Ksenoon (narkoosigaas)

Ksenoon on ksenooni baasil valmistatud narkoosigaas, peamiselt hingamisteede kaudu manustatava inhalatsioonianesteetikumi koostisosa. Sellist anesteetikumi manustatakse (ksenoonanesteesia) kirurgilistele patsientidele anestesioloogi järelevalve all enne kirurgilist operatsiooni ja teatud juhtudel ka operatsioonide ajal vastava narkoosiaparaadiga. Ksenooni sisaldava inhaleeritava anesteetikumi esilekutsutava üldnarkoosi seisundi eesmärgiks on tingimuste loomine osade loomade (sh inimeste) kirurgilisteks operatsioonideks, nii elusate kudede valutustamine ja sobivaks muutmine manipulatsioonideks, teadvusetuse seisundi esile kutsumine, organismi elutähtsate funktsioonide säilitamine, lihaslõdevestus, aga ka operatsiooni ajal toimuva unustamise soodustamine. Ksenooni kasutamine anesteesias kiideti heaks esmalt Venemaal (2000), siis Saksamaal (2005) ja 2007. aastal ülejäänud Euroopas. Arvatakse et ksenoonil on ka hüpnootiline toime, see läbib hõlpsalt vere-aju barjääri. Ksenooni tootmine ulatub hinnanguliselt 6 miljoni liitrini aastas, millest narkoosigaas moodustab ligi 12% ja leiab rakendust peamiselt Venemaal. Ksenooni täpseid molekulaartasandi toimeid on vähe uuritud ja neid ei tunta. Uurijad on välja pakkunud kaks võimalikku mehhanismi. 1) Arvatakse, et osadel loomadel kutsub esile narkoosiseisundi selle anesteetikumi kuhjumine raku membraanstruktuurides, toime kesknärvisüsteemis paiknevatele retseptoritele (uuringute alusel: tõenäoliselt N-metüül-D-aspartaadi retseptor e NMDA retseptor) ja/või ensüümidele ning neuronite vahelise neurotransmissiooni pärssimine. 2) Arvatakse, et ksenoon blokeerib efektiivselt rakumembraani Ca2+ ATPaasid. Selle mõju saavutab ksenoon sidudes ennast ensüümi hüdrofoobse pooriga ja takistades sellega ensüümil aktiivsete konformatsioonide moodustamise. N-metüül-D-aspartaadi retseptori aktivatsiooni peetakse oluliseks CA1 LTP induktsioonis. N-metüül-D-aspartaadi retseptorite vahendatud neurotransmissiooni depressioon, mille kutsub esile ksenoon (vähemalt rottide hippokampuse neuronite kultuurides) võib põhjustada ka LTP, mida seostatakse õppimise ja mäluga, blokeerimise. võimalik toime ajuverevoolu mahtkiirusele (ingl CBF) koljusisese rõhu tõus hingamisteede toimimise takistuse tõus südame parema vatsakese afterload. Katsetes tiinete rottidega tuvastati, et ksenooni kasutamisel (võrreldes naerugaasiga) esineb loodetel tunduvalt vähem arenguanomaaliaid, seetõttu lugesid autorid, et gaasisegu ei evi teratogeenseid toimeid. Ksenooni saadakse küll hapniku töötlemise kõrvalsaadusena, kuid see on üsna energiakulukas protsess. Valmis narkoosigaasisegu 1 liiter maksab Euroopas 10–15 eurot. Ksenooni kulu on operatsioonide lõikes varieeruv, pikemaid operatsioone selle meditsiinigaasiga peetakse tasuvamaks, nii võib ühe inimese koletsüstektoomia käigus olla ksenooni kulu 15,6 liitrit, märkimisväärse osa saab rasva sisaldavad koed. Ksenooni ei manustata üksikainena kuna tema anesteetiline võimekus on liiga nõrk. Seda manustatakse koos opioididega nagu fentanüül ja sufentaniil. Ksenooni toimeid lümfoid(-immuun)süsteemile on vähe uuritud. Arvatakse toetudes anesteetilise potentsiaali võimalikele molekulaarsetele alustele