Information

Bedövningsmedel, särskilt inhalerade bedövningsmedel

Bedövningsmedel, särskilt inhalerade bedövningsmedel


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Jag har tittat på tidigare inhalationsbedövningsmedel och många av dem verkar vara fluorkolväten. Vad kan vara mekanismen bakom fluors bedövningsegenskaper? Är det det specifika bindningsmönstret eller de inblandade molekylerna?

Jag inser att bedövningsmedel är ganska okända. Jag undrade bara vad folk har som hypotes?


Följande är ett av de många eleganta uttalandena i General Anesthetic Actions on GABAA Receptorer:

Det är författarnas brinnande uppfattning att generell anestesi inte skiljer sig från någon annan farmakologisk process: exogent administrerade läkemedel interagerar med nyckelställen på cellulära proteiner i kroppen vilket direkt leder till förändringar i funktionen av dessa proteiner, i det aktuella fallet , neuronala proteiner som styr hur information förmedlas genom nervsystemet.

Isoflurane, Sevoflurane och Desflurane, de nuvarande allmänna anestetika för inandning, tillsammans med Halothane och de intravenösa anestetikan Propofol, Etomidate, Methohexital och Thiopental, förbättrar funktionen av GABAA receptorer (GABAARs), den mest förekommande snabba hämmande neurotransmittorreceptorn i CNS (ligandstyrda kloridjonkanaler) genom att öka affiniteten hos receptorn för GABA. Eftersom dessa receptorer är rikliga i delar av CNS som bearbetar högre ordningens hjärnfunktioner, är det naturligt att GABAAR-funktionen är central för minne, medvetenhet och medvetande. GABAAR är involverade i förmedlande av hypnos, depression av ryggmärgsreflexer och amnesi, tre av de klassiska komponenterna i generell anestesi. Isofluran, Sevoflurane och Desflurane förbättrar amplituden av svar på låga koncentrationer av GABA och förlänger GABA -medierad synaptisk inhibering.

En mycket bra utgångspunkt för dina undersökningar hittar du genom att klicka på den länkade artikeln ovan.

Agent-selektiva effekter av flyktiga bedövningsmedel på GABAA receptorförmedlad synaptisk hämning i hippocampus interneuroner
Den lugnande komponenten i anestesi medieras av GABA (A) -receptorer i en endogen sömnväg


Inverkan av inhalationsanestesi bedöms genom omfattande genuttrycksprofilering

Även om allmänbedövning rutinmässigt används som ett väsentligt kirurgiskt ingrepp och dess ofarlighet har utvärderats och godkänts av kliniska resultat, är lite känt om dess omfattande inflytande som inte återspeglas i dödlighet och sjuklighet. I den här artikeln har vi visat att inhalationsanestesi påverkade uttrycket av <1,5% av >10 000 gener, genom att analysera uttrycksprofilerna för flera organ hos råttor bedövade med sevofluran. Det lilla antalet utskrifter som påverkades av inhalationsanestesin omfattade de specifika för enstaka och vanliga i flera organ. Den förra inkluderade gener som huvudsakligen är associerade med läkemedelsmetabolism i levern och påverkade av medel som amfetamin i hjärnan. Den senare innehöll flera dygnsgener. I hjärnan misslyckades vi med att upptäcka förändringen av klockgenens uttryck med undantag för Per2, förutsatt att anestesi stör dygnsrytmen. Våra fynd ger den första bedömningen av påverkan av inhalationsanestesi genom metoder för experimentell biologi och genomvetenskap.


MATERIAL OCH METODER

Halotan och isofluran erhölls från Halocarbon Laboratories (River Edge, NJ, USA) racemiska preparat av båda anestetika användes i kristallisationsexperimenten. Diklorohexafluorocyklobutan (F6) erhölls från PCR Chemical (Gainesville, FL, USA). Apoferritin och ferritin köptes från Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO, USA) och användes utan ytterligare rening. Apoferritin användes för de flesta studier eftersom röntgendiffraktion inte är möjlig med järnladdat ferritin. Alla andra kemikalier erhölls från Sigma och var av reagenskvalitet.

Isotermisk titreringskalorimetri

Titreringar utfördes vid 20 ° C med användning av en Microcal, Inc. VP ITC (http://www.microcalorimetry.com/). ITC består av ett matchat par prov- och referenskärl (1,43 ml) inneslutna i en adiabatisk inneslutning och en roterande omrörare/spruta för titrering av alikvoter av ligandlösningen i provkärlet. Provkärlet innehöll 25 | jM apoferritin i 130 mM NaCl, 20 mM NaHPO4pH 7,0, och referenskärlet innehöll vatten. Ligand (1,5 mM för halotan och isofluran) titrerades in i proteinprovcellen med användning av volymer på 10 µL för de första fem injektionerna och 20 µL därefter, med 5 minuters intervall mellan injektionerna. Sekventiella titreringar utfördes tills titreringssignalen var väsentligen konstant. Slutlig anestesikoncentration i cellen var ~0,5 mM. Sekventiella titreringar länkades med ConCat32 -programvara (Microcal, Inc., Northampton, MA, USA), analyserades sedan med Origin 5.0 (Microcal, Inc.), vilket gjorde korrigeringar för värmen på grund av ligand i buffert, buffert i protein och buffert till buffert . Modellen som används för att passa ITC -data är baserad på ekvationen, Q = MtV0(n1Θ1AH1 + n2Θ1ΔH2), där Q är värmeinnehållet efter varje injektion Mt är den totala koncentrationen av makromolekyl i den aktiva cellvolymen, Vo n1 och n2 är antalet bindningsställen för uppsättning 1 och uppsättning 2, Θ1 och Θ2 är fraktionen av platser upptagna av liganden för uppsättning 1 och uppsättning 2 och AH1 och AH2 är molvärmen för ligandbindning för uppsättning 1 respektive uppsättning 2. Θ är relaterat till dess respektive K och den fria koncentrationen av ligand [X] med ekvationerna K = Θ/<(1 - Θ) [X]>, där [X] = Xt - Mt(n1Θ1 + n2Θ2) och Xt är den totala koncentrationen av ligand. Observera att Mt, Xtoch V0 är känd. Parametrarna n, ΔH och K för varje uppsättning justeras för att minimera summan av kvadrater av skillnader mellan de uppmätta heaten och de som förutspås från denna modell, med hjälp av Marquardt-metoden. När K och ΔH har bestämts kan ΔS beräknas med hjälp av standardformlerna ΔG = ΔH - TΔS = −RTlnK.

ITC-tävlingsexperiment

För att testa om halotan och isofluran kan konkurrera med varandra för ferritinbindning, placerades 17 µM apoferritin i provcellen och titrerades med 1,5 mM lösningar av det första bedövningsmedlet, följt av en andra titrering med en 1,5 mM lösning av det andra bedövningsmedlet. Som en kontroll utfördes initiala titreringar med endast buffert, följt av en andra titrering med 1,5 mM halotan eller isofluran.

Kristallisering och komplex bildning

Stora enkristaller odlades i hängande droppar vid 4°C under 1 vecka med användning av en reservoarlösning av 0,05 M kadmiumsulfat, 0,1 M HEPES och 1,0 M natriumacetat, pH 7,5. En proteinlösning innehållande 12 mg/ml apoferritin i 0,03 M NaCl blandades 1: 1 med reservoarbuffertkristaller växte till full storlek i ca 1 vecka. För bedövningskomplex följdes ett identiskt kristallisationsförfarande, förutom att droppen suspenderades över 2 ml glasflaskor förseglade med vakuumfett och den använda behållarlösningen mättades med halotan eller isofluran. Före datainsamling, kryoskyddades kristaller i reservoarbuffert innehållande 30 % sackaros mättad med halotan eller isofluran och snabbkyldes i flytande kväve.

