麻酔と睡眠

脳とコンピュータもテーマに

諏訪邦夫

2000

年

1

月帝京大学市原病院

導入: 麻酔薬による犯罪と 実用性 • 某大学の医師の例 • サクシニルコリンの例 • 推理小説の例 – コナンドイル:サセックスの吸血鬼 – 清水一行:動脈列島 • 仙台の某クリニック:筋弛緩薬(剤)

麻酔と睡眠:内容 1.気道閉塞 2.「意識」の差 3.意義:生物学的な 4.メカニズム 附:麻酔のコンピュータ的説明 – 麻酔と脳とコンピュータ

気道閉塞

• ｢気道閉塞｣とは • 麻酔でも睡眠でも起こる • 睡眠で起こるのが｢鼾:いびき｣と ｢睡眠時無呼吸症候群｣ • 麻酔ではいろいろに – 実際的な意義はきわめて重要

睡眠と気道閉塞

• 気道閉塞とは • ｢鼾:いびき｣と｢睡眠時無呼吸｣ • ｢鼾｣の極型が｢睡眠時無呼吸｣ • 睡眠時無呼吸では死なない?

睡眠時無呼吸では死なない?

• 睡眠時無呼吸で直接は死なない • 苦しくなって目覚める • そのままあの世にも?｢突然死｣?

• 間接的な影響は大きい – 睡眠不足,高血圧,心障害,脳の障害?

– 人格の異常?

麻酔の気道閉塞

• いろいろなメカニズム – 麻酔薬はとてもよく｢効く薬｣ • 目覚めない!

• 脊椎麻酔の話とその危険の話 • 安全基準

脊椎麻酔とその危険の話

• 脊椎麻酔とは • 脊椎麻酔を使う手術の例 – – – – 下肢の手術:切断アキレス腱の縫合 下肢静脈瘤 下腹部の手術:ヘルニア縫合術 虫垂切除

脊椎麻酔の危険

• 脊椎麻酔で事故が多い • • – 現時点で裁判になっているものの70% 最大の原因は｢だれもケアしていない｣ 脊椎麻酔で呼吸が止まる – – – – 脊椎麻酔で患者が眠る:メカニズム不明 睡眠時無呼吸が起こる 脊椎麻酔では目覚めにくい 渡辺淳一氏の｢麻酔｣も多分これ

麻酔の安全基準：世界で １．麻酔中は麻酔担当者が常時その場に存在 ２．血圧と脈拍を５分以内毎にチェック ３．心電図：常時 ４．呼吸と循環の連続モニタ－：“連続”がミソ 呼吸：バッグの動き，気流，気道内炭酸ガス 循環：心音，動脈波形，プレティスモグラフ ５．回路の接続アラーム ６．回路の酸素濃度 ７．体温のチェック 1986年にハーバードで決り,その後世界に広まった.

安全基準と脊椎麻酔と健康保険 • 脊椎麻酔は850点,全身麻酔は6000点 • ｢麻酔担当者はなし｣の考え方が前提 – 渡辺淳一氏の｢麻酔｣もこの状況 • 麻酔事故の半分以上がこれによる事故 – 麻酔全数･手術の内容の割りに比率断然大 • つまり脊椎麻酔は｢けっこう危険!｣

麻酔と気道閉塞:その他

• 気管内チュ－ブとその異常 • 喉頭痙攣と気管支痙攣(喘息) • 気道閉塞のチェックと防止法

麻酔と睡眠:内容 1.気道閉塞 2.「意識」の差

睡眠と麻酔:

「意識」の差

• 麻酔は眠りが｢深い｣ – 睡眠では手術不可能:いくら深くても • 麻酔では｢時間経過がわからない｣ – 体内時計が止まる?

• 睡眠はそれ自体ダイナミック 麻酔は手術がダイナミック

｢睡眠はダイナミック｣とは

• 睡眠は明らかに｢相｣に分かれる – 浅い眠り(I)からごく深い眠り(IV) • それと別に｢レム睡眠｣ – 脳の睡眠でなくて身体の睡眠?

