Wie schaltet eine Narkose dein Bewusstsein ab?

Wohin geht der Geist?

Zählt man von hundert rückwärts, kommen die meisten nicht weit. Auf dem Hirnmonitor weicht der schnelle, unruhige Rhythmus des Wachseins langsamen, rollenden Wellen. Der Patient schläft nicht, spürt die Operation nicht und erinnert sich später an nichts. Jedes Jahr brauchen hunderte Millionen Operationen solche Narkosemittel.

Die erste öffentliche Vorführung ist diesen Oktober hundertachtzig Jahre her. Und doch kann niemand ganz erklären, wie diese Mittel den Geist abschalten, oder wie er wieder anspringt. Was weiß die Wissenschaft wirklich, und wo endet ihr Wissen?

Kein Schwindel

Am sechzehnten Oktober achtzehnhundertsechsundvierzig kam der junge Drucker Gilbert Abbott in einen Operationssaal in Boston. Der Zahnarzt William Morton ließ ihn Ätherdampf aus einem gläsernen Inhalator atmen. Dann entfernte der Chirurg John Collins Warren einen Teil eines Tumors an seinem Hals. Warren soll sich zu den zuschauenden Ärzten umgedreht und gesagt haben: Meine Herren, das ist kein Humbug.

Die Nachricht verbreitete sich schnell in Amerika und Europa. Aber niemand im Raum ahnte, wie es funktionierte.

Die Olivenöl-Spur

Der erste echte Hinweis kam um neunzehnhundert von zwei unabhängig arbeitenden Forschern: Hans Meyer und Charles Overton. Overton maß, welche Menge eines Stoffs Kaulquappen am Weiterschwimmen hinderte. Dann verglich er die Mengen mit der Löslichkeit der Stoffe in Olivenöl. Die beiden Listen passten zusammen.

Je besser sich ein Stoff in Öl löste, desto weniger war nötig. Die Mengen unterschieden sich um mehr als das Zehntausendfache. Und sonst hatten die Stoffe fast nichts gemeinsam. Sogar Xenon wirkt, ein Edelgas, das kaum mit irgendetwas reagiert. Fast ein Jahrhundert lang galt daher: Narkosemittel dringen in die fetthaltigen Membranen um Nervenzellen ein und stören sie irgendwie.

In den Achtzigern fanden zwei Forscher in London, Nicholas Franks und William Lieb, eine Wendung. Narkosemittel schalteten auch das Leuchtenzym der Glühwürmchen ab, ein Protein in Wasser, ganz ohne Membran. Auch dabei galt dieselbe Regel zur Öllöslichkeit. Die Regel könnte also ebenso eine fettliebende Bindungstasche in einem Protein beschreiben.

Damit begann die Suche nach den Proteinen selbst.

Die Bremsen des Gehirns

Nervenzellen reden über chemische Botschaften, und manche davon heißen Stopp. Das häufigste Stoppsignal im Gehirn ist ein kleines Molekül namens Gaba. Dockt Gaba an seinen Rezeptor an, öffnet sich ein winziger Kanal. Die Zelle lässt sich dann schwerer erregen. Propofol, eines der meistgenutzten Narkosemittel, lässt diese Rezeptoren stärker reagieren. So wird die Zelle länger gebremst.

Der stärkste Beleg dafür kam von Mäusen. Zweitausenddrei züchteten Forscher Mäuse mit einer einzigen Änderung in einem Teil dieses Rezeptors. Diese Mäuse ließen sich mit Propofol und Etomidat, einem weiteren gängigen Narkosemittel, viel schwerer betäuben. Doch Narkosegase wie Halothan wirkten bei ihnen fast genauso gut.

Ketamin, Lachgas und Xenon wirken vor allem auf einen anderen Rezeptor, N M D A, und blockieren ihn. Diese Mittel greifen also unterschiedlich an verschiedenen Molekülen an. Doch alle können das Bewusstsein ausschalten. Hier liegt die erste Wissenslücke: Der Angriffspunkt erklärt nicht, wie das Bewusstsein erlischt.

Kein Schlaf

Ärzte sagen Patienten oft, sie würden jetzt schlafen. Zweitausendzehn bezeichnete ein Übersichtsartikel im New England Journal of Medicine dieses Bild als falsch. Vollnarkose, schrieben die Autoren, ist ein umkehrbares, durch Medikamente ausgelöstes Koma. Sie bündelt vier Dinge: Bewusstlosigkeit, keine Erinnerung, kein Schmerz und keine Bewegung.

Währenddessen hält der Anästhesist Herz, Atmung und Körpertemperatur stabil. Schlaf hat Phasen, und keines ihrer Hirnwellenmuster sieht so aus. Einen Schlafenden weckt man, indem man seinen Namen ruft, einen Patienten in Vollnarkose nicht.

Inseln in der Zeit

Was verändert sich im Gehirn, wenn jemand das Bewusstsein verliert? Zweitausenddreizehn zeichnete ein Team in Boston Hirnwellen von Freiwilligen auf, während es die Propofoldosis langsam steigerte. Die Freiwilligen drückten bei jedem Ton einen Knopf, bis sie aufhörten zu drücken. Etwa zu diesem Zeitpunkt erschien eine sehr langsame Welle mit weniger als einer Schwingung pro Sekunde.

Bei Patienten mit Elektroden im Gehirn wegen Epilepsie fand eine verwandte Studie, dass die Neuronen nicht verstummt waren. Sie feuerten kurze Salven an einem Punkt jeder langsamen Welle, dann waren sie still. Und verschiedene Hirnbereiche arbeiteten nicht mehr im gleichen Takt. Die kleinen lokalen Netze arbeiteten noch, waren aber zeitlich und räumlich voneinander abgeschnitten.

