Под наркозом: как работает общая анестезия и почему она вызывает потерю сознания

Почти каждый человек хоть раз в жизни подвергался анестезии. В основном, не считая действительно тяжелых случаев, как работает наркоз и что происходит с организмом, человек примерно понимает, сидя в кресле стоматолога и ожидая действия «заморозки» на определенный участок полости рта. В среднестатистическом сознании потенциального пациента как-то так работает и общий наркоз – просто вместо конкретной части тела, врачи «усыпляют» организм полностью. Однако данный процесс таит в себе множество нюансов и определенных трудностей, являясь, в некотором роде, еще одной операцией над телом человека. При этом механизмы действия наркоза, несмотря на общее понимание, остаются весьма индивидуальными.

В начале XX века американский врач-анастезиолог Артур Гведел разработал систему определения этапов наркоза. Такой подход позволил рассчитать дозу и выявить особенности работы организма в моменты снижения мозговой активности. Данная методика остается стандартом и по сей день.

Классический разбор наркоза «по Гведелу» состоит из четырех основных стадий, хирургическая составляющая которого поделена на четыре уровня.

Первая операция с применением анестезии прошла в Бостоне в 1846 году. В стенах Массачусетской больницы пациент с опухолью за считанные секунды провалился в сон. Процедура прошла так, что в наше время про нее бы сказали: «Как по учебнику». В то время учебных материалов по работе с наркозом не было. Поэтому операция, являвшаяся историческим событием, прошла так, что по ней можно было эти материалы создать. Как работает общий наркоз, запечатлел Роберт Хинкли в своей знаменитой картине «Первая операция под эфиром».

Анестезию начали широко применять. Миллионы жизней были спасены. Постепенно исследователи стали лучше понимать принципы работы наркоза. Вместе с тем они искали способы улучшить его эффективность. На рубеже XIX и XX веков, через 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 липидов.

Липиды или, по-простому, жиры составляют важную часть клеточных мембран — оболочек. Мембраны, регулируют «взаимоотношения» кирпичиков живых тканей с внешним миром и другими системами организма: впускают в клетку вещества, выпускают отходы и даже служат «воротами» для проникновения вирусов и бактерий. Но общий наркоз работает как бог сновидений, заставляя пациента, пусть и кратковременно, но терять сознание, что является своего рода проблемой. Как ее решить? «Если качество анестезии зависит от липидного обмена, не поискать ли нам ответ на границах клеток?», — подумали ученые.

Почти сто лет ушло на поиск решения этой непростой задачки, пока в 1997 году не вышла статья профессора Лернера. В ней ученый описывал снотворный липид олеамид, который обнаружил, пока изучал биохимию сна. Механизм потери сознания Лернер связал 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? Что, в принципе, в течение более 150 лет не давало ученым объяснить механизм потери сознания из-за анестезии?

Гениальные умы прошлого не имели под рукой микроскопов с разрешением меньше, чем длина волны видимого света. Именно такие нужны, чтобы разглядеть биологические кластеры, участвующие в сложных нейронных процессах. Открытие анестезии — тот самый случай, когда сначала создали и успешно применили, а потом поняли, как это работает. Ученые из Научно-исследовательского института Скриппса (Scripps Research) поделились своей версией механизма наркоза, ответственного за временное «отключение» пациента из окружающей реальности. Статья опубликована в трудах Национальной академии наук США (PNAS).

Чтобы понять, как работает общий наркоз, авторы работы подготовили для клеток бассейн, наполненный хлороформом, и посмотрели, что произойдет. Воздействие анестезии привело к тому, что липидные кластеры на границах клеток сильно увеличились в размерах. «Разбухание» нарушило плотную «упаковку» кластеров, и они рассыпались на части, как шары в бильярде после первого удара. Среди «шаров» ученые обнаружили особый фермент — фосфолипазу. Фермент подсветили флуоресцентным веществом и отследили под микроскопом его перемещение.

Фосфолипаза возомнила себя тем самым первым «шаром», что разбил ее родной кластер, и отправилась на поиски собственной «жертвы». Исследователи заметили, что в качестве липидного кластера «для битья» фосфолипаза чаще всего выбирает тот, который содержит ионные каналы калия. Эти каналы высвобождают калий, приводящий к отключению нерва: так пропадает сигнал.

Вот он — механизм, который 175 лет оставался неизвестным науке! Оставалось лишь проверить, действительно ли он протекает в живых организмах. Естественно, людей к такому тестированию не допустили. Проверку того, как работает наркоз и что при этом происходит, решили доверить плодовым мушкам. Ученые искусственно снизили у них выработку фермента фосфолипазы — той самой, что любит разрушать чужие липидные кластеры. В результате, потребовалась двойная доза анестезии, чтобы усыпить крохотных любительниц подгнившей картофельной кожуры.

Авторы работы надеются, что их открытие поможет не только лучше понять, что происходит под наркозом с организмом, но и повысить эффективность и безопасность проведения операций. Также данное исследование сможет выявить новые подсказки в объяснении других сокровенных тайн мозга: как мы засыпаем, просыпаемся, что происходит при этом с клеточными мембранами, нейронами и самим мозгом.