Datainsamling och bearbetning

Diffraktionsdata samlades in från anestetiska komplexkristaller som hölls vid 100 K vid strållinjen X8C från National Synchrotron Light Source. För halotandatauppsättningen sattes våglängden till den våglängd som motsvarar toppen av brom K -kanten. Diffraktionsdata från en naturlig kristall (d.v.s. en kristall som aldrig exponerats för bedövningsmedel) samlades in vid en hemröntgenkälla med användning av Cu Ka-strålning från en roterande anodkälla med mikrofokus. Information om datainsamlingen anges i Tabell 1.

Datainsamling Halotan Isofluran Inföding
Enhetscell (Å) 181.61 181.51 181.40
Våglängd (Å) 0.9197 1.0722 1.5418
Upplösning (Å) 1.71 (1.71–1.82) 1.74 (1.74–1.82) 1.95 (1.95–2.02)
Antal reflektioner:
Observerad 511,701 264,354 460,999
Unik 28,090 25,454 18,768
Fullständighet (%) 99.5 (99.2) 95.3 (78.1) 97.6 (78.5)
Genomsnittlig redundans 18.2 (8.2) 10.4 (2.8) 24.4 (3.4)
Genomsnittligt I/ σ (l) 15.9 (3.7) 16.6 (2.2) 95.0 (8.8)
Rmerge 0.081 (0.514) 0.064 (0.431) 0.061 (0.345)
Förfining
Upplösning (Å) 30.0–1.75 30.0–1.75 30.0–1.95
Antal icke -väteatomer
Protein 1354 1354 1354
Lösningsmedel 206 190 134
Ligand + joner 13 17 7
R-värde 0.179 0.179 0.196
Fritt R-värde 0.212 0.210 0.232
Figur av meriter 0.892 0.888 0.874
RMS avvikelse från idealitet
Bindningslängder (Å) 0.011 0.012 0.017
Vinklar (grader) 1.187 1.185 1.457
Genomsnittliga B-värden (Å 2) 21.8 22.4 29.5

Ferritinkristallerna som användes för diffraktion växte i rymdgrupp F432 och var isomorfa med tidigare bestämda ferritinkristallstrukturer (12, 13). Proteinkoordinater från PDB-fil 1GWG användes som en startmodell för förfiningarna. Initiala modeller som endast innehöll proteinatomer användes för automatiserad vattenplacering och förfining med Arp-Warp och Refmac (14, 15). Kadmiumjoner närvarande i gittret identifierades som toppar i kartorna för onormal skillnadstäthet. Ligander placerades i skillnadskartor med hjälp av XtalView (16) förfining av den komplexa strukturen slutfördes med Refmac. Koordinater för halotan erhölls från Tang et al. (17) och för isofluran från Dundee PRODRG-servern (http://davapc1.bioch.dundee.ac.uk/programs/prodrg/) (18). Koordinater för halotan/apoferritin- och isofluran/apoferritin-komplexen har deponerats i proteindatabanken (accessionsnummer 1XZ1 respektive 1XZ3).


Bevis för en vanlig plats för inhalerad bedövning

Additivitet

Observationer gjorda nedan indikerar att inhalerade anestetiska verkningar på kaliumkanaler eller en enda ligand-styrd kanal kan förklara endast en mindre del av kapaciteten hos inhalerade anestetika att producera orörlighet. Även att summera effekterna av inhalerade bedövningsmedel på flera kanaler verkar vara otillräcklig för att förklara orörlighet. Kan synergistiska inandningsbedövningseffekter på ligand- och spänningsstyrda kanaler förstora deras handlingar tillräckligt för att producera orörlighet?

Vi har funnit 16 att inhalerade anestesimedelspar som verkar på olika kanaler (dvs. vid MAC verkar bedövningsmedel A starkt på receptor X men svagt på receptor Y, medan anestesimedel B verkar svagt på X men starkt på Y) kombineras i en tillsats, aldrig synergistiskt, sätt att producera orörlighet (fig. 1). Som den senaste recensionen av Hendrickx et al. visar, 17 detta är ovanligt. De flesta läkemedel som verkar på separata kanaler (dvs. som bedövningsmedel A och B) visar synergi när de kombineras. En nyligen genomförd teoretisk analys av additivitet och synergi visade att det bara finns två mekanismer genom vilka additivitet kan observeras: två läkemedel som konkurrerar på samma verkningsställe eller två läkemedel som verkar på olika verkningsställen i koncentrationer som orsakar mycket låga nivåer av receptorbeläggning. . 18 Innebörden är att, om det finns mer än ett biologiskt mål för inhalerad anestesiverkan, måste bindningen av ett inhalerat anestetikum till dessa verkningsställen vara mycket svag. Detta utesluter effektivt mål med hög affinitet som potentiella platser för bedövning.

Denna graf indikerar fraktionen av MAC för varje bedövning av ett par som i kombination ger orörlighet som svar på skadlig stimulering hos råttor. Varje bedövningspar valdes vanligtvis eftersom de två bedövningsmedlen skiljde sig åt i förmåga att hämma eller förbättra responsen hos en specifik kanal (t.ex. cyklopropan förbättrar minimalt responsen av gamma-aminosmörsyra (GABA)A receptorer till GABA, medan halotan markant förbättrar svaret). Summan av fraktionella bidrag var aldrig mindre än 0,9, ett a priori -värde som tilldelats som gränsen mellan additivitet och synergism (dvs. inget par agerade synergistiskt). Data är hämtade från Eger et al. 16

Eftersom kliniska koncentrationer vanligtvis ligger i intervallet 0,3 mM (särskilt se tabell 1 i följande citerade artikel), 19 följer att om anestetika verkar på mer än ett verkningsställe, måste Kd överstiga 0,3 mM, möjligen mångfaldig. Detta är svag bindning jämfört med IV -bedövningsmedel, som vanligtvis är effektiva vid µM- eller nM -koncentrationer, 20 och har Kd -värden även i nM -intervallet. 21, 22 Sådana observationer utesluter effektivt de relativt höga affinitetsmålen för IV -bedövningsverkan som mål för inhalerad bedövningsverkan.

Även om additivitet talar för en enda verkningsplats, är den inte definitiv. Även om synergi oftare är resultatet av samtidiga verkningar av läkemedel på olika platser, kan sådana par producera additivitet. 17 En rapport om anestesiverkan av propofol plus sevofluran ger ett exempel. 23 Additivitet utgör således bara en del av ett bredare argument för en enda plats.

Vanliga steriska och elektrostatiska egenskaper definierar bedövningsverkan

Bertaccini et al. hittade vanliga kemiska motiv inom olika anestetiska bindningsställen. 24 På liknande sätt frågade Sewell och Sear om flyktiga halogenerade anestetika har elektrostatiska (laddning) och steriska (form och storlek) egenskaper som definierar deras styrka som bedövningsmedel, särskilt deras förmåga att producera orörlighet. 25 De använde jämförande molekylärfältanalys (CoMFA) på 69 strukturellt olika halogenerade anestetika, slumpmässigt uppdelade i en träningsuppsättning (N = 52) som används för att härleda sin modell och en testuppsättning (N = 17) som används för att oberoende utvärdera modellens prediktiv kraft. Metoden maximerade likheten i molekylär form och elektrostatisk potential. De förutsagda och observerade aktiviteterna i träningsuppsättningen hade en korrelationskoefficient i kvadrat på 94 % (dvs modellen förklarade 94 % av variansen i de observerade aktiviteterna) och 70 %� % av testuppsättningen. Liknande korrelationer hittades för icke-halogenerade flyktiga anestetika, 26 med avsevärd överlappning, särskilt för vissa steriska egenskaper. Demonstrationen att CoMFA kan förutsäga bedövningsstyrka från anestetiska strukturer tyder på att styrka och bindningsaffinitet (som beror på anestetisk struktur) är tätt kopplade eftersom det är osannolikt att man skulle kunna utveckla en enda 3D-farmakoforisk karta för MAC med hög förutsägbarhet om det finns var litet samband mellan anestetikumbindningsaffinitet och potens. CoMFA -resultaten kan också antas innebära en enda snarare än flera platser där inhalerade bedövningsmedel kan verka. Sewell och Sear varnar dock för att "Det bör noteras att en gemensam molekylär grund för immobilisering av aktivitet inte nödvändigtvis innebär en gemensam verkningsplats. ”