ja plasma tsütokiinide ja adhesioonmolekulide põhjal, et ksenoon (70% ksenooni 30% hapnikku) võib moduleerida normaalse anatoomia ja füsioloogiaga inimeste immuunvastuseid põletiku suunas. Katsed näriliste, koerte ja sigadega näitavad õigeaegselt (liigiti erinev) manustatud ksenooni võimalikku südamelihast säästvat toimet isheemia korral. Ksenooni toimet patoloogilistele kudedele on vähe uuritud. In vitro närvirakkude kultuuridel takistab ksenoon indutseeritud hüpoksia järgset närvirakkude apoptoosi. Roti embrüoloogilise aju esmaste astrogliia rakkude töötlemine ksenooniga kutsus esile rakutsükli tardumise, metafaasi blokeeringu. Ksenooni avastasid 12. juulil 1898 Inglismaal šoti keemik William Ramsay ja inglise keemik Morris Travers. 1939. aastal testisid Albert R. Behnke jun. ja Yarbrough allveelaevaga sukeldujatel mitmeid gaasisegusid ja tuvastasid, et ksenoon ei ole kõlbulik nimetatud valdkonnas kasutamiseks, kuid järeldasid, et seda saaks kasutada anesteesias. 1941. olevat Lazharev Venemaal uurinud ksenoonanesteesiat. Esimeseks hiirte peal katsetatud ksenoonanesteesia kohta avaldatud uurimuseks peetakse J. H. Lawrence'i 1945. aastal avaldatud aruannet. Esimese kirurgilise ksenoonanesteesia teostajaks peetakse Stuart C. Cullenit, kes opereeris sellega patsienti 1951. aastal. Dilämmastikoksiid Monro - Kellie doktriin Ecem Esencan, Simge Yuksel, [...], ja John H Zhang, XENON in medical area: emphasis on neuroprotection in hypoxia and anesthesia, Med Gas Res. 1. veebruar 2013; 3: 4. doi: 10.1186/2045-9912-3-4, PMCID: PMC3626616 Nagele, P.; Metz, L. B.; Crowder, C. M., Xenon acts by inhibition of glutamatergic neurotransmission in Caenorhabditis elegans: A‐471, European Journal of Anaesthesiology, mai 2005, 22. väljaanne, 123, Pharmacology, veebiversioon (vaadatud 10.03.2015)(inglise keeles) Märkus 1: NMDA retseptroi düsfunktsionaalsusega seostatakse epilepsiat, skisofreeniat ja Parkinson ning Huntingtoni tõbe. Märkus 2: Pikka aega arvati, et analegeetikumid avaldavad toimet lipiidosakeste kaudu, käesoleval ajal aga arvatakse, et toime avaldub valkude kaudu. Lopez, Maria M.; Kosk-Kosicka, Danuta. How Do Volatile Anesthetics Inhibit Ca2+-ATPases?. – The Journal of Biological Chemistry, 270. väljaanne (1995); nr 47, lk 28239–28245, veebiversioon (vaadatud 10.03.2015)(inglise keeles) Cole A. Giller, Phillip Purdy, Walter W. Lindstrom, Effects of Inhaled Stable Xenon on Cerebral Blood Flow Velocity, 20. juuli 1989., veebiversioon (vaadatud 10.03.2015)(inglise keeles) PETER H. TONNER, XENON – CLINICAL UPDATE 9RC1, EUROANESTHESIA 2005, Viin, Austria, 28.-31. mai 2005, veebiversioon (vaadatud 10.03.2015)(inglise keeles) J. Hofland, I. Gültuna ja R. Tenbrinck, Xenon anaesthesia for laparoscopic cholecystectomy in a patient with Eisenmenger’s syndrome, Br. J. Anaesth. (2001) 86 (6): 882–886., doi: 10.1093/bja/86.6.882, veebiversioon (vaadatud 10.03.2015)(inglise keeles) A. Bedi, W.T.McBride, M.A.Armstrong, J.M.Murray, Xenon has no effect on cytokine balance and adhesion molecule expression within an isolated cardiopulmonary bypass, British Journal of Anaesthesia, 89(4), 5546–50 (2002), veebiversioon (vaadatud 10.03.2015)(inglise keeles) Petzelt C, Taschenberger