Po 180 latach nowe wskazówki ujawniają działanie znieczulenia ogólnego w mózgu

Znieczulenie ogólne pozbawia pacjenta przytomności niemal natychmiast. Źródło: CC0 Public Domain 

Każdego roku na całym świecie wykonuje się ponad 350 milionów operacji. Większość z nas prawdopodobnie będzie musiało w pewnym momencie życia przejść zabieg wymagający znieczulenia ogólnego. Pomimo że jest to jedna z najbezpieczniejszych praktyk w medycynie, nadal nie posiadamy pełnego, dogłębnego zrozumienia, jak dokładnie leki znieczulające działają w mózgu. Właściwie, od czasu wprowadzenia znieczulenia ogólnego do medycyny 180 lat temu, pozostało to w dużej mierze tajemnicą. Badanie opublikowane w „Journal of Neuroscience” dostarcza nowych wskazówek na temat zawiłości tego procesu. Leki znieczulające ogólnie wydają się wpływać tylko na określone części mózgu odpowiedzialne za utrzymanie czujności i przytomności. 

Komórki mózgu tworzące balans 

W badaniu z wykorzystaniem muszek owocowych odkryliśmy potencjalny sposób, który pozwala lekom znieczulającym na interakcję z określonymi typami neuronów (komórkami mózgu), a wszystko to ma związek z białkami. Twój mózg ma około 86 miliardów neuronów i nie wszystkie z nich są takie same. To właśnie te różnice pozwalają na działanie znieczulenia ogólnego. Gwoli jasności, nie jesteśmy zupełnie nieświadomi tego, jak wpływają na nas środki znieczulające. Dzięki przełomowemu odkryciu w 1994 roku wiemy, dlaczego znieczulenie ogólne sprawia, że tracimy przytomność tak szybko. Jednak aby lepiej zrozumieć szczegóły, musimy najpierw przyjrzeć się drobnym różnicom pomiędzy komórkami w naszych mózgach. 
 
Ogólnie rzecz biorąc, w mózgu istnieją dwa główne rodzaje neuronów. Pierwszymi z nich są neurony „pobudzające”, generalnie odpowiedzialne za utrzymanie przytomności i czuwanie. Drugie to neurony „hamujące”. Ich zadaniem jest regulacja i kontrolowanie tych pobudzających. W naszym codziennym życiu neurony pobudzające i hamujące stale pracują i wzajemnie się równoważą. Kiedy zasypiamy, znajdujące się w mózgu neurony hamujące „uciszają” te pobudzające, niepozwalające nam zasnąć. Dzieje się to stopniowo, dlatego z biegiem dnia możemy czuć się coraz bardziej zmęczeni. Znieczulenie ogólne przyspiesza ten proces poprzez bezpośrednie wyciszenie neuronów pobudzających bez żadnego działania ze strony neuronów hamujących. To dlatego twój anestezjolog powie, że „uśpi” cię przed zabiegiem. Jest to zasadniczo ten sam proces. 

Specjalny rodzaj snu 

Jako że wiemy dlaczego środki znieczulające nas usypiają, pytanie brzmi: „dlaczego nie budzimy się podczas operacji?”. Gdyby ktoś próbował zrobić nam operację podczas nocnego snu, obudzilibyśmy się dosyć gwałtownie. Do tej pory nie ma wśród specjalistów silnej zgody w odpowiedzi na pytanie dlaczego ludzie pod znieczuleniem ogólnym pozostają nieprzytomni podczas operacji. W ciągu kilku ostatnich dziesięcioleci badacze zaproponowali kilka potencjalnych wyjaśnień, jednak wszystkie wydają się wskazywać na jedną źródłową przyczynę. Neurony przestają ze sobą rozmawiać pod wpływem znieczulenia ogólnego. Chociaż idea „komórek rozmawiających ze sobą” może brzmieć nieco dziwne, jest ona fundamentalną koncepcją w neurobiologii. Bez tej komunikacji nasze mózgi nie byłyby w stanie funkcjonować. Pozwala ona mózgowi dowiedzieć się, co dzieje się w całym organizmie. 

Co odkryliśmy? 

Nasze nowe badanie wykazuje, że znieczulenie ogólne wydaje się powstrzymywać neurony pobudzające przed komunikacją, zostawiając tylko hamujące. Koncepcja ta nie jest nowa, ale znaleźliśmy przekonujące dowody na to, dlaczego tylko neurony pobudzające są pod wpływem działania środków znieczulających. Aby neurony mogły się komunikować, zaangażować muszą się białka. Jednym z zadań tych białek jest skłanianie neuronów do uwalniania cząsteczek zwanych neuroprzekaźnikami. Te chemiczne przekaźniki przenoszą sygnały z jednego neuronu do drugiego. Neuroprzekaźnikami są na przykład dopamina, adrenalina i serotonina. Odkryliśmy, że znieczulenie ogólne upośledza zdolność tych białek do uwalniania neuroprzekaźników, ale tylko w neuronach pobudzających. Aby to zbadać, użyliśmy muszek owocowych Drosophila melanogaster i superrozdzielczej mikroskopii, aby bezpośrednio obserwować wpływ środka znieczulającego na te białka w skali molekularnej. 
 
Częścią tego, co odróżnia neurony pobudzające i hamujące, jest ich ekspresja różnych typów tego samego białka. To trochę tak, jakby mieć dwa samochody tej samej marki i modelu, ale jeden jest zielony i ma pakiet sportowy, podczas gdy drugi ma tylko standardowy i jest czerwony. Oba robią to samo, lecz są trochę inne. Uwalnianie neuroprzekaźników jest złożonym procesem obejmującym wiele różnych białek. Jeśli jeden element układanki nie pasuje, znieczulenie ogólne nie będzie w stanie zadziałać. Kolejnym krokiem badawczym będzie ustalenie który element układanki jest inny, aby zrozumieć, dlaczego znieczulenie ogólne zatrzymuje  komunikację tylko neuronów pobudzających. Podsumowując, nasze wyniki sugerują, że środki do znieczulenia ogólnego powodują masowe uśpienie w mózgu. Uciszając pobudliwość na dwa sposoby, środki te usypiają nas i utrzymują w takim stanie.