• ユメの意義

ユメの意義

• クリック(2重螺旋の発見者)の仮説 • ｢ユメは記憶の整理?｣ – 不要な記憶を｢捨てる｣プロセス?

– ｢逆学習｣(不要な学習効果を捨てる) • するとレム睡眠も脳の睡眠?

– 両方あってもいいが

麻酔が睡眠と異なる点

• 相の差がない.レム睡眠もない – 一様で平板な｢意識喪失｣ • 外界からの障害に対応できない • 時間経過がわからない:体内時計が 止まる? これが麻酔の本体?

• 疲労が取れず,｢眠った｣満足感なし

麻酔と睡眠:内容 1.気道閉塞 2.「意識」の差 3.生物学的な意義

睡眠の生物学的意義 • 脳を休める – ストレスからの回復,修復 • 身体を休める:重力場での疲労回復 • 故障の修復:修復反応は睡眠時に活発 • 成長は睡眠中に?(｢眠る子は育つ!｣)

麻酔の生物学的意義: 麻酔が｢何故必要｣か • 意識をとる – 脳へのストレスを防ぐ • 痛みをとる – ストレス反応の入力防止と出力の低下 • 全身麻酔単独より｢全身麻酔+区域麻酔｣

麻酔と睡眠:内容 1.気道閉塞 2.「意識」の差 3.意義:生物学的な 4.

メカニズム

睡眠と麻酔のメカニズム • メカニズムはいずれも不明だが • 共通する点と異なる点 • 睡眠は｢特異的｣:物質も脳の部位も • 麻酔は｢非特異的｣:物質も,多分部位も

薬物の｢特異性｣と所要量 • 大量に必要なものは｢特異性が低い｣ • 吸入麻酔薬は｢非特異的｣な薬物の代表 • 吸入麻酔薬とアルコール:｢受容体｣なし • その代わり,作用の個人差が少ない – (アルコールは代謝速度に個人差大) • 吸入麻酔薬は｢物理化学的に効く｣?

– 化学結合ではない?

麻酔薬及び関連薬物の質量数 と有効血中濃度 • • • • • • • 分子量 イソフルレン（吸入） 184 有効血中濃度(ng/dl) 100,000 麻酔薬 サイオペンタル(静注）264 20,000 プロポフォル（静注） 178 5,000 ディアゼパム（静注） 284 300 ケタミン（静注） 238 100 モルフィン（静注） 375 フェンタニル（静注） 528 65 1 • • • パンクロニウム ベクロニウム トボクラリン 732 637 771 250 筋弛緩薬 370 600

睡眠のメカニズム • 作用の中心:視床と視床下部 – – 結果的には脳全体に及ぶが 睡眠時に逆に活発に働く部位があるらしい • 司る物質は?

– 候補の一つ:プロスタグランディン?

結 論 • 睡眠と麻酔を対比して • 気道閉塞･「意識」の差･生物学的意義･ メカニズムなどを検討 • 気道閉塞は麻酔ではきわめて重要だが, 睡眠でも｢睡眠時無呼吸｣を招く • ｢意識消失｣は似ているが,相違点も多い

麻酔のコンピュータ的説明 • 麻酔とコンピュータの共通点 • 麻酔による逆行健忘 • 麻酔による時間経過感覚の喪失 – 睡眠との差 • 精神科の持続睡眠と電撃療法 • 脳波の異常・徐波化・平坦化

麻酔と脳とコンピュータ

• • • • • • 「暴れ」への対応の類似性 – 電気ショックと「リセット」 記憶の類似性 – 電気と物質，RAMとハードディスク 多機能：プログラムの類似性 高性能コンピュータと「頭のいい奴」 – 天才は何故早死にするか 熱病とコンピュータの故障 連想と夢：夢に関する仮説

麻酔と脳で判明している点

• 「麻酔状態」：入出力と処理能力 • 麻酔薬の作用は非特異的：例外あり – 受容体との結合 「ではない」 • イオンチャンネル悪化？ – 細胞環境が障害を受ける？ • 神経伝達が悪化？ – 同時に発火する細胞数が減少

