Как наркоз выключает сознание?

Куда уходит разум?

Начните обратный отсчёт от ста. Большинство далеко не дойдёт. На мониторе быстрый, оживлённый ритм бодрствующего мозга сменяется медленными волнами. Пациент не спит, не почувствует операцию и ничего не вспомнит. Каждый год сотни миллионов операций зависят от таких препаратов.

В этом октябре первой публичной демонстрации исполняется сто восемьдесят лет. Но никто до конца не понимает, как препараты выключают сознание и как оно возвращается. Что же учёные знают, а что остаётся неизвестным?

Это не обман

Шестнадцатого октября тысяча восемьсот сорок шестого года молодого печатника Гилберта Эбботта привели в операционную в Бостоне. Дантист Уильям Мортон дал ему вдохнуть пары эфира через стеклянный ингалятор. Хирург Джон Коллинз Уоррен удалил часть опухоли на его шее. Говорят, Уоррен сказал наблюдавшим врачам: господа, это не надувательство.

Новость быстро облетела Америку и Европу. Но никто в зале не понимал, как это работает.

Зацепка с оливковым маслом

Около тысяча девятисотого года первую зацепку независимо нашли Ганс Мейер и Чарльз Овертон. Овертон измерял, сколько вещества нужно, чтобы головастики перестали плавать. Затем сравнил дозы с растворимостью веществ в оливковом масле. Результаты совпали.

Лучшая растворимость в масле означала меньшую дозу. Дозы различались более чем в десять тысяч раз. Другого общего почти не было. Действует даже ксенон, благородный газ, почти не вступающий в реакции. Почти век считалось, что анестетики пропитывают жировые мембраны нервных клеток и как-то их нарушают.

В восьмидесятых в Лондоне Николас Фрэнкс и Уильям Либ обнаружили неожиданное. Анестетики гасили и светящийся фермент светлячков, белок, плавающий в воде, вообще без мембраны. И здесь действовало правило растворимости в масле. Значит, правило могло описывать и маслянистый карман внутри белка.

Так начались поиски самих белков.

Тормоза мозга

Нервные клетки общаются химическими сигналами, и некоторые говорят стоп. Самый распространённый тормозной сигнал мозга передаёт небольшая молекула ГАМК. Связываясь с рецептором, ГАМК открывает канал, и клетке труднее возбудиться. Пропофол, один из самых распространённых анестетиков, усиливает отклик этих рецепторов, продлевая торможение.

Убедительнее всего значимость этого показали опыты на мышах. В две тысячи третьем году вывели мышей с единственным изменением в части этого рецептора. Их гораздо труднее было ввести в наркоз пропофолом и этомидатом, другим распространённым анестетиком. Но газы вроде галотана действовали на них почти как прежде.

Кетамин, закись азота и ксенон в основном блокируют другой рецептор, NMDA. Эти препараты по-разному действуют на разные молекулы, но все могут лишить человека сознания. Первый пробел: мишень препарата известна, но как отключается сознание?

Не сон

Врачи часто говорят пациентам, что те уснут. В две тысячи десятом году обзор в «Медицинском журнале Новой Англии» оспорил это представление. Общий наркоз, писали авторы, это обратимая кома, вызванная препаратами. Он сочетает четыре эффекта: потерю сознания, отсутствие воспоминаний, боли и движений.

Анестезиолог поддерживает стабильную работу сердца, дыхание и температуру тела. Ни на одной стадии сна мозговые волны так не выглядят. Спящего можно разбудить, позвав по имени. Пациента под общим наркозом нельзя.

Острова во времени

Что меняется в мозге при потере сознания? В две тысячи тринадцатом году в Бостоне записывали мозговые волны добровольцев, медленно повышая дозу пропофола. Они нажимали кнопку на каждый звук, пока не перестали. Как раз тогда появилась очень медленная волна, меньше одного цикла в секунду.

Другое исследование, у пациентов с электродами в мозге из-за эпилепсии, показало: нейроны не умолкли. В определённый момент каждой медленной волны они давали короткий залп, потом затихали. Ритмы разных участков мозга перестали совпадать. Местные сети работали, но были разобщены во времени и пространстве.