Konsekvenser av stereoselektivitet

Isoflurans (+) isomer är 53% mer potent än (−) isomeren hos råttor, "i överensstämmelse med en receptormedierad anestesimekanism genom flyktiga anestetika." 27 Små stereoselektiva effekter finns med 2-butanol och 2- pentanol (men inte 2-hexanol eller 2-heptanol.) 28 Även om stereoselektiva effekter kan hittas in vitro (i groda-oocyter) för dessa alkoholers verkan på TRESK-kaliumkanaler, gamma-aminosmörsyra typ A (GABAA) receptorer och/eller N-metyl-D-aspartat (NMDA) receptorer, korrelerar inte effekten med in vivo skillnader i MAC. 29 Stereospecificitet är en viktig determinant för styrkan för anestetika som ketamin. 30 Det innebär ett bindningsställe och att inhalerade anestetika överensstämmer med en specifik farmakofor. Om stereoselektivitet är viktigt för inhalationsanestetika, indikerar det då en specifik (läs enkel) verkningsplats? Hur skulle xenon, en snyggt rundad enkel atom, docka i ett protein på samma mycket specifika sätt som mer komplexa ligander skulle docka? Binder xenon och orsakar djupgående effekter på samma plats som isofluran binder? Kanske så, 31 och ändå skulle en enda del av ett protein som verkar stereoselektivt verka som en osannolik plats för en gemensam plats där xenon och isofluran skulle verka, kanske skulle ett lipid -tvåskikt (som har kirala centra) bilda en mer attraktiv plats.

Ett uppdaterat Meyer-Overton-förhållande

För mer än hundra år sedan visade Meyer 32 och Overton 33 en korrelation mellan anestetisk affinitet för lipid och anestetisk styrka. Denna korrelationsstyrda studier av anestesimekanismer under 80 år, med fokus på arbetet på lipid -tvåskiktet. Flera utredare, särskilt Franks och Lieb, 34 flyttade fokus till proteiner. En del av skiftet berodde på att ett dubbelskiktsfokus inte lyckades ta fram en verifierbar teori. En del berodde på bevis mot korrelationen. Till exempel är icke-immobilisatorer inhalerade föreningar som inte producerar orörlighet trots att de besitter en lipofilicitet som skulle indikera anestetisk förmåga. 35 Men om en annan faktor, polaritet, adderas till beräkningen av faktorer som bestämmer styrkan, förblir ett modifierat Meyer-Overton-förhållande försvarbart. 36, 37 Det vill säga, bedövningsinteraktionen med proteiner innebär amfipaticitet. 24 Korrelationen kan förbättras mycket genom att välja ett lösningsmedel som har ett element av polaritet. Abraham et al. föreslog metanol. 38 Korrelationen kan också förbättras mycket genom att välja en lipidliknande fas som mer liknar membrandubbelskiktet [t.ex. en som inkluderar fosfolipoproteiner]. 39 , 40 Om ett sådant modifierat Meyer-Overton-förhållande är korrekt, innebär det liknande verkningsställen för flera receptorer/kanaler. Det vore anmärkningsvärt om specifika fickor i olika kanalproteiner (både hämmande och excitatoriska) delar relativt vanliga egenskaper.

Gå ett steg längre och kräv en korrelation med en lutning på 1,0. Detta resulterar i MAC gånger något index för löslighet (t.ex. löslighet i metanol eller något annat lösningsmedel) är lika med en konstant. En nyckelpunkt är inte att bedövningsstyrka har något att göra med metanol, utan att exakt samma antal bedövningsmolekyler på verkningsplatsen krävs för att producera MAC och den verkningsplatsen liknar metanol. Hur kan det vara mellan 5 𠄷 order av MAC -värden, om inte någon grundläggande, mycket bevarad process var på gång?

Utveckling och bevarande av bedövningsstället

MAC eller dess motsvarighet varierar lite (kanske två- eller trefaldigt) mellan olika klasser av ryggradsdjur, vilket återigen antyder bevarande av platsen där anestetika verkar. En sådan plats har ingen uppenbar överlevnadsfördel eftersom anestetika inte utgör en del av den naturliga miljön. Konstansen antyder alltså att känsligheten för anestetika utvecklas från en parallell process, någon väsentlig aspekt av jonkanalfunktionen som slumpmässigt leder till denna känslighet och ger en överlevnadsfördel. Det är svårt att se hur detta kan bero på en invariant proteinstruktur av hämmande och excitatoriska receptorer. Är det rimligt att tro att det finns en enda sådan struktur i alla troliga kanaler? Dessa frågor diskuteras i ett nyligen genomfört symposium i detta nummer av Anestesi & Analgesi. 41 – 46

I det symposiet antog Sonner att encelliga organismer valde en fördelaktig egenskap som också av misstag producerade inhalerade anestetika för att öka strömmar genom inhiberande kanaler och minska strömmar genom excitatoriska kanaler. 41 Den fördelaktiga egenskapen uppstod som ett svar på föreningar som finns i miljön som påverkade den konformationella jämvikten av jonkanaler och annars skulle ha främjat införandet av positiva laddningar som kan skada cellen. Det vill säga, egenskapen ökade organismens kondition (överlevnad) genom att begränsa effekten av föreningar som finns i miljön som annars skulle kunna minska elektrokemiska potentialer över cellmembranet genom deras effekter på kanalfunktionen. I överensstämmelse med denna uppfattning förändrar exponering för inhalerade bedövningsmedel membransammansättningen hos encelliga organismer. 47 – 50 Upptäckten att ytaktiva ämnen modulerar anestetikakänsliga kanaler på ett sätt som liknar inhalerade anestetika 51 överensstämmer med uppfattningen att responsen på anestetika uppstod som en anpassning till miljöförhållanden som påverkade kanalfunktionen genom att störa dubbelskiktsegenskaperna.

Denna evolutionära berättelse förutspådde korrekt att vissa icke-flyktiga föreningar har anestesiliknande modulerande effekter på jonkanaler och hos djur. Dessa kan innefatta endogena föreningar ökade vid sjukdom [t.ex. ammoniak 52 och ketoacider.] 53 Sådana föreningar modulerar jonkanalfunktionen på ett sätt som liknar inhalerade bedövningsmedel. 51 Cantor föreslog att den långsamma adsorptionen och desorptionen av höga (högre än de som uppstår vid synapser?) Koncentrationer av neurotransmittor på och utanför membranet kan ge en parallell, membranförmedlad effekt som manifesteras som receptors desensibilisering. 54 Denna process kan ge ett selektivt tryck för receptorer att reagera på membranförmedlade effekter av inhalerade bedövningsmedel i flercelliga organismer. Den bedövningsliknande modulerande effekten av icke-nativa neurotransmittorer på receptorer (t.ex. acetylkolin på en NMDA-receptor) stöder denna hypotes. 55


Forskning ger ny inblick i anestesiassocierad tau-spridning i hjärnan

Under utvecklingen och utvecklingen av Alzheimers sjukdom, ackumuleras ett protein som kallas tau och sprider sig i hjärnan. Att förstå mekanismerna bakom spridningen av tau och dess konsekvenser kan peka på nya förebyggande och behandlingsstrategier för Alzheimers sjukdom och andra former av demens. Ny insikt kommer nu från forskning som leds av utredare vid Massachusetts General Hospital (MGH) och innefattar ett bedövningsmedel som är känt för att påverka kognitiv funktion. Resultaten publiceras i Kommunikationsbiologi.

Forskarna noterar att inflammation spelar en viktig roll vid Alzheimers sjukdom och mikrogliaimmunceller som finns i hjärnan tros vara involverade i denna process genom att producera en inflammatorisk molekyl som kallas interleukin-6. För att se om tau stimulerar mikroglia att driva utvecklingen av Alzheimers sjukdomspatologi utförde MGH -utredarna och deras kollegor experiment med ett inhalerat bedövningsmedel som kallas sevofluran. Deras tidigare arbete visade att sevofluran kan orsaka en förändring (specifikt fosforylering eller tillsats av fosfat) till tau som leder till kognitiv försämring hos möss. Andra forskare har också funnit att sevofluran och vissa andra anestetika kan påverka den kognitiva funktionen.