麻酔薬の非特異性：

とくに吸入麻酔薬 • • • • • • • • 笑気（亜酸化窒素） N 2 O ：現用 ゼノン (キセノン)， クリプトンも ：高価 窒素は３０気圧で麻酔薬 簡単な炭化水素（C 2 H 4 ,C 3 H 6 )：燃える ハロゲン化炭化水素 （CHClCCl 2 ,CH 2 CHCl,CHCl 3 ) エーテル系： エチルエーテル，ビニルエーテル ふっ素化合物（ CF 3 CClBrH,(CF 3 ) 2 CHOCF 3 ):現用 アルコールは？（エチルアルコール，酒）

吸入麻酔薬の非特異性

• • • • もう一つの問題：濃度と量！ 吸入麻酔薬は「非常に大量に」必要 吸入麻酔薬の脳内濃度は１ｍＭ／Ｌ 麻薬は １ｎＭ／Ｌ～１ｆＭ／Ｌ – – つまり，６桁から１２桁低い． 低濃度で効くものほど特異性が高い！

麻酔の脳に対する作用は？ • 麻酔は脳を「混乱させる」 • 意識がなくなる • 外界の事象を感知しない（入力なし） • 外界に向けて行動しない（出力なし） • 自分自身のケアもできない – 各種の自己調節能が減退消滅 • 時計を遅くする? 止める?

麻酔薬の作用での判明点

• 麻酔薬の常用濃度で • 「イオンチャンネルの働きを完全に止 める」とか， • 「神経伝達を完全にブロックする」と • いうことはない！

麻酔は細胞機能を直接抑制しない • 心機能：心拍数も収縮性も正常に近い • 神経筋伝達：正常に近い • 肝機能と腎機能 • 脳が介在する機能は抑制される： – 例：呼吸,意識,脳波,痛み刺激への反応 • 深い麻酔と脳死は鑑別不能 – 麻酔科医が脳死に積極的でない理由の一つ

麻酔が｢脳にだけ効く」のは何故か • 神経伝達の「確率計算」による仮説 – 脳は「複雑系」 • 一つの伝達が一寸悪くなると，伝達の 反復は極端に悪くなる • 例：0.9の10乗は 0.35

– 図参照

Overall Probability

1.2

1 0.8

0.6

0.4

0.2

0 1 0.95

0.9

0.85

5 times 10 times

0.8

0.75

0.7

0.65

Single Probability

0.6

0.55

0.5

「単純系と複雑系」:仮説

• 単純系：細胞は多数だが，互いに情報 交換のない系：身体器官のほぼ全部 • – 麻酔薬の作用を受けにくい 複雑系：多数の細胞が高密度に情報を 交換して作用を発揮する系： 例は，脳，それに身体全体 – – 麻酔薬の作用を受けやすい 既述：確率計算から

麻酔薬の作用：仮説の系

• 単一ニューロンへの作用は弱い • その代わり何でも効く，何にでも効く • 伝達物質や受容体の性質に無関係？ • ドーパミン系，グルタメート系等々

麻酔と脳：もう一つの仮説

• 濃度と麻酔は比例する？ • 履歴効果は？ – 時間経過で深くなるなど • 臨床的には「履歴効果がある」ようだ – 麻酔薬の作用でなくて手術への反応?

麻酔と脳：もう一つの仮説

• イオンチャンネルへの作用？ • これなら蓄積効果？ • 「ＧＡＢＡ系に効く」との意見は有力 – イオンチャンネルへの作用とは？

脳とコンピュータ：内容

• 脳とコンピュータの類似性 • 「暴れ」への対応の類似性 • 記憶の類似性：短期記憶と長期記憶 • 多機能：学習とプログラム • 時計の内蔵：時間の判断 • 思考速度と記憶力：ＣＰＵとメモリ • 天才はなぜ早死にするか

「暴れ」への対応の類似性

• コンピュータが暴走で“リセット” • 患者が暴れると精神科で電気ショック 心臓が暴れるとカーディオバージョン 痛み治療に全脊麻を行うのも？ • リセットと電気ショックの相似性

