Agora, em um estudo publicado esta semana no Journal of Neuroscience, os pesquisadores de Okinawa Instituto de Ciência e Tecnologia de pós-Graduação da Universidade (OIST) e Universidade de Nagoya tem revelado como uma comumente usada a anestesia geral chamado de isoflurano enfraquece a transmissão de sinais elétricos entre os neurônios, em cruzamentos e nós, chamados sinapses.
“o mais Importante, descobrimos que isoflurano não bloquear a transmissão de todos os sinais elétricos igualmente; o anestésico teve o maior efeito sobre a maior freqüência de impulsos que são necessárias para funções tais como a cognição, ou o movimento, enquanto ele tivesse o mínimo de efeito de baixa frequência de impulsos que controlam a vida de funções de apoio, tais como a respiração”, diz o Professor Tomoyuki Takahashi, que leva o Celular e Molecular Função Sináptica (CMSF), da Unidade de OIST. “Isso explica como isoflurano é capaz de causar anestesia, bloqueando preferencialmente os sinais de alta frequência.Nas sinapses, sinais são enviados por neurônios pré-sinápticos e recebidos por neurônios pós-sinápticos. Na maioria das sinapses, a comunicação ocorre através de mensageiros químicos — ou neurotransmissores.Quando um impulso nervoso elétrico, ou potencial de ação, chega ao final do neurônio pré-sináptico, isso causa vesículas sinápticas — pequenos ‘pacotes’ de membrana que contêm neurotransmissores — para se fundir com a membrana terminal, liberando os neurotransmissores para a distância entre neurônios. Quando neurotransmissores suficientes são sentidos pelo neurônio pós-sináptico, isso desencadeia um novo potencial de ação no neurônio pós-sináptico.
a unidade CMSF utilizou fatias cerebrais de ratos para estudar uma sinapse gigante chamada o Cálice de Held. Os cientistas induziram sinais elétricos em diferentes frequências e então detectaram os potenciais de ação gerados no neurônio pós-sináptico. Eles descobriram que como eles aumentaram a frequência de sinais elétricos, isoflurano teve um efeito mais forte sobre a transmissão de bloqueio.
para corroborar as descobertas da sua unidade, Takahashi contactou o Dr. Takayuki Yamashita, um investigador da Universidade de Nagoya que conduziu experiências em sinapses, chamadas sinapses corticais, no cérebro de ratos vivos.
Yamashita descobriu que o anestésico afetou sinapses corticais de uma forma semelhante ao Cálice de Held. Quando os ratinhos foram anestesiados utilizando isoflurano, a transmissão de alta frequência foi fortemente reduzida, ao passo que houve menos efeito na transmissão de baixa frequência.
” Estes experimentos ambos confirmaram como isoflurano age como um anestésico geral”, disse Takahashi. “Mas queríamos entender quais mecanismos subjacentes isoflurano visam enfraquecer as sinapses desta forma dependente de frequência.”
Rastreamento de alvos
Com mais pesquisas, os pesquisadores constataram que o isoflurano reduziu a quantidade de neurotransmissor liberado, tanto por diminuir a probabilidade de vesículas de ser lançado e reduzindo o número máximo de vesículas podem ser liberadas ao mesmo tempo.
os cientistas, portanto, examinaram se o isoflurano afectou os canais de ião cálcio, que são fundamentais no processo de libertação das vesículas. Quando os potenciais de ação chegam ao terminal pré-sináptico, os canais iônicos de cálcio na membrana abrem, permitindo que íons de cálcio inundar. Vesículas sinápticas então detectam este aumento de cálcio, e eles se fundem com a membrana. Os pesquisadores descobriram que o isoflurano reduziu o influxo de cálcio bloqueando os canais iônicos de cálcio, o que por sua vez reduziu a probabilidade de liberação da vesícula.
“no entanto, este mecanismo por si só não poderia explicar como isoflurano reduz o número de vesículas releasáveis, ou a natureza dependente de frequência do efeito isoflurano”, disse Takahashi.
Os cientistas, a hipótese de que o isoflurano pode reduzir o número de liberável vesículas diretamente, seja bloqueando o processo de liberação de vesículas ar, ou indiretamente bloqueio de vesículas de reciclagem, onde vesículas são reformada por endocitose e, em seguida, recarregado com o neurotransmissor, pronto para ser lançado novamente.Os cientistas concluíram que a isoflurano apenas afectou a libertação vesicular por exocitose, provavelmente através do bloqueio de máquinas exocíticas.
“crucialmente, descobrimos que este bloco só teve um grande efeito nos sinais de alta frequência, sugerindo que este bloco na maquinaria exocítica é a chave para o efeito anestesista do isoflurano”, disse Takahashi.
os cientistas propuseram que os potenciais de acção de alta frequência desencadeiam um afluxo tão maciço de cálcio para o terminal pré-sináptico que o isoflurano não consegue reduzir eficazmente a concentração de cálcio. A força sináptica é, portanto, enfraquecida predominantemente pelo bloco direto de máquinas exocíticas, em vez de uma probabilidade reduzida de liberação de vesículas.Entretanto, os impulsos de baixa frequência desencadeiam menos exocitose, pelo que o bloqueio do isoflurano na maquinaria exocítica tem pouco efeito. Embora o isoflurano reduz efetivamente a entrada de cálcio no terminal pré-sináptico, reduzindo a probabilidade de libertação da vesícula, por si só, não é poderoso o suficiente para bloquear potenciais de ação pós-sináptica no cálice de Held e tem apenas um pequeno efeito nas sinapses cortical-cortical. Assim, mantém-se a transmissão de baixa frequência.
globalmente, a série de experiências fornece provas convincentes de como o isoflurano enfraquece as sinapses para induzir a anestesia.
“agora que estabelecemos técnicas de manipulação e decifração de mecanismos pré-sinápticos, estamos prontos para aplicar essas técnicas a questões mais difíceis, tais como mecanismos pré-sinápticos subjacentes aos sintomas de doenças neurodegenerativas”, disse Takahashi. “Esse será o nosso próximo desafio.”