergních receptorů nebo blokují N-methyl-D-aspartátové (NMDA) receptory nebo ovlivňují obojí. Ovlivnění těchto receptorů přispívá k podstatným změnám celkové anestezie [22].

Neurotransmitery se však neuplatňují pouze jako přenašeči v synaptické transmisi v CNS, ale působí také během vývoje jako tzv. epigenetické faktory pro kontrolu důležitých biologických procesů zahrnujících buněčnou proliferaci, migraci neuroblastů a zrání dendritů. Tyto efekty jsou zprostředkovány parakrinním difuzním způsobem účinku neurotransmiterů kontrastujícím s více cíleným rychlým způsobem účinku na synapsi. V současné době se hromadí důkazy o tom, že celková anestetika skutečně interferují s diferenciací neuronů a jejich přežitím. U lidského embrya se GABA pozitivní buňky vyskytují již od 6. týdne od oplození. Je to období, kdy začíná formování mozku. Glutamát, nejdůležitější excitační aminokyselina v dospělém CNS, je také jedním z nejdůležitějších neurotransmiterů při vývoji mozku. Kmenové buňky mozku, migrující neuroblasty a nezralé neurony mají specifické receptory pro tyto neurotransmitery. GABA a glutamát slouží jako chemické signály, které řídí množství morfogenetických procesů během vývoje mozku. Synaptogeneze a tvorba nervových sítí probíhá u člověka během posledního trimestru těhotenství a přinejmenším v prvních letech lidského života. V modelech in vitro a in vivo bylo prokázáno, že GABA a glutamát zvyšují délku a hustotu dendritů i hustotu synapsí. Farmakologická blokáda receptorů NMDA může ovlivnit růst a hustotu dendritů.

Delikátní rovnováha mezi excitačními a inhibičními synapsemi je klíčem k vývoji neuronálních sítí. Důležitým zdrojem našeho poznání jsou tzv. knock-out zvířata, u nichž jsou deficitní GABAergní nebo glutaminergní signální cesty. Snažíme se pochopit úlohu těchto molekul během kritických period vývoje neuronálních sítí. U transgenních zvířat s nefunkčními receptory NMDA dochází ke zvýšení apoptózy v několika oblastech mozku v průběhu synaptogeneze a tato zvířata umírají krátce po porodu. Generace „knock-out“ zvířat s nefunkčními receptory NMDA, které jsou lokalizovány pouze v kůře mozkové, nám dovoluje studovat vývoj kůry během časného postnatálního života. Tyto experimenty zjistily důležitou úlohu při vývoji např. somatosenzorických oblastí kůry nebo vizuálních oblastí kůry mozkové.

Fetální alkoholový syndrom je dramatickou klinickou demonstrací toho, jak exogenní ovlivnění GABAergních a glutaminergních signálů může ovlivnit vývoj mozku. Podání ethanolu, který má NMDA antagonistické a GABA mimetické účinky, březím hlodavcům vyvolává poruchy ve vrstvách kůry mozkové, neuronální ektomie a redukuje tloušťku kůry mozkové v období porodu. Je skutečností, že ethanol inhibuje proliferaci neuronálních prekurzorových buněk a zhoršuje jejich migraci. Indukuje smrt rozsáhlého počtu neuronů, a tím dochází k redukci velikosti mozku a k vývoji změn chování spojených s fetálním alkoholovým syndromem. Na rozdíl od zralých buněk jsou diferencované neurony méně senzitivní k farmakologické modulaci GABAergní a glutaminergní signalizace.

Dosavadní pokusy na zvířatech prokázaly potenciální neurotoxický účinek běžně používaných anestetik, např. ketaminu, midazolamu a oxidu dusného na vyvíjející se mozek [23]. Účinkem anestetik dochází k výrazné apoptóze neuronů v určitých oblastech mozku. Při kombinaci anestetik je tento účinek často ještě výraznější. Výsledky byly získány převážně v pokusech na hlodavcích, ale také na primátech. Data získaná od člověka dosud neexistují, proto je nutno zachovávat jistou opatrnost při převodu dat získaných z pokusů na zvířatech na člověka. Proto dosud nejsou dostatečné podklady pro změnu klinických protokolů celkové anestezie. Kromě toho existují na druhé straně práce, které demonstrují neuroprotektivní a protizánětlivé účinky anestetik. Je naléhavě nutný další výzkum v této oblasti v pokusech na zvířatech i získání klinických studií u člověka např. po opakovaných anesteziích v nejranějším věku nebo naopak v pozdní senescenci.

