Kako djeluje opća anestezija

Svaki dan milijuni ljudi zaspu na operacijskom stolu i probude se bez sjećanja na rez. Opća anestezija koristi se od 1846., a znanstvenici ni danas ne mogu do kraja objasniti kako gasi svijest.

Ukratko

  • Opću anesteziju prvi je javno pokazao zubar William T. G. Morton 16. listopada 1846. u bolnici Massachusetts General u Bostonu, kad je bolesniku dao udisati eter tijekom operacije.
  • Oko 1900. Hans Horst Meyer i Charles Ernest Overton otkrili su da je anestetik to jači što se bolje otapa u masti, pa se gotovo stoljeće vjerovalo da anestetici djeluju na masne ovojnice živčanih stanica.
  • Od 1980-ih zna se da anestetici djeluju prije svega vezanjem na određene bjelančevine, osobito na receptore za tvari koje smiruju rad živčanih stanica.
  • Kako ti učinci na molekule gase svijest, i zašto vrlo različite tvari, od plina ksenona do propofola, dovode do istog stanja, i dalje je jedno od velikih otvorenih pitanja neuroznanosti.

Prije sredine 19. stoljeća operacija je bila ono čega su se ljudi najviše bojali. Bolesnike su držali pomoćnici, kirurzi su se natjecali u brzini, a mnogi su radije trpjeli bolest nego nož. Liječnici su isprobavali alkohol, opijum i hipnozu, ali ništa nije pouzdano uklanjalo bol.

Dan etera

U jesen 1846. bostonski zubar William T. G. Morton uvjerio je kirurga Johna Collinsa Warrena da mu dopusti pokus. Dana 16. listopada, u operacijskoj dvorani pod kupolom bolnice Massachusetts General, Morton je mladom bolesniku dao da udiše pare etera iz staklene posude. Warren mu je zatim odstranio izraslinu na vratu.

Kirurg Henry Jacob Bigelow, koji je prisustvovao tim pokusima, u studenome je u bostonskom medicinskom časopisu objavio izvještaj o "neosjetljivosti tijekom kirurških operacija". Vijest se za nekoliko mjeseci proširila Europom. Dvorana u kojoj se to dogodilo danas se zove Ether Dome i čuva se kao spomenik. Fotografija u ovom članku jedna je od najstarijih snimki operacije pod eterom, iz srpnja 1847., iz iste bolnice.

Anestezija je odmah postala nezamjenjiva, ali nitko nije znao kako djeluje. Eter, kloroform i dušikov oksidul bile su posve različite tvari, a sve su izazivale isto stanje.

Masnoća kao ključ

Prvi trag pronašla su potkraj 19. stoljeća dvojica istraživača neovisno jedan o drugome, njemački farmakolog Hans Horst Meyer 1899. i britanski biolog Charles Ernest Overton, koji je radio u Zürichu, 1901. Uspoređivali su mnogo tvari koje omamljuju i otkrili jednostavno pravilo: što se tvar bolje otapa u maslinovu ulju, to je slabija koncentracija dovoljna za anesteziju. Ovojnice živčanih stanica građene su od masnih tvari, pa se zaključilo da se anestetici otapaju u njima i mijenjaju ih tako da stanice prestanu slati signale. To je pravilo, nazvano po njima, bilo jedno od najpouzdanijih u farmakologiji, a teorija o masnim ovojnicama vladala je gotovo stoljeće.

Bjelančevina iz krijesnice

Godine 1984. britanski biofizičari Nicholas P. Franks i William R. Lieb s Imperial Collegea u Londonu pokazali su da pravilo vrijedi i bez masti. Uzeli su luciferazu, čistu bjelančevinu koja krijesnicama omogućuje da svijetle, i otkrili da je anestetici koče u gotovo jednakim koncentracijama koje uspavljuju životinje, i to kod tvari jakih i slabih u rasponu od sto tisuća puta. Anestetici su se, pokazalo se, vezali u malo udubljenje bjelančevine. Zaključili su da anestetici vjerojatno djeluju vezanjem na određene bjelančevine u mozgu, a ne otapanjem u ovojnicama.

U desetljećima koja su slijedila pronađeni su glavni ciljevi. Mnogi anestetici, poput propofola i plinova koji se danas udišu, pojačavaju djelovanje receptora za GABA, glavnu tvar kojom živčane stanice jedna drugu smiruju. Drugi, poput ketamina, ksenona i dušikova oksidula, uglavnom blokiraju receptore za glutamat, tvar koja živčane stanice pobuđuje. Strukturna biologija posljednjih godina pokazala je i točna mjesta na koja se pojedini anestetici vežu.

Od molekule do svijesti

Ipak, znati na koju se bjelančevinu lijek veže nije isto što i znati kako se gasi svijest. Opća anestezija nije jedan učinak nego nekoliko: bolesnik gubi svijest, ne pamti, ne miče se i ne reagira na bol, a ti učinci nastaju u različitim dijelovima živčanog sustava. Nepokretnost, primjerice, uglavnom nastaje u kralježničnoj moždini, a ne u mozgu.

