3.1. Śmierć mózgu
advertisement
UNIWERSYTET MIKOŁAJA KOPERNIKA W TORUNIU WYDZIAŁ HUMANISTYCZNY kierunek: kognitywistyka MAŁGORZATA WISŁOWSKA PRÓBA OMÓWIENIA ZAGADNIENIA ŚWIADOMOŚCI NA PODSTAWIE PRZYKŁADÓW JEJ ZABURZEŃ PROMOTOR: PROF. WŁODZISŁAW DUCH Toruń 2012 1 Spis treści Wstęp ......................................................................................................................................... 3 Rozdział 1. Zagadnienia ........................................................................................................... 4 1.1. Consciousness - przytomność 1.2. Awareness - świadomość 1.3. Arousal – czujność, reaktywność (?) 1.4. Attention - uważność Rozdział 2. Biologiczne podstawy świadomości Rozdział 3. Zaburzenia przytomności 3.1. Brain Death – śmierć mózgu 3.2.Coma - śpiączka 3.3.Vegetative State [VS] – stan wegetatywny 3.4.Minimally Conscious State [MCS] – stan minimalnej świadomości 3.5.„Locked-in” Syndrome [LIS] Rozdział 4. Problemy w klinicznym odróżnianiu różnych stanów zaburzeń świadomości Rozdział 5. Metody obrazowania mózgu i jego aktywności u osób z zaburzeniami świadomości (?) 5.1.fMRI 5.2.PET 5.3.EEG 5.4.ERP SEP Rozdział 6. Sposoby badania różnic pomiędzy różnymi stanami zaburzenia świadomości 6.1.Local-Global Odball Paradigm 6.2.Multisensory Integration 6.3.Theory Of Mind Paradigm 6.4.Auditory Selective Attention Paradigm 6.5.Antonym Sentence Paradigm Bibliografia 2 Wstęp 3 Rozdział 1 Zagadnienia związane z przytomnością [7] 1.1. Consciousness (przytomność) Na przytomność składają się dwa główne komponenty: świadomość, czyli element jakościowy, oraz arousal, czyli element ilościowy. O ile druga część zdaje się nie wzbudzać kontrowersji co do definicji, to ta pierwsza będąca podstawą sporów sprawia, że sama przytomność nie może zostać uznana za jednoznaczne pojęcie, które można obiektywnie badać. 1.2. Awareness (świadomość) Świadomość zależy od prawidłowego współ-funkcjonowania kory mózgowej i jej połączeń podkorowych [3]. Wiele trudności dostarcza już sama próba jej definicji, co jest bardzo kłopotliwe nie tylko z filozoficznego punktu widzenia, ale również dlatego, że stopień jej występowania odróżnia dwa stany zaburzenia przytomności: Vegetative State, gdzie nie 4 obserwuje się z definicji żadnych oznak świadomości, oraz Minimal Conscious State, gdzie ta świadomość zaczyna się pojawiać na fluktuującym poziomie. 1.3. Arousal (czujność, reaktywność, pobudzenie) Pień mózgu stanowi podstawę i źródło arousal, dlatego podstawowym sposobem jego badania jest sprawdzanie odruchów pniowych [3]. Należy przy tym pamiętać, że brak odruchów pniowych nie jest jednoznacznym symptomem utraty arousal i nie może być traktowane jako jedyna podstawa diagnozy. 1.4. Attention (uważność, uwaga) Choć często mylona ze świadomością, uwaga nie tyle jest czymś innym, co ma odwrotny efekt [11]. 5 Rozdział 2 Biologiczne podstawy świadomości [3] ślepowidzenie – widzenie bez świadomości precuneus, angular gyri, anterior cingulate gyri, adjacent structures - [20] [21] 6 Rozdział 3 Zaburzenia przytomności [19] Dzięki współczesnemu postępowi medycyny, coraz większą ilość ludzi doznających urazu mózgu (np. na skutek niedokrwienia) udaje się uratować. Jednak długa droga wiedzie od przeżycia do odzyskania całkowitego zdrowia, w tym pełnych zdolności kognitywnych, a zwłaszcza świadomości. Zaburzenia świadomości stanowią szeroką gamę schorzeń, które z neurobiologicznego punktu widzenia różnią się od siebie głównie stopniem występowania awareness oraz wakefulness. Prawidłowa diagnoza pacjenta jest bardzo istotna. Każdy stan to inne prognozowanie, inna nadzieja dla rodziny, a wreszcie inne traktowanie prawne (w przypadku MCS, w przeciwieństwie do VS, istnieje prawny obowiązek reanimacji). Natomiast codzienna praktyka pokazuje, jak trudne jest to zadanie. Błędne rozpoznania to nawet 40% wszystkich diagnoz [1]. 