175-летняя тайна: как анестезия вызывает потерю сознания
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 прошла так, что по ней можно было эти материалы создать. По крайней мере, историческое событие запечатлел Роберт Хинкли в своей знаменитой картине «Первая операция под эфиром».
Анестезию начали широко применять. Миллионы жизней были спасены. Постепенно исследователи стали искать способы улучшить эффективность наркоза. 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. «Если качество анестезии зависит от липидного обмена, не поискать ли нам ответ на границах клеток?» — подумали ученые, когда мучились над проблемой потери сознания из-за наркоза.
Почти сто лет ушло на поиск решения этой непростой задачки, пока в 1997 году в трудах Академии наук США 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 действием анестезии 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) недавно поделились своей версией механизма, ответственного за временное «отключение» пациента из окружающей реальности. Статья опубликована в трудах Национальной академии наук США (PNAS).
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 ее 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. Ученые искусственно снизили у плодовых мушек 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 сенсационной работы надеются, что их открытие поможет не только повысить эффективность и безопасность проведения операций под анестезией, но и даст новые подсказки в объяснении других сокровенных тайн мозга: как мы засыпаем, просыпаемся, что происходит при этом с клеточными мембранами, нейронами и самим мозгом.
