Провозглашенное одним из самых важных достижений в медицине, открытие общих анестетиков – соединений, которые вызывают потерю сознания, предотвращают контроль движения и блокируют боль – помогло превратить опасные и травмирующие операции в безопасную и рутинную хирургию. Но, несмотря на их важность, ученые все еще не понимают, как работают общие анестетики.
Теперь, в исследовании, недавно опубликованном в Журнале нейробиологии , исследователи из Университета Окинавы, Института Науки и Технологии (OIST) и Университета Нагоя показали, как широко используемый общий анестетик, называемый изофлураном, ослабляет передачу электрических сигналов между нейронами, в узлы, называемые синапсами.
«Важно отметить, что мы обнаружили, что изофлуран не блокирует передачу всех электрических сигналов в равной степени; анестетик оказал самое сильное влияние на импульсы более высокой частоты, которые необходимы для таких функций, как познание или движение, в то время как он имел минимальное влияние на импульсы низкой частоты, которые контролируют жизненно важные функции, такие как дыхание », – сказал профессор Томоюки Такахаши, который возглавляет отдел клеточной и молекулярной синаптической функции (CMSF) в OIST. «Это объясняет, как изофлуран способен вызывать анестезию, преимущественно блокируя высокочастотные сигналы».
В синапсах сигналы посылаются пресинаптическими нейронами и принимаются постсинаптическими нейронами. В большинстве синапсов общение происходит через химические мессенджеры или нейротрансмиттеры.
Когда в конце пресинаптического нейрона появляется электрический нервный импульс или потенциал действия, это приводит к тому, что синаптические пузырьки – « крошечные мембранные« пакеты », которые содержат нейротрансмиттеры – сливаются с терминальной мембраной, высвобождая нейротрансмиттеры в зазор между нейронами. Когда достаточное количество нейротрансмиттеров воспринимается постсинаптическим нейроном, это запускает новый потенциал действия в постсинаптическом нейроне.
Большой размер чашечки Хельда позволяет ученым визуализировать и манипулировать синапсом. Электроды, соприкасающиеся с нейронами, могут использоваться для запуска и записи электрических сигналов. Частота стимулируемых электрических сигналов варьировалась от одного раза в пять секунд (0,2 Гц) до 200 раз в секунду (200 Гц). Чем выше частота, тем сильнее влияние изофлурана на снижение постсинаптических потенциалов действия, снижая точность синапса. Предоставлено: Окинавский институт науки и технологий.
Подразделение CMSF использовало срезы мозга крыс для изучения гигантского синапса, называемого чашечкой Хелда. Ученые индуцировали электрические сигналы на разных частотах, а затем обнаружили потенциалы действия, генерируемые в постсинаптическом нейроне. Они обнаружили, что при увеличении частоты электрических сигналов изофлуран оказывал более сильное влияние на блокирование передачи.
Чтобы подтвердить выводы своего подразделения, Такахаши обратился к доктору Такаюки Ямашита, исследователю из Университета Нагоя, который проводил эксперименты на синапсах, называемых кортикально-кортикальными синапсами, в мозге живых мышей.
Ямашита обнаружил, что анестетик воздействовал на кортикально-кортикальные синапсы аналогично чашечке Хелда. Когда мышей анестезировали с использованием изофлурана, высокочастотная передача была сильно снижена, в то время как на низкочастотную передачу было меньше влияния.
«Оба этих эксперимента подтвердили, что изофлуран действует как общий анестетик», – сказал Такахаши. «Но мы хотели понять, каковы основные механизмы, из-за которых целевые флюоры ослабляют синапсы таким частотно-зависимым способом».