Открытие анестезии 170 лет назад стало чудом медицины, позволив миллионам пациентов безболезненно переносить инвазивные операции, спасающие их жизни. Однако, несмотря на десятилетия исследований, учёные до сих пор не понимают, почему общая анестезия работает.
Теперь, похоже, эта проблема частично решена. В исследовании, результаты которого опубликованы в Neuron, учёные из Университета Дьюка (Duke University) обнаружили, что несколько препаратов общей анестезии отключают человека, захватывая цепочку нейронов, заставляющих засыпать.
Исследователи проследили за этой цепочкой нейронов вплоть до небольшого скопления клеток в основании мозга. Эти клетки ответственны за выработку гормонов, регулирующих такие функции организма как настроение и сон. Находка впервые указывает на роль гормонов в поддержании состояния общей анестезии, а также даёт ценную информацию для разработки новых лекарств, помогающих засыпать без большого количества побочных эффектов.
С тех пор как в 1846 году впервые была проведена показательная операция с использованием общей анестезии, учёные пытаются выяснить, как именно она работает. Преобладающая теория предполагала, что препараты подавляют нормальную деятельность мозга, приводя к невозможности двигаться или чувствовать боль. Подобные теории говорят, что состояние общей анестезии подобно сну. Однако исследования последнего десятилетия показали, что сон является более активным процессом, чем считалось ранее, и целые наборы нейронов работают, пока вы спите.
Фань Ван (Fan Wang), профессор нейробиологии из Университета Дьюка поставил вопрос в своей лаборатории о том, не является ли общепринятое мнение об анестезии односторонним. «Возможно, вместо того, чтобы просто подавлять нейроны, анестетические препараты, активируют определённые нейроны в мозгу», — объясняет аспирантка Ли-Фэн Цзян-Се (Li-Feng Jiang-Xie).
Чтобы проверить новую теорию, в лаборатории была проведена общая анестезия мышей с помощью нескольких различных, но широко используемых препаратов. Затем учёные использовали молекулярные маркеры, чтобы отследить нейроны, активируемые анестетиками. Они выяснили, что скопление активных нейронов кроется в небольшой области мозга под названием супраоптическое ядро. Эта область имеет длинные отростки, выделяющие большое количество гормонов, в том числе вазопрессин, непосредственно в кровообращение.
«Большинство активированных анестезией клеток представляли собой гибрид, соединяющий нервную и эндокринную системы, — говорит Цзян-Се. — Это было неожиданно для нас и открыло малоизвестную территорию в понимании работы нейронных путей при общей анестезии».
Исследователи использовали сложную технику, разработанную специально в лаборатории Вана, для включения и отключения этой специализированной группы клеток химическими веществами или светом. Когда они включали эти клетки у мышей, животные переставали двигаться и впадали в глубокий сон, называемый медленным волновым сном, он ассоциируется с потерей сознания.
Затем группа исследователей уничтожила эту группу клеток. Мыши продолжали передвигаться и не могли заснуть.
Наконец, исследователи провели аналогичные эксперименты на мышах под общей анестезией. Они обнаружили, что искусственная предварительная активация нейроэндокринных клеток заставила мышей оставаться под общей анестезией в течение более длительного периода времени. И наоборот, когда эти клетки заглушали, мыши проще просыпались после анестезии.
Это исследование выявило также неизвестную ранее роль выделяющих гормоны клеток мозга в обеспечении глубокого сна.
Многие люди, особенно с болезнью Альцгеймера, испытывают сложности со сном, но применяемые в настоящее время лекарства имеют побочные эффекты. Если учёные смогут найти способы манипулировать нейронной схемой путём воздействия на гормоны или пептиды, это может привести к созданию более эффективных снотворных таблеток.