Američki anesteziolozi i neuroznanstvenici Emery N. Brown, Ralph Lydic i Nicholas D. Schiff opisali su 2010. opću anesteziju kao lijekom izazvanu, povratnu komu, a ne kao dubok san. Mnogi anestetici djeluju na iste sustave u moždanom deblu i talamusu koji upravljaju spavanjem i budnošću, ali ih guraju dublje nego što san ikad ide. Na snimkama električne aktivnosti mozga pod anestezijom vidi se kako se raspada komunikacija između udaljenih dijelova kore mozga i između kore i talamusa. Jedna od vodećih zamisli danas je da se svijest gubi kad se mozak prestane ponašati kao povezana cjelina, ali o tome koji je dio ključan istraživači se još ne slažu.

Budni pod anestezijom

Rijetko se događa da se bolesnik tijekom anestezije djelomično probudi. Veliko britansko istraživanje NAP5, objavljeno 2014., procijenilo je da se to događa otprilike jednom na 19 tisuća anestezija, a češće kad se koriste lijekovi koji opuštaju mišiće, jer bolesnik tada ne može pokazati da je budan. Takvi slučajevi pokazuju da liječnici ni danas nemaju savršeno mjerilo svijesti, nego se oslanjaju na dozu lijeka, znakove tijela i posredna mjerenja rada mozga.

Paradoks je zato i dalje isti kao 1846. Anestezija je jedan od najsigurnijih i najčešćih postupaka u medicini, a pitanje što se točno događa u mozgu kad svijest nestane i kako se vraća istraživači koriste kao jedan od najboljih putova prema razumijevanju same svijesti.

Kronologija

  1. 16. listopada 1846.: William T. G. Morton u Bostonu javno pokazuje anesteziju eterom.
  2. 18. studenoga 1846.: Henry Jacob Bigelow objavljuje prvi izvještaj u medicinskom časopisu.
  3. 3. srpnja 1847.: Southworth & Hawes snimaju operaciju pod eterom u istoj bolnici.
  4. 1899.: Hans Horst Meyer objavljuje vezu između jačine anestetika i topljivosti u masti.
  5. 1901.: Charles Ernest Overton objavljuje isto pravilo neovisno o Meyeru.
  6. 1984.: Nicholas P. Franks i William R. Lieb pokazuju da anestetici djeluju na bjelančevine.
  7. 2008.: Franks u preglednom radu ističe ulogu talamusa i putova sna i budnosti.
  8. 2010.: Brown, Lydic i Schiff opisuju anesteziju kao povratnu komu, a ne san.
  9. 2014.: Istraživanje NAP5 procjenjuje učestalost buđenja tijekom anestezije.

Ključne osobe

  • William T. G. Morton: Bostonski zubar koji je 1846. javno pokazao anesteziju eterom.
  • John Collins Warren: Kirurg koji je izveo prvu javno prikazanu operaciju pod eterom.
  • Henry Jacob Bigelow: Kirurg koji je objavio prvi izvještaj o anesteziji eterom.
  • Hans Horst Meyer: Njemački farmakolog koji je povezao jačinu anestetika s topljivošću u masti.
  • Charles Ernest Overton: Biolog koji je neovisno otkrio isto pravilo.
  • Nicholas P. Franks: Britanski biofizičar koji je pokazao da anestetici djeluju na bjelančevine.
  • Emery N. Brown: Američki anesteziolog i neuroznanstvenik koji istražuje kako anestezija gasi svijest.

Što se zna

  1. Prva javna operacija pod općom anestezijom obavljena je 16. listopada 1846. u bolnici Massachusetts General u Bostonu.
  2. Jačina anestetika usko je povezana s njegovom topljivošću u masti (Meyer, 1899., Overton, 1901.).
  3. Anestetici mogu kočiti čistu bjelančevinu u koncentracijama koje uspavljuju životinje, što upućuje na bjelančevine kao glavne ciljeve (Franks i Lieb, 1984.).
  4. Opća anestezija sastoji se od gubitka svijesti, pamćenja, pokretljivosti i reakcije na bol, a ti učinci nastaju na različitim mjestima u živčanom sustavu.
  5. Nehotično buđenje tijekom opće anestezije rijetko je, u britanskom istraživanju otprilike jednom na 19 tisuća anestezija.

Otvorena pitanja

  • Kako tvari posve različite građe, od plemenitog plina ksenona do propofola, izazivaju isto stanje nesvijesti?
  • Je li za gubitak svijesti ključan talamus, kora mozga ili raspad veza među njima?
  • Može li se pouzdano izmjeriti je li čovjek pod anestezijom svjestan?

Teorije

  • Anestetici djeluju otapanjem u masnim ovojnicama živčanih stanica, kako se mislilo stoljeće
  • Anestetici djeluju vezanjem na određene bjelančevine, osobito receptore za GABA i glutamat
  • Svijest se gasi kad se raspadne povezanost talamusa i kore mozga, a pojedine molekule samo su put do toga

Povezane priče

Za daljnje istraživanje

Izvori