記憶の類似性:短期と長期

短期記憶 長期記憶 脳 電気 コンピュータ ＲＡＭ 伝達物質 物質変化 ハードディスク ＣＤーＲＯＭ 印刷物

多機能：プログラムの類似性 脳 計算 言語処理 音楽 計算 学習 コンピュータ 計算 ワープロ，翻訳 ＭＩＤＩ音楽 計算 プログラミング

「よい頭脳」と「高性能パソコン」 • • • • • 記銘力 記憶力 思考速度 反応速度 頭がいいと狂う • • • • • ＲＡＭが大 ハードディスクが大 ＣＰＵの速度と出来 バスの広さ 高性能機は不安定

連想と夢

• 天才は途方もないことを思いつく – ふつうの人と異なる事柄に接続？ • 多機能ＯＳや多機能ソフト – 使わない機能を沢山持つ • ユメのコンピュータ的解釈：クリック – ユメは記憶の整理である！

夢に対する仮説（クリック） • • • 夢は記憶の単純な想起ではない 記憶の整理である 系：だからレム睡眠を障害すると 精神異常になるー記憶系の障害 • 系：パソコンの記憶を全部メモリにお くと，ソフトが混乱する – メモリ不足のパソコンで多数のソフトを起 動すると暴走する

コンピュータの故障：実話

• パソコンが「熱病」に – – – – – 冷却ファンが故障 はじめ「どうも具合が悪い，誤動作する」 フロッピィや本体が熱くなる ファンの故障に気付いた 一寸使ってすぐに消せば問題ない • 「高熱で頭が働かない」感じ

天才が早死する理由

• 人なら：夢中になりすぎる – 一つの能力だけ使い過ぎる • コンピュータの無理な用法，ケア不足 – – ＣＰＵのクロックアップ 密度高く使う． • つまり「使い過ぎ」「無理な使い方」

脳とコンピュータ：続き

• コンピュータソフトと脳の「学習」 • いろいろな学習といろいろなソフト • 自動学習機能：脳にあってコンピュー タには？ • 人とパソコンの得意不得意

麻酔とコンピュータの比較:基本 • 麻酔をコンピュータになぞらえると 駆動電圧が下がる，電源を切る 時計が遅くなる，時計が止まる 信号の流れが極端に遅くて悪い メモリの一部にアクセス出来ない

麻酔とコンピュータの共通点 • • • • 麻酔による逆行健忘 – 「手術の前日までは憶えているけれど」 体内時計の停止 – – 時間経過がわからない「今眠ったのに」 系：脳の時計はいくつかの細胞群だ 精神科の持続睡眠 Dauerschlaf 脳波の異常・徐波化・平坦化 – – 若者多数を部屋にとじ込めたら騒々しい 年寄りなら静か？

麻酔学でのコンピュータ使用 • 麻酔臨床でのコンピュータの応用 – – – コンピュータを使った麻酔制御？ 「深度管理」は多分近い将来に可能 「深度管理」以外は人手が安い » インターフェースが高価：プログラムも複雑 » 例：出血に麻酔薬を切り，昇圧薬を選び，輸血 • 麻酔研究でのコンピュータの応用 – 生理モデルのファーマコキネティックス

脳とコンピュータを近づける • コンピュータが得意で,人間は苦手な事 – – – 脳は他人の学習結果を「丸写し」できない 「学校」は学習の大量生産装置の一種？ 単純反復行為：「ひたすら計算」とか • 人間が得意で,コンピュータは苦手な事 – – 学習するコンピュータ 教えることはやさしいが，自ら学習は？

コンピュータで大切なこと

• 使う人間のほうの問題に注目 • ピアノ普及はピアノ愛好家を生んだ？ • カラオケは日本人を歌う民族にした！ • ワープロの普及： 個人の文章を「読める」 – – 文章執筆に努力が必要なのは同じだが でも努力しやすい？いい文章が増える？ • 脳のメカニズムに新しい眼を開いた

結 論

• 脳とコンピュータは，相互にいろいろ 関連が深い • 「麻酔薬の脳への作用」は，コン ピュータを仲介にして，従来と異なる 解釈が可能かも知れない