Как общий наркоз выключает сознание?

Вопрос

16 октября 1846 года в Бостоне дантист Уильям Мортон дал пациенту подышать эфиром, пока хирург удалял опухоль у него на шее. Пациент ничего не почувствовал. С тех пор общий наркоз проводили сотни миллионов раз, и он стал одной из самых безопасных процедур в медицине.

Но главный вопрос по-прежнему открыт. Несколько вдохов газа или несколько миллилитров препарата в вену — и через минуту внутренний мир человека исчезает; препарат перестают вводить, и он возвращается. Что именно эти молекулы делают с мозгом, чтобы переживания прекратились? А поскольку наркоз — единственный способ надёжно выключать и включать сознание по требованию, ответ рассказал бы кое-что и о самом сознании.

Что известно

Анестетики химически очень разные: эфир, хлороформ, закись азота, благородный газ ксенон, пропофол, кетамин. Около 1900 года Ханс Мейер и Чарльз Овертон заметили, что их сила зависит от того, насколько хорошо они растворяются в масле. Десятилетиями это считали признаком того, что они действуют на клеточные мембраны в целом.
В 1984 году Николас Фрэнкс и Уильям Либ показали, что анестетики подавляют работу чистого белка, без всякой мембраны, в тех концентрациях, которые важны в клинике. Сегодня основная точка зрения такая: анестетики действуют на конкретные белки, прежде всего на рецепторы и ионные каналы нейронов.
У разных препаратов разные главные мишени. Пропофол и этомидат в основном усиливают тормозные ГАМК-А-рецепторы: мыши с единственной мутацией в одном из этих рецепторов становятся к ним во многом нечувствительны. Кетамин, закись азота и ксенон действуют главным образом через блокаду NMDA-рецепторов, которые передают возбуждающие сигналы.
Наркоз — это не просто выключенный мозг. Под пропофолом в мозге появляются медленные волны и сильные ритмы в лобной коре. Под кетамином активность может даже расти, и пациенты часто рассказывают о ярких снах.
Отсутствие реакции не означает отсутствия сознания. По данным большого британского аудита, осознание во время операции с последующими воспоминаниями случалось примерно раз на двадцать тысяч наркозов. В исследованиях, где одну руку оставляют свободной от миорелаксантов, несколько процентов пациентов сжимают руку по команде сразу после начала наркоза, и большинство потом ничего не помнит.

Основные гипотезы

Перехват цепей сна

Многие анестетики, по-видимому, действуют на те же цепи ствола мозга и гипоталамуса, которые управляют сном и бодрствованием, и переводят мозг в похожее на сон состояние. Идея объясняет, почему стимуляция центров пробуждения ускоряет выход из наркоза у животных, но не объясняет, почему наркоз гораздо глубже любого сна.

Кора перестаёт общаться

Возможно, для сознания нужно, чтобы разные области коры обменивались информацией, особенно обратными сигналами от лобных отделов к задним. Анестетики разрушали бы эту интеграцию: отдельные области продолжают работать, но целое перестаёт складываться в одну картину. Это подтверждают опыты с магнитной стимуляцией: под пропофолом ответ мозга остаётся локальным и простым, а под кетамином, со снами, — сложным.

Таламус как выключатель

Таламус передаёт сигналы в кору, и его долго считали главной мишенью. Сейчас спорят, выключает ли таламус кору или только следует за изменениями, которые начинаются в самой коре.

Единого механизма нет

Возможно, каждый класс препаратов приходит к бессознательному своим путём, и «наркоз» — это общий результат, а не общий механизм.

Где заканчивается понимание

Мы знаем молекулярные мишени и умеем записывать, что делает мозг целиком. Не хватает связи между ними: как усиление работы одного типа рецепторов превращается в исчезновение переживаний и какое из множества изменений в мозге — причина, а какое — побочный эффект.

Самая глубокая проблема — измерение. Анестезиологи судят о бессознательном состоянии по отсутствию реакций, но опыты со сжатием руки показывают, что реакции и переживания могут расходиться. Человек, который не реагирует и ничего не помнит, всё же мог что-то переживать. Поэтому мы не знаем наверняка, в какой момент наркоза переживания на самом деле прекращаются.

Есть и другие загадки. Пробуждение — не погружение в наркоз наоборот: мозгу нужна меньшая доза, чтобы проснуться, чем та, что понадобилась для засыпания, и по пути он проходит через другие состояния. Ксенон, благородный газ, который почти ни с чем не реагирует, — анестетик. А ещё анестетики действуют на одноклеточных и даже на растения, у которых вообще нет нейронов. Что именно в них выключается?

Что могло бы дать ответ

Найти точку в мозге, где сходится действие разных препаратов, — или доказать, что её нет.
Надёжная мера переживаний, не зависящая от реакций пациента, проверенная на переходе в наркоз и обратно.
Возможность вызвать или отменить бессознательное состояние воздействием на конкретную цепь, без препарата, и заранее предсказать результат.