Ученые показали, как анестезия подавляет сигналы мозга

Ученые обнаружили молекулярный механизм, который может объяснить, каким образом анестезия подавляет активность мозга и приводит к потере сознания во время операций. Исследователи из Медицинского колледжа Вейл Корнелл и Биркбека Лондонского университета определили участок, с которым взаимодействует севофлуран – один из широко используемых ингаляционных анестетиков. Оказалось, что препарат воздействует на натриевые каналы, играющие важную роль в передаче электрических сигналов между нервными клетками.

Натриевые каналы представляют собой белки, регулирующие движение заряженных частиц через клеточные мембраны. Благодаря их работе нейроны могут генерировать и передавать электрические импульсы. Подавляя этот процесс, анестетики снижают активность мозга, вызывая потерю сознания и неподвижность во время хирургических операций. Несмотря на то что ингаляционная анестезия используется в медицине уже около 175 лет, ученые до сих пор не имели полного представления о том, как именно эти препараты действуют на молекулярном уровне.

Новое исследование впервые позволило увидеть, как севофлуран связывается с натриевыми каналами на атомном уровне. Ученые установили, что препарат закрепляется в небольшом участке рядом с областью канала, через которую проходят ионы натрия. При этом анестетик не блокирует сам путь движения ионов, а удерживает канал в неактивном состоянии. В результате канал реже открывается и пропускает меньше ионов натрия, из-за чего способность нейронов передавать электрические сигналы снижается.

Чтобы подробно изучить этот механизм, исследователи использовали натриевые каналы морской бактерии Magnetococcus marinus. Они устроены проще, чем аналогичные каналы у млекопитающих, однако работают похожим образом и также чувствительны к воздействию анестетиков. С помощью рентгеновской кристаллографии высокого разрешения ученые смогли получить детальное изображение взаимодействия севофлурана с натриевым каналом.

Важность обнаруженного участка подтвердил дополнительный эксперимент. Исследователи изменили всего одну аминокислоту в месте связывания препарата. После этого севофлуран стал значительно хуже взаимодействовать с каналом и потерял способность эффективно удерживать его в неактивном состоянии.