Можно смело сказать, что современная медицина стала возможной благодаря общей анестезии, или наркозу. Поэтому особенное удивление вызывает тот факт, что врачи, почти 200 лет используя анестезию, точно не знали, как она воздействует на мозг, чтобы тот на время отключался. Мы знаем, что наркоз не просто усыпляет пациента. Он скорее похож на временную кому, в которой человек не реагирует на боль и другие стимулы. Поддерживает человека в таком состоянии и затем выводит его из него врач-анестезиолог. Но что происходит в мозгу под наркозом, было загадкой. Но только до недавнего времени.
Существует две главных гипотезы о том, как работает анестезия на молекулярном уровне.
Первая, гипотеза липидов, появилась в начале XX века. Согласно ей, эффективность анестетиков напрямую зависит от их способности растворяться в липидах, из которых состоит, например, клеточная оболочка. Есть несколько анестетиков, которые полностью растворяются в липидах, поэтому логично предполагать, что механизм их работы основан на этом свойстве.
Однако в 1980-х годах прошлого века появилась гипотеза мембранного белка. Выяснилось, что анестетики не взаимодействуют с мембраной нервных клеток в целом, а могут привязываться к белкам в мембране этих клеток. Учёные выявили несколько белков, которые привязываются к разным анестетикам. И именно так работает большинство анестетиков – они привязываются к белкам. Однако это всё равно не объясняет, что как именно работают анестетики.
Но исследование, вышедшее в июне 2020 года, проливает свет на механизм общей анестезии, и оно согласуется с гипотезой липидов. Исследователей интересовали ингаляционные анестетики, а не внутривенные. Оказалось, что ингаляционные анестетики разрывают липидные рафты в нервных клетках. Рафт – это плотные скопления липидов в клеточной оболочке нейронов. Они, возможно, играют ключевую роль в работе центральной нервной системы. Исследования показывают, что липидные рафты плотнее, чем окружающая их клеточная мембрана, и они имеют немного другой химический состав.
С помощью сверхточного микроскопа учёные показали, как в ответ на действие анестетика липидные рафты расширяются и рассыпаются в разные стороны как бильярдные шары. При этом липидные рафты выбрасывают своё содержимое, в том числе и фермент PLD2. Вырвавшись на свободу, этот фермент направляется к белку TREK-1, привязывается к нему и активирует его. Белок открывается и пропускает положительно заряженный калий.
Для нормальной работы нервных клеток необходим определённый баланс заряженных частиц. Положительно заряженный калий увеличивает заряд нервных клеток, отчего у них происходит сбой, и нейроны перестают возбуждаться. То есть, человек просто отключается.
Чтобы получить изображение рафтов, учёные использовали высокотехнологичный микроскоп, способный улавливать отдельные молекулы. Липидные рафты слишком малы, чтобы изображать их с помощью видимого света. Это называется дифракционным пределом. Однако технологии позволяют преодолевать этот барьер и получать изображение маленьких частиц, таких как липидные рафты. Это позволило, наконец, приблизиться к ответу на старый вопрос: как работает анестезия.
До сих пор неизвестно, почему существует такой механизм. Вряд ли эволюция создала его, чтобы хирурги могли применять наркоз. Дальнейшие исследования должны показать, почему липидные рафты на мембране нейронов ведут себя именно так при появлении анестетика, а также лучше понять, как работают сами нейроны. А это поможет разработать новые методы лечения заболеваний нервной системы. Но сейчас, спустя сотню лет, у нас наконец-то есть представление о том, как работают некоторые виды общей анестезии, что может немного успокоить тех, кому предстоит лечь на операционный стол.
Существует две главных гипотезы о том, как работает анестезия на молекулярном уровне.
Первая, гипотеза липидов, появилась в начале XX века. Согласно ей, эффективность анестетиков напрямую зависит от их способности растворяться в липидах, из которых состоит, например, клеточная оболочка. Есть несколько анестетиков, которые полностью растворяются в липидах, поэтому логично предполагать, что механизм их работы основан на этом свойстве.
Однако в 1980-х годах прошлого века появилась гипотеза мембранного белка. Выяснилось, что анестетики не взаимодействуют с мембраной нервных клеток в целом, а могут привязываться к белкам в мембране этих клеток. Учёные выявили несколько белков, которые привязываются к разным анестетикам. И именно так работает большинство анестетиков – они привязываются к белкам. Однако это всё равно не объясняет, что как именно работают анестетики.
Но исследование, вышедшее в июне 2020 года, проливает свет на механизм общей анестезии, и оно согласуется с гипотезой липидов. Исследователей интересовали ингаляционные анестетики, а не внутривенные. Оказалось, что ингаляционные анестетики разрывают липидные рафты в нервных клетках. Рафт – это плотные скопления липидов в клеточной оболочке нейронов. Они, возможно, играют ключевую роль в работе центральной нервной системы. Исследования показывают, что липидные рафты плотнее, чем окружающая их клеточная мембрана, и они имеют немного другой химический состав.
С помощью сверхточного микроскопа учёные показали, как в ответ на действие анестетика липидные рафты расширяются и рассыпаются в разные стороны как бильярдные шары. При этом липидные рафты выбрасывают своё содержимое, в том числе и фермент PLD2. Вырвавшись на свободу, этот фермент направляется к белку TREK-1, привязывается к нему и активирует его. Белок открывается и пропускает положительно заряженный калий.
Для нормальной работы нервных клеток необходим определённый баланс заряженных частиц. Положительно заряженный калий увеличивает заряд нервных клеток, отчего у них происходит сбой, и нейроны перестают возбуждаться. То есть, человек просто отключается.
Чтобы получить изображение рафтов, учёные использовали высокотехнологичный микроскоп, способный улавливать отдельные молекулы. Липидные рафты слишком малы, чтобы изображать их с помощью видимого света. Это называется дифракционным пределом. Однако технологии позволяют преодолевать этот барьер и получать изображение маленьких частиц, таких как липидные рафты. Это позволило, наконец, приблизиться к ответу на старый вопрос: как работает анестезия.
До сих пор неизвестно, почему существует такой механизм. Вряд ли эволюция создала его, чтобы хирурги могли применять наркоз. Дальнейшие исследования должны показать, почему липидные рафты на мембране нейронов ведут себя именно так при появлении анестетика, а также лучше понять, как работают сами нейроны. А это поможет разработать новые методы лечения заболеваний нервной системы. Но сейчас, спустя сотню лет, у нас наконец-то есть представление о том, как работают некоторые виды общей анестезии, что может немного успокоить тех, кому предстоит лечь на операционный стол.