Naučnici otkrivaju: Evo kako anestezija zaista utiče na naš mozak, posledice iznenađuju

Postoji mnogo lekova koje anesteziolozi mogu da koriste za izazivanje nesvestice kod pacijenata. Kako tačno ovi lekovi uzrokuju gubitak svesti mozga, dugo je bilo pitanje, ali neuronaučnici MIT-a su sada odgovorili na to pitanje za jedan najčešće korišćeni anestetički lek.

Koristeći novu tehniku za analizu aktivnosti neurona, istraživači su otkrili da lek propofol izaziva nesvesticu narušavajući normalnu ravnotežu mozga između stabilnosti i uzbuđenja. Lek uzrokuje da aktivnost mozga postaje sve nestabilnija, sve dok mozak ne izgubi svest, piše MIT.

Shutterstock

„Mozak mora da se ponaša kao oštrica noža između uzbuđenja i haosa. Mora biti dovoljno uzbudljivo da njegovi neuroni utiču jedni na druge, ali ako postane previše uzbudljivo, nastaje haos. Čini se da propofol remeti mehanizme koji drže mozak u tom uskom radnom opsegu“, kaže Erl K. Miler, profesor neuronauke Picover i član MIT-ovog Picover instituta za učenje i pamćenje. 

Novi nalazi, objavljeni u časopisu Neuron, mogli bi pomoći istraživačima da razviju bolje alate za praćenje pacijenata dok se podvrgavaju opštoj anesteziji.

Gubitak svesti 

Propofol je lek koji se vezuje za GABA receptore u mozgu, inhibirajući neurone koji imaju ove receptore. Drugi anestetički lekovi deluju na različite vrste receptora, a mehanizam kojim svi ovi lekovi dovode do nesvesti nije u potpunosti shvaćen. 

Miler i Illa Fiete, profesori mozga i kognitivnih nauka, direktor K. Lisa Iang Integrative Computational Neuroscience Center (ICoN) i član Mekgavern instituta za istraživanje mozga MIT-a, i njihovi studenti su pretpostavili da propofol, a možda i drugi anestetički lekovi, oni ometaju stanje mozga poznato kao "dinamička stabilnost". U ovom stanju, neuroni imaju dovoljno razdražljivosti da odgovore na novi unos, ali mozak je u stanju da povrati kontrolu i spreči ih da postanu preuzbuđeni. 

Prethodne studije o tome kako anestetički lekovi utiču na ovu ravnotežu dale su oprečne rezultate: neke su sugerisale da tokom anestezije mozak ima tendenciju da postane veoma stabilan i nereaguje, što dovodi do gubitka svesti. Drugi su otkrili da mozak postaje preuzbuđen, što dovodi do haotičnog stanja koje dovodi do nesvesti.

Shutterstock

Deo razloga za ove konfliktne rezultate je taj što je bilo teško precizno izmeriti dinamičku stabilnost u mozgu. Merenje dinamičke stabilnosti pri gubitku svesti pomoglo bi istraživačima da utvrde da li je nesvesnost rezultat prevelike ili premale stabilnosti. 

U ovoj studiji, naučnici su analizirali elektronske snimke napravljene u mozgu nakon efekata propofola u periodu od jednog sata. Ovi snimci su pokrivali samo mali deo ukupne moždane aktivnosti, tako da su istraživači koristili tehniku koja se zove ugrađivanje odlaganja da bi ovo prevazišli. Koristeći ovu metodu, istraživači su bili u mogućnosti da kvantifikuju kako mozak reaguje na senzorni unos, kao što su zvukovi, ili na spontane poremećaje neuronske aktivnosti. 

U normalnom, budnom stanju, aktivnost neurona se povećava nakon bilo kakvog unosa, a zatim se vraća na osnovni nivo aktivnosti. Međutim, nakon doziranja propofola, mozgu je trebalo više vremena da se vrati na početnu liniju nakon ovih unosa, ostajući u stanju prenadraženosti. Ovaj efekat je postajao sve izraženiji do gubitka svesti. Ovo sugeriše da inhibicija neuronske aktivnosti propofola dovodi do eskalacije nestabilnosti, zbog čega mozak gubi svest, rekli su istraživači.

Bolja kontrola anestezije 

Da bi videli da li mogu da replikuju ovaj efekat u kompjuterskom modelu, istraživači su kreirali jednostavnu neuronsku mrežu. Kada su povećali inhibiciju određenih čvorova u mreži, kao što to čini propofol u mozgu, mrežna aktivnost je postala destabilizovana. 

„Pogledali smo jednostavan model kola međusobno povezanih neurona, a kada smo povećali inhibiciju u njemu, videli smo destabilizaciju. Dakle, jedna od stvari koje predlažemo je da povećanje inhibicije može da generiše nestabilnost, koja je kasnije povezana sa gubitkom svesti“, kaže Ajzen. 

„Ovaj paradoksalan efekat, u kojem povećana inhibicija destabilizuje mrežu umesto da je utiša ili stabilizuje, nastaje usled dezinhibicije. Kada propofol pojača inhibitorni nagon, taj nagon inhibira druge inhibitorne neurone, a rezultat je ukupno povećanje moždane aktivnosti", objašnjava Fiete.

Shutterstock

Istraživači sumnjaju da drugi anestetici, koji deluju na različite tipove neurona i receptora, mogu promeniti na isti efekat kroz različite mehanizme - mogućnost koju sada istražuju. 

Ako se ovo pokaže tačnim, to bi moglo pomoći naučnicima u njihovim stalnim naporima da razviju načine za precizniju kontrolu nivoa anestezije koju pacijent doživljava. Ovi sistemi, na kojima Miler sarađuje sa drugim naučnicima, Emerijem Braunom, Edvardom Hudom Taplinom, profesorom medicinskog inženjerstva na MIT-u, rade tako što mere dinamiku mozga i zatim prilagođavaju doze leka u skladu sa tim, u realnom vremenu. 

„Ako nađete zajedničke mehanizme na radu u različitim anesteticima, sve ih možete učiniti bezbednijim podešavanjem nekoliko dugmadi, umesto da morate da razvijate bezbednosne protokole za sve različite anestetike jedan po jedan“, kaže Miler. „Ne želite drugačiji sistem za svaki anestetik koji će koristiti u operacionoj sali. Želite onaj koji će učiniti sve", dodao je on. 

Istraživači takođe planiraju da primene svoju tehniku za merenje dinamičke stabilnosti na druga stanja mozga, uključujući neuropsihijatrijske poremećaje. 

„Ova metoda je prilično moćna i mislim da će biti veoma uzbudljivo primeniti je na različita stanja mozga, različite vrste anestetika, kao i druga neuropsihijatrijska stanja poput depresije i šizofrenije“, kaže Fiete.

 

Bonus video: