Как действует наркоз?

Если хотите для поверхностного ознакомления и кратко: при наркозе нарушается нервная передача по разным механизмам и в разных точках приложения. Если же хотите для реального понимания сути наркоза, то приготовьтесь к длинному и сложному чтиву. 

Для начала уточним, что наркоз (от греческого наркосис (νάρκωσις) — онемение/оцепенение), или общая анестезия (от греческого ан-эстесиа (ἀναισθησία) — без чувств) — это уменьшение чувствительности тела вплоть до полного прекращения восприятия им информации как об импульсах окружающей среды, так и о собственном состоянии.

Для того, чтобы в ответе не оперировать незнакомыми или не совсем понятными читателю терминами, разберёмся в самых главных из них (пояснения к редко встречающимся терминам даются по сноске в конце ответа):

Нейрон — это нервная клетка, являющаяся структурной и функциональной единицей нервной системы, являющаяся электровозбудимой и передающая, обрабатывающая и хранящая информацию с помощью электрохимических импульсов. Что значит структурная единица? В организме есть нервная система, в основном состоящая из нервных клеток. В машине есть коробка передач, передача в которой осуществляется шестерёнками. Что значит функциональная единица? В том же примере, именно шестерёнки осуществляют передачу, а не оболочка, и именно нейроны передают нервный импульс, а не шванновские клетки, охватывающие отростки нейрона, и не глия между нейронами. Что значит электровозбудимая? Это значит, что нейрон, в отличие от, например, клетки жира, будет реагировать на изменение окружающего баланса ионов, которые несут электрический заряд, таким же изменением баланса ионов в самой себе, то есть переносить электрохимический заряд дальше.

Понятно, что наркозные вещества, нарушающие чувствительность, которая обусловлена нервной передачей с периферических рецепторов тела к центральной нервной системе, будут влиять именно на осуществляющие эту передачу нервные клетки. Поэтому мы в этом и разбираемся.

!http://puu.sh/vOuLl/3231d27aba.jpg

У нейрона есть отростки: дендриты и аксон. Дендриты, как правило, короткие, а аксоны — длинные (до метра). По одному или нескольким дендритам нейрон принимает сигнал и только по одному аксону передаёт. Между аксоном одного нейрона и дендритом другого или иной принимающей электрохимический импульс клеткой (например, мышечной), располагаются синапсы. 

Синапс состоит из синаптического пространства между пресинаптической и постсинаптической мембранами. Мембрана — это оболочка клетки, состоящая прежде всего из фосфолипидов, способных пассивно пропускать только жирорастворимые молекулы, благодаря чему в клетку не поступают бесконтрольно водорастворимые вещества. Пре- и пост- — значит до и после. Пресинаптическая мембрана расположена на аксоне и обозначена на рисунке жёлтым; постсинаптическая — на чувствительной клетке, зелёным. Передача между этими мембранами осуществляется химическими веществами — нейромедиаторами, или нейротрансмиттерами, или то и другое без приставки «нейро-» в соответствующем контексте.

На той и другой мембране есть рецепторы и транспортёры. Рецепторы — это высокомолекулярные соединения белковой природы, способные при взаимодействии со специфичным к ним веществом (медиатором) менять свою форму или структуру (то есть конформацию), в результате чего передавать сигнал на ту или иную внутриклеточную систему и изменять её состояние. Прежде всего к внутриклеточным системам можно отнести транспортёры, а к ним — каналы, пропускающие вещества против градиента концентрации (вещество из концентрированной смеси будет стремиться в разбавленную, то есть против градиента, как человек из толпы на свежий воздух), или пропускающие эти вещества в ответ на другие или при затрате энергии АТФ (в последних двух случаях возможен ход по градиенту концентрации, как на танке с затратой топлива в толпу зомби).

С нервной клеткой и синаптической передачей разобрались. Перейдём к механизму действия наркозных веществ. 