Pohlavní rozdíly v účinku farmak

U celé řady farmak používaných v anesteziologii byly popsány výrazné rozdíly mezi pohlavími. Například k-opiátoví agonisté pentazocin nebo nalbufin jsou analgeticky výrazně účinnější u žen než u mužů. Citlivost na svalová relaxancia je u žen vyšší než u mužů. Nástup účinku rokuronia je rychlejší u žen než u mužů a účinek trvá déle. Emetický účinek morfinu je u žen více vyznačen než u mužů. Při hodnocení pohlavních rozdílů v účincích anestetik však musíme přihlédnout k fázi menstruačního cyklu v době podání farmaka. Byly zjištěny významné rozdíly mezi luteální a estrogenní fází menstruačního cyklu. Také MAC inhalačních anestetik je ovlivňován hormonálními změnami. Ženy v časném těhotenství mají nižší MAC pro izofluran nebo enfluran.

Farmakogenetika

Anestezie podobně jako ostatní obory medicíny představuje vždy směs vědy a umění. Reakce dvou pacientů na stejnou dávku anestetika není přesně stejná. Dosud neumíme předpovědět, jak pacient bude na určitá anestetika reagovat. Jednou z cest, jak to zjistit, je farmakogenetika. Právě geneticky determinované rozdíly ve farmakodynamice a farmakokinetice modulují reakci na jednotlivá anestetika. I u zvířat byl prokázán genetický základ reakce na volatilní anestetika – na dietyléter rezistentního kmene banánové mušky (Drosophila melanogaster). Genetická citlivost na anestetika je také zakotvena u motolice (Caenorhabdis elegance). Následné studie prokázaly vliv genetických faktorů na spotřebu inhalačních anestetik u hlodavců a koček. U člověka je takovým příkladem účasti genetických faktorů na průběh celkové anestezie nestandardní účinek pseudocholinesterázy, halothanové hepatitis a maligní hypertermie. Za normálních okolností nastane zotavení z neuromuskulárního bloku za 5–10 minut po aplikaci suxametonia v dávce 1–1,5 mg/kg. Při jedné atypické alele pro pseudocholinesterázu (heterozygotní exprese) je výsledkem méně účinná plazmatická pseudocholinesteráza (butyrylcholinesteráza). U těchto pacientů je po aplikaci suxametonia prodloužen jeho svalově relaxační účinek 3–8krát oproti normálu. Při atypických obou alelách (homozygotní exprese) se může účinek prodloužit až 60krát. Maligní hypertemie je hypermetabolická porucha skeletálních svalů, která je spojena s velkým vzestupem tělesné teploty až na 43 °C. U přibližně jednoho z 15 000 dětí a jednoho z 15 000 dospělých dochází k maligní hypertemii. Farmakogenetické studie prokázaly variabilitu v genu pro ryadinový receptor, kde přibližně v 50 % případů maligní hypertermie došlo k mutaci tohoto genu.

Halothanem indukovaná hepatitis je výsledkem imunologické odezvy na jeho metabolity, které jsou zpracovávány cytochromem CYP2E1. Vyskytuje se přibližně u 1 z 10 000 pacientů [24].

Také etnika se odlišují geneticky při farmakodynamice a farmakokinetice anestetik. Např. byly nalezeny výrazné rozdíly v síle účinku a jeho délce u svalového relaxancia rokuronia mezi chirurgickými pacienty tří zemí – Rakouska, Ameriky (bílí) a Číny (Číňané kmene Han). Různé etnické skupiny mají odlišnou reakci na celková anestetika. Nejnověji Ezri a kol. [25] studovali závislost MAC (minimální alveolární koncentrace sevofluranu) na etniku. Zjistili, že evropští židé mají nejnižší MAC – 1,9 % (rozptyl 1,81–1,99 %), nejvyšší měli kavkazští židé – 2,32 % (2,27–2,41 %). Orientální židé s 2,14 % se nacházeli uprostřed těchto hodnot (2,06–2,22 %). Rozdíly v MAC mezi jednotlivými skupinami představovaly tedy až 24 %.

Na genetické variabilitě účinku farmaka se podílejí odchylky enzymů, které je metabolizují. Polymorfismus systému cytochromu P-450 ovlivňuje účinek celé řady farmak, např. kodeinu, benzodiazepinu, tricyklických antidepresiv i nesteroidních analgetik. Citlivost na akutní i chronickou bolest ovlivňují mutace v m-opiátových receptorech nebo v melanokortinovém receptoru [26]. U zrzavých lidí s mutací melanokortinového receptoru dochází ke zvýšení citlivosti na termální bolest, a naopak jsou více rezistentní na subkutánní aplikaci lidokainu. Zrzavé ženy potřebují o 19 % vyšší koncentraci desfluranu k potlačení pohybů na nociceptivní elektrické stimuly [27].