I denna aktuella studie utvecklade teamet en ny metod för att mäta tau-nivåer, kallad nanobeam-sensor-teknik. "Nanobeam-sensorn är ultrakänslig, kräver en liten volym och kan mäta låga koncentrationer av molekyler, inklusive tau och fosforylerad tau," säger medförfattaren Feng Liang, MD, PhD, instruktör vid avdelningen för anestesi, kritisk vård och smärta Medicin (DACCPM) vid MGH.

Gruppen utförde experiment på möss och celler och upptäckte att sevofluran får tau att lämna neuroner och gå in i mikroglia, där det stimulerar cellernas produktion av interleukin-6, vilket i sin tur leder till inflammation och kognitiv försämring. Handeln med tau från neuroner till mikroglia involverar taufosforylering och membranbundna bärare som kallas extracellulära vesiklar som frigörs från celler.

Dessa data visar anestesi-associerad tau-spridning och dess konsekvenser. Denna tau-spridning skulle kunna förhindras genom hämmare av tau-fosforylering eller extracellulär vesikelgenerering."

Zhongcong Xie, MD, PhD, seniorförfattare, chef för Geriatric Anesthesia Research Unit i DACCPM

Sevofluran ökade inte frisättningen av laktatdehydrogenas, en molekyl med liknande storlek och vikt som tau, från neuroner. "Detta fynd indikerar att neuronala cellmembran och cellviabilitet inte äventyras av sevofluranbehandling och att det sevofluraninducerade läckaget av tau inte var en passiv process", säger co-lead författaren Yuanlin Dong, MD, en forskare vid avdelningen.

Ett annat inhalerat bedövningsmedel som kallas desfluran hade inte samma effekter som sevofluran. "Våra resultat tyder på att bedövningsmedlen sevofluran och desfluran kan ha olika effekter på tau-fosforylering och tau-spridning. Viktigare är att sevofluran kan användas som ett kliniskt relevant verktyg för att studera tau -spridning och dess bakomliggande mekanismer, säger Xie. " Vi hoppas att detta arbete kommer att leda till mer forskning om anestesi, tau-proteiner och Alzheimers sjukdomspatologi som i slutändan kommer att förbättra vården för patienter."


Specialredigerare

Området intravenös anestesi utvecklas och utvecklas i takt med att nya lugnande medel och bedövningsmedel införs, farmakologi och farmakokinetiska studier fortskrider och viljan att minska exponeringen för inhalations/flyktiga bedövningsmedel stärks. Detta specialnummer kommer att vara en omfattande sammanställning av bidrag från internationella ledare inom området för intravenös anestesi och säkerhet. Nya och utvecklande intravenösa anestetika, farmakologi och farmakokinetisk modellering, säkerhet, målstyrd infusion, strategier för hantering av överviktiga och nya överväganden för sedering hos kritiskt sjuka är några av de ämnen som kommer att undersökas. Sammanfattningsvis kommer denna specialnummer att vara ett bestående bidrag till området för intravenös anestesi och sedering och kommer att ge en värdefull resurs för multispecialitetsleverantörer över hela världen.

Dr Keira P. Mason
Gästredaktör

Information om inlämning av manuskript

Manuskript bör skickas in online på www.mdpi.com genom att registrera och logga in på denna webbplats. När du är registrerad, klicka här för att gå till inlämningsformuläret. Manuskript kan skickas fram till sista datum. Alla tidningar kommer att granskas av fackmän. Godkända artiklar kommer att publiceras fortlöpande i tidskriften (så snart de accepteras) och kommer att listas tillsammans på specialutgåvans webbplats. Forskningsartiklar, recensionsartiklar samt korta kommunikationer inbjuds. För planerade uppsatser kan en titel och ett kort sammandrag (ca 100 ord) skickas till redaktionen för tillkännagivande på denna webbplats.

Inskickade manuskript bör inte ha publicerats tidigare och inte heller övervägas för publicering på annat håll (förutom konferenshandlingar). Alla manuskript granskas noggrant genom en enkelblind peer-review-process. En guide för författare och annan relevant information för inlämning av manuskript finns på sidan Instruktioner för författare. Journal of Clinical Medicine är en internationell peer-reviewed halvmånatlig tidskrift med öppen tillgång publicerad av MDPI.

Besök sidan Instruktioner för författare innan du skickar in ett manuskript. Artikelbearbetningsavgiften (APC) för publicering i denna tidskrift med öppen tillgång är 2200 CHF (schweizerfranc). Inlämnade uppsatser bör vara välformaterade och använda bra engelska. Författare kan använda MDPI: s engelska redigeringstjänst före publicering eller under författarrevisioner.


Allmän bedövningsfarmakologi

Före upptäckten av allmänbedövning begränsade smärta och chock kraftigt möjligheterna till kirurgiskt ingrepp. Den postoperativa dödligheten sjönk dramatiskt efter den första offentliga demonstrationen av dietyleter på Massachusetts General Hospital 1846. Sedan dess har administrering av agenter för induktion och underhåll av anestesi blivit en separat medicinsk specialitet. Den moderna narkosläkaren är ansvarig för alla aspekter av patientens hälsa under operationen. Som en del av denna process kontrollerar anestesiologen anestesidjupet och upprätthåller homeostatisk jämvikt med en arsenal av inhalerade och intravenösa anestetika samt många adjuvansläkemedel.

Allmän bedövning orsakar en generaliserad, reversibel depression av centrala nervsystemet (CNS). Under narkos saknas uppfattningen om alla förnimmelser. Anestesitillståndet inkluderar förlust av medvetande, minnesförlust och orörlighet (avsaknad av svar på skadliga stimuli) men inte nödvändigtvis fullständig analgesi. Andra önskvärda effekter som anestetika eller adjuvanser tillhandahåller under operationen kan inkludera muskelavslappning, förlust av autonoma reflexer, analgesi och ångest. Alla dessa effekter underlättar säker och smärtfri procedur. Vissa effekter är viktigare vid vissa typer av operationer än andra. Till exempel kräver bukkirurgi nästan fullständig avslappning av bukmusklerna, medan neurokirurgi ofta kräver lätt anestesi som kan lyftas snabbt när neurokirurgen behöver bedöma patientens förmåga att svara på kommandon.

Det här kapitlet tillhandahåller en ram för att förstå farmakodynamiken och farmakokinetiken för allmänna anestetika i samband med fysiologiska och patofysiologiska variabler. Efter att ha diskuterat farmakologin för specifika medel och hur en balanserad anestesimetod uppnås, behandlar kapitlet vad som för närvarande är känt om verkningsmekanismen för allmänbedövning.

Matthew är en 7-årig pojke på 20 kg som har genomgått kemoterapi med flera läkemedel för aggressiv osteosarkom i höger lårben. Nu är det dags för en kirurgisk resektion.

20:00 (natt före operationen): Dr Snow, anestesiologen, ger trygghet och återkommer till vikten av att fasta efter midnatt för att förhindra aspiration av maginnehåll under narkos.

06:30: Matthew klamrar sig fast vid sin mamma och verkar orolig, kakektisk och har lite smärta. Hans vitala tecken är stabila med en förhöjd puls på 120 och ett blodtryck på 110/75. En oral dos av midazolam (ett bensodiazepin se kapitel 13, Pharmacology of GABAergic and Glutamatergic Neurotransmission) ges för att lindra ångest och för att låta Matthew separera från sina föräldrar.

7:00: Dr Snow injicerar en liten mängd lidokain subkutant (lokalbedövning, se kapitel 12, lokalbedövningsfarmakologi) innan han sätter in en intravenös kateter (som han försiktigt döljer för Matthew tills det sista möjliga ögonblicket). Genom katetern levererar Dr Snow en infusion av morfinsulfat (en opioid, se kapitel 18, Farmakologi för analgesi) för analgesi.

