科學(xué)家揭示了全身麻醉是如何起作用的

被譽(yù)為最重要的醫(yī)學(xué)進(jìn)步之一的全身麻醉藥的發(fā)現(xiàn)，幫助將危險的創(chuàng)傷性手術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩某Ｒ?guī)手術(shù)。盡管它很重要，但是科學(xué)家們?nèi)匀徊磺宄砺樽硭幨侨绾纹鹱饔玫摹?/span>

現(xiàn)在，在最近發(fā)表在《神經(jīng)科學(xué)雜志》(Journal of Neuroscience)上的一項(xiàng)研究中，來自沖繩縣理工大學(xué)研究生院(Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University， OIST)和名古屋大學(xué)(Nagoya University)的研究人員揭示了一種名為異氟烷(isoflurane)的常用全身麻醉劑是如何削弱神經(jīng)元之間的電信號傳輸?shù)摹?/span>

OIST細(xì)胞和分子的突觸功能(CMSF)研究小組組長Tomoyuki Takahashi 教授說道："重要的是，我們發(fā)現(xiàn)異氟烷并沒有以相同程度阻斷所有電信號的傳輸；麻醉對認(rèn)知或運(yùn)動等功能所需的更高頻率的輸入脈沖的影響最強(qiáng)烈，同時對低頻脈沖的影響最小，如呼吸等控制維持生命的功能。這解釋了異氟烷是如何通過優(yōu)先阻斷高頻信號而引起麻醉的。"

在突觸中，信號由突觸前神經(jīng)元發(fā)出，由突觸后神經(jīng)元接收。在大多數(shù)突觸中，交流是通過化學(xué)信息傳遞或神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)行的。

當(dāng)神經(jīng)沖動或動作電位到達(dá)突觸前神經(jīng)元的末端時，會導(dǎo)致突觸囊泡(含有神經(jīng)遞質(zhì)的小膜"包")與末端膜融合，將神經(jīng)遞質(zhì)釋放到神經(jīng)元之間的間隙中。當(dāng)突觸后神經(jīng)元感知到足夠的神經(jīng)遞質(zhì)時，就會在突觸后神經(jīng)元中觸發(fā)新的動作電位。

CMSF研究小組用老鼠的大腦切片來研究一個巨大的突觸，這個突觸被稱為calyx of Held。科學(xué)家們誘導(dǎo)不同頻率的電信號，然后檢測突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生的動作電位。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們增加電信號的頻率時，異氟烷對阻斷傳輸有更強(qiáng)的作用。

為了證實(shí)他的研究小組的發(fā)現(xiàn)，Takahashi聯(lián)系了名古屋大學(xué)的Takayuki Yamashita博士，他在活老鼠的大腦中進(jìn)行了一項(xiàng)名為皮質(zhì)-皮質(zhì)突觸的實(shí)驗(yàn)。

Yamashita發(fā)現(xiàn)麻醉作用對皮質(zhì)-皮質(zhì)突觸的影響與calyx of Held突觸相似。用異氟烷麻醉小鼠后，高頻率脈沖傳輸明顯降低，而對低頻率脈沖傳輸影響較小。

"這些實(shí)驗(yàn)都證實(shí)了異氟烷作為全麻的作用，" Takahashi說。"但我們想知道異氟烷以這種頻率依賴的方式削弱突觸的潛在機(jī)制是什么。"

追蹤目標(biāo)

在進(jìn)一步的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)異氟烷通過降低囊泡釋放的概率和減少囊泡一次釋放的**數(shù)量來減少神經(jīng)遞質(zhì)釋放量。

因此，科學(xué)家們研究了異氟烷是否會影響鈣離子通道，而鈣離子通道是囊泡釋放的關(guān)鍵。當(dāng)動作電位到達(dá)突觸前末端時，細(xì)胞膜上的鈣離子通道打開，允許鈣離子涌入。突觸囊泡檢測到鈣離子的上升，并與細(xì)胞膜融合。研究人員發(fā)現(xiàn)，異氟烷通過阻斷鈣離子通道來降低鈣內(nèi)流，從而降低了囊泡釋放的可能性。

"然而，這個機(jī)制本身并不能解釋異氟烷是如何減少可釋放囊泡的數(shù)量的，也不能解釋異氟烷效應(yīng)的頻率依賴性。"

科學(xué)家們推測，異氟烷可以通過直接阻斷胞吐釋放囊泡的過程，或間接阻斷囊泡的回收利用來減少可釋放囊泡的數(shù)量。在此過程中，囊泡通過胞吞作用被改造，然后再被神經(jīng)遞質(zhì)填充，準(zhǔn)備再次釋放。

通過測量突觸前末端膜表面積的變化，科學(xué)家們得出結(jié)論，異氟烷只影響胞吐引起的囊泡釋放，可能是通過阻斷胞吐機(jī)制完成。

Takahashi說："至關(guān)重要的是，我們發(fā)現(xiàn)這種阻滯只對高頻信號有主要影響，這表明這種對胞外機(jī)制的阻滯是異氟烷麻醉作用的關(guān)鍵。"

科學(xué)家們提出，高頻動作電位導(dǎo)致鈣離子大量涌入突觸前末端，異氟烷不能有效降低鈣離子濃度。因此，突觸強(qiáng)度的減弱主要是由于胞外機(jī)制的直接阻滯，而不是由于囊泡釋放的可能性降低。

同時，低頻脈沖觸發(fā)的胞吐較少，因此異氟烷對胞外機(jī)制的阻滯作用較小。雖然異氟烷能有效地減少鈣離子進(jìn)入突觸前終末，但降低囊泡釋放的概率本身不足以阻斷calyx of Held突觸后動作電位，對皮質(zhì)-皮質(zhì)突觸的影響也很小。因此保持低頻傳輸。

總的來說，這一系列實(shí)驗(yàn)為異氟烷如何削弱突觸以誘導(dǎo)麻醉提供了有力的證據(jù)。

Takahashi說："現(xiàn)在我們已經(jīng)建立了操縱和破譯突觸前機(jī)制的技術(shù)，我們準(zhǔn)備將這些技術(shù)應(yīng)用到更棘手的問題上，比如神經(jīng)退行性疾病癥狀下的突觸前機(jī)制，這將是我們面臨的下一個挑戰(zhàn)。"