Разгадка тайны анестезии

При цитировании информации активная гиперссылка на evo-rus.com обязательна.

Невозможно представить хирургию без общей анестезии, и удивительн то, что несмотря на 175-летнюю историю использования анестезии в медицине, врачи и ученые не смогли объяснить, как анестетики временно лишают пациентов сознания.

Новое исследование Scripps Research приоткрывает завесу в этой давней медицинской тайне. Используя современные наноразмерные микроскопические методы, а также эксперименты на живых клетках плодовой мухи, ученые показывают, как скопления липидов в клеточной мембране служат в качестве отсутствующего посредника в двухкомпонентном механизме. Временное воздействие анестезии приводит к тому, что липидные скопления переходят из упорядоченного состояния в беспорядочное, а затем обратно, что приводит к множеству последующих эффектов, которые в конечном итоге вызывают изменения в сознании.

Открытие химика Ричарда Лернера и доктора медицины и молекулярного биолога Скотта Хансена, положило начало вековым дебатам, которые все еще существуют сегодня: действуют ли анестетики непосредственно на часть клеточной мембраны, называемой ионными каналами, или воздействуют на мембрану, чтобы сигнализировать об изменениях в клетках новым и неожиданным образом? Потребовалось почти пять лет экспериментов и дебатов, чтобы прийти к выводу, что это двухэтапный процесс, который начинается в мембране. Анестетики возмущают липидные кластеры внутри клеточной мембраны, известные как “липидные рафты”, чтобы инициировать сигнал.

“Нет сомнений в том, что это открытие будет использоваться и для других функций, помимо сознания, что позволит нам раскрыть другие тайны мозга”, – считает Лернер.

Эфирный купол

Способность эфира вызывать потерю сознания была впервые продемонстрирована на пациенте с опухолью в Массачусетской больнице в Бостоне в 1846 году в операционном амфитеатре, который позже стал известен как “Купол Эфира.” Таким образом, эта процедура была использована в знаменитой картине Роберта Хинкли “Первая операция под эфиром”. К 1899 году немецкий фармаколог Ханс Хорст Мейер, а затем в 1901 году британский биолог Чарльз Эрнест Овертон сделал мудрый вывод о том, что липидная растворимость диктует эффективность таких анестетиков.

Хансен вспоминает, что во время составления гранта для дальнейшего изучения этого исторического вопроса, он обратился к поискам в Google, думая, что он не мог быть единственным, кто убежден в роли мембранных липидных рафтов. К удивлению Хансена, он нашел положение из статьи Лернера 1997 года “Гипотеза о эндогенном аналоге общей анестезии” с идентичной техникой. Хансен долгое время равнялся на Лернера в буквальном смысле. Будучи студентом в Сан-Диего, Хансен работал в одной подвальной лаборатории, окно которой выходило на парковку, где оставлял свой автомобиль Лернер.

“Я связался с ним и сказал: Вы не поверите, но ваши выводы от 1997 года описывали то, что я сейчас наблюдаю,” – вспоминает Хансен. “Это было блестяще.” Для Лернера это тоже был волнующий момент.

“Это было одно из самых значимых медицинских таинств”, – рассказывает Лернер. “Когда я учился в медицинской школе в Стэнфорде, единственной проблемой, которую я хотел решить это понять действие анестетиков. Анестезия была настолько важна, что я не мог поверить, что мы не знали, как все эти анестетики могут заставить людей терять сознание.”

Многие другие ученые в ходе экспериментов в течении столетия, искали те же самые ответы, но им не хватало нескольких ключевых элементов, говорит Хансен: Во-первых, микроскопы, способные визуализировать биологические комплексы, меньшие, чем дифракционные пределы света, и, во-вторых, последние открытия о природе клеточных мембран, а также о сложной организации и функциях богатого разнообразия липидных комплексов, которые их содержат.

“Они не могли найти ответ, потому что просто не видели его, в значительной степени из-за отсутствия технологии”, – говорит Хансен.

От порядка к беспорядку

Используя микроскопические технологии с использованием микроскопа dSTORM, создатели которого получили Нобелевскую премию, в лаборатории Хансена проводили эксперимет по погружению клеткок в хлороформ и наблюдали над дальнешим процессом. Облучение клеток хлороформом значительно увеличило диаметр и площадь клеточных мембранных липидных скоплений GM1, объясняет Хансен.

Он смотрел на реорганизацию группы GM1, перехода от упорядоченного по структуре сгустка к нарушенному беспорядку. Когда GM1 стал беспорядочным, его содержимое разлилось, и среди них оказался фермент, называемый фосфолипазой D2 (PLD2).

Пометив PLD2 флуоресцентным химикатом, Хансен смог наблюдать через микроскоп dSTORM, как PLD2 двигался в направлении к другому липидному скоплению PIP2. Это активировало ключевые молекулы в кластере PIP2, и среди них, каналы ионов калия TREK1 и их активатор липидов, фосфатидная кислота (PA). Активация TREK1 тормозит способность нейронов двигаться, что приводит к потере сознания.

“Калиевые каналы TREK1 высвобождают калий, и это гиперполяризует нерв, что делает его “заторможенным” и просто выключает его”, – говорит Хансен.

Лернер настаивал на том, чтобы они подтвердили результаты на живой модели. Для этого использовали обычную плодовую муху, дрозофилы меланогастер. Удаление экспрессии PLD у мух сделало их устойчивыми к эффектам успокоительного. На самом деле, они требовали вдвое большего воздействия анестетика, чтобы продемонстрировать такую же реакцию.

“Все мухи в конечном итоге потеряли сознание, предполагая, что PLD помогает установить порог, но не является единственным способом управления анестетиком чувствительности”.

Такое открытие порождает множество новых соблазнительных возможностей, которые могут объяснить и другие тайны мозга, включая события на молекулярном уровне, приводящие нас к засыпанию.

Первоначальная гипотеза Лернера 1997 года о роли “липидных матриц” в передаче сигналов возникла в результате его исследований биохимии сна, и его открытия сопористого липида, который он назвал олеамидом. Сотрудничество Хансена и Лернера в этой области продолжается.

“Люди начнут изучать все, что вы можете себе представить: сон, сознание, все эти связанные расстройства”, – делится Хансена. “Эфир был подарком, который помогает нам понять проблему сознания. Он пролил свет на ранее не признанный путь, по которому мозг явно эволюционировал, чтобы контролировать функции высшего звена.”

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»