Как работает наркоз и почему он вызывает потерю сознания

Медицина немыслима без хирургии, а серьезные операции на живых пациентах без применения общей анестезии делят одну полку с процедурой пытки в каталоге наших представлений о мире. Врачи используют наркоз уже почти два столетия, но до сих пор механизм потери сознания оставался неизвестным. Теперь ученые выяснили, что происходит во время наркоза с организмом, и как постепенно глохнет передача нервных сигналов.

Почти каждый человек хоть раз в жизни был подвержен анестезии. В основном, не считая действительно тяжёлых случаев, как работает наркоз и что происходит с организмом, человек примерно понимает, сидя в кресле стоматолога и ожидая действия «заморозки» на определённый участок полости рта.

В среднестатистическом сознании потенциального пациента как-то так работает и общий наркоз – просто вместо конкретной части тела, врачи «усыпляют» организм полностью.

Несмотря на кажущимся с первого раза весьма понятным, данный процесс таит в себе множество нюансов и определённых трудностей, являясь, в некотором роде, ещё одной операцией над телом человека. При этом механизмы действия наркоза, несмотря на общее понимание, остаются весьма индивидуальными.

Какие этапы наркоза существуют в современной медицине

Чтобы понять как работает наркоз и что происходит с организмом, было решено разделить «проваливание в небытиё» на ряд определённых стадий, позволяющих судить об успешности введёной дозы анестетика.

Американский врач-анастезиолог Артур Гведел разработал в начале XX века систему определения этапов наркоза. Такой подход позволил рассчитать дозу и выявить особенности работы организма в моменты снижения мозговой активности. Данная методика того, как работает анестезия, остаётся стандартом и по сей день.

Классический разбор наркоза «по Гведелу» состоит из четырёх основных стадий, хирургическая составляющая которого поделена на четыре уровня:

I стадия. Стадия анальгезии –– утраты болевых ощущений и в целом снижения болевого порога в целом;

II стадия. Стадия возбуждения. При ней расширяются зрачки, дыхание становится аритмичным и происходит гиперсаливация – увеличение слюнотечения;

III стадия. Стадия хирургического наркоза. Она начинается с поверхностного наркоза, обусловленного выравниванием дыхания и движением глазных яблок;

III стадия продолжается. Наступает лёгкий наркоз. Проявляется роговичный рефлекс, глазные яблоки перестают двигаться до начала пареза межребеных мышц –

III стадия переходит в глубокий наркоз. Наблюдается расширение зрачков и полный парез межрёберных мышц – слабость, напоминающая паралич;

4-й уровень III стадии — сверхглубокий наркоз. Обуславливается особенным дыханием, в следствие пареза диафрагмы;

IV стадия. Стадия пробуждения.

Как анестезия стала работать на благо общества

Сегодня механизм применения наркоза отточен, практически до совершенства. Благодаря этому, ежедневно сотни тысяч людей получают своевременное операбельное лечение и возможность жить.

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, являвшаяся историческим событием, прошла так, что по ней можно было эти материалы создать. По крайней мере, как работает общий наркоз запечатлел Роберт Хинкли в своей знаменитой картине «Первая операция под эфиром».

Анестезию начали широко применять. Миллионы жизней были спасены. Постепенно исследователи стали лучше понимать как работает наркоз и вместе с тем искали способы улучшить его эффективность. 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. Но общий наркоз работает как бог сновидений, заставляя пациента, пусть и кратковременно, но терять сознание, что является своего рода проблемой. Как её решить? «Если качество анестезии зависит от липидного обмена, не поискать ли нам ответ на границах клеток?», — подумали ученые.

Анестезия работает как бог сна Морфей, заставляя человека помимо ожидания, ещё и достаточно тяжело приходить в себя после проведённой операции.

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 тем как работает анестезия при воздействии на организм? Что, в принципе, в течение более 150 лет не давало ученым объяснить механизм потери сознания из-за анестезии?

Как учёные поняли что происходит под наркозом

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. Учёные из Научно-исследовательского института Скриппса (Scripps Research) поделились своей версией механизма наркоза, ответственного за временное «отключение» пациента из окружающей реальности. Статья опубликована в трудах Национальной академии наук США (PNAS).

Чтобы понять как работает общий наркоз, 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.

Для того чтобы механизмы действия наркоза на организм пациента прошли максимально эффективно и без особого вреда, перед проведением операций, врачи калибруют и подготавливают к работе наркозный аппарат.

Фосфолипаза возомнила себя тем самым первым «шаром», что разбил ее родной кластер, и отправилась на поиски собственной «жертвы». Исследователи того, как работает общая анестезия «в пробирке», 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. Естественно, людей к такому тестированию не допустили. Проверку того, как работает наркоз и что при этом происходит, решили доверить плодовым мушкам. Ученые искусственно снизили у них 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 работы надеются, что их открытие поможет не только лучше понять что происходит под наркозом с организмом, но и повысить эффективность и безопасность проведения операций. Также, данное исследование сможет выявить новые подсказки в объяснении других сокровенных тайн мозга: как мы засыпаем, просыпаемся, что происходит при этом с клеточными мембранами, нейронами и самим мозгом.