background image

LOCAL & GENERAL

ANAESTHESIA

Professor Jolanta B. Zawilska

background image

Anaesthesia & Analgesia

• Anaesthesia

– State of controllable, reversible 

insensibility

• general - loss of consciousness
• local - loss of sensory and motor function 

confined to a specific region

• Analgesia

– Temporary abolition or diminution of pain 

perception

background image

Anaesthetics may be given 

by various routes

• Possible routes are

– Inhalation
– Injection
– Local

• Routes may be combined 

– Injectable agent for induction
– Then inhalational anaesthesia for 

maintenance

background image

ANAESTHESIA - TYPES

• Local/Regional/Topical Anaesthesia

– Application of local anaesthetic (“Freezing”) 

to a specific area of the body

• General Anaesthesia

– Application of an anesthetic drug given by 

inhaled gas or by a liquid in an intravenous
form to the entire body and brain

background image

Local anaesthetics - structure

N

R

R

Aromatic group

Amine

Amide or
ester link

HYDROPHOBIC

HYDROPHILIC

background image

Local anaesthetics

• Generally applied locally

• Block nerve conduction of sensory 

impulses from the periphery to the CNS

• Abolish sensation (in higher concentration 

motor activity) in a limited area of the 

body without producing unconsciousness 

(e.g. spinal anaesthesia)

background image

Benzocaine
Cocaine
Procaine

Articaine
Bupivacaine
Lidocaine
Mepivacaine
Prilocaine

Esters

Amides

Classification of Local Anaesthetics

background image

Local anaesthetics –

mechanisms of action

• Na

+

channels exist in activated-open, 

inactivated-closed and rested-closed states

• Local anaesthetics selectively bind to Na

+

channels in inactivated-closed states so are 
membrane stabilising

• Reducing Na

+

ion permeability slows 

depolarization so threshold potential is not 
reached

background image

Local anaesthetics –

mechanisms of action

background image

Local anaesthetics – onset of action

The onset of action depends on 

several factors, including:

• diffusion to the site, 
• nerve morphology, 
• lipid solubility,
• pH of the tissue and pKa of the

agent.

background image

Local anaesthetics – onset of action

Diffusion to the site

The further away from the nerve the 

local anaesthetic is deposited, the longer 

it takes for onset of action. Thus, the 

onset for the infiltration technique is 

quite rapid. The onset for blocks, is 

generally longer. 

.

background image

Nerve morphology

The relatively thin pain fibres are blocked with lower

concentrations of local anaesthetics than are the larger

motor fibres.

Concentration

To a very limited extent, increases in the dose

administered result in a more rapid onset. 

Lipid solubility

Lipid solubility has only a minor effect on onset of

action, but uptake by the nerve is facilitated with the

more lipid-soluble (lipophilic) agents, as these allow

penetration through the nerve sheath. 

Local anaesthetics – onset of action

background image

Lipid solubility and potency

Drug

Relative
potency

Lipid
solubility

Procaine

=1

100

Prilocaine

1.8

129

Lignocaine

2

366

Bupivicaine

8

3420

background image

• At physiologic pH local anaesthetics

are charged.

• It is this ionized form that interacts

with Na+ channel and blocks its
action producing local anaesthesia

Local anaesthetics – onset of action

background image

The pH of the tissue and pKa of the agent

• LAs are weak bases pK

a

7.7 to 8.9

• At ph 7.4, less than 50% of LA exists as lipid 

soluble, nonionized form

• This explains poor quality of block when LA 

injected into acidic infected tissue

• LAs with pK

a

closest to physiological pH have 

fastest onset of action 

Local anaesthetics – onset of action

background image

The duration of action of local anaesthetics

depends primarily on the redistribution of the

drug away from the site of action. 

Diffusion away from the site is the most 

important factor. It is potentiated by the

property of most local anaesthetics as 

inherently vasodilating. 

Diffusion away is

reduced by the addition of vasoconstrictor, 

usually e.g. noradrenaline.

Local anaesthetics:
diuration of action

background image

Metabolism

• Esters

– plasma cholinesterases

• Amides

– liver metabolism
– most dependent on liver blood flow 

because of high extraction ratio

background image

• Action is terminated by redistribution away from

the nerve, not metabolic breakdown. 

• Block anaesthesia lasts longer than infiltration

anaesthesia. 

• Soft tissue anaesthesia lasts longer than pulpal

anaesthesia. 

• Local anaesthetics without a vasoconstrictor

(mepivacaine or prilocaine) provide short duration of
action. 

• A vasoconstrictor with articaine, lidocaine, 

mepivacaine or prilocaine provides intermediate
duration. 