07:30: Dr Snow framkallar snabbt bedövning med en intravenös bolus på 60 mg (3 mg/kg) tiopental (ett barbiturat se kapitel 13). Inom 45 sekunder är Matthew i ett djupt bedövande tillstånd. Läkaren lägger till en dos av intravenös succinylkolin (ett depolariserande muskelavslappnande medel se kapitel 10, Kolinergisk farmakologi) för att underlätta endotrakeal intubation, och Matthew sätts på konstgjord andning.

07:32: En blandning av inhalerade narkosmedel bestående av 2% isofluran, 50% lustgas och 48% syre tillförs genom ventilatorn för att bibehålla bedövningstillståndet.

07:50: Matthew visar inget svar, vare sig genom rörelse eller ökad sympatisk tonus (t.ex. ökad hjärtfrekvens, ökat blodtryck), på det första kirurgiska snittet.

08:20: Dr Snow märker med en början att Matthews puls har sjunkit till 55 och hans blodtryck till 85/45. Dr. Snow, som beklagar sig själv för att ha glömt att sänka det inandade partialtrycket från anestetikumet när dess blandade venösa partialtryck ökade, minskar den inandade isoflurannivån till 0,8 % samtidigt som lustgasnivån hålls på 50 %. Inom 15 minuter återhämtade sig Matthews puls och blodtryck.

12:35: Efter en lång operation stoppar Dr Snow isofluran och lustgas och sätter på rent syre i några minuter.

12:45: På mindre än 10 minuter andas Matthew spontant och kan svara på frågor, även om han fortfarande är lite sur. Matthew’s parents are relieved to find him awake and alert after more than 5 hours of anesthesia.

1. What determines the rate of induction and recovery from anesthesia, and how does this differ for children as compared to adults?

2. Why is it necessary to reduce the inspired partial pressure of isoflurane some minutes into the procedure (as Dr. Snow initially neglected to do)?

3. Why did Dr. Snow give pure oxygen for a few minutes following the cessation of anesthetic administration?

4. What are the advantages of using a mixture of two anesthetics (in this example, nitrous oxide and isoflurane) instead of just one or the other?

General anesthetics distribute well to all parts of the body, becoming most concentrated in the fatty tissues. The CNS is the primary site of action of anesthetics. Most likely, loss of consciousness and amnesia ensue from supraspinal action (i.e., action in the brainstem, midbrain, and cerebral cortex), while immobility in response to noxious stimuli is caused by depression of both supraspinal and spinal sensory and motor pathways. Different sites in the CNS are differentially affected by general anesthetics, giving rise to the classical stages observed with increasing anesthetic depth ( Fig. 17-1 ).

To control the depth of anesthesia, the anesthesiologist must control rather precisely the level of anesthetic in the CNS. This level is denoted by the partial pressure of anesthetic in the CNS, also called the CNS partial pressure , P CNS . (See Box 17-1 for a discussion of partial pressures versus concentrations and Appendix A for a glossary of abbreviations and symbols.) The anesthesiologist maintains P CNS within the desired range by varying the inspired partial pressure , P I . Because the value of P CNS cannot be monitored directly, it is commonly inferred from the alveolar partial pressure , P alv . The alveolar partial pressure is a useful substitute for P CNS , because P CNS tracks P alv with only a small time lag (see below). P alv may be measured directly as the partial pressure of anesthetic in the end-tidal exhaled gas, when the dead space no longer contributes to the exhaled gas.

BOX 17-1 Partial Pressure Versus Concentration

The partial pressure of Gas A in a mixture of gases is the portion of the total pressure that is supplied by Gas A. For ideal gases, the partial pressure of Gas A is obtained by multiplying the total pressure by the mole fraction of A in the mixture (i.e., the fraction of molecules in the mixture represented by Gas A). The concentration of Gas A in the mixture ([ A ] mixture ) is the number of moles of Gas A ( n A ) divided by the volume ( V ) [ A ] mixture can also be obtained from the ideal gas equation by dividing the partial pressure of Gas A ( P A ) by the temperature ( T ) and the universal gas constant ( R ):

[ A ] mixture = n A / V = P A / RT

Inhaled anesthetics dissolve in the tissues of the body, such as the blood and the brain. The partial pressure of a gas dissolved in a liquid is equal to the partial pressure of free gas in equilibrium with that liquid. For gases, partial pressures are convenient because the partial pressures in all compartments are equal at equilibrium. This is true, independent of whether the compartments contain gas that is in the gaseous (alveoli) or the dissolved (tissues) form. In contrast, the concentrations within different compartments are not equal at equilibrium. To convert the partial pressure of a dissolved gas to its concentration within the solvent, the partial pressure is multiplied by a measure of solubility known as the solvent/gas partition coefficient .

The alveolar partial pressure that results in the lightest possible anesthesia is termed the minimum alveolar concentration (MAC). Specifically, MAC is the alveolar partial pressure that abolishes a movement response to a surgical incision in 50% of patients. The potency of an anesthetic is related inversely to its MAC. If the MAC is small, then the potency is high, and a relatively low partial pressure will be sufficient to cause anesthesia. For example, isoflurane —which has a MAC of 0.0114 atm—is much more potent than nitrous oxide —which has a MAC of 1.01 atm ( Table 17-1 ).

Loss of response to extremely noxious stimuli, such as endotracheal intubation, requires a higher partial pressure of anesthetic than is required for loss of response to a surgical incision ( Fig. 17-2 ). Still higher partial pressures of anesthetic cause medullary depression. In general, however, anesthetics have steep dose–response curves and low therapeutic indices, defined as the ratio of LP 50 (the partial pressure that is lethal in 50% of subjects) to MAC (which is analogous to ED 50 see Chapter 2, Pharmacodynamics ). Furthermore, the variability among patients in their response to a given dose of anesthetic is small. Therefore, for all patients, the levels of anesthetic that cause respiratory and cardiac arrest are not much higher than the levels that cause general anesthesia. It should also be noted that no pharmacologic antagonists of general anesthetics exist to counteract inadvertently high levels of anesthetic. Although these disadvantages are partially offset by the ability to control P CNS through control of P I (i.e., the anesthetic can be breathed out), the combination of low therapeutic index and lack of antagonist means that anesthetics are dangerous drugs that demand specialty training for their proper and safe administration.

Pain relief (analgesia) may or may not occur at a partial pressure lower than that required for surgical anesthesia. The partial pressure at which 50% of persons lose nociception is the AP 50 (partial pressure that results in analgesia in 50% of patients), and the analgesic index is the ratio of MAC to AP 50 . A high analgesic index implies that analgesia is induced at a partial pressure of anesthetic significantly lower than that required for surgical anesthesia. For example, nitrous oxide has a high analgesic index and is a good analgesic, whereas halothane has a low analgesic index and is a poor analgesic.

The potency of an anesthetic can be predicted from its physicochemical characteristics. The most reliable predictor has been the anesthetic’s solubility in olive oil (or in another lipophilic solvent, such as octanol), as denoted by the oil/gas partition coefficient , λ (oil/gas) ( Box 17-2 ). Specifically, the potency of an anesthetic increases as its solubility in oil increases . That is, as λ (oil/gas) increases , MAC decreases .

BOX 17-2 Partition Coefficients

The solvent/gas partition coefficient, λ(solvent/gas), defines the solubility of a gas in a solvent or, in other words, the extent to which the gas “partitions” between its gaseous state and the solution. More specifically, λ(solvent/gas) is the ratio of the amount of gas dissolved in a given volume of solvent to the amount of free gas that would occupy the same volume of space, all at standard temperature (25°C) and pressure (1.0 atm) (STP). The solvent could be olive oil, blood, or brain tissue, for example.

Dissolved amounts of gas are typically given not in terms of moles but in terms of the volume that the gas would occupy at STP in a gaseous state. Recall that, to convert from moles to liters at STP, one multiplies by the volume of one mole of gas at 25°C and 1.0 atm (i.e., by 24.5 L/mol). Thus, λ(solvent/gas) is the number of liters of gas that will dissolve in one liter of solvent per atmosphere of partial pressure. [Note that the units of λ(solvent/gas) are L gas L solvent −1 atm −1 , or simply atm −1 .]