G, Schmehl W, Hafner M, Kox WJ., Xenon induces metaphase arrest in rat astrocytes., Life Sci. 1999;65(9):901-13., PMID 10465350, veebiversioon (vaadatud 10.03.2015)(inglise keeles) John D. Current, M.D., "Pharmacology for Anesthetists", lk 126, veebiversioon (vaadatud 10.03.2015)(inglise keeles) EUGENE Y. BERGER, F. RENE PECIKYAN, ja GRACE KANZAKI, Anesthetic Gases and Water Structure, 1. detsember 1968 Cullen ja Gross, The Anesthetic Properties of Xenon in Animals and Human Beings, with Additional Observations on Krypton, Science, 18. mai 1951: 113. väljaanne, nr 2942, lk 580–582, DOI: 10.1126/science.113.2942.580 Petersen-Felix S, Luginbühl M, Schnider TW, Curatolo M, Arendt-Nielsen L, Zbinden AM., Comparison of the analgesic potency of xenon and nitrous oxide in humans evaluated by experimental pain., Br J Anaesth. november 1998;81(5):742-7., PMID 10193287 Reinelt H, Marx T, Schirmer U, Schmidt M., Xenon expenditure and nitrogen accumulation in closed-circuit anaesthesia. Anaesthesia. aprill 2001 ;56(4):309-11. Robert D. Sanders, Daqing Ma ja Mervyn Maze, Xenon: elemental anaesthesia in clinical practice, Br Med Bull (2005) 71 (1): 115–135.Br Med Bull (2005) 71 (1): 115–135. S. Lagorsse, F.D. Magalhaes, A. Mendes, Xenon recycling in an anaesthetic closed-system using carbon molecular sieve membranes, Journal of Membrane Science 301 (2007) 29–38 Jan-Hinrich Baumert, Xenon-based anesthesia: theory and practice, Open Access Surgery 2009:2 5–13 Ralph Stuttmann, Claudia Schäfer, Peter Hilbert, Markus R Meyer ja Hans H Maurer, 19. veebruar 2010, The breast feeding mother and xenon anaesthesia: four case reports. Breast feeding and xenon anaesthesia, BMC Anesthesiology 2010, 10:1, doi:10.1186/1471-2253-10-1 Hein M, Roehl AB, Baumert JH, Bleilevens C, Fischer S, Steendijk P, Rossaint R., Xenon and isoflurane improved biventricular function during right ventricular ischemia and reperfusion., Acta Anaesthesiol Scand. aprill 2010;54(4):470-8. doi: 10.1111/j.1399-6576.2009.02116.x. Ira M. Katz, Andrew R. Martin, Chia-Hsiang Feng, Caroline Majoral, Georges Caillibotte, Thomas Marx, Jean-Etienne Bazin, Christian Daviet, Airway pressure distribution during xenon anesthesia: The insufflation phase at constant flow (volume controlled mode), Applied Cardiopulmonary Pathophysiology 16: 5–16, 2012 Roehl AB, Steendijk P, Rossaint R, Bleilevens C, Goetzenich A, Hein M., Xenon is not superior to isoflurane on cardiovascular function during experimental acute pulmonary hypertension., Acta Anaesthesiol Scand. aprill 2012;56(4):449-58. doi: 10.1111/j.1399-6576.2011.02624.x. Höcker J, Grünewald M, Bein B., Xenon anaesthesia–clinical characteristics, benefits and disadvantages and fields of application, Anasthesiol Intensivmed Notfallmed Schmerzther. juuni 2012 ;47(6):374-80. doi: 10.1055/s-0032-1316478. PMID 22744851 DOUGLAS MAIN, Xenon Gas Could Erase Traumatic Memories, 27. august 2014 Sapipõie eemaldus J. Hofland, I. Gültuna ja R. Tenbrinck, Xenon anaesthesia for laparoscopic cholecystectomy in a patient with Eisenmenger’s syndrome, Br. J. Anaesth. (2001) 86 (6): 882–886., doi: 10.1093/bja/86.6.882 Kliinilised uuringud Xenon and Cooling Therapy in Babies at High Risk of Brain