Local anaesthetics - duration of action

background image

2 h

Moderate

Moderate

Moderate

Prilocaine

3 h

Moderate

Long

Slow

Bupivacaine

3 h

Moderate

Long

Moderate

Dibucaine

2 h

Rapid

Moderate

Rapid

Lignocaine

30 min

Slow

Short

Moderate

Procaine

Plasma

t

1/2

Tissue

penetration

Duration

Rate of

onset

Drug

background image

Routes of administration of

local anaesthetics

• Topical (surface) anaesthesia

(cornea, 

skin, mucous membranes of bronchial 

tree, nose, mouth, genitourinary tract).

• Infiltration

(vasoconstrictor agents may 

be used to retard absorption)

• Regional nerve block

.

• Spinal (subarachnoid) and epidural

(e.g. 

for pelvic surgery, child delivery). 

Longitudinal spread of LA may cause 

hypotension and sometimes respiratory 

paralysis.

background image

Cocaine

• Ester, tendency to cause allergy

• Cardiovascular and CNS stimulant

• Addictive

• Possesses vasoconstrictor activity

• Metabolised by plasma esterases

background image

Lignocaine (Lidocaine)

• Amide
• Standard agent against which 

others are compared

• Antiarrhythmic
• Vasodilator, increases systemic 

toxicity

• Available as 0.5%, 1% and 2% 

preparations

background image

Prilocaine

• Sequestered and metabolised in lungs
• Not vasodilating, safest drug in current 

use

• Equipotent with lidocaine, slightly longer 

duration of action

• Hydrolysed to o-toluidine causing 

methaemaglobinaemia at doses over 

600mg

background image

Bupivacaine

• Amide
• Long duration of action
• Excellent with catheter based 

techniques

• May cause cardiotoxicity before 

neurotoxicity

background image

Local anaesthetics –

CNS side effects

• Tongue and circumoral tingling
• Agitation, vertigo and tinnitus
• Slurred speech
• Skeletal muscle twitching
• Seizures
• Coma

background image

Local anaesthetics –

cardiovascular side effects

• Arteriolar vasodilation

• Myocardial depression

• First degree heart block, conduction 

delay

• Pro-arrhythmogenic

background image

Local anaesthetics –

other adverse effects

• Anaphylaxis

• Depress ventilatory response to hypoxia

• Methaemoglobinaemia (prilocaine)

• Tachycardia, hypertension, myocardial 

depression, addiction (cocaine)

background image

Choice of agent

Minor Infiltration

0.5%

Intravenous regional

0.5%

Minor nerve block

1.0%

Brachial plexus

1.0-1.5%

Sciatic/femoral

1.0-1.5%

Epidural/spinal

2.0%

Figures are for lidocaine

background image

„For there was never yet

philosopher that could endure

the toothache patiently"

- Shakespeare

background image

ANAESTHESIA

Anaesthesia means the absence of sensation. 
Anesthesia works in 4 ways:

• As an analgesic (pain reliever)
• It promotes unconsciousness
• It causes immobility of the patient
• Elimination (or reduction) of autonomic 

responses such as tachycardia (increased 

heart beat), increased hypertension

background image

General anaesthesia

a state of total unconsciousness resulting 

from anaesthetic drugs (as for a major 

surgical operation)

Neuroleptic analgesia – a state of quiescence, 

altered awareness, and analgesia produced by the 
administration of a combination of a narcotic 
analgesic and a neuroleptic agent

Dissociative anaesthesia – marked amnesia and 

profound analgesia (patient is conscious but feels

dissociated from his body)

background image

Analgesia
Amnesia
Unconsciousness
Muscle relaxation
Suppression of undesirable reflexes

General anesthesia

background image

Anaesthetics

General anaesthetics

Local anaesthetics

Intravenous

Inhaled

Anaesthetics

Adjuncts

to anaesthetics

Preanaesthetic

medication

Muscle

relaxants

background image

Patient factors in selection 

of anaesthesia

Liver and kidney

Respiratory system

Cardiovascular system

Nervous system

Status of organ systems:

background image

Stages of anaesthesia



Induction

– time  from  onset  of  administration  of 

anesthetic  to  the  development  of  effective  surgical 

anesthesia.  Generally induced with an intravenous

anaesthetic like tiopenthal (unconsciousness within 25 

sec)



Maintenance

– time  during  which  the  patient  is 

surgically 

anesthetized. 

Anaesthesia

is

usually

maintained by inhaled drugs.



