Se resuelve el efecto de la anestesia sobre la conciencia, zanjando un debate científico centenario
Un grupo ordenado de colesterol en una membrana celular se desordena brevemente por la exposición al cloroformo. Crédito: Hansen lab, Scripps Research
La cirugía sería inconcebible sin anestesia general, por lo que puede sorprender que, a pesar de sus 175 años de historia de uso médico, los médicos y científicos no hayan podido explicar cómo los anestésicos dejan temporalmente inconscientes a los pacientes. .
Un nuevo estudio de Scripps Research publicado el jueves por la noche en Proceedings of the National Academies of Sciences (PNAS) resuelve este antiguo misterio médico. Usando modernas técnicas microscópicas a nanoescala, además de experimentos inteligentes en células vivas y moscas de la fruta, los científicos muestran cómo los grupos de lípidos en la membrana celular sirven como intermediarios faltantes en un mecanismo de dos partes. La exposición temporal a la anestesia hace que los grupos de lípidos pasen de un estado ordenado a uno desordenado y luego de regreso, lo que lleva a una multitud de efectos posteriores que finalmente provocan cambios en la conciencia.
El descubrimiento del químico Richard Lerner, MD, y el biólogo molecular Scott Hansen, Ph.D., resuelven un debate científico de un siglo de antigüedad, uno que todavía hierve a fuego lento hoy en día: ¿Actúan los anestésicos directamente en las puertas de la membrana celular llamadas canales iónicos, o actúan de alguna manera en el membrana para señalar los cambios celulares de una manera nueva e inesperada? Se necesitaron casi cinco años de experimentos, llamadas, debates y desafíos para llegar a la conclusión de que es un proceso de dos pasos que comienza en la membrana, dice el dúo. Los anestésicos perturban grupos de lípidos ordenados dentro de la membrana celular conocidos como «balsas de lípidos» para iniciar la señal.
«Creemos que hay pocas dudas de que esta nueva vía se está utilizando para otras funciones cerebrales más allá de la conciencia, lo que permite Ahora debemos desmenuzar misterios adicionales del cerebro», dice Lerner.
Lerner, miembro de la Academia Nacional de Ciencias, fue presidente de Scripps Research y fundador de Júpiter de Scripps Research, campus florida. Hansen es profesor asociado, en su primera publicación, en ese mismo campus.
El Ether Dome
La capacidad del éter para inducir la pérdida del conocimiento se demostró por primera vez en un paciente con tumor en el Hospital General de Massachusetts. Hospital en Boston en 1846, dentro de un quirófano que luego se conoció como «el Ether Dome». Tan importante fue el procedimiento que quedó plasmado en una pintura famosa, «Primera operación bajo el éter», de Robert C. Hinckley. En 1899, el farmacólogo alemán Hans Horst Meyer, y luego en 1901 el biólogo británico Charles Ernest Overton, concluyeron sabiamente que la solubilidad en lípidos dictaba la potencia de tales anestésicos.
Hansen recuerda haber buscado en Google mientras redactaba una solicitud de subvención. para investigar más a fondo esa cuestión histórica, pensando que no podía ser el único convencido del papel de las balsas de lípidos de membrana. Para deleite de Hansen, encontró una cifra del artículo de PNAS de 1997 de Lerner, «Una hipótesis sobre el análogo endógeno de la anestesia general», que proponía precisamente ese mecanismo. Hansen había admirado durante mucho tiempo a Lerner literalmente. Como estudiante predoctoral en San Diego, Hansen dice que trabajó en un laboratorio en el sótano con una ventana que daba directamente al espacio de estacionamiento de Lerner en Scripps Research.
«Me comuniqué con él y le dije: ‘Usted está nunca voy a creer esto. Su cifra de 1997 describía intuitivamente lo que estoy viendo en nuestros datos en este momento'», recuerda Hansen. «Fue brillante».
Para Lerner, también fue un momento emocionante.
«Este es el abuelo de los misterios médicos», dice Lerner. «Cuando estaba en la facultad de medicina de Stanford, este era el único problema que quería resolver. La anestesia tenía una importancia tan práctica que no podía creer que no supiéramos cómo todos estos anestésicos podían hacer que las personas perdieran el conocimiento». /p>
Muchos otros científicos, a lo largo de un siglo de experimentación, habían buscado las mismas respuestas, pero carecían de varios elementos clave, dice Hansen: primero, microscopios capaces de visualizar complejos biológicos más pequeños que los límites de difracción de la luz, y segundo , conocimientos recientes sobre la naturaleza de las membranas celulares y la compleja organización y función de la rica variedad de complejos lipídicos que las componen.
