Во время операции анестезиологи используют различные препараты (в зависимости от типа анестезии), чтобы вызвать бессознательное состояние. Для общей анестезии чаще всего используется пропофол (2,6-диизопропилфенол) благодаря его быстрому началу действия. Однако механизм его действия до сих пор до конца не изучен. Недавно это заставило нейробиологов из Массачусетского технологического института присмотреться к нему повнимательнее. Их исследование, опубликованное в журнале Neuron, показывает, что пропофол вызывает бессознательное состояние, нарушая нормальную способность мозга восстанавливать контроль над возбудимыми нейронами.
Согласно нашим современным знаниям, анестезирующий эффект пропофола обусловлен модуляцией тормозной функции нейротрансмиттера ГАМК, который, в свою очередь, активируется путем связывания с рецептором ГАМК. Затем пропофол действует, снижая мозговой кровоток и внутричерепное давление.
Однако, используя новую методику анализа активности нейронов, неврологи из Массачусетского технологического института (MIT) сделали удивительное открытие. Вместо того чтобы стабилизировать активность нейронов, препарат делает ее все более нестабильной, вплоть до потери сознания и состояния бесчувственности.
«Мозг должен работать на грани, между возбудимостью и хаосом. Он должен быть достаточно возбудимым, чтобы нейроны могли влиять друг на друга, но если он становится слишком возбудимым, то погружается в хаос«, — объясняет Эрл К. Миллер, профессор нейронаук в Пиковере и сотрудник Института обучения и памяти Пиковера Массачусетского технологического института, в пресс-релизе Массачусетского технологического института. «Пропофол, похоже, нарушает механизмы, которые удерживают мозг в этом узком диапазоне функционирования«, — добавил Миллер.
Чтобы прийти к этому открытию, команда провела эксперименты на паре макак-резусов (Macaca mulatta). Они оценивали изменения в мозговой активности обезьян с того момента, как каждая из них получила дозу пропофола (введенного внутривенно). Сотни электродов, установленных на двух животных, использовались для записи электрической активности в четырех областях их мозга. Их держали под наблюдением в течение шестидесяти минут, в течение которых они постепенно теряли сознание.
Затем аспирант Адам Айзен, постдокторант MIT Лео Козачков и ведущие авторы работы Миллер и Ила Фите проанализировали записанные данные. Поскольку записи могли охватить лишь малую часть всей активности мозга, исследователи использовали новый метод под названием «отложенная интеграция». Таким образом они смогли количественно оценить стабильность мозговой активности животных и обнаружили нечто тревожное.
Как правило, при получении информации мозговая активность возрастает, но затем быстро стабилизируется. Однако после того как обезьянам ввели пропофол, их мозговая активность стала возвращаться к норме гораздо быстрее. Однако, по словам исследователей, удивительным было то, что по мере действия анестетика активность мозга становилась все более возбудимой, пока обезьяны в конце концов не потеряли сознание.
Учитывая эти результаты, ученые предположили, что пропофол нарушает «динамическую стабильность» мозга. Среди прочего, они предположили, что причиной нарастающей нестабильности мозговой активности является модуляция нейромедиатора ГАМК, которая приводит к потере торможения. По их мнению, система как будто срабатывает сама по себе, блокируя обработку информации мозгом.
К лучшему пониманию того, как работают анестетики
Чтобы продвинуть свое на шаг вперед, неврологи попытались воспроизвести тот же эффект в компьютерной модели. Они создали упрощенную нейронную сеть для проведения имитационного эксперимента. Как только они усилили торможение определенных узлов сети, подобно тому, как это делает пропофол, активность сети стала нестабильной. Результаты были похожи на те, что они наблюдали в мозге макак, которым давали пропофол.
«Мы рассмотрели простую модель цепи взаимосвязанных нейронов, и когда мы увидели торможение, мы также увидели дестабилизацию. Таким образом, мы предполагаем, что усиление торможения может привести к нестабильности, а это в свою очередь связано с потерей сознания«, — объясняет Айзен.
Хотя эти результаты свидетельствуют о том, что пропофол нейтрализует функцию тормозных нейротрансмиттеров, предыдущие исследования выявили противоположные эффекты при использовании другого анестезирующего препарата. В эксперименте было обнаружено, что возбуждающие нейроны являются мишенью. Однако эта разница может объясняться тем, что в исследовании использовался изофлуран, ингаляционный седативный препарат, в то время как пропофол вводится инъекционно.
Как бы то ни было, следующим шагом исследователей станет применение их методики измерения динамической устойчивости к нервно-психическим расстройствам. «Этот метод довольно мощный, и я думаю, что будет очень интересно применить его к различным состояниям мозга, различным типам анестезии и другим нервно-психическим расстройствам, таким как депрессия и шизофрения«, — заключает Фите.