7 3.1. Śmierć mózgu Śmierć mózgu jest to moment w którym można prawnie odłączyć pacjenta od oprzyrządowania medycznego, a po uzyskaniu odpowiednich zgód i zaświadczeń można wykorzystać jego organy wewnętrzne. [3] Śmierć mózgu jest różnie traktowana przez różne kraje Europejskie, które nakładają różnorakie restrykcje związane z postawieniem legalnej i prawidłowej diagnozy, zwłaszcza pod względem wykonywanych testów potwierdzających objawy kliniczne. Rozróżnia się również śmierć mózgu jako śmierć całego mózgu, lub tylko pnia mózgu (np. Wielka Brytania) [4]. W Polsce najaktualniejszym dokumentem opisującym wytyczne jest obwieszczenie Ministra Zdrowia z dnia 17 lipca 2007 roku [5], gdzie „rozpoznanie śmierci mózgu opiera się na stwierdzeniu nieodwracalnej utraty jego funkcji” [6]. Wspólna dla wszystkich krajów jest w części klinicznej badania konieczność stwierdzenia utraty wszystkich odruchów pniowych i brak oddechu [3]. 3.2. Śpiączka Śpiączka jest to stan utraty zarówno elementu ilościowego jak i jakościowego przytomności. Z klinicznego punktu widzenia jest to stan trwający dłużej niż godzinę, charakteryzujący się leżącą postawą z zamkniętymi oczami, oraz występuje brak zachowanego cyklu snu i czuwania. W odróżnieniu od stanu wegetatywnego, pacjent znajdujący się w śpiączce nie doświadcza, nawet na skutek stymulacji zewnętrznej, okresów podniesionej arousal, oraz spontanicznie nie otwiera oczu [3]. 8 Śpiączka może nastąpić na skutek traumatic brain injury [TBI] lub non-traumatic brain injury. Rokowania są znacznie lepsze w przypadku TBI: 23% VS i 28% MSC wyzdrowieje. W przypadku non-TBI, szanse wynoszą odpowiednio: 1% w przypadku VS, oraz 26% w przypadku MSC [10]. 3.3. Stan wegetatywny Stan wegetatywny jest to stan zaburzenia przytomności, w którym nie ma żadnych śladów występowania awareness, ale poprawia się wakefulness. U pacjentów znajdujących się w tym stanie może pojawić się spontaniczne otwieranie oczu, oddech, czy bezcelowe poruszanie kończynami [2]. Nie obserwuje się jednak umyślnej reakcji na bodźce wizualne, słuchowe, dotykowe czy nawet bólowe [1]. Sam przymiotnik „wegetatywny” sugeruje stan, w którym organizm jest zdolny do wzrostu i rozwoju, ale już nie do posiadania odczuć i myśli (w przeciwieństwie do stanu minimalnej świadomości). Jeżeli pacjent pozostaje pod tą postacią dłużej niż trzy miesiące po traumatic brain injuty [TBI], lub dłużej niż 12 miesięcy po non-traumatic brain injury, określa się ten stan jako trwały stan wegetatywny (persistent vegetative state [PVS]) [3]. Jednym z lepiej znanych przykładów PVS jest przypadek Terri Schiavo, Amerykanki, która była podtrzymywana przy życiu przez 15 lat, aż w końcu, w 2005 roku, na mocy wyroku sądowego zaprzestano jej sztucznego odżywiania, na skutek czego nastąpił zgon [8]. Pośmiertna sekcja wykazała, że jej mózg w chwili śmierci ważył 615 gramów (średnia waga mózgu dorosłej kobiety to ok. 1225 gramów, czyli 2% masy ciała). Jej kora mózgowa była znacznie zdegenerowana, włączając w to ośrodek wzroku. Jest to medyczny dowód na to, że wbrew wrażeniom, które można było doznać oglądając nagrania z filmem, na który znajduję się matka pani Schiavo wraz z córką, pani Terri nie była w stanie komunikować się na migi. [8] 9 Ani VS ani PVS nie są stanami nieodwracalnymi. 