For a particular solvent, a gas with a larger λ(solvent/gas) is more soluble in that solvent. For example, diethyl ether has a λ(blood/gas) of about 12 L diethyl ether L blood −1 atm −1 , so diethyl ether is relatively soluble in blood. In contrast, nitrous oxide has a λ(blood/gas) of about 0.47 L nitrous oxide L blood −1 atm −1 , so nitrous oxide is relatively insoluble in blood (see Table 17-1 and Fig. 17-8 for examples).

Likewise, a gas may have different solubilities in different solvents. Solvents or tissues in which a gas has a high partition coefficient (high solubility) will dissolve large amounts of the gas at a given partial pressure, resulting in a high concentration of the gas in that solvent or tissue. Thus, large amounts of gas must be transferred to change the partial pressure by an appreciable amount. In contrast, solvents or tissues in which a gas has a low partition coefficient (low solubility) will dissolve only small amounts of the gas at a given partial pressure. In this case, transferring a small amount of the gas will significantly change the partial pressure ( Fig. 17-8 ).

For any given partial pressure, Henry’s law for dilute solutions allows the concentration of Gas A in a solvent ([ A ] solution ) to be calculated from λ(solvent/gas). The partial pressure is multiplied by the partition coefficient to calculate the concentration in terms of L gas per L solvent . The result is divided by the volume of one mole of gas at 25°C at 1.0 atm (24.5 L/mol) to yield the molar concentration.

[ A ] solution = P solvent × λ(solvent/gas)

= P solvent × λ(solvent/gas)/(24.5 L/mol)

For example, because the λ(blood/gas) of nitrous oxide is 0.47 L nitrous oxide L blood −1 atm −1 , if the partial pressure of nitrous oxide in the blood is 0.50 atm, then the concentration is 0.50 atm × 0.47 L nitrous oxide L blood −1 atm −1 = 0.24 L nitrous oxide L blood −1 or 9.6 mM (after dividing by 24.5 L/mol). Also note that doubling the partial pressure will double the concentration.

A partition coefficient can also be defined for the partitioning of a gas between two solvents. For example, the tissue/blood partition coefficient, λ(tissue/blood), is the ratio of the molar concentration of gas in the tissue ([ A ] tissue ) to the molar concentration of gas in the blood ([ A ] blood ) at equilibrium (note that this coefficient is unitless). From the previous equation defining concentration and the fact that partial pressures are equal at equilibrium, it follows that

λ(tissue/blood) = [ A ] tissue /[ A ] blood

= λ(tissue/gas)/λ(blood/gas)

The relationship between MAC and λ(oil/gas) is such that MAC multiplied by λ(oil/gas) is nearly constant, independent of the identity of the anesthetic. Because multiplication of the partition coefficient by the partial pressure yields the concentration of anesthetic ( Box 17-2 ), this is equivalent to saying that, at 1 MAC, the concentration of anesthetic in a lipophilic solvent (such as olive oil) is nearly constant for all anesthetics. Thus, the MAC, which varies with the identity of the anesthetic, is actually the partial pressure required to generate a particular concentration of anesthetic in a lipophilic medium, such as the lipid bilayers in the CNS. This correlation, known as the Meyer-Overton rule , holds over at least five orders of magnitude of anesthetic potency ( Fig. 17-3 ). The constant that represents the concentration of anesthetic at 1 MAC is 1.3 liters of gas per liter of oil (L gas / L oil ), or 0.05 M after dividing by the volume of one mole (see Box 17-2 ). Thus, if one knows the oil/gas partition coefficient of an anesthetic, one can estimate its MAC from the following equation (see also Table 17-1 ):

A cardiopulmonary model of the uptake of anesthetic from the alveoli into the circulation and the distribution of anesthetic from the circulation to the tissues allows determination of the rate at which the partial pressure of anesthetic rises within the CNS. The anesthesiologist must navigate the small space between allowing a patient to awaken and causing medullary depression by predicting the effects of various physiologic responses and disease states on the depth of anesthesia. For example, an understanding of the distribution characteristics of anesthetics enabled Dr. Snow to respond appropriately to Matthew’s hypotension by lowering the P I of isoflurane without overcorrecting and causing him to awaken.

The anesthesiologist must also be aware of the differences in the pharmacokinetics of the various anesthetics. The pharmacokinetic characteristics of an ideal general anesthetic would be such that the anesthetic provides a rapid and pleasant induction of surgical anesthesia, followed by a smooth and rapid recovery to a fully functional and conscious state. The pharmacokinetics of individual agents are discussed below this section deals with general principles of the uptake model , which uses basic respiratory and cardiovascular physiology to predict the pharmacokinetics of the inhaled anesthetics. As discussed below, the uptake model depends on calculations of the time required for the equilibration of anesthetic partial pressures in the tissues with the inspired anesthetic partial pressure.

During general anesthesia, the patient breathes, either spontaneously or via a ventilator, an anesthetic or mixture of anesthetics together with oxygen and/or normal air. Once the anesthetic gas reaches the alveoli, it must diffuse across the respiratory epithelium into the alveolar capillary bed. According to Fick’s law, the rate of diffusion of gas through a sheet of tissue down its partial pressure gradient is proportional to the tissue area and the partial pressure difference between the two sides and is inversely proportional to the thickness of the sheet:

where D = diffusion constant A = surface area l = thickness and Δ P = partial pressure difference.

One principle evident from Fick’s law is that the equalization of the partial pressure of the gas, not its concentration, defines the approach to equilibrium across a boundary sheet. Thus, at equilibrium (i.e., when the net diffusion rate is zero), the partial pressure in the two compartments is the same, even though the concentration in the two compartments may be different.

With its enormous alveolar surface area (

75 m 2 , or nearly half a tennis court) and thin epithelium (

0.3 μm, which is less than 1/20th the diameter of a red blood cell), the lung optimizes the rate of gas diffusion. Accordingly, the alveolar partial pressure P alv and the systemic arterial partial pressure P art are nearly the same at all times. (In normal individuals, small amounts of physiologic shunting keep P art slightly lower than P alv .) By using the lungs as an uptake system for inhaled anesthetics, anesthesiologists take advantage of the body’s system for absorbing oxygen.

Similarly, the capillary beds in tissues have evolved to deliver oxygen rapidly to all cells in the body. The distances between arterioles are small, and diffusion pathways are on the order of one cell diameter. Consequently, the arterial partial pressure of a general anesthetic can equilibrate completely with tissues in the time required for blood to traverse the capillary bed. Likewise, the partial pressure in the postcapillary venules P venule equals the partial pressure in the tissue P tissue .

Another way of stating the above conclusion is that the transfer of anesthetic in both the lungs and the tissues is limited by perfusion rather than diffusion . Because perfusion is rate-limiting, increasing the rate of diffusion (e.g., by using a lower molecular weight anesthetic) will not, by itself, increase the rate of induction of anesthesia.

If an anesthetic is inspired for a sufficiently long period of time, all compartments in the body will equilibrate to the same partial pressure (equal to P I ). This global equilibration may be divided into a series of partial pressure equilibrations between each successive compartment and its incoming flow of anesthetic. In the case of the tissues, the incoming flow is the arterial blood flow, with partial pressure approximately equal to P alv . In the case of the alveoli, the incoming flow is the alveolar ventilation with partial pressure P I .

The time constant τ describes the rate of approach of a compartment’s partial pressure to that of its incoming flow. Specifically, τ is the time required for equilibration to be 63% complete. This time constant is convenient because it can be calculated by dividing the compartment’s volume capacity (relative to the delivering medium see below) by the flow rate . In other words, once a volume of flow equal to the capacity of a compartment has gone through that compartment, the partial pressure of anesthetic in the compartment (i.e., in the tissues or alveoli) will be 63% of the partial pressure in the incoming flow (i.e., in the arterial blood flow or alveolar ventilation, respectively). Equilibration is 95% complete after three time constants.

