Wissenschaftler enthüllen, wie eine Vollnarkose arbeitet

Gefeiert als einer der wichtigsten medizinischen Fortschritte, die Entdeckung der Vollnarkose—verbindungen, die zu Bewusstlosigkeit, verhindern, dass die Kontrolle der Bewegung und blockieren Schmerzen—half verwandeln gefährlich und traumatischen Operationen in sichere und routine-Operation. Aber trotz Ihrer Bedeutung, die Wissenschaftler verstehen immer noch nicht genau, wie Allgemeine Anästhetika Arbeit.

Nun, in einer Studie vor kurzem veröffentlicht in der Journal of Neuroscience, Forscher von der Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) und der Nagoya University haben gezeigt, wie eine Häufig verwendete Vollnarkose genannt isofluran schwächt die übertragung elektrischer Signale zwischen Nervenzellen, an Kreuzungen, die man Synapsen nennt.

„Wichtig ist, fanden wir, dass isofluran nicht blockieren die übertragung der elektrischen Signale gleich; die Narkose hatte den stärksten Effekt auf die höhere Frequenz der Impulse, die erforderlich sind für Funktionen wie Wahrnehmung oder Bewegung, während es hatte eine minimale Wirkung auf niedrig-Frequenz-Impulse, dass die Kontrolle der lebenserhaltenden Funktionen wie Atmung,“ sagte Professor Tomoyuki Takahashi, wer führt die Zellulären und Molekularen, Synaptischen Funktion (CMSF) Einheit an OIST. „Das erklärt, wie das isofluran in der Lage ist zu verursachen, Anästhesie, indem Sie bevorzugt blockieren die hochfrequenten Signale.“

An den Synapsen, werden die Signale gesendet, die von präsynaptischen Neuronen und erhielt von postsynaptischen Neuronen. An den meisten Synapsen, erfolgt die Kommunikation über Chemische Botenstoffe oder Neurotransmitter.

Wenn ein elektrischer Nervenimpuls oder aktionspotential, kommt am Ende des präsynaptischen Neurons, das bewirkt, dass synaptische Vesikel, winzige Membran ‚Pakete‘ enthalten Neurotransmitter, zu verschmelzen mit dem terminal-Membran, die Freigabe der Neurotransmitter in den Spalt zwischen den Neuronen. Wenn genügend Neurotransmitter erkannt werden, die von der postsynaptischen neuron, löst dies ein neues aktionspotential im postsynaptischen neuron.

Die CMSF Einheit rat brain slices zu studieren, ein Riesen synapse genannt, die calyx von Held. Die Wissenschaftler induzierte elektrische Signale mit verschiedenen Frequenzen und dann erkannt hat, dass die aktionspotentiale erzeugt in der postsynaptischen neuron. Sie fand, dass Sie erhöhte die Frequenz von elektrischen Signalen, isoflurane hatte einen stärkeren Effekt auf die Blockierung der übertragung.

Zu bekräftigen, dass seine Einheit die Erkenntnisse, Takahashi erreichte Dr. Yamashita Takayuki, ein Forscher von der Universität Nagoya, die Experimente, die auf Synapsen, die sogenannten cortico-kortikalen Synapsen im Gehirn von lebenden Mäusen.

Yamashita festgestellt, dass die Narkose beeinträchtigt cortico-kortikalen Synapsen in einer ähnlichen Weise zu der calyx von Held. Wenn die Mäuse Narkose mit isofluran, Hochfrequenz-übertragung war stark reduziert, während es weniger Wirkung auf die niedrig-Frequenz-übertragung.

„Diese Experimente bestätigten, wie isofluran wirkt wie eine Vollnarkose,“ sagte Takahashi. „Aber wir wollten verstehen, was die zugrunde liegenden Mechanismen isofluran Ziele zu Schwächen Synapsen in diesem Frequenz-abhängigen Art und Weise.“

Das aufspüren der Ziele

Mit weiterer Forschung, die Forscher fanden heraus, dass isofluran reduzierte die Menge der neurotransmitter freigesetzt, durch die sowohl eine Senkung der Wahrscheinlichkeit, dass die Bläschen entlassen und durch die Reduzierung der maximalen Anzahl von Vesikeln in der Lage zu sein, veröffentlicht zu einer Zeit.

Die Wissenschaftler haben deshalb untersucht, ob isofluran beeinflusst die calcium-Ionen-Kanäle, die entscheidend in den Prozess der vesicle release. Wenn aktionspotentiale eintreffen an der präsynaptischen terminal, calcium-Ionen-Kanäle in der Membran öffnet, wodurch Kalzium-Ionen herein. Synaptische Vesikel dann erkennen dieser Anstieg der calcium -, und verschmelzen Sie mit der Membran. Die Forscher fanden heraus, dass isofluran gesenkt calcium-Einstrom durch die Blockierung calcium-Ionen-Kanäle, die wiederum reduziert die Wahrscheinlichkeit von vesicle release.

„Allerdings ist dieser Mechanismus alleine nicht erklären konnte, wie isofluran reduziert die Anzahl der freizugebenden Vesikeln, oder die Frequenz-Abhängigkeit von der Natur der isofluran-Effekt,“ sagte Takahashi.

Die Wissenschaftler stellten die Hypothese auf, dass die isofluran reduzieren könnte die Zahl der lösbare Bläschen, indem Sie entweder direkt die Blockierung der Prozess der Vesikel-Freisetzung durch Exozytose oder indirekt durch Blockierung Vesikel-recycling, wo die Bläschen sind reformiert durch Endozytose und dann wieder mit neurotransmitter, bereit zu sein, wieder freigegeben.

Durch die elektrische Messung der Veränderungen in der Oberfläche der präsynaptischen terminal-Membran, die erhöht wird durch Exozytose und verringert durch Endozytose, schlossen die Wissenschaftler, dass isofluran nur betroffen, Vesikel-Freisetzung durch Exozytose, wahrscheinlich durch die Blockierung exocytic Maschinen.

„Entscheidend ist, fanden wir, dass dieser block hatte nur einen großen Einfluss auf die Hochfrequenz-Signale, was darauf hindeutet, dass dieser block auf exocytic Maschinen ist der Schlüssel zu isofluran die betäubende Wirkung,“ sagte Takahashi.

Die Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass hohe Frequenz der aktionspotentiale auslösen, wie eine massive Zustrom von Kalzium in der präsynaptischen terminal, dass isofluran nicht effektiv reduzieren die calcium-Konzentration. Die synaptische Stärke ist daher geschwächt, die überwiegend durch die direkten block von exocytic Maschinen eher als eine reduzierte Wahrscheinlichkeit von vesicle release.

Inzwischen, low frequency Impulse auslösen weniger Exozytose, so isofluran-block auf exocytic Maschinen hat wenig Wirkung. Obwohl isofluran reduziert effektiv den Eintrag von Kalzium in der präsynaptischen terminal, senken die Wahrscheinlichkeit des vesicle release, von selbst, ist nicht stark genug, um zu blockieren postsynaptische aktionspotentiale an der calyx von Held und hat nur einen geringen Effekt in cortico-kortikalen Synapsen. Niederfrequenz-übertragung wird daher beibehalten.

Insgesamt ist die Serie von Experimenten liefern überzeugende Beweise, wie isofluran schwächt Synapsen zu induzieren Anästhesie.