Механизм действия каждого конкретного наркозного средства различен в зависимости от их химической структуры и физической свойств. В зависимости от тех же параметров наркозные средства могут применяться ингаляционно и неингаляционно, но общие механизмы от способа введения зависят лишь в последнюю очередь. Итак, наркозные средства согласно современным представлениям могут иметь различные точки приложения в нейронной сети:

• Изменять физико-химические свойства белков и липидов* мембран нейронов;
• Нарушать функцию рецепторов, в том числе как переактивировать их, так и блокировать;
• Нарушать функцию ионных каналов;
• Нарушать функцию других ферментов на мембране;
  —  В том числе вытеснять из связи с белками (которыми являются и рецепторы, и каналы, и другие ферменты мембраны) кофакторы, без которых работа белка не осуществляется, или проникать в полости белковой молекулы, нарушая тем самым её внутреннюю и межмолекулярную связь.

В зависимости от того, на совокупность каких групп точек приложения и каких частных точек приложения (например, на все или многие ионные каналы или же, напротив, только на мускариночувствительные холинорецепторы первого типа, или на несколько ферментов, или вообще на все белки в синапсе или даже не только в нём), происходят различные терапевтические и побочные эффекты, в тонкости чего мы вдаваться не будем, чтобы не уйти от сути вопроса и сути наркоза.

Очевидно, что механизм действия зависит не только от точки приложения в синапсе, но и от локализации (местоположения) в нервной системе — они могут быть следующими:

• Полисинаптические системы ЦНС: кора больших полушарий (в которой десятки триллионов (!) синапсов), гиппокамп, таламус, ретикулярная формация, спинной мозг, действие на которые и обуславливает снотворный эффект наркоза; — кроме дыхательного (ответственного понятно за что) и сосудодвигательного (влияющего на тонус сосудов и частоту и силу сокращений сердца) центров, которые угнетаются только при введении больших количеств наркозного средства, а отключаются — при чрезмерном, что и обуславливает токсическое действие наркоза при ошибке в подборе концентрации;
• Афферентные¹ синапсы на от периферического рецептора к периферической нервной системе и от неё к центральной, то есть приносящие сигнал, что и обуславливает потерю чувствительности при наркозе.
• Эфферентные² синапсы, то есть уносящие сигнал, блокирование которых обуславливает мышечное расслабление при наркозе.
  Итак, действительно, при наркозе нарушается нервная передача по разным механизмам и в разных точках приложения. Но теперь вы ещё и понимаете, что это значит и какое разнообразие скрывается под «разными» механизмами и точками.

Примечания:

*Липиды — это группа веществ, определяемая от обратного: все водонерастворимые вещества, имеющие биологическое происхождение; примерами являются жиры, воски, производные холестерина, жирорастворимые витамины и так далее — принцип ясен.

¹Афферентный — приносящий. Как это запомнить? Вспомните аффект — состояние перевозбуждения, развивающееся, например, на какой-то сильный эмоциональный стрессор.

²Эфферентный — уносящий. Как это запомнить? Думайте об эффекте — результате какого-то действия. Действия, а на восприятия. Активного процесса, а не пассивного.

+ Небольшой общий пример для тех, кто хорошо понял суть.

Многие наркозные средства активируют рецепторы глицина и гамма-аминомасляной кислоты — главных тормозных медиаторов нервной системы, — открывающие каналы для ионов хлора, и блокируют никотинчувствительные холинорецепторы и N-метил-D-аспартатные рецепторы, ассоциированные (связанные) с каналами для ионов натрия, калия и кальция.

Хлор имеет тормозное влияние уже внутри клетки, равно как внутри клетки ионы натрия, калия и кальция имеют возбуждающее влияние. Дело в том, что переход клетки из состояния покоя в состояние действия требует перехода на её мембране потенциала покоя в потенциал действия, а потенциал покоя обусловлен отрицательными зарядами, а действия — положительными, соответственно чем больше отрицательно заряженных ионов в клетке, тем она больше в покое, а чем больше положительных, тем ближе к действию. При это натрия больше снаружи, а калия больше внутри, поэтому при активации каналов натрий входит, чем увеличивает знак заряда клетки, а калий выходит, чем компенсирует это увеличение. Однако при переходе клетки в действия активируются дополнительные каналы для натрия, что обуславливает дополнительное накопление положительного заряда клеткой и распространение действия по ней.

В результате активации и блокады вышеназванных рецепторов уменьшается вход натрия и кальция, но увеличивается вход хлора, что ведёт к увеличению покоя клетки, или её гиперполяризации, а также к уменьшению выхода медиаторов через кальций-чувствительные каналы.

Это и будет обуславливать угнетение сознания и проводимости в обе стороны, в том числе угнетение чувствительности.