Chronofarmakologie

Na účinky farmak mají také podstatný vliv cirkadiánní rytmy. Chronofarmakologie dále studuje vliv podání farmak v různých obdobích dne na jejich účinek. Také se zabývá farmaky vyvolanou alterací biologických rytmů. Rozdílná doba aplikace farmak může ovlivnit jejich farmakodynamiku a farmakokinetiku. U savců je centrálním pacemakerem nucleus suprachiasmaticus v hypotalamu. Hlavním synchronizátorem biologických rytmů je světlo. V synapsích tohoto jádra je neurotransmiter GABA a neuropeptid Y.

Časová závislost aplikace na síle účinku byla prokázána u četných anestetik [28]. Jsou to především lokální anestetika. Délka účinku intratekálně aplikovaného sufentanilu k analgezii při porodu kolísá v průběhu 24 hodin až o 30 %. Výrazná variabilita byla prokázána v penetraci lokálního anestetika do srdce a CNS s vrcholem účinku v 10 hodin pro tkáně srdce. Maximální průnik do CNS pro bupivakain, etidokain a mepivakain byl zjištěn v 10, 16 resp. ve 22 hodin. Také při transdermální aplikaci lidokainu u potkanů bylo zjištěno, že dochází k výrazně vyšší plazmatické koncentraci po ranní aplikaci. Délka epidurální analgezie při porodu s ropivakainem činila mezi 13.–19. hodinou 117 6 23 minut. Byla výrazně delší než v noci mezi 19.–01. hodinou, kdy činila 91 6 23 minut. Délka anestezie artikainem v ambulantní stomatologické praxi byla největší při aplikaci tohoto lokálního anestetika okolo 15. hodiny. Na chronofarmakologickém účinku farmak se podílejí cirkadiánní změny v permeabilitě buněčných membrán. Rozdíly v chronokinetice různých farmak můžeme vysvětlit cirkadiánními variacemi v jejich distribuci, vazbě na proteiny a v metabolismu. V pokusech na myších a potkanech bylo prokázáno, že barbituráty jsou nejtoxičtější časně ráno. Také délka účinku barbiturátů (sleeping time) kolísala od 53 minut (9 hodin ráno) až k 90 minutám ve večerních hodinách. Anestezie potkanů althezinem byla delší o 20 % ve 12 hodin oproti délce trvání anestezie podané v 6 hodin ráno. Také účinek svalových relaxancií kolísá v průběhu dne, protože se mění jejich plazmatická clearance, která byla nejvyšší večer a nejnižší ráno.

Léčba bolesti v posledním desetiletí se začíná orientovat na optimální způsoby aplikace. Četné studie jsou zaměřeny na cirkadiánní změny v nocicepci. Cyklická variabilita v percepci bolesti může předpovědět rytmické změny ve spotřebě analgetik pro určitého jednotlivce vzhledem k typu operačního výkonu. Stupeň tlumení bolesti může být výrazně ovlivněn manipulací časem při aplikaci analgetika. Ostatně to také potvrzují studie při analgezii aplikované pacientem. U myší byl maximální analgetický účinek morfinu pozorován v aktivní periodě ve 21 hodin, zatímco minimální analgetický účinek byl během odpočinku v 15 hodin.

Podobně jako při pokusech na zvířatech hrají cirkadiánní rytmy důležitou úlohu při velikosti senzorického prahu bolesti u člověka. Chladový podnět aplikovaný na gingivu byl nejúčinnější ve 3 hodiny ráno, rozdíl v průběhu 24 hodin byl 35 %. Citlivost zubu byla nejnižší mezi 15.–18. hodinou s vrcholem intenzity bolesti v 8 hodin ráno se zvýšením bolestivosti o 160 %.

V současné době máme již dobré vědomosti o původu cirkadiánních rytmů a jejich vlivu na farmakodynamiku a farmakokinetiku různých farmak. Naše vědomosti o vlivu chronobiologie na účinky anestetik jsou však dosud skromné. V budoucnosti jistě dobrá znalost chronofarmakologie umožní přesné časové podání různých anestetik a tím maximalizaci jejich účinku.

Rozvoj oboru anesteziologie, resuscitace je v posledním desetiletí fascinující. Stále hlouběji pronikáme do molekulárních mechanismů účinků, s pomocí nových zobrazovacích technik mapujeme účinek jednotlivých anestetik v různých oblastech mozku. Pokroky v genetice nám umožňují přizpůsobit výběr farmak pro celkovou anestezii individuálně určitému jedinci.

Práce vznikla s podporou grantu NR/9369 a grantu ZHN č. MOOFVZ0000501.