Cosa succede nella mente durante l’anestesia generale

Surgery ( SOLD ) Painting by KAROLINA SWIDECKA

Considerato uno dei più importanti progressi della medicina, la scoperta di anestetici generali – composti che inducono incoscienza, prevengono il controllo dei movimenti e bloccano il dolore – hanno contribuito a trasformare operazioni pericolose e traumatiche in interventi chirurgici sicuri e di routine. Ma nonostante la loro importanza, gli scienziati non capiscono ancora esattamente come funzionano gli anestetici generali. Ora, in uno studio pubblicato questa settimana sul Journal of Neuroscience, i ricercatori dell’Istituto di scienze e tecnologia dell’Oina di Okinawa (OIST) e dell’Università di Nagoya hanno rivelato come un anestetico generale comunemente usato, chiamato isoflurano, indebolisca la trasmissione di segnali elettrici tra neuroni, alle giunzioni chiamate sinapsi. È importante sottolineare che l’isoflurano non ha bloccato la trasmissione di tutti i segnali elettrici allo stesso modo; l’anestetico ha avuto l’effetto più forte sugli impulsi a frequenza più alta necessari per funzioni come la cognizione o il movimento, mentre ha avuto un effetto minimo sugli impulsi a bassa frequenza che controllano le funzioni di supporto della vita, come la respirazione. Questo spiega come l’isoflurano è in grado di causare anestesia, bloccando preferibilmente i segnali ad alta frequenza. Alle sinapsi, i segnali vengono inviati dai neuroni presinaptici e ricevuti dai neuroni postsinaptici. Nella maggior parte delle sinapsi, la comunicazione avviene tramite messaggeri chimici o neurotrasmettitori. Quando un impulso nervoso elettrico, o potenziale d’azione, arriva alla fine del neurone presinaptico, questo fa sì che le vescicole sinaptiche – piccoli “pacchetti” di membrane che contengono neurotrasmettitori – si fondano con la membrana terminale, liberando i neurotrasmettitori nello spazio tra i neuroni. Quando un numero sufficiente di neurotrasmettitori viene rilevato dal neurone postsinaptico, questo innesca un nuovo potenziale d’azione nel neurone post-sinaptico. L’unità CMSF ha utilizzato fette di cervello di ratto per studiare una sinapsi gigante chiamata calice di Held. Gli scienziati hanno indotto segnali elettrici a frequenze diverse e quindi hanno rilevato i potenziali d’azione generati nel neurone postsinaptico. Hanno scoperto che aumentando la frequenza dei segnali elettrici, l’isoflurano ha avuto un effetto maggiore sul blocco della trasmissione. Per confermare i risultati della sua unità, il team ha condotto esperimenti sulle sinapsi, chiamate sinapsi cortico-corticali, nel cervello dei topi viventi. Hanno scoperto che l’anestetico colpiva le sinapsi cortico-corticali in modo simile al calice di Held. Quando i topi sono stati anestetizzati con isoflurano, la trasmissione ad alta frequenza è stata fortemente ridotta mentre si sono avuti meno effetti sulla trasmissione a bassa frequenza. Questi esperimenti hanno entrambi confermato come l’isoflurano agisca come anestetico generale. Ma volevano capire quali meccanismi sottostanti sono gli obiettivi dell’isoflurano per indebolire le sinapsi in questo modo dipendente dalla frequenza. Con ulteriori ricerche, i ricercatori hanno scoperto che l’isoflurano ha ridotto la quantità di neurotrasmettitore rilasciato, sia riducendo la probabilità di rilascio delle vescicole sia riducendo il numero massimo di vescicole che possono essere rilasciate alla volta. Gli scienziati hanno quindi esaminato se l’isoflurano ha influenzato i canali degli ioni calcio, che sono fondamentali nel processo di rilascio della vescicola. Quando i potenziali d’azione arrivano al terminale presinaptico, i canali degli ioni calcio nella membrana si aprono, permettendo agli ioni calcio di allagarsi. Le vescicole sinaptiche rilevano quindi questo aumento di calcio e si fondono con la membrana. I ricercatori hanno scoperto che l’isoflurano ha ridotto l’afflusso di calcio bloccando i canali ionici del calcio, il che a sua volta ha ridotto la probabilità di rilascio di vescicole. Tuttavia, questo meccanismo da solo non potrebbe spiegare come l’isoflurano riduca il numero di vescicole rilasciabili o la natura dipendente dalla frequenza dell’effetto dell’isoflurano. Gli scienziati hanno ipotizzato che l’isoflurano potrebbe ridurre il numero di vescicole rilasciabili bloccando direttamente il processo di rilascio di vescicole dall’esocitosi o bloccando indirettamente il riciclaggio delle vescicole, in cui le vescicole vengono riformate dall’endocitosi e quindi ricaricate con neurotrasmettitore, pronte per essere rilasciate di nuovo. Misurando elettricamente i cambiamenti nella superficie della membrana terminale presinaptica, che è aumentata dall’esocitosi e diminuita dall’endocitosi, gli scienziati hanno concluso che l’isoflurano ha influenzato solo il rilascio di vescicole dall’esocitosi, probabilmente bloccando i meccanismi esocitici. Fondamentalmente, hanno scoperto che questo blocco ha avuto solo un effetto importante sui segnali ad alta frequenza, suggerendo che questo blocco su meccanismi esocitici è la chiave dell’effetto anestetizzante dell’isoflurano. Gli scienziati hanno proposto che i potenziali di azione ad alta frequenza innescano un flusso così massiccio di calcio nel terminale presinaptico che l’isoflurano non è in grado di ridurre efficacemente la concentrazione di calcio. La forza sinaptica è quindi indebolita principalmente dal blocco diretto dei meccanismi esocitici piuttosto che da una ridotta probabilità di rilascio di vescicole. Nel frattempo, gli impulsi a bassa frequenza innescano meno esocitosi, quindi il blocco dell’isoflurano sui macchinari esocitici ha scarso effetto. Sebbene l’isoflurano riduca efficacemente l’ingresso di calcio nel terminale presinaptico, ridurre la probabilità di rilascio di vescicole, di per sé, non è abbastanza potente da bloccare i potenziali di azione post-sinaptica sul calice di Held e ha solo un effetto minore nelle sinapsi cortico-corticali. La trasmissione a bassa frequenza viene quindi mantenuta. Nel complesso, la serie di esperimenti fornisce prove convincenti su come l’isoflurano indebolisca le sinapsi per indurre l’anestesia. Ora che hanno stabilito tecniche di manipolazione e decifrazione dei meccanismi presinaptici, sono pronti ad applicare queste tecniche a domande più difficili, come i meccanismi presinaptici alla base dei sintomi delle malattie neurodegenerative. Questa sarà la prossima sfida.

Daniele Corbo

Bibliografia: “Frequency-dependent block of excitatory neurotransmission by isoflurane via dual presynaptic mechanisms”. by Han-Ying Wang, Kohgaku Eguchi, Takayuki Yamashita and Tomoyuki Takahashi. Journal of Neuroscience

Immagine: Surgery (KAROLINA SWIDECKA)

7 commenti Aggiungi il tuo

  1. luisa zambrotta ha detto:

    Bell’articolo!

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    1. Forse un po’ complesso, ma ho ritenuto che fosse comunque molto interessante!

      Piace a 2 people

      1. luisa zambrotta ha detto:

        Sì, lo è
        🙂

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  2. moragnoffke ha detto:

    Very interesting thank you.

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    1. You are welcome! ☺️

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  3. janettelart ha detto:

    Speriamo!

    Piace a 1 persona

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