3.4. Stan minimalnej świadomości Termin „Stan minimalnej świadomości” (minimally conscious state [MCS]) został wprowadzony w roku 2002 przez Aspen Neurobehavioral Conference Work Group, w celu wyróżnienia tych pacjentów z grupy znajdujących się w VS, którzy mają zachowaną, choć w ograniczonym stopniu, świadomość [1]. Podstawowymi narzędziami klinicznymi umożliwiającymi wstępne zakwalifikowanie pacjenta jako znajdującego się w MCS są skala CRS (Coma Recovery Scale) badająca takie aspekty jak: świadomość, komunikację, werbalizację, funkcje ruchowe, wizualne i słuchowe, oraz GCS (Glasgow Coma Scale) oceniająca otwieranie oczu, kontakt słowy i reakcję ruchową. Pacjenci znajdujący się w MCS mają większe szanse na poprawę niż pacjenci z VS, niemniej jednak również w MCS można pozostać permanentnie. 3.5. ‘Lock-in’ Syndrome ‘Lock-in’ syndrom nie jest stanem zaburzenia świadomości, choć często bywa z nim mylony. Jest to połączenie tetraplegii (porażenie wszystkich czterech kończyn) z anartrią [3]. Pacjent nie może się poruszyć ani komunikować na skutek paraliżu prawie wszystkich mięśni należących do układu somatycznego podlegającego działaniu woli, poza oczami (w przeciwieństwie do total ‘lock-in’ syndrome, gdzie oczy są również sparaliżowane)[9]. 10 Rozdział 4 Problemy w klinicznym odróżnianiu różnych stanów zaburzeń świadomości Ponieważ świadomość jest tak trudnym pojęciem do zdefiniowania, stwierdzenie jej występowania u pacjenta jest tym trudniejsze. Zwłaszcza, gdy pacjent jest ograniczony ruchowo i nie ma możliwości reakcji na stymulację, pomimo, że jest obecna u niego świadoma wola. Z tej i z innych przyczyn w dzisiejszej praktyce lekarskiej, pomimo tak ogromnego postępu medycyny w ostatnich latach, liczbę postawionych nieprawidłowych diagnoz dotyczących stanów zaburzenia świadomości szacuje się na ok. 40% [1]. Jak zostanie to omówione w kolejnych rozdziałach, dotychczas opracowano wiele sposobów badania występowania procesów kognitywnych u osób, z którymi komunikacja jest ograniczona. Każdy z nich ma swoje zalety i wady, a żaden nie jest optymalny i niezastąpiony. Niestety aspekty finansowe, techniczne, czy brak odpowiednio wykwalifikowanych kadr sprawiają, że nie są one stosowane na co dzień w szpitalach, czego konsekwencją są właśnie mało trafne diagnozy. 4.1. Przypadek 1 – świadomość u osoby ze zdiagnozowanym VS [12] W 2003 roku, 23 letnia kobieta na skutek wypadku drogowego trafiła do szpitala z TBI. Przy przyjęciu do szpitala wykonano pomiar kliniczny skalą GCS, którego wynik wynosił 4. Następie wykonano tomografię komputerową [CT], która wykazała krwotok mózgowy z wylewem krwi do lewej bocznej komory mózgu. Na podstawie tych wyników, oraz oceny klinicznej wykonanej na drodze standardowych, powtarzalnych pomiarów przez multidyscyplinarny zespół uznano, że pacjent znajduje się w stanie wegetatywnym. W 2006 roku grupa naukowców pod przewodnictwem doktora Adriana M. Owen wykonała tej pacjentce (u której w dalszym ciągu rozpoznawano cechy kwalifikujące do VS) skany mózgu za pomocą fMRI podczas wykonywania dwóch zadań (które w dalszych rozdziałach zostaną dokładniej omówione): antonym sentence paradigm oraz motor imaginery task. Pierwsze z nich wykazało obecność zachowanych zdolności do wykonywania operacji semantycznych (interesujący lewo-dolno-przedni obszar kory mózgowej wykazywał podobną aktywność jak u grupy kontrolnej). Nie świadczy to jednak jeszcze o obecności świadomości 11 u podmiotu. Drugie zadanie wykazało, że pacjent jest w stanie reagować na werbalną instrukcję badacza, co więcej, odpowiedź neuronalna była niemal identyczna z tą otrzymaną w grupie kontrolnej podczas wykonywania tego samego zadania. Podsumowując, pomimo wykonania rzetelnej oceny stanu pacjenta przez zespół medyczny okazało się, że wbrew diagnozie VS, badany bez wątpienia jest świadomy siebie oraz otoczenia. 