Одновременно сильный альфа-ритм, около десяти циклов в секунду, сместился от затылка ко лбу. Некоторые анестезиологи уже судят по ним о глубине наркоза. В две тысячи двадцать четвёртом в Массачусетском технологическом обнаружили неожиданное. Пропофол усиливает торможение, и активность вроде бы должна просто стихнуть.

Но у обезьян под пропофолом активность стала неустойчивее и дольше успокаивалась после каждого возмущения. Учёные предполагают: усиленное торможение подавляет и клетки, обычно сдерживающие другие. Потеря сознания, возможно, ближе к потере равновесия, чем к щелчку выключателя.

Выключатель в глубине

В глубине мозга лежит таламус, узел, связанный почти со всей корой. В две тысячи двадцатом в Висконсине вживили электроды в маленький участок таламуса двум обезьянам под наркозом. Затем его стимулировали пятьдесят раз в секунду. Анестетик продолжал действовать, но обезьяны открывали глаза, вытягивали руки; пульс и дыхание менялись.

Когда стимуляция прекратилась, они снова отключились. Результат впечатляет, но обезьян всего две. Он выявляет важный узел, а не весь механизм.

Путь обратно

Ещё загадка: пробуждение не повторяет погружение в наркоз наоборот. Если бы всё решала концентрация в мозге, сознание терялось бы и возвращалось на одном уровне. В две тысячи десятом Пенсильванский университет опроверг это на мышах и дрозофилах. Для потери сознания требовалось больше препарата, чем при пробуждении.

Это назвали нейронной инерцией: мозг сопротивляется смене состояния в обе стороны. Один ген, связанный со сном, мог увеличить или сократить этот разрыв. При этих переходах чаще возникают проблемы. В две тысячи четырнадцатом большой британский аудит выявил около одного случая осознанности на двадцать тысяч общих наркозов.

Две трети пришлись на введение в наркоз или пробуждение. С миорелаксантами такие сообщения были гораздо чаще: примерно одно на восемь тысяч.

Ещё более странные зацепки

Полного объяснения нет, а неожиданные находки оставляют вопрос открытым. В две тысячи восемнадцатом году венерины мухоловки подвергли действию паров эфира. Ловушки не закрывались от касания волосков, и пропал электрический сигнал, который их захлопывает. Когда эфир выветрился, ловушки снова заработали.

У растений нет мозга. Значит, эфир действует на более базовые механизмы. Другие находки куда спорнее. В две тысячи двадцатом институт Скриппса сообщил: анестетики разрушают крошечные жировые скопления в мембранах, открывая калиевый канал. Дрозофилы без одного фермента этой цепи хуже поддавались наркозу.

Некоторые заголовки объявили тайну раскрытой, но другие учёные оспорили опыты на мухах. Спор продолжается. В две тысячи двадцать четвёртом у крыс препарат, укрепляющий микротрубочки, каркас внутри нервных клеток, отсрочил потерю сознания от изофлурана примерно на минуту. Это одно небольшое исследование на крысах. Его значение пока неясно.

Более глубокий пробел

Глубочайший пробел не в препаратах. Чтобы объяснить, как выключается сознание, надо знать, что оно такое. И общепринятой теории нет. В две тысячи двадцать пятом две ведущие теории сравнили в опытах, план которых обе стороны заранее одобрили.

Результаты поставили под сомнение ключевые предсказания обеих. Отчасти поэтому наркоз стал инструментом исследований: он надёжно снижает сознание, позволяя наблюдать изменения.

Последний шаг

Это не делает наркоз гаданием. Анестезиологи знают дозы и мишени и всё время следят за дыханием, давлением и кислородом. Неясен последний шаг: как действие на молекулы приводит к потере сознания. В тысяча восемьсот сорок шестом году Гилберт Эбботт, очнувшись, сказал, будто ему поцарапали шею.

Сто восемьдесят лет спустя неизвестно до конца, куда он ушёл.