Przez doktora Adama Hinesa

Każdego roku na całym świecie przeprowadza się ponad 350 milionów operacji. W przypadku większości z nas w pewnym momencie życia konieczne będzie poddanie się zabiegowi wymagającemu znieczulenia ogólnego.

Mimo że jest to jedna z najbezpieczniejszych praktyk medycznych, wciąż nie mamy pełnej i dokładnej wiedzy na temat działania leków znieczulających w mózgu. Tak naprawdę pozostaje to tajemnicą od czasu wprowadzenia znieczulenia ogólnego do medycyny ponad 180 lat temu.

Nasze badanie opublikowane w Journal of Neuroscience dostarcza nowych wskazówek na temat zawiłości tego procesu. Wydaje się, że leki do znieczulenia ogólnego wpływają tylko na określone części mózgu odpowiedzialne za utrzymanie czujności i czuwania.

W badaniu z udziałem muszek owocowych znaleźliśmy potencjalny sposób, który umożliwia lekom znieczulającym interakcję z określonymi typami neuronów (komórkami mózgowymi), a wszystko to ma związek z białkami. Twój mózg ma około 86 miliardów neuronów i nie wszystkie są takie same – to właśnie te różnice sprawiają, że znieczulenie ogólne jest skuteczne.

Żeby było jasne, nie jesteśmy całkowicie nieświadomi wpływu leków znieczulających na nas. Dzięki przełomowemu odkryciu dokonanemu w 1994 roku wiemy, dlaczego środki do znieczulenia ogólnego mogą spowodować tak szybką utratę przytomności.

Aby jednak lepiej zrozumieć najdrobniejsze szczegóły, musimy najpierw przyjrzeć się najdrobniejszym różnicom między komórkami w naszych mózgach. Ogólnie rzecz biorąc, istnieją dwie główne kategorie neuronów w mózgu.

Pierwsze z nich to tak zwane neurony „pobudzające”, generalnie odpowiedzialne za utrzymywanie naszej czujności i czuwania. Drugie to neurony „hamujące” – ich zadaniem jest regulacja i kontrola neuronów pobudzających.

W naszym codziennym życiu neurony pobudzające i hamujące nieustannie pracują i równoważą się nawzajem.

Kiedy zasypiamy, w mózgu znajdują się neurony hamujące, które „wyciszają” neurony pobudzające, które nie pozwalają nam zasnąć. Dzieje się to stopniowo i z biegiem czasu, dlatego w ciągu dnia możesz czuć się coraz bardziej zmęczony.

Ogólne środki znieczulające przyspieszają ten proces, bezpośrednio wyciszając te neurony pobudzające, bez żadnego działania ze strony neuronów hamujących. Dlatego anestezjolog powie Ci, że podczas zabiegu „uśpi Cię”: zasadniczo jest to ten sam proces.

Inny rodzaj snu

Chociaż wiemy, dlaczego środki znieczulające nas usypiają, pojawia się pytanie: „Dlaczego to robimy zostawać spał podczas operacji?” Gdybyś dzisiaj wieczorem poszedł spać, zasnął i ktoś próbował zrobić ci operację, obudziłbyś się z niemałym szokiem.

Jak dotąd nie ma silnego konsensusu w tej dziedzinie co do tego, dlaczego znieczulenie ogólne powoduje utratę przytomności podczas operacji.

W ciągu ostatnich kilku dekad badacze zaproponowali kilka potencjalnych wyjaśnień, ale wszystkie wydają się wskazywać na jedną pierwotną przyczynę. Neurony przestają ze sobą rozmawiać pod wpływem środków znieczulających.

Chociaż koncepcja „komórek rozmawiających ze sobą” może wydawać się nieco dziwna, jest to podstawowa koncepcja neuronauki. Bez tej komunikacji nasz mózg w ogóle nie byłby w stanie funkcjonować. Pozwala mózgowi wiedzieć, co dzieje się w całym ciele.

Nasze nowe badanie pokazuje, że środki znieczulające ogólne wydają się powstrzymywać neurony pobudzające przed komunikacją, ale nie hamujące. Ta koncepcja nie jest nowa, ale znaleźliśmy na to przekonujące dowody Dlaczego dotyczy to tylko neuronów pobudzających.

Aby neurony mogły się komunikować, muszą zostać zaangażowane białka. Jednym z zadań tych białek jest pobudzanie neuronów do uwalniania cząsteczek zwanych neuroprzekaźnikami. Te chemiczne przekaźniki przekazują sygnały z jednego neuronu do drugiego: na przykład dopamina, adrenalina i serotonina są neuroprzekaźnikami.

Odkryliśmy, że środki znieczulające ogólne upośledzają zdolność tych białek do uwalniania neuroprzekaźników, ale tylko w neuronach pobudzających. Aby to przetestować, użyliśmy muszka owocowa muszki owocowe i mikroskopię o super rozdzielczości, aby bezpośrednio zobaczyć, w skali molekularnej, wpływ środka znieczulającego na te białka.

Neurony pobudzające i hamujące różnią się między sobą częściowo tym, że wyrażają różne typy tego samego białka. To trochę tak, jakby mieć dwa samochody tej samej marki i modelu, ale jeden jest zielony i ma pakiet sportowy, a drugi jest standardowy i czerwony. Obaj robią to samo, ale jeden jest trochę inny.

Uwalnianie neuroprzekaźników to złożony proces obejmujący wiele różnych białek. Jeśli jeden element układanki nie jest dokładnie taki sam, środki znieczulające ogólne nie będą w stanie wykonać swojej pracy.

W kolejnym kroku badawczym będziemy musieli dowiedzieć się, który element układanki jest inny, aby zrozumieć, dlaczego środki znieczulające ogólne wstrzymują jedynie komunikację pobudzającą.

Ostatecznie nasze wyniki wskazują, że leki stosowane w środkach do znieczulenia ogólnego powodują masowe, globalne zahamowanie pracy mózgu. Wyciszając pobudliwość na dwa sposoby, leki te usypiają i utrzymują ten stan.

Doktor Adam Hines jest pracownikiem naukowym w Queensland Brain Institute na Uniwersytecie Queensland w Australii. Jego badania skupiają się na łączeniu neuronauki i sztucznej inteligencji w celu opracowania „robotyki inspirowanej biologią”.

Artykuł ten pierwotnie ukazał się w Rozmowa i jest ponownie publikowany za zgodą.