Познакомьтесь с механизмом действия наркоза на молекулярном уровне.
Unsplash
Если вы не бывали в операционной, то скорее всего знакомы с действием анестезии в стоматологическом кабинете. Там врач использует местную анестезию — «заморозку» для определенной зоны полости рта. По общему представлению, общий наркоз так же работает — вместо конкретной части тела врачи «усыпляют» весь организм.
Внешне этот процесс может показаться простым, но на самом деле обладает множеством сложностей и трудностей, являясь тем самым операцией на теле человека. Механизмы действия наркоза, хотя и понятны в общих чертах, всё же остаются индивидуальными.
Какие стадии анестезии применяются в современной медицинской практике?
В начале XX века американский врач-анастезиолог Артур Гведел создал систему определения этапов наркоза. Такой подход позволил рассчитать дозу препарата и выявить особенности работы организма при снижении мозговой активности. Методика действия анестезии по Гведелу остаётся стандартом.
Классический разбор наркоза по Гведелу включает четыре стадии, хирургическую часть которых делят на четыре уровня.
- I стадия. Стадия анальгезии — потеря болевых ощущений и общее снижение болевого порога.
- Второй этап — фаза возбуждения. В этот период зрачки расширяются, дыхание становится неритмичным, и наблюдается гиперсаливация — усиление слюноотделения.
- Третья стадия. Стадия хирургического наркоза. Начинается с поверхностного наркоза из-за выравнивания дыхания и движения глазных яблок.
- Третья стадия развивается. Возникает слабая анестезия. Появляется роговичный рефлекс, зрачки прекращают движение до момента замедления работы мышц между позвонками.
- Третья стадия переходит в глубокий наркоз. Зрачки расширяются, а межреберные мышцы полностью расслабляются – проявляется слабость, схожая с параличом.
- IV уровень III стадии — сверхглубокий наркоз. Вызывается особым типом дыхания из-за паралича диафрагмы.
- IV стадия. Стадия пробуждения.
Применение обезболивания для блага человечества.
В 1846 году в Бостонской Массачусетской больнице впервые провели операцию с применением анестезии. Пациент с опухолью мгновенно уснул. Процедура прошла гладко, как будто по учебнику, хотя тогда таких материалов не существовало. Эта историческая операция стала эталоном для будущих исследований наркоза, а работу общего наркоза запечатлел на своей картине «Первая операция под эфиром» Роберт Хинкли.
Применение анестезии получило широкое распространение. Миллионы жизней удалось спасти. Исследователи всё лучше понимали механизм действия наркоза и искали способы повышения его эффективности. На рубеже XIX и XX веков, спустя 55 лет после первой операции под наркозом, немецкий фармаколог Ханс Хорст Мейер и британский биолог Чарльз Эрнест Овертон почти одновременно и независимо друг от друга пришли к выводу, что эффективность анестезии зависит от растворимости в липидах.
Жиры, или липиды, являются важным компонентом клеточных мембран, оболочек, которые регулируют «взаимодействие» клеток с окружающей средой и другими системами организма. Мембраны пропускают в клетку необходимые вещества, выводят отходы и даже служат «воротами» для проникновения вирусов и бактерий.
Общий наркоз вызывает потерю сознания пациента, что может быть проблемой. Ученые решили искать ответ на границах клеток, так как качество анестезии зависит от липидного обмена.
Почти сто лет потратили на решение этой задачи. В 1997 году в трудах Академии наук США вышла статья профессора Лернера. Ученый описал снотворный липид олеамид, который обнаружил во время изучения биохимии сна. Лернер связал механизм потери сознания с деятельностью найденного липида. Что же помешало исследователю дальше углубиться в тайны погружения в сон и провести параллель с тем, как работает анестезия при воздействии на организм? В течение более 150 лет ученым не удавалось объяснить механизм потери сознания из-за анестезии.
Как учёные поняли что происходит под наркозом
Великие умы прошлого не могли воспользоваться микроскопами с разрешением, превышающим длину волны видимого света. Такой инструмент необходим для разглядывания биологических кластеров, участвующих в сложных процессах нейронов. Открытие анестезии — пример, когда сначала создали и применили её успешно, а потом разобрались в механизме действия. Учёные из Научно-исследовательского института Скриппса предложили свою версию механизма наркоза, отвечающего за временное «отключение» пациента от окружающей действительности. опубликованаВ работах Национальной Академии Наук Соединённых Штатов Америки.
Для изучения действия общей анестезии авторы исследования заполнили ванночку для клеток хлороформом и наблюдали за реакцией. В результате воздействия анестезии липидные кластеры на границах клеток существенно увеличились в размере. «Разбухание» нарушило плотное расположение кластеров, и те рассыпались на части, подобно шарикам в бильярде после первого удара. В образовавшихся фрагментах ученые обнаружили особый фермент — фосфолипазу. Фермент промаркировали флуоресцентным веществом и отследили ее движение под микроскопом.
Фосфолипаза решила, что стала первым «шаром», разгромившим родной кластер, и отправилась искать свою «жертву». Учёные, изучающие механизм общего наркоза в пробирке, заметили, что фосфолипаза чаще всего нападает на кластеры липидов с ионными каналами калия.
Механизм, неизвестный науке 175 лет, был обнаружен. Оставалось выяснить, функционирует ли он в живых организмах. Для проверки эффекта наркоза и происходящих при этом изменений не стали использовать людей. Ученые решили доверить этот эксперимент плодовым мушкам. Они искусственно снизили у них выработку фермента фосфолипазы, разрушающей липидные кластеры. В результате им потребовалась вдвое большая доза анестезии, чтобы уснуть крошечных любительниц подгнившей картофельной кожуры.
Авторы исследования рассчитывают, что их открытие позволит не только глубже понять изменения в организме во время наркоза, но и повысить эффективность и безопасность проведения операций. Кроме того, это исследование может помочь раскрыть новые секреты мозга: механизмы сна и бодрствования, процессы, происходящие с клеточными мембранами, нейронами и самим мозгом.