These equations describe what should make intuitive sense: equilibration of the partial pressure of the compartment with the incoming flow takes place more quickly (i.e., the time constant is smaller) when the inflow is larger or the compartment capacity is smaller.

For simplicity, the model of anesthetic uptake and distribution organizes the tissues of the body into groups based on similar characteristics. Each group can be modeled as a container with a particular capacity for anesthetic and a particular level of blood flow delivering anesthetic. An adequate approximation groups the tissues into three main compartments that are perfused in parallel ( Fig. 17-4 ). The vessel-rich group (VRG) , which consists of the CNS and visceral organs, has a low capacity and high flow. The muscle group (MG) , which consists of muscle and skin, has a high capacity and moderate flow. The fat group (FG) has a very high capacity and low flow. (A fourth group, the vessel-poor group [VPG] , which consists of bone, cartilage, and ligaments, has a negligible capacity and flow, and its omission does not significantly affect the model.)

The rate of increase of the partial pressure in the VRG ( P VRG ) is of the greatest interest because the VRG includes the CNS. The overall equilibration of P VRG with the inspired partial pressure occurs in two steps, either of which may be rate-limiting. First, the alveolar and inspired partial pressures equilibrate ( P alv approaches P I , or P alv → P I ). Second, P VRG (and specifically P CNS ) equilibrates with the arterial partial pressure (which is essentially equal to the alveolar partial pressure) ( P VRG → P art ). The discussion will now consider the time constant for each of these two steps and define conditions under which one or the other is rate-limiting.

The equilibration of P alv with P I is conceptually the first step of the equilibration of P VRG with P I . During induction of anesthesia, P VRG can never be higher than P alv if P alv rises slowly, then P VRG must also rise slowly.

To calculate the time constant for the approach of P alv to P I , τ

, the flow rate and volume capacity must be defined. The delivering medium is free gas arriving through the airways, and the compartment is the lung and alveoli. The volume capacity is simply the volume of gas that remains in the lungs after normal exhalation, or the functional residual capacity ( FRC , typically

3 L for an average adult). Assume initially that the only component of the flow rate is the rate of alveolar ventilation , which delivers the anesthetic ( V alv = × Respiratory Rate for an average adult, V alv = <0.5 L − 0.125 L>× 16 min −1 ≈ 6 L/min). Then, because


Studies on the mechanism of membrane mediated general anesthesia

Inhaled anesthetics are a chemically diverse collection of hydrophobic molecules that robustly activate TWIK related K+ channels (TREK-1) and reversibly induce loss of consciousness. For a hundred years anesthetics were speculated to target cellular membranes, yet no plausible mechanism emerged to explain a membrane effect on ion channels. Here we show that inhaled anesthetics (chloroform and isoflurane) activate TREK-1 through disruption of palmitate-mediated localization of phospholipase D2 (PLD2) to lipid rafts and subsequent production of signaling lipid phosphatidic acid (PA). Catalytically dead PLD2 robustly blocks anesthetic TREK-1 currents in cell patch-clamp. Localization of PLD2 renders the anesthetic-insensitive TRAAK channel sensitive. General anesthetics chloroform, isoflurane, diethyl ether, xenon, and propofol disrupt lipid rafts and activate PLD2. In the whole brain of flies, anesthesia disrupts rafts and PLD null flies resist anesthesia. Our results establish a membrane mediated target of inhaled anesthesia and suggest PA helps set anesthetic sensitivity in vivo.


Material och metoder

Cell Cultures

Cells of wild-type (WT) chicken B lymphocyte (DT40) cell line, and its total IP 3 receptor knock-out (DT40 IP 3 R TKO) type, were cultured in RPMI 1640 with 10% fetal calf serum, 1% chicken serum, 50 μm 2-mercaptoethanol, 4 mm l-glutamine, and antibiotics in a 95% air, 5% CO 2 humidified atmosphere at 38°C as previously described.26Rat pheochromocytoma (PC12) cells transfected with WT presenilin 1 (PS1) or point mutated PS1 (L286V) were cultured in Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium supplemented with 10% heat-inactivated horse serum, 5% fetal calf serum, 200 μg/ml G418, and antibiotics in a 95% air, 5% CO 2 humidified atmosphere at 37°C as described.1,27The transfection of the WT and mutant PS1 has been described and confirmed in detail previously.28,29Mouse HD knock-in striatal cells (STHdh Q111/Q111 ) and their WT control cells (STHdh Q7/Q7 ) were generated and cultured as described previously.30,31Briefly, cells were cultured in Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium supplemented with 10% fetal calf serum, 400 μg/ml G418, and antibiotics in a 95% air, 5% CO 2 humidified atmosphere at 33°C.

Anesthetic Exposure

DT40 cells (WT and IP 3 R TKO), rat PC12 cells (WT and L286V), and mouse striatal cells (WT and HD) were exposed to isoflurane at different concentrations for various durations in a gastight chamber inside the culture incubator (Bellco Glass, Inc., Vineland, NJ), with humidified 5% CO 2 –21% O 2 –balanced N 2 (AirGas East, Bellmawr, NJ) going through a calibrated agent-specific vaporizer as described previously.1Gas phase concentrations in the gas chamber were verified and maintained at the desired concentration throughout the experiments using an infrared Ohmeda 5330 agent monitor (Coast to Coast Medical, Fall River, MA). In a pilot study, the cell medium was aspirated and extracted into hexane for high-performance liquid chromatography measurement (System Gold Beckman Coulter, Fullerton, CA) to verify that the various anesthetic concentrations in the medium in millimolars are equivalent to the minimal alveolar concentration (MAC) in the gas phase inside the gas chamber using the concentration correlation previously described.32

Imaging Analysis of Annexin V and Propidium Iodide

Translocation of membrane phospholipid phosphatidylserine from the inner to the outer leaflet of the plasma membrane is an early indication of cell damage. Annexin V, a phospholipid binding protein with a high affinity for phospholipid phosphatidylserine, can bind to phospholipid phosphatidylserine once it is exposed to the extracellular environment. Propidium iodide (PI) can bind to nucleic acid after penetrating a breached plasma membrane, as occurs in the later stages of cell damage. We treated DT40 cells, grown floating in the medium, with different concentrations of isoflurane (0.6, 1.2, and 2.4%) for 24 h, as well as with 2.4% isoflurane for different times (6, 12, and 24 h). Immediately after treatment, we determined annexin V– or PI–positive cells by the methods described previously.26Cells were dropped onto 25-mm cover slips and stained with annexin V or PI. The stained cells were visualized and counted by two persons blinded to the treatments. The percentage of annexin V– or PI–positive cells averaged from four areas on each cover slip was then calculated and compared.

Detection of Caspase-3 Activity

Increased caspase-3 activity is a typical marker for apoptosis. The assay is based on the ability of the active enzymes to cleave the fluorogenic substrates Ac-DEVD-AFC (caspase 3 Calbiochem, San Diego, CA) and was performed as per instructions and as described previously.26DT40 cells grown on six well plates were treated with 2.4% isoflurane for 24 h and then were harvested via trypsinization and washed with phosphate-buffered saline. The cell pellet was gently resuspended in CelLytic M lysis buffer and protease inhibitor cocktail (Sigma, St. Louis, MO), lysed, and centrifuged the supernatant was used for the assay. Caspase substrates were added to a final concentration of 50 μm, and the samples were incubated at 37°C for 45 min in caspase assay buffer. Incubated samples were measured at an excitation of 400 nm and an emission of 505 nm in a multiwavelength-excitation dual wavelength-emission fluorometer (Delta RAM photon Technology International, Birmingham, NJ). We determined the caspase-3 activity immediately after treating DT40 cells with 2.4% isoflurane for 24 h.