4.2. Kolejne przypadki – zdolności kognitywne u osób znajdujących się w VS [1] Grupa badaczy prowadzona przez dra Martina M. Monti przeprowadziła badanie 54 pacjentów znajdujących się w stanie zaburzonej świadomości, przy czym 23 troje z nich znajdowało się w VS, a 31 w MCS. U wszystkich tych osób wykonano skany mózgu za pomocą fMRI podczas wykonywania dwóch zadań: Motor Imaginery Task, oraz Spatial Imaginery Task. Wyniki wykazały, że pięcioro z nich (w tym osoba opisana w poprzednim podrozdziale) jest w stanie modulować aktywność mózgu zgodnie z werbalną instrukcją badacza w zakresie dodatkowej kory ruchowej, a czworo z tej piątki w zakresie zakrętu przyhipokampowego. Dodatkowo udało się nawiązać kontakt (konwersację na zasadzie uzyskiwania odpowiedzi na pytania typu tak-nie) z jednym z tych pacjentów poprzez intencjonalne modulowanie przez niego aktywności kory mózgowej. Wszyscy wymienieni wyżej pacjenci znajdowali się w VS. Co ciekawe, żaden z pacjentów znajdujących się MCS nie wykazał oczekiwanej aktywności na skutek werbalnej instrukcji badacza (więcej na temat proponowanego wyjaśnienia w rozdziale 5). Podsumowując, grupie dra Marina M. Monti udało się wykazać umiejętność intencjonalnego modulowania aktywności kory mózgowej u 5 osób ze zdiagnozowanym VS. Innymi słowy, odnaleziono ślady świadomości u osób z definicji jej pozbawionej. 4.3. Konfrontacja oceny klinicznej z neurobehawioralną [16] 4.4. Wnioski i propozycje 12 Rozdział 5 Metody obrazowania mózgu i jego aktywności u osób z zaburzeniami świadomości (metody nieinwazyjne, przedśmiertelne [?]) Należy pamiętać, że w przypadku osób z MCS poziom świadomości nie znajduje się na jednym, stałym poziomie, ale oscyluje. Nigdy nie ma pewności, że negatywny wynik świadczy o kompletnym braku występowania świadomości u danego pacjenta, a nie tylko o jej absencji w danym momencie. Co więcej, w przypadku fMRI zdarza się otrzymać negatywne wyniki nawet u osób całkowicie zdrowych [12]. 5.1. fMRI Dużą zaletą fMRI jest jego doskonała rozdzielczość przestrzenna wynosząca 3mm (w przypadku MRI jest to 1mm). Wadami tej metody jest m.in. niemożność wykonania skanu u osoby, która nie może zostać przetransportowana do miejsca, w którym znajduje się fMRI, u osoby, która nie jest w stanie utrzymać swojej głowy w bezruchu (np. przy padaczce), czy u osoby, która ma metalowe implanty w ciele (ze względu na generowane silne pole magnetyczne rzędu 1,5 Tesla) [13]. 5.2. PET 5.3. EEG Pierwszą rzucającą się w oczy zaletą EEG, która często okazuje się być kluczowa, jest możliwość jego wykonywania przy łóżku pacjenta. W efekcie pozwala to na swobodne powtarzanie pomiarów, które jest istotne w przypadku osób z wahającym się poziomem świadomości (MCS). Ponadto rozdzielczość czasowa jest bardzo dobra, co pozwala 5.4. ERP [19] SEP [18] 13 Rozdział 6 Sposoby badania różnic pomiędzy różnymi stanami zaburzenia świadomości 6.1. Local-Global Odball Paradigm [17] 6.2. Multisensory Integration 6.3. Theory of Mind Paradigm Theory of Mind rozumiane jako zdolność do przypisywania sobie i innym stanów mentalnych w celu zrozumienia i przewidzenia działań [15]. 6.4. Auditory Selective Attention Paradigm Zadanie zaproponowane przez grupę dra Schnakersa w 2008 roku pod nazwą „Active evenrelated paradigm” [2]. 6.5. Antonym Sentence Paradigm Wykazuje istotną różnicę pomiędzy grupą kontrolną, pacjentami z VS, a pacjentami z MCS [14]. 