Засыпать в постели по ночам и быть "уложить спать" под общим наркозом – а также просыпаться утром или выходить из наркоза – не совсем одно и то же, но у них есть некоторые важные сходства. Макс Келц, доктор медицинских наук, доцент кафедры анестезиологии и интенсивной терапии в Медицинской школе Перельмана Пенсильванского университета, вместе с коллегами из Пенсильванского университета, Калифорнийского университета в США, Медицинского института Говарда Хьюза и Университета Томаса Джефферсона исследовали различия между анестезиологическим бессознательным состоянием. и спать, манипулируя генетическими путями, которые, как известно, участвуют в естественном сне, и изучая их влияние на состояние анестезии. Их работа опубликована в PLOS Genetics.
Предыдущее исследование команды Кельца указывало на неврологический барьер, называемый нейронной инерцией, который отделяет осознание от анестезиологического бессознательного и препятствует переходу из одного состояния в другое. Они также обнаружили, что процессы, с помощью которых мозг входит в анестезию, а затем снова возвращается в сознание, на самом деле совершенно разные – один не просто противоположен другому. Обладая этими знаниями, Келц и его коллеги использовали модельную систему дрозофилы, чтобы сосредоточиться на генетических путях, контролирующих инерцию нейронов. "В этом новом исследовании мы стремились понять, действуют ли анестетики на некоторые естественные системы, регулирующие нормальный сон и бодрствование," говорит Кельц.
Они обнаружили, что четыре гена, участвующих в естественном сне, Sh (шейкер), sss (бессонница), na и unc79, также контролируют нервную инерцию и, следовательно, эффекты индукции и появления анестезиологического бессознательного состояния. Различные мутации в этих четырех генах глубоко влияют на нейронную инерцию и даже могут полностью ее разрушить. Например, говорит Кельц, "Мутации в гене бессонницы могут вызвать некоторое сопротивление входу в состояние анестезии и еще большее влияние на выход из состояния наркоза. Мухи с бессонной мутацией выскакивают из состояния анестезии в дозах, при которых их нормальные братья и сестры все еще входят в организм. Когда мы переместили бессонницу в разные части мозга мухи, чтобы выяснить схемы, в которых работает ген, изменяя бодрствование или предрасположенность к переходу в состояние анестезии, мы обнаружили, что можем полностью отделить прямой процесс входа в состояние анестезии от состояния анестезии. обратный процесс выхода."
Эта последняя работа подтверждает существование нейронной инерции как состояния, которое естественным образом сопротивляется изменениям в сознании мозга, подобно феномену, изучаемому исследователями сна. "Инерция сна – это явление, при котором может пройти от нескольких минут до нескольких часов, прежде чем к нам вернется полная когнитивная сила, когда мы внезапно просыпаемся от естественного сна," Кельц объясняет. "Мы смоделировали идею [нейронной инерции] естественного процесса инерции сна. Механически мало что известно об инерции сна или о том, почему это происходит, но здесь мы рассматриваем анестетики как потенциально модель, помогающую понять инерцию сна."
Помимо явных различий между индукцией анестезии и выходом из нее, работа показывает, что задействованные нервные пути могут различаться в зависимости от различных анестетиков. Настоящее исследование в основном проводилось с использованием изофлуорана, распространенного общего анестетика, но, похоже, существует множество неврологических путей к бессознательному состоянию, вызванному анестезией, не все из которых связаны с одними и теми же генами. Экспериментаторы обнаружили, что на другой препарат, галотан, их субъекты-дрозофилы реагировали совершенно иначе.
"Хотя я хотел бы сказать, что есть один общий набор нейронов, на которые действуют анестетики, совершенно ясно, что все не так просто," Кельц говорит. "У отдельных анестетиков, вероятно, есть разные молекулярные мишени, и они по-разному влияют на некоторые из основных цепей, которые помогают поддерживать бодрствование. Когда мы посмотрели на галотан, мы обнаружили, что история этих четырех генов [Sh, sss, na и unc79] не объясняет действие галотана. Итак, мы действительно лишь поверхностно разбираемся в одном анестетике, изофлуоране. Несомненно, происходит гораздо больше, прежде чем мы сможем начать говорить о каком-либо анестетике или общем анестетике."
Попытка определить, насколько правильна аналогия сна как метафоры анестезии, важна не только с научной, но и с терапевтической точки зрения. "Есть некоторые недостатки использования существующих анестетиков," Кельц указывает. "Если бы мы поняли полезные свойства анестетиков, способы, которыми они вызывают потерю сознания, и если бы мы могли воспроизвести желаемые эффекты, специально настроив естественные системы мозга, регулирующие возбуждение, мы могли бы избежать некоторых нежелательных явлений. действия анестетика."
Такое понимание также может принести пользу пациентам, находящимся в коме, и тем, кто страдает нарушениями сна. "Мы могли бы придумать стратегии, помогающие вывести пациентов из вегетативных состояний, или придумать новые методы лечения или идеи для лечения многих проблем, которые мешают медицине сна," Кельц говорит.