Injury Following Poor Condition at Birth (CoolXenon2) Teadusuuringutes M. Hein, A. Götzenich, C. Bleilevens, P. Steendijk, R. Rossaint, , A.B. Röhl, PO-3.8.8 efekte von Xenon und Isofluran auf die Hämodynamik und Myokardfunktion während eperimenteller pulmonaler Hypertonie, Anästh Intensivmed 2011;52:S450 Thomas Wilfried Reiter, Untersuchungen zum Einfluss einer Xenonanästhesie auf die rechtsventrikuläre Funktion, Universitätsklinikum Ulm, München, 2008 Koertel: Roland C E Francis, Matthias S Reyle-Hahn, Claudia Höhne, Adrian Klein, Ilka Theruvath, Bernd Donaubauer, Thilo Busch, Willehad Boemke, The haemodynamic and catecholamine response to xenon/remifentanil anaesthesia in Beagle dogs, Lab Anim, juuli 2008, 42. väljaanne, nr 3, lk 338–349, doi: 10.1258/la.2007.007048 Närilistel: Daqing Ma, MD, PhD, Mahmuda Hossain, PhD, Andre Chow, MBBS, Mubarik Arshad, BSc, Renee M. Battson, BSc, Robert D. Sanders, MBBS, Huseyin Mehmet, PhD, A. David Edwards, MBBS, Nicholas P. Franks, PhD, ja Mervyn Maze, MBChB, Xenon and Hypothermia Combine to Provide Neuroprotection from Neonatal Asphyxia, 27. juuli 2005, DOI: 10.1002/ana.20547 Ting Yang, Lei Zhuang, António M. Rei Fidalgo, Evgenia Petrides, Niccolo Terrando, Xinmin Wu, Robert D. Sanders, Nicola J. Robertson, Mark R. Johnson, Mervyn Maze, Daqing Ma, Xenon and Sevoflurane Provide Analgesia during Labor and Fetal Brain Protection in a Perinatal Rat Model of Hypoxia-Ischemia, 17. mai 2012, DOI: 10.1371/journal.pone.0037020, Hemmen Sabir, Lars Walløe, [...], ja Marianne Thoresen, Combined Treatment of Xenon and Hypothermia in Newborn Rats – Additive or Synergistic Effect?, PLoS One. 2014; 9(10): e109845. doi: 10.1371/journal.pone.0109845, PMCID: PMC4186877 Sigadel: Reinelt H, Schirmer U, Marx T, Topalidis P, Schmidt M., Diffusion of xenon and nitrous oxide into the bowel., Anesthesiology. märts 2001;94(3):475-7; discussion 6A., PMID 11374609 Schmidt M, Marx T, Armbruster S, Reinelt H, Schirmer U., Effect of Xenon on elevated intracranial pressure as compared with nitrous oxide and total intravenous anesthesia in pigs., Acta Anaesthesiol Scand. aprill 2005;49(4):494–501., PMID 15777297 Chakkarapani E, Thoresen M, Hobbs CE, Aquilina K, Liu X, Dingley J., A closed-circuit neonatal xenon delivery system: a technical and practical neuroprotection feasibility study in newborn pigs., Anesth Analg. august 2009;109(2):451-60. doi: 10.1213/ane.0b013e3181aa9550. PMID 19608817 M. Schmidt, T. Marx, C. Papp-Jambor, H. Reinelt, U. Schirmer, Airway pressures during xenon anaesthesia , Applied Cardiopulmonary Pathophysiology 13: 208–211, 2009 Muu Xenon and/or argon treatment as an adjunct to psychotherapy for psychiatric disorders WO 2014093277 A1 Edward G. Meloni, Timothy E. Gillis, Jasmine Manoukian, Marc J. Kaufman, Xenon Impairs Reconsolidation of Fear Memories in a Rat Model of Post-Traumatic Stress Disorder (PTSD), 27. august 2014, DOI: 10.1371/journal.pone.0106189 Jelkmann W, Xenon Misuse in Sports – Increase of Hypoxia-Inducible Factors and Erythropoietin, or Nothing but "Hot Air"?, 65. väljaanne, nr 10 (2014), Deutsche Zeitschrift für Sportmedizin Some endurance athletes may be huffing xenon gas to gain an edge, 5. detsember 2014