Date: 18 Dec 2010

Sleep and general anesthesia

Abstract

Purpose

The mechanisms through which general anesthetics cause reversible loss of consciousness are characterized poorly. In this review, we examine the evidence that anesthetic-induced loss of consciousness may be caused by actions on the neuronal pathways that produce natural sleep.

Principal findings

It is clear that many general anesthetics produce effects in the brain (detected on electroencephalogram recordings) that are similar to those seen during non-rapid eye movement non-(REM) sleep. Gamma aminobutyric acid (GABA)ergic hypnogenic neurons are thought to be critical for generating non-REM sleep through their inhibitory projections to wake-active regions of the brain. The postsynaptic GABAA receptor is a major molecular target of many anesthetics and thus may be a point of convergence between natural sleep and anesthesia. Furthermore, we also present growing evidence in this review that modulating wake-active neurotransmitter (e.g., acetylcholine, histamine) release can impact on anesthesia, supporting the idea that this point of convergence is at the level of the brain arousal systems.

Conclusions

While it is clear that general anesthetics can have effects at various points in the sleep-wake circuitry, it remains to be seen which points are true anesthetic targets. It will be challenging to separate non-specific effects on baseline arousal from a causal mechanism. Sophisticated experimental approaches are necessary to address basic mechanisms of sleep and anesthesia and should advance our understanding in both of these fields.

Résumé

Objectif

Les mécanismes par lesquels les anesthésiques généraux induisent une perte de conscience réversible sont mal caractérisés. Dans ce compte-rendu, nous examinons les données probantes qui soutiennent que la perte de conscience induite par l’anesthésie pourrait être provoquée par des actions sur les voies neuronales qui produisent le sommeil naturel.

Constatations principales

Il est clair que plusieurs anesthésiques généraux produisent des effets sur le cerveau (tels que détectés lors de l’enregistrement d’électroencéphalogrammes) qui ressemblent à ceux observés pendant le sommeil lent. On pense que les neurones hypnogènes GABAergiques sont des éléments cruciaux pour la génération du sommeil lent en raison de leurs projections inhibitrices dans les régions du cerveau actives à l’éveil. Le récepteur GABAA post-synaptique est une importante cible moléculaire de plusieurs anesthésiques et pourrait par conséquent constituer un point de convergence entre le sommeil naturel et l’anesthésie. De plus, nous présentons aussi dans ce compte-rendu des données probantes de plus en plus nombreuses qui suggèrent que la modulation de la libération des neurotransmetteurs actifs à l’éveil (par ex., acetylcholine, histamine) pourrait avoir un impact sur l’anesthésie, ce qui corrobore l’hypothèse selon laquelle ce point de convergence se situe au niveau des systèmes d’éveil du cerveau.

Conclusion

Alors qu’il est clair que les anesthésiques généraux peuvent avoir des effets sur divers points du circuit veille-sommeil, les points constituant de véritables cibles anesthésiques restent à être déterminé. Le défi sera de pouvoir distinguer les effets non spécifiques sur le réveil de base des mécanismes causaux. Il faudra utiliser des approches expérimentales perfectionnées pour aborder les mécanismes de base du sommeil et de l’anesthésie. De telles approches devraient faire progresser notre compréhension de ces domaines.

This article is accompanied by an editorial. Please see Can J Anesth 2011; 58(2).