Recovery

– time  from  discontinuation  of  administration 

of anesthesia until consciousness is regained

background image

Depth of anaesthesia



Stage I  – analgesia:

loss of pain sensation, 

patient is conscious



Stage II – excitement:

delirium, aggression



Stage III  – surgical anaesthesis:

surgery may

proceed during this stage



Stage IV

– medullary paralysis:

severe depression

of the respiratory  and vasomotor centers

death. 

background image

Vital centre depression

Dangerously deep

Surgical anaesthesia

Dead drunk

Uninhibited response to 
stimuli

Drunk and disorderly

Amnesia and analgesia

Dizzy and delightful

General Anaesthesia

Alcoholic
Intoxication

*

Stage

*

modified from Gaddum's

Pharmacology

1950

background image

Intravenous anaesthetics

Barbiturates
Ketamine
Propofol
Etomidate

Often used for rapid induction of anaesthesia, 
which is then maintained with inhalation agent

background image

Barbiturates

Thiopental (thiopentone), thiamylal, metohexital

Potent anaesthetic, weak analgesic
Highly lipophilic:

rapid distribution in the CNS 





 quick onset of action (1 min)

rapid redistribution in skeletal muscles and adipose tissue 







ultra-short acting, 

slowly metabolised



Minor effect on cardiovascular system 

but may

contribute to severe hypotension in hypovolemic or
shock patients!!!



AE – apnea, coughing, chest wall spasm, laryngo- or
bronchospasm

thiamylal, metohexital

background image

Propofol

 Rapidly induces anaesthesia, similar to thiopental. 

 Duration of propofol anaesthesia can be increased by 

repeated administration or by combination with inhalational 
agents, nitrous oxide, or opioids. 

 Causes peripheral vasodilation

 Propofol does not adversely affect hepatic or renal function. 

 Emergence from propofol anesthesia is rapid with minimal 

postoperative confusion. 

 Postoperative GI upset occur at a similar frequency to that 

of thiopental. 

 Propofol is now commonly used in ambulatory surgery settings

and first choice drug for induction of anaesthesia.

background image

Ketamine

 Short-acting, nonbarbiturate anesthetic
 Induces

dissociated state

in which patient is

unconsious but appears to be awake and does not 
feel pain

 Stimulation of the heart, increase in blood pressure

and plasma catecholamies

 Highly lipophilic – quickly enters the brain, quick

redistribution

 Employed mainly in children and young adults for 

short procedures. Also common in veterinary med.

 Closely resembles phencyclidine, a „street-drug”

with a pronounced effect on sensory perception. 
Awakening may be associated with bad dreams and 
hallucinations which may recur.

background image

Etomidate

• Similar to thiopenthal, but more quickly

metabolized

• Lacks analgesic activity
• Less risk of cardiovascular depression
• May cause involuntary movements during

induction

• Possible risk of adrenocortical suppression

background image

Inhalation anaesthetics

Used primarily for the maintenance

of anaesthesia after administration

of iv agent

background image

Mechanism of action

Influence on lipid membranes



Allosteric regulation of membrane

receptors

excitatory:

ionotropic glutamate receptors (NMDA, AMPA)
nicotinic ACh receptors

inhibitory

GABA

A

receptors

glycine receptors
K

+

-channels (anesthesia activated)



α

2

-adrenergic receptors

background image

Potency of inhalation anaesthetics

Minimum  alveolar concentration (MAC)

concentration

of

anesthetic

gas

needed to  eliminate movement among

50% 

patients

challenged

by 

standarize skin incision.

background image

MAC for anaesthetic gases

Halothane

Isoflurane

Enflurane

Ether

Nitrous

oxide

0

1

2

100

MAC

background image

Pharmacokinetic properties of

inhalation anaesthetics

• Rapid induction and recovery
• Speed of induction and recovery depends on 

solubility in blood and lipid solubility

• Agents with low blood:gas partition coefficients

produce rapid induction and recovery; agents
with high coefficients show slow induction and
recovery

• Agents with high lipid solubility accumulate

gradually in the body fat, and may produce a 
prolonged hangover if used for a longer time.

background image

Halothane

Potent anaesthetic, relatively weak analgetic

May not adequately suppress visceral reflexes or 

provide adequate muscle relaxation for surgery

Has a relaxant effect on the uterus, which limits its

usefulness for obsteric purposes

Now largely replaced by other inhalations

anaesthetics in USA.

background image

Halothane

Reversible reduction in glomerular filtration rates

Hypotensive, induces arrythmias

Metabolised to tissue -toxic hydrocarbons

Malignant hypertermia (dramatic increase in

intracellular calcium). Probably due to excitation-

contraction coupling defect. Treatment: dantolene + 

reduce the body temperature (ice poultice)

background image

Enflurane

 Less potent that halothane, but produces rapid

induction and recovery

 Partially metabolised to fluoride ion, excreted by 

the kidney

 In comparison with halothane – fewer arrytmias, 

less sensitization of the heart to catecholamines, 
greater potentiation of muscle relaxants

 Some risk of epilepsy-like seizures!

background image

Isoflurane

 Initially, until deeper levels of anesthesia are 

reached, isoflurane stimulates airway reflexes 
with attendant increases in secretions, coughing 
and laryngospasm. 

