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麻醉是如何让人暂时失去意识的?这个世纪大难题终于有了答案!

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假如没有全身麻醉,手术的苦楚将是不行幻想的,究竟,不是每个人都能像关公相同刮骨疗伤面不改色。说出来你或许不信,虽然麻醉机已有175年的运用前史,但医师和科学家们一向无法解说它是怎么使患者暂时失掉感觉的。

上星期四晚间,斯克里普斯研讨地点《美国国家科学院院刊》上宣布的一项新研讨处理了这个长期存在的医学疑团。运用现代的纳米显微技能,再加上在活细胞和果蝇身上进行的奇妙试验,科学家们展现了细胞膜上的脂质团簇是怎么在一个两部分机制中充任一个缺失的中介的。时间短麻醉会导致脂质团簇从有序状况向无序状况移动,然后又回到无序状况,然后导致许多的后续效应,终究致使知道改动。

这一发现来自于化学家理查德·勒纳和分子生物学家斯科特·汉森博士,他们处理了一个世纪的科学争辩,直到今日仍在持续:麻醉是否直接效果于称为离子通道的细胞膜门上,或许它们以某种新的方法出人意料地效果于膜上,以信号告诉细胞改变?这两位科学家说,他们花了近五年的时间进行试验、奔波呼吁、争辩和应战,才得出结论:这是一个从膜开端的两步进程。麻醉剂打乱了细胞膜内被称为“脂质筏”的有序脂质簇,然后发出了信号。

勒纳说:“咱们以为,毫无疑问,这种新途径正在被用于知道之外的其它大脑功用,使咱们能够进一步破解大脑的奥妙。”

勒纳是美国国家科学院的成员,曾任斯克里普斯研讨所主席,也是斯克里普斯研讨所佛罗里达朱庇特分校的创始人。汉森是该校的一名副教授,这是他第一次在该校任职。

麻醉圣殿

1846年,在波士顿的麻省总医院,一个后来被称为“Ether Dome”(乙醚大厅)的外科手术室里,一位肿瘤患者初次证明晰乙醚能导致知道损失。这一发现太重要了,以至于罗伯特·C·欣克利(Robert C. Hinckley)的名画《运用乙醚的初次手术》(First Operation Under Ether)记载下了这个进程。到1899年,德国药理学家汉斯·霍斯特·迈耶和1901年英国生物学家查尔斯·欧内斯特·奥弗顿明智地得出结论:脂质溶解度决议了这种麻醉药的效能。

汉森回想说,其时他正在起草一份资金请求,以进一步查询这个前史性的问题。他其时以为,不行能只要他一个人信任膜脂质筏的效果。让汉森快乐的是,他发现了勒纳1997年在美国国家科学院院刊上宣布的一篇论文中的一个数据,“关于内源性全麻类似物的假定”,提出了这样一个机制。

汉森心里敬慕勒纳很久了,这一点毫不夸大。汉森说,他在圣地亚哥读博士预科时,曾在一间地下室试验室作业,那里有一扇窗户,能够直接看到斯克里普斯研讨所勒纳的停车位。

“我联系了他,我说,‘你肯定不会信任的。你1997年的数据直观地描绘了我现在在咱们的数据中看到的东西。’”汉森回想道。“太聪明晰。”

对勒纳来说,这也是一个激动人心的时间。

“这是医学奥妙的开山祖师。”勒纳说,“当我在斯坦福大学医学院的时分,这是我想要处理的一个问题。麻醉作为一个如此重要的实用工具,我无法信任咱们不知道全部这些麻醉剂是怎么导致人们失掉感觉的。”

许多其他科学家,经过一个世纪的试验,寻求相同的答案,可是他们短少一些要害元素,汉森说: 首要,显微镜能够观察到比光的衍射极限还小的生物复合物;其次,最近对细胞膜的性质以及组成细胞膜的各种脂质复合物的杂乱结构和功用的研讨。

汉森说:“他们在整个脂质海洋中寻觅,信号被冲掉了,他们没有看到,在很大程度上仅仅由于缺少技能。”

从有序到无序

汉森试验室的一位博士后研讨员运用取得诺贝尔奖的显微技能,特别是一种叫做dSTORM的显微镜,它是“直接随机光学重建显微镜”的缩写。汉森解说说,将这些细胞暴露在氯仿中,会大大添加被称为GM1的细胞膜脂簇的直径和面积。

汉森说,他所重视的是GM1集群安排的改变,即从一个拥堵的球变成一个紊乱的球。当它变得紊乱时,GM1溢出了它的内容物,包含一种被称为磷脂酶D2 (PLD2)的酶。

用荧光化学物质符号PLD2,汉森能够经过dSTORM显微镜观察到,当PLD2像台球相同从GM1的家移动到另一个不太受欢迎的叫做PIP2的脂质团。汉森说,这激活了PIP2簇内的要害分子,其间包含TREK1钾离子通道及其脂质激活剂磷脂酸(PA)。TREK1的激活根本上冻结了神经元的激活才干,然后导致知道的损失。

 “TREK1钾离子通道开释钾离子,使神经高度极化——这使它更难被激活——并封闭它。”汉森说。

勒纳坚持说,他们在活的动物模型中验证了这些发现。常见的黑腹果蝇(drosophila melanogaster)供给了这些数据。删去果蝇中PLD的表达使它们对冷静效果产生了反抗。事实上,它们需求两倍的麻醉剂量才干显示出相同的反响。

他们写道:“全部的果蝇终究都失掉了感觉,这表明PLD有助于设定一个阈值,但并不是操控麻醉敏感度的仅有途径。”

汉森和勒纳说,这些发现提出了许多诱人的新或许性,或许解说大脑的其它奥妙,包含导致咱们入眠的分子事情。

勒纳开端在1997年提出了“脂质基质”在信号传导中效果的假定,这源于他对睡觉生物化学的研讨,以及他发现的一种能催眠的脂质——烯酰胺。汉森和勒纳两人在这个范畴的协作还在持续。

汉森说:“咱们以为这是最根本的,但还有许多作业要做,需求更多人去做。”勒纳对此非常附和。

他说:“人们将开端研讨你所能幻想到的全部:睡觉、知道、全部那些相关的紊乱。乙醚是一种协助咱们了解知道问题的礼物。它提醒了一个迄今未被知道的途径,即大脑明显现已进化到能够操控更高阶的功用。”

译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来历:

https://medicalxpress.com/news/2020-05-anesthesia-effect-consciousness-century-old-scientific.html

https://www.pnas.org/content/early/2020/05/27/2004259117

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