acum, într-un studiu publicat săptămâna aceasta în Journal of Neuroscience, cercetătorii de la Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (Oist) și Universitatea Nagoya au dezvăluit modul în care un anestezic general utilizat în mod obișnuit numit izofluran slăbește transmiterea semnalelor electrice între neuroni, la joncțiuni numite sinapse.
„important, am constatat că izofluranul nu a blocat transmiterea tuturor semnalelor electrice în mod egal; anestezicul a avut cel mai puternic efect asupra impulsurilor de frecvență mai mare care sunt necesare pentru funcții precum cunoașterea sau mișcarea, în timp ce a avut un efect minim asupra impulsurilor de frecvență joasă care controlează funcțiile de susținere a vieții, cum ar fi respirația”, a spus profesorul Tomoyuki Takahashi, care conduce unitatea funcției sinaptice celulare și moleculare (CMSF) la OIST. „Acest lucru explică modul în care isofluranul este capabil să provoace anestezie, prin blocarea preferențială a semnalelor de înaltă frecvență.”
la sinapse, semnalele sunt trimise de neuronii presinaptici și primite de neuronii postsinaptici. La majoritatea sinapselor, comunicarea are loc prin mesageri chimici-sau neurotransmițători.
când un impuls nervos electric sau un potențial de acțiune ajunge la capătul neuronului presinaptic, acest lucru face ca veziculele sinaptice-pachete mici de membrane care conțin neurotransmițători-să fuzioneze cu membrana terminală, eliberând neurotransmițătorii în spațiul dintre neuroni. Când un număr suficient de neurotransmițători sunt detectați de neuronul postsinaptic, acest lucru declanșează un nou potențial de acțiune în neuronul post-sinaptic.
unitatea CMSF a folosit felii de creier de șobolan pentru a studia o sinapsă uriașă numită caliciul lui Held. Oamenii de știință au indus semnale electrice la frecvențe diferite și apoi au detectat potențialele de acțiune generate în neuronul postsinaptic. Ei au descoperit că, pe măsură ce au crescut frecvența semnalelor electrice, izofluranul a avut un efect mai puternic asupra blocării transmisiei.
pentru a corobora descoperirile unității sale, Takahashi a contactat Dr.Takayuki Yamashita, un cercetător de la Universitatea Nagoya care a efectuat experimente pe sinapse, numite sinapse cortico-corticale, în creierul șoarecilor vii.
Yamashita a constatat că anestezicul a afectat sinapsele cortico-corticale într-un mod similar cu caliciul lui Held. Când șoarecii au fost anesteziați folosind izofluran, transmisia de înaltă frecvență a fost puternic redusă, în timp ce a existat un efect mai mic asupra transmisiei de joasă frecvență.
„aceste experimente au confirmat modul în care izofluranul acționează ca un anestezic general”, a spus Takahashi. „Dar am vrut să înțelegem ce mecanisme de bază vizează isofluranul pentru a slăbi sinapsele în această manieră dependentă de frecvență.”
urmărirea țintelor
cu cercetări suplimentare, cercetătorii au descoperit că izofluranul a redus cantitatea de neurotransmițător eliberată, atât prin scăderea probabilității de eliberare a veziculelor, cât și prin reducerea numărului maxim de vezicule care pot fi eliberate la un moment dat.
prin urmare, oamenii de știință au examinat dacă izofluranul a afectat canalele de ioni de calciu, care sunt esențiale în procesul de eliberare a veziculelor. Când potențialele de acțiune ajung la terminalul presinaptic, canalele de ioni de calciu din membrană se deschid, permițând ionilor de calciu să inunde. Veziculele sinaptice detectează apoi această creștere a calciului și se fuzionează cu membrana. Cercetătorii au descoperit că izofluranul a redus influxul de calciu prin blocarea canalelor de ioni de calciu, ceea ce la rândul său a redus probabilitatea eliberării veziculelor.
„cu toate acestea, acest mecanism singur nu a putut explica modul în care izofluranul reduce numărul de vezicule eliberabile sau natura dependentă de frecvență a efectului izofluranului”, a spus Takahashi.
oamenii de știință au emis ipoteza că izofluranul ar putea reduce numărul de vezicule eliberabile fie prin blocarea directă a procesului de eliberare a veziculelor prin exocitoză, fie prin blocarea indirectă a reciclării veziculelor, unde veziculele sunt reformate prin endocitoză și apoi reumplute cu neurotransmițător, gata să fie eliberat din nou.
prin măsurarea electrică a modificărilor suprafeței membranei terminale presinaptice, care este crescută prin exocitoză și scăzută prin endocitoză, oamenii de știință au concluzionat că izofluranul a afectat numai eliberarea veziculelor prin exocitoză, probabil prin blocarea mașinilor exocitare.
„în mod crucial, am constatat că acest bloc a avut doar un efect major asupra semnalelor de înaltă frecvență, sugerând că acest bloc asupra mașinilor exocitare este cheia efectului anestezist al izofluranului”, a spus Takahashi.
oamenii de știință au propus că potențialele de acțiune de înaltă frecvență declanșează un astfel de aflux masiv de calciu în terminalul presinaptic, încât izofluranul nu poate reduce în mod eficient concentrația de calciu. Prin urmare, rezistența sinaptică este slăbită predominant de blocul direct al mașinilor exocitare, mai degrabă decât de o probabilitate redusă de eliberare a veziculelor.
între timp, impulsurile de joasă frecvență declanșează mai puțină exocitoză, astfel încât blocul izofluranului asupra mașinilor exocitare are un efect redus. Deși izofluranul reduce efectiv intrarea calciului în terminalul presinaptic, scăderea probabilității de eliberare a veziculelor, de la sine, nu este suficient de puternică pentru a bloca potențialele de acțiune postsinaptică la caliciul Held și are doar un efect minor în sinapsele cortico-corticale. Prin urmare, transmisia de joasă frecvență este menținută.
în general, seria de experimente oferă dovezi convingătoare despre modul în care izofluranul slăbește sinapsele pentru a induce anestezia.
„acum că am stabilit tehnici de manipulare și descifrare a mecanismelor presinaptice, suntem gata să aplicăm aceste tehnici la întrebări mai dure, cum ar fi mecanismele presinaptice care stau la baza simptomelor bolilor neurodegenerative”, a spus Takahashi. „Aceasta va fi următoarea noastră provocare.”