«Habían estado buscando en un mar completo de lípidos, y la señal llegó se lavó, simplemente no lo vieron, en gran parte por falta de tecnología», dice Hansen.
La anestesia general se ha utilizado durante casi 175 años, pero se desconoce su mecanismo para causar la pérdida del conocimiento. hasta ahora. Tan trascendental fue el primer uso del éter que fue recordado en esta pintura, «Primera operación bajo el éter», de Robert C. Hinckley. Crédito: Francis A. Countway Library of Medicine, Harvard Medical School
Del orden al desorden
Usando tecnología microscópica ganadora del Premio Nobel, específicamente un microscopio llamado dSTORM, abreviatura de «microscopía de reconstrucción óptica estocástica directa», Un investigador posdoctoral en el laboratorio de Hansen bañó las células en cloroformo y observó algo así como el tiro inicial de una partida de billar. La exposición de las células al cloroformo aumentó considerablemente el diámetro y el área de los grupos de lípidos de la membrana celular llamados GM1, explica Hansen.
Lo que estaba observando era un cambio en la organización del grupo GM1, un cambio de una bola apretada a un desorden interrumpido, dice Hansen. A medida que se desordenaba, GM1 derramó su contenido, entre ellos, una enzima llamada fosfolipasa D2 (PLD2).
Al etiquetar PLD2 con un químico fluorescente, Hansen pudo observar a través del microscopio dSTORM cómo PLD2 se movía como un bola de billar lejos de su hogar GM1 y hacia un grupo de lípidos diferente y menos preferido llamado PIP2. Esto activó moléculas clave dentro de los grupos PIP2, entre ellos, los canales de iones de potasio TREK1 y su activador de lípidos, el ácido fosfatídico (PA). La activación de TREK1 básicamente congela la capacidad de disparo de las neuronas y, por lo tanto, conduce a la pérdida de la conciencia, dice Hansen.
«Los canales de potasio de TREK1 liberan potasio, y eso hiperpolariza el nervio y hace que sea más difícil fuego y simplemente lo apaga», dice Hansen.
Lerner insistió en validar los hallazgos en un modelo animal vivo. La mosca común de la fruta, Drosophila melanogaster, proporcionó esos datos. La eliminación de la expresión de PLD en las moscas las hizo resistentes a los efectos de la sedación. De hecho, requirieron el doble de exposición al anestésico para demostrar la misma respuesta.
«Todas las moscas finalmente perdieron el conocimiento, lo que sugiere que la PLD ayuda a establecer un umbral, pero no es la única vía que controla la sensibilidad anestésica», dijeron. escribir.
Hansen y Lerner dicen que los descubrimientos plantean una serie de nuevas y tentadoras posibilidades que pueden explicar otros misterios del cerebro, incluidos los eventos moleculares que nos llevan a quedarnos dormidos.
Lerner’s La hipótesis original de 1997 sobre el papel de las «matrices lipídicas» en la señalización surgió de sus investigaciones sobre la bioquímica del sueño y su descubrimiento de un lípido soporífero al que llamó oleamida. La colaboración de Hansen y Lerner en este campo continúa.
«Creemos que esto es fundamental y fundacional, pero hay mucho más trabajo por hacer, y debe ser realizado por muchas personas, » dice Hansen. Lerner está de acuerdo.
«La gente comenzará a estudiar esto para todo lo que puedas imaginar: el sueño, la conciencia, todos esos trastornos relacionados», dice. «Éter fue un regalo que nos ayuda a comprender el problema de la conciencia. Ha arrojado luz sobre un camino hasta ahora no reconocido que el cerebro claramente ha evolucionado para controlar funciones de orden superior».
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Las moscas zumbadas revelan un paso importante hacia la intoxicación Más información: Mahmud Arif Pavel et al, Estudios sobre el mecanismo de la anestesia general, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2020) . DOI: 10.1073/pnas.2004259117 Información del diario: Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por el Instituto de Investigación Scripps Cita: El efecto de la anestesia sobre la conciencia resuelto, asentando debate científico centenario (29 de mayo de 2020) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-anesthesia-effect-consciousness-century-old-scientific.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.