Zugleich wanderte ein starker Rhythmus von etwa zehn Schwingungen pro Sekunde, Alpha genannt, vom Hinterkopf nach vorn. Manche Anästhesisten lesen diese Muster heute am Monitor, um die Narkosetiefe einzuschätzen. Zweitausendvierundzwanzig brachte eine Studie am M I T eine überraschende Erkenntnis. Propofol verstärkt die Bremsen des Gehirns, man würde also erwarten, dass sich alles einfach beruhigt.

Stattdessen wurde die Hirnaktivität bei Affen unter Propofol instabiler und kam nach jeder Störung langsamer zur Ruhe. Die Forscher vermuten, dass die stärkere Hemmung auch jene Zellen bremst, die sonst andere im Zaum halten. Bewusstlosigkeit ist also vielleicht eher ein Gleichgewichtsverlust als das Umlegen eines Schalters.

Ein Schalter tief im Inneren

Tief im Gehirn liegt der Thalamus, eine Schaltstelle mit Verbindungen zu fast der gesamten äußeren Hirnschicht. Zweitausendzwanzig setzten Forscher in Wisconsin Elektroden in einen kleinen Teil davon, bei zwei narkotisierten Affen. Dann reizten sie ihn fünfzigmal pro Sekunde. Noch unter Narkosemittel öffneten die Affen die Augen, streckten die Arme aus, und Herzschlag und Atmung änderten sich.

Als die Reizung stoppte, glitten sie zurück in die Narkose. Das ist bemerkenswert, stammt aber von nur zwei Affen und zeigt eine Schaltstelle, nicht den ganzen Mechanismus.

Der Weg zurück

Noch ein Rätsel: Der Rückweg ist nicht einfach der Hinweg rückwärts. Ginge es nur um die Wirkstoffkonzentration im Gehirn, würde man bei derselben Konzentration erwachen, bei der man bewusstlos wurde. Zweitausendzehn zeigte ein Team der University of Pennsylvania, dass das nicht so ist, bei Mäusen und Fruchtfliegen. Für die Bewusstlosigkeit brauchten die Tiere mehr Wirkstoff als beim Wiedererwachen.

Das Team nannte es neuronale Trägheit: Das Gehirn sträubt sich, den Zustand zu wechseln, in beide Richtungen. Und einzelne Genänderungen, die mit Schlaf verknüpft sind, konnten diese Lücke vergrößern oder verkleinern. In diesen Übergängen geht auch am häufigsten etwas schief. Eine große britische Erhebung fand zweitausendvierzehn etwa eine Meldung von Wachheit auf zwanzigtausend Vollnarkosen.

Zwei Drittel dieser Fälle traten beim Einleiten der Narkose oder beim Erwachen auf. Mit muskellähmenden Mitteln wurde Wachheit viel häufiger gemeldet: etwa einmal je achttausend.

Seltsamere Hinweise

Ohne volle Erklärung halten manche überraschenden Befunde die Frage offen. Zweitausendachtzehn setzten Forscher Venusfliegenfallen Ätherdampf aus. Die Fallen blieben offen, selbst wenn ihre Fühlhaare berührt wurden, und das elektrische Signal, das sie zuschnappen lässt, verschwand. Als die Ätherwirkung nachließ, funktionierten sie wieder.

Pflanzen haben kein Gehirn, also muss Äther auf etwas Grundlegenderes wirken. Andere Befunde sind weit umstrittener. Zweitausendzwanzig berichtete ein Team von Scripps Research, Narkosemittel lösten winzige Fettcluster in Zellmembranen auf, was einen Kaliumkanal öffnet. Fruchtfliegen ohne ein Enzym dieser Kette waren schwerer zu narkotisieren.

Manche Schlagzeilen nannten das Rätsel gelöst, doch andere Forscher bezweifelten die Fliegenversuche, und der Streit geht weiter. In einer Rattenstudie von zweitausendvierundzwanzig versteifte ein Medikament die Mikrotubuli, das Stützgerüst im Inneren der Nervenzellen, und verzögerte die Bewusstlosigkeit durch Isofluran um etwa eine Minute. Es ist eine kleine Rattenstudie, und was sie bedeutet, ist noch offen.

Die tiefere Lücke

Die größte Wissenslücke betrifft eigentlich nicht die Medikamente. Um zu erklären, wie Bewusstsein abgeschaltet wird, müsste man erst wissen, was Bewusstsein ist. Eine allgemein akzeptierte Theorie fehlt. Zweitausendfünfundzwanzig wurden zwei führende Theorien direkt gegeneinander getestet, mit einem Design, dem beide Lager vorab zustimmten.

Die Ergebnisse stellten zentrale Vorhersagen beider in Frage. Auch deshalb ist Narkose ein Forschungswerkzeug geworden, ein verlässlicher Weg, Bewusstsein herunterzufahren und zu sehen, was sich ändert.

Der letzte Schritt

Nichts davon macht Narkose zum Ratespiel. Anästhesisten kennen Dosierungen und Angriffspunkte und überwachen Atmung, Blutdruck und Sauerstoff ständig. Es fehlt der letzte Schritt: von Molekülen zum Moment, in dem du weg bist. Als Gilbert Abbott achtzehnhundertsechsundvierzig erwachte, sagte er, es habe sich angefühlt, als hätte man ihm den Hals gekratzt.

Hundertachtzig Jahre später wissen wir noch nicht ganz, wohin er ging.