Nyní, ve studii zveřejněné tento týden v časopise the Journal of Neuroscience, vědci z Okinawa Institut Vědy a Technologie Graduate University (OIST) a Nagoya University ukázaly, jak se běžně používá celkovou anestézii tzv. isofluran oslabuje přenos elektrických signálů mezi neurony, na křižovatkách zvaných synapse.
„Důležitější je, že jsme zjistili, že isofluran ne blokují přenos elektrických signálů stejně; anestetika měla nejsilnější vliv na vyšší frekvenci impulsy, které jsou nutné pro funkce, jako je poznání nebo hnutí, zatímco to mělo minimální vliv na nízké frekvenci impulsy, které ovládají život podporující funkce, jako je dýchání,“ řekl Profesor Tomoyuki Takahashi, který vede k Buněčné a Molekulární, Synaptické Funkce (CMSF) Jednotka na OIST. „To vysvětluje, jak je isofluran schopen způsobit anestezii přednostním blokováním vysokofrekvenčních signálů.“
u synapsí jsou signály vysílány presynaptickými neurony a přijímány postsynaptickými neurony. Ve většině synapsí dochází ke komunikaci prostřednictvím chemických poslů – nebo neurotransmiterů.
Když elektrický nervový impuls, nebo akční potenciál dorazí na konec presynaptického neuronu, způsobí synaptické váčky-malé membrány ‚pakety‘, které obsahují neurotransmitery — pojistky s terminálem membrány, uvolnění neurotransmiterů do mezery mezi neurony. Když postsynaptický neuron snímá dostatek neurotransmiterů, spustí to nový akční potenciál v postsynaptickém neuronu.
jednotka CMSF použila plátky mozku potkanů ke studiu obří synapse zvané kalich Held. Vědci vyvolané elektrické signály na různých frekvencích a pak detekovány akční potenciály vznikající v postsynaptickém neuronu. Zjistili, že při zvyšování frekvence elektrických signálů měl isofluran silnější účinek na blokování přenosu.
potvrdit jeho jednotka je zjištění, Takahashi kontaktoval Dr. Takayuki Yamashita, výzkumník z Nagoya University, kteří provádí pokusy na synapsí, tzv. kortiko-kortikálních synapsí v mozku živé myši.
Yamashita zjistil, že anestetikum ovlivnilo kortikokortikální synapse podobným způsobem jako kalich Held. Když byly myši anestetizovány pomocí isofluranu, vysokofrekvenční přenos byl silně snížen, zatímco na nízkofrekvenční přenos byl menší účinek.
„tyto experimenty potvrdily, jak isofluran působí jako celkové anestetikum,“ řekl Takahashi. „Chtěli jsme však pochopit, jaké základní mechanismy isofluranové cíle oslabují synapse tímto způsobem závislým na frekvenci.“
Sledování cílů
S další výzkum, vědci zjistili, že isofluran snižuje množství neurotransmiteru uvolní, jak snížit pravděpodobnost váčků být propuštěn a tím se sníží maximální počet váčků moci být propuštěn najednou.
vědci tedy zkoumali, zda se isofluran postižené vápník, iontové kanály, které jsou klíčové v procesu uvolnění váčku. Když akční potenciály dorazí na presynaptický terminál, kanály iontů vápníku v membráně se otevřou, což umožňuje zaplavení iontů vápníku. Synaptické vezikuly pak detekují tento nárůst vápníku a fúzují s membránou. Vědci zjistili, že isofluran snížil příliv vápníku blokováním kalciových iontových kanálů, což zase snížilo pravděpodobnost uvolnění vezikul.
„tento mechanismus však nemohl vysvětlit, jak isofluran snižuje počet uvolnitelných vezikul nebo frekvenci závislou povahu účinku isofluranu,“ řekl Takahashi.
vědci předpokládali, že isofluran může snížit množství uvolnitelného váčků buď přímo blokuje proces váčků uvolní exocytózou, nebo nepřímo blokuje váček recyklaci, kde váčků jsou reformované tím, že endocytóza a pak znovu naplnit s neurotransmiter, připravený být propuštěn znovu.
elektricky měření změny v povrchové části membrány presynaptického terminálu, který je zvýšena exocytózou a snížil tím, že endocytóza, vědci k závěru, že isofluran ovlivněna pouze váčků uvolní exocytózou, pravděpodobně tím, že blokuje exocytic stroje.
„Zásadní je, že jsme zjistili, že tento blok měl zásadní vliv na vysokofrekvenční signál, což naznačuje, že tento blok na exocytic stroje je klíčem k isofluran je anesthetizing efekt,“ řekl Takahashi.
vědci navrhl, že vysoká frekvence akčních potenciálů vyvolat tak masivní příliv vápníku do presynaptického terminálu, že isofluran nemůže účinně snížit koncentraci vápníku. Synaptická síla je proto oslabena převážně přímým blokem exocytárního aparátu, spíše než sníženou pravděpodobností uvolnění vezikul.
mezitím nízkofrekvenční impulsy spouštějí méně exocytózy, takže blok isofluranu na exocytárních strojích má malý účinek. I když isofluran účinně omezuje vstup vápníku do presynaptického terminálu, snižuje pravděpodobnost uvolnění váčku, sama o sobě, není dostatečně silný, aby blokovat postsynaptické akční potenciály na kalich drží a má jen malý vliv v kortiko-kortikálních synapsí. Nízkofrekvenční přenos je proto zachován.
celkově řada experimentů poskytuje přesvědčivé důkazy o tom, jak isofluran oslabuje synapse k vyvolání anestézie.
„Teď to máme zavedené techniky manipulace a dešifrování presynaptické mechanismy, my jsme připraveni aplikovat tyto techniky na těžší otázky, jako presynaptické mechanismy základních příznaků neurodegenerativních onemocnění,“ řekl Takahashi. „To bude naše další výzva.“