Cytotoxicity Assays

The inhibition of isoflurane-induced cytotoxicity by xestospongin C, a potent antagonist of IP 3 receptor, was assessed by the lactate dehydrogenase (LDH) release assay in PC12 cells and MTS (3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)- 5-(3carboxymethoxyphenyl)-2-(4-sulfophenyl)-2H-tetrazolium, inner salt) reduction assay in mouse striatal cells. LDH release reflects plasma membrane integrity, is a relatively late event in cytotoxicity, and is shared by both apoptosis and necrosis pathways, and its measurement is well described.1The MTS reduction assay reflects mitochondrial function and is considered a middle event in both apoptosis and necrosis. The tetrazolium compound is bioreduced by normal mitochondria into a colored formazan product measured by absorbance. We followed the standard experimental protocol for MTS reduction assay from Promega (Madison, WI). We treated PC12 and striatal neurons, grown on 24 well plates, with 2.4% isoflurane for 24 h. Immediately (PC12 cells) or 24 h (striatal neurons) after treatment, LDH or MTS assay was performed, respectively. Xestospongin C at 100 nm was used to inhibit IP 3 receptor activity. The results of LDH release and MTS reduction assays were expressed as a percentage of the control without anesthetic treatment.

Simultaneous Confocal Imaging of Cytosolic and Mitochondrial Ca 2+

The method used was the same as described previously.26DT40 cells (WT and IP 3 R TKO) grown on 25-mm cover slips were loaded with 2 μm rhod-2/AM in cell medium containing 2.0% bovine serum albumin in the presence of 0.003% Pluronic acid at 37°C for 50 min. Cells loaded with rhod-2 dye were washed and then reloaded with fluo-4/AM for an additional 30 min at room temperature. Cells were placed on a stage and exposed to 2 MAC (0.7 mm) isoflurane dissolved in the perfusion buffer. The images were recorded using the Radiance 200 imaging system with excitation at 488 and 568 nm for fluo-4 and rhod-2, respectively.

Measurement of Cytosolic Calcium Concentration

Cytosolic calcium concentration was measured using fura-2 fluorescence (Molecular Probes, Eugene, OR) with a photometer coupled to an Olympus 1Χ70 inverted microscope (Olympus America Inc., Center Valley, PA) and IPLab version 3.7 imaging processing and analysis software (Biovision Technologies, Exton, PA). The protocol to determine [Ca 2+ ] c was similar to that previously described, with some modifications.33Briefly, cells grown on 25-mm round glass cover slips were washed three times with Krebs-Ringer’s buffer without addition of calcium and then loaded with 2.5 μm fura-2/AM (Molecular Probes) for 30 min at room temperature. The cells were then placed in a sealed chamber (Warner Instrument Inc., Hamden, CT) connected with multiple inflow infusion tubes and one outflow tube, which provided constant flow to the chamber. The cells were first washed with Krebs-Ringer’s buffer through one inflow tube for the baseline measurement of [Ca 2+ ] c , and then were exposed to isoflurane via a separate inflow infusion tubes driven by a syringe pump (Braintree Scientific Inc., Braintree, MA). The fluorescence signals were measured with excitation at 340 and 380 alternatively and emission at 510 nm for a period up to 18 min for each treatment. A pilot study confirmed that the cells were still viable at the end of experiments for calcium measurement. The fluorescence measurements were calibrated by bathing cells in the HEPES buffer containing ionomycin 20 mm for maximum or 20 mm EGTA for minimum calcium values. The intracellular calcium concentration ([Ca 2+ ] i ) was calculated by the ratio method of Grynkiewicz et al. ,34using 224 nm as the Kd of fura-2. The final result of [Ca 2+ ] c was averaged from the cells of at least three separate experiments. We used 0.7 mm (2 MAC) isoflurane to elevate [Ca 2+ ] c in all cells. Xestospongin C at 1 μm was used to inhibit isoflurane-mediated calcium release from the ER.

Statistik

We used GraphPad Prism 4 software (GraphPad Software, Inc., San Diego, CA) and STATA version 7 Software (StataCorp LP, College Station, TX) for all statistical analysis. Annexin V and PI staining, LDH release, and MTS reduction were all expressed as percentage of those in the control. Peak [Ca 2+ ] c in PC12 and HD striatum cells was expressed as a percentage of its own baseline. We analyzed the data with one-way analysis of variance followed by Newman-Keuls multiple comparison tests using GraphPad Prism. We also confirm our analysis of dose response and time response of image analysis of cell damage marker annexin V and PI in DT40 cells with a mixed mode of regression using STATA version 7. A significantly increased odds ratio risk was determined if the estimate for the greater time point or dose exceeded the upper limit of the 95% confidence interval for the lower time point or dose. P < 0.05 was considered statistically significant.


Anesthetics, specifically inhaled anesthetics - Biology

2.4 Early local bedövningsmedel. 3 Anesthesia providers . 4.2 Current inhaled general bedövningsmedel agenter. 4.3 Current intravenous bedövningsmedel agents (non-opioid) .
Hela artikeln >>>

A general anaesthetic (or bedövningsmedel, see spelling differences) drug is an . Anesthetics (General, Local) • Analgesics • Antimigraines • Anticonvulsants/Mood .
Hela artikeln >>>

Specifika bedövningsmedel drugs and their use are detailed below. . It is easy to adjust the bedövningsmedel djup. . Bedövningsmedel drugs that have exceeded their .
Hela artikeln >>>

bedövningsmedel also anaesthetic adj. Relating to or resembling anesthesia. Causing anesthesia. Insensitive . the aid of an bedövningsmedel, people can undergo surgery .
Hela artikeln >>>

anesthesia also anaesthesia n. Total or partial loss of sensation, especially . Den lokala bedövningsmedel acts by blocking the conduction of nerve impulses. .
Hela artikeln >>>

Online Medical Dictionary and glossary with medical definitions . A local bedövningsmedel causes loss of feeling in a part of the body. .
Hela artikeln >>>

Compare prices for Bedövningsmedel. Become.com searches billions of web pages to find the most relevant information on bedövningsmedel, and allows you to compare prices on.
Hela artikeln >>>

Bedövningsmedel - Definition of Bedövningsmedel at Dictionary.com a free online dictionary . Bedövningsmedel Definition. Find Definitions For Any Word.Get Your Free .
Hela artikeln >>>

A community about bedövningsmedel. Tag and discover new products. Share your images and discuss your questions with bedövningsmedel experts.
Hela artikeln >>>

Information about bedövningsmedel in the free online English dictionary and . anaesthetic, anaesthetic agent, bedövningsmedel agent .
Hela artikeln >>>

Dessa bedövningsmedel agents allow us to sedate and anesthetize animals with . Giving fluids prior to the surgery greatly reduces bedövningsmedel risk. .
Hela artikeln >>>

Britannica online encyclopedia article on bedövningsmedel (medicine), agent which produces a local or general loss of sensation, including pain. General anesthesia .
Hela artikeln >>>

Browse Pronto.com's most popular topical bedövningsmedel offers and related Health & Beauty > products. Compare and buy topical bedövningsmedel products at the lowest prices.
Hela artikeln >>>

< Back to Waste Bedövningsmedel Gases. Printing Instructions . CLEAN-UP AND DISPOSAL OF LIQUID ANESTHETIC AGENT SPILLS. AIR MONITORING. Time-Integrated Sampling .
Hela artikeln >>>

Toxicity of local bedövningsmedel. Table of maximum doses . Patch test for bedövningsmedel allergy . Surprisingly, the first local bedövningsmedel was Cocaine which was .
Hela artikeln >>>

Vad är bedövningsmedel? Betydelsen av bedövningsmedel medicinsk term. Vad gör bedövningsmedel betyda? . n a local bedövningsmedel agent made from a specific class of chemical .
Hela artikeln >>>

MySpace profile for Bedövningsmedel Clothing with pictures, videos, personal blog, interests, information about me and more . Bedövningsmedel DOES ship internationally. .
Hela artikeln >>>

Bedövningsmedel gas comes in many forms and is typically used to put someone to sleep. . När en bedövningsmedel gas is inhaled into the lungs, the blood that travels through .
Hela artikeln >>>

remembers that every bedövningsmedel procedure has the potential to cause the death of the animal. . de bedövningsmedel plan to address the patient's special needs. .
Hela artikeln >>>