14 Bibliografia 1. Monti MM, Vanhaudenhuyse A, Coleman MR, Boly M, Pickard JD, Tshibanda L, Owen AM, Laureys S. 2010. Willful Modulation of Brain Activity in Disorders of Consciousness. The New England Journal of Medicine 362: 579-589. 2. Fellinger R, Klimesch W, Schanakers C, Perrin F, Freunberger R, Gruber W, Laureys S, Schabus M. 2011. Cognitive processes in disorders of consciousness as revealed by EEG time-freuency analyses. Clinical Neurophysiology 122: 2177-2184. 3. Laureys S, Owen AM, Schiff ND. 2004. Brain function in coma, vegetative state, and related disorders. The Lancet Neurology 3: 537-546. 4. Haupt WF, Rudolf J. 1999. European brain death codes: a comparison of national guidelines. Journal of Neurology 246: 432-437. 5. http://pl.wikipedia.org/wiki/%C5%9Amier%C4%87_m%C3%B3zgu [dostęp z dnia: 19.12.2012] 6. Załącznik do obwieszczenia Ministra Zdrowia z dnia 17 lipca 2007: Kryteria i sposób stwierdzania trwałego nieodwracalnego ustania czynności mózgu ustalone przez specjalistów z dziedzin medycyny: anestezjologii i intensywnej terapii, neurologii, neurochirurgii oraz medycyny sądowej 7. http://www.stanford.edu/group/maciverlab/Concious.html [dostęp z dnia: 20.12.2012] 8. http://en.wikipedia.org/wiki/Terri_Schiavo_case [dostęp z dnia: 20.12.2012] 9. http://en.wikipedia.org/wiki/Locked-in_syndrome [dostęp z dnia: 20.12.2012] 10. bank danych ‘federal network for care of VS and MCS, Coma Science Group’ w Belgii 15 11. Koch C, Tsuchiya N. 2006. Attetion and consciousness: two distinct brain processes. Trends in Cognitive Science 11: 16-22. 12. Owen AM, Coleman MR, Boly M, Davis MH, Laureys S, Pickard JD. 2006. Detecting Awareness in the Vegetative State. Science 313: 1402 13. Goldfine AM, Victore JD, Conte MM, Bardin JC, Schiff ND. 2011. Determination of awareness in patients with severe brain injury using EEG power spectral analysis. Clinical Neurophysiology 122: 2157-2168 14. Shabus M, Pelikan C, Chwala-Schlegel Nicole, Weilhart K, Roehm D, Donis J, Michitsch G, Pichler G, Klimesch W. 2011. Oscillatory brain activity in vegetative and minimally conscious state during a sentence comprehension task. Functional Neurology 26: 1-6. 15. Castelli F, Happé F, Rrith U, Frith C. 2000. Movement and Mind: A Functional Imaging Study of Perception and Interpretation of Complex Intentional Movement Patterns. NeuroImage 12: 314-325. 16. Schnakers C, Vanhaudenhuyse A, Giacino J, Ventura M, Boly M, Majerus S, Moonen G, Laureys S.2009. Diagnostic accuracy of the vegetative and minimally conscious state: Clinical consensus versus standardized neurobehavioral assessment. BMC Neurology 9: 35 17. Bekischtein TA, Dehaene S, Rohaut B, Tadel F, Cohen L, Naccache L. 2009. Neural signature of the conscious processing of auditory regularities. PNAS 106: 1672-1677. 18. Amantini A, Grippo A, Fossi S, Cesaretti C, Piccioli A, Peris A, Ragazzoni A, Pito F. 2005. Prediction of ‘awakening’ and outcome in prolonged acute coma from severe traumatic brain injury: evidence for validity of short latency SEPs. Clinical Neurophysiology 116: 229-235. 19. Laureys S, Perrin F, Schankers C, Boly M, Majerus S. 2005. Residual cognitive fuction in comatose, vegetative and minimally conscious states. Current Opinion in Neurology 18: 726-733. 16 20. Kjaer TW, Nowak M, Lou HC. 2002. Reflecrive Self-Awareness and Conscious States: PET Evidence for a Common Midline Parietofrontal Core. NeuroImage 17: 1080-1086. 21. Pasquali A, Timmermans B, Cleeremans A. 2010. Know thyself: Metacognitive networks and measures of consciousness. Cognition 117: 182-190. 17