 May provide adequate muscle relaxation greater 

than seen with halothane which may be adequate 
for abdominal procedures

 Not sensitize the heart to catecholamines

 Reported tendency to increased incidence of

coronary ischaemic attacts

 Very stable molecule

background image

Methoxyflurane

The most potent inhalation anesthetic
High solubility in lipids
Metabolised with releasing of fluoride
Useful in obstetrics

Sevoflurane

Low pungency – suitable in children
Low solubility in blood
Rapid uptake and excretion

background image

Nitrous oxide

(„laughing gas”)



N

2

O (do not confuse with EDRF 





 NO, nitr

ic

oxide)

Potent analgesic, weak anesthetic
Very rapid onset and recovery, little or no toxicity
No skeletal muscle relaxation
Post-anesthesia hypoxia 
Not suitable as a sole anesthetic agent 

Inhibition of methionine synthetase (risk of bone
marrow depression) 

background image

Preanaesthetic Medication

Primary Goals: 

Anxiety relief without excessive sedation 
Amnesia during perioperative period 
Relief of preoperative pain

Secondary Goals: 

 Reduction in the requirement for inhalational agents 
 Reduction in side effects associated with some inhalational 

agents. 

 Side effects include salivation, bradycardia, postanesthetic

vomiting. 

 Reduction in acidity and volume of gastric contents. 
 Reduction of stress in perioperative period

background image

Multiple adjuct agents given to 

surgical patient

• Benzodiazapines

– to allay anxiety and facilitate 

amnesia

• Antihistaminergics (diphenhydramine)

- to 

prevent allergic reactions

• Antiemetics (ondasetron)

- to prevent possible 

aspiration of stomach contents

• Opioids

– for analgesia

• Antimuscarinics

– to prevent bradycardia and 

secretion of fluids into respiratory tract, also 

antiemetic effect

• Muscle relaxants

(neuromuscular agents)

background image

Intravenous anaesthetics

Adjuncts to anesthesia:

benzodiazepines

opioids

neuroleptic drugs

neuroleptoanalgesia

background image

Fentanyl and related agents

i.v. fentanyl causes analgesia and unconsciousness

Fentanyl is often combined with a muscle relaxant 

and nitrous oxide or low dose inhalational agent for 
anesthesia. 

Alfentanil and sufentanil are more potent than 

fentanyl and produce analgesia and, at higher 
concentrations, anesthesia. 

Remifentanil is a new potent agent which produces 

analgesia very rapidly. It is readily metabolized 
resulting in a rapid recovery time.

background image

Innovar

Innovar is a combination of droperidol and 

fentanyl

Innovar produces slight circulatory effects, but can 

cause significant respiratory depression. 

Droperidol can cause neuroleptic malignant syndrome 

(rarely). 

The low incidence of extrapyramidal side effects 

associated with droperidol use may be effectively 
treated with the anti-cholinergic (anti-muscarinic) 
drug, benztropine

background image

Benzodiazepines

Diazepam, Midazolam, Lorazepam

 Benzodiazepines are effective in promoting sedation and 

reducing anxiety

 Drowsiness occurs several minutes after i.v. administration

of Diazepam. Lorazepam slightly slower and Midazolam
slightly faster onset compared to diazepam

 Used alone benzodiazepines have limited depressant effects 

on the cardiovascular/respiratory system

 Benzodiazepines are not analgesic

 May be used alone for procedures not requiring analgesia

background image

Neuroleptoanalgesia

Combinations: Neuroleptic + Opioids

 Useful for minor surgical procedures, some radiological 

procedures, burn dressing, and endoscopy

 Neuroleptic agents such as droperidol cause a reduction in 

anxiety and a state of indifference

 When combined with an opioid such as fentanyl a state of 

neurolept analgesia results. 

 Addition of nitrous oxide can transition neurolept analagesia to 

neurolept anesthesia. 

 Neurolept analgesia/anesthesia may be especially useful in the 

elderly, debilitated or seriously ill patient.