018章.全身麻醉作用原理
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参见附件(156kb)。
第18章 全身麻醉原理
第1节 概 述
自第一个全麻药发现至今的150多年间，发现了具有全麻作用的化合物近百种。化学上，这些化合物可属于脂肪类、脂环族、芳香族、醇类、醛类、酮类、酯类、醚类及卤化烃等，甚至有些单质分子也具有全麻作用(见图18-1)。此类化学物无论是化学结构、分子大小、或化学活性等都有很大的差别。
这些结构、大小和化学活性都相距甚远的一类分子，是如何产生相似的全身麻醉作用的？它们是否具有共同的作用部位及机制、抑或彼此的作用部位及作用方式均互不相同? 全身麻醉作用的基本分子机制又是什么？等等，一直是全麻原理研究所力图揭示、探讨和阐明的基本问题。
为了对全麻机制作出解释，曾进行过无数的实验研究和提出过许多的理论、学说与观点。随着研究的深入，有些学说、观点随着新发现不断得到发展、修正，有些则因得不到证实而被屏弃。晚近，由于细胞和分子生物学技术的发展，受体蛋白的分离、纯化、分子克隆以及膜片钳技术等在全麻原理研究方面应用，大大增加了对全麻分子作用机制许多环节的了解，获得了许多新的发现，形成了一些新的观点和理论，某些权威性的学说与观点正受到挑战与动摇。
全麻原理研究最终需要阐明全麻作用的确切部位及其分子机制。因此，就作用部位而言，需要对宏观解剖结构、细胞和亚细胞显微结构、及分子结构等多个层次或水平作出定位。就宏观结构而言，全身麻醉无疑是作用在中枢神经系统，包括脑和脊髓。但至今仍未清楚全麻作用部位的主要脑区在哪里，或是否存在明显的脑区分布；也未完全明确全身麻醉是以脑的作用为主还是以脊髓的作用为主。全身麻醉引起的意识消失显然与大脑有关，但以当今的全麻作用标准判断，去大脑的动物并不减少全麻药的需要量，而单独麻醉脊髓也能获得很好的麻醉镇痛效果[1]。在细胞和亚细胞层次，全麻作用可能发生在神经轴膜或突触，包括对神经轴索电传导的抑制、及对兴奋性突触传递的抑制和抑制性突触传递的增强等。故当今普遍认为，全身麻醉是使兴奋性神经元受抑制和抑制性神经元的作用被增强的共同结果。但即便如此，仍未能回答全麻药在分子水平作用的确切机制，以至对作用部位是在细胞膜的脂质抑或膜蛋白的争论，竟成为当今全麻机制探讨的焦点问题之一。
在全麻作用分子机制方面，还需要回答药物分子是以各自不同的方式与机制发挥作用，还是在某一水平存在共同的分子机制。从现有的吸入麻醉药的分子结构和化学活性分析，很难想象这些分子结构和化学活性都有很大差异的全麻药物，可以通过直接作用于同一的特别受体而产生麻醉作用。但从物理特性上分析，即吸入麻醉药的脂溶性与其麻醉作用强度所具有惊人的相关特性，又强烈提示，吸入麻醉药似具有共同或单一的作用机制。因此综观近期的研究结果，全麻药的分子机制很可能统一在受体和离子通道水平。但由于参与中枢活动过程的受体、通道多达数十种，加之麻醉药物分子的组成、结构和化学活性存在的巨大差异，很难设想会以相同的方式作用在一种或少数几种受体上。更可能的机制是，全麻药分子以不完全相同的方式作用于不完全一致的受体及受体部位产生相同或相似的全麻作用。因此，全麻过程所涉及的细胞、分子机制既复杂又多元化。
此外，无论何种麻醉理论或学说，都必须能解释全麻药在整体动物和人体上的作用表现。例如，根据全麻过程机体的反应，麻醉给药后何以迅速诱导入睡，停药后又迅速苏醒？这种由全麻药引发的生理和生化方面的改变为何能在短至数秒钟内完成？而由麻醉药引起的其他生理生化方面的改变又如何在数小时或数天内恢复稳定的？同时，还需解释温度(体温)和压力(环境压力)是怎样对整体动物的麻醉作用产生影响的？等等。
本章将按解剖水平顺序和全麻原理研究历程中提出的、对现今仍有影响的理论与学说为导引，结合晚近的神经生理和分子生物学研究结果，对全麻药作用机制进行阐述和讨论。
一、吸入全麻药强度的测定方法
在探讨全麻机制前有必要了解吸入麻醉药的作用强度概念及其评估测定方法。吸入麻醉药的作用强度测定评估最常用的指标是最低肺泡有效浓度(MAC)。MAC的概念是指在1大气压下，能使50%的受试对象对伤害刺激无体动反应时的肺泡药浓度。MAC亦即麻醉药的半数有效量(ED50)。测定人的MAC时，伤害性刺激采取外科切皮，动物采用夹尾或以电刺激皮肤，而对小动物则以消除翻正反射作为测定指标。
刺激方式不同，测定的MAC值也有所不同，例如，以失去呼唤反应作指标测定的MAC值(MACawake)低于切皮刺激者，而后者又低于气管插管时的MAC(MAC插管)；夹尾的ED50(MAC)与翻正反射的ED50也不一样，前者高于后者，两者测定值的比率平均为1.8。此比值在不同麻醉药之间有轻微差异(表18-1)。上述至少提示抑制翻正反射与抑制夹尾刺激反应是通过两种不同的途径；吸入麻醉药作用强度的测定与伤害性刺激的方式及其作用途径有关。尽管存在上述差异，资料分析显示，采用翻正反射所测鼠的ED50与在人体所测MAC是紧密相关的(图18-2)。
以MAC值作为麻醉药作用强度指标具有以下优点：一是可通过直接测定呼气末的药物浓度而方便地得到此值；二是当药物在肺泡、血液和脑组织分布平衡后，MAC浓度直接代表麻醉药在中枢神经系统(CNS)的分压，与药物在其他组织的摄取和分布无关；三是，MAC值在同种不同个体之间、或不同种属个体之间，能保持十分稳定的一致性。正因如此，实验中若出现MAC的变化即可反映麻醉药需要量的改变，可为全麻药作用机制的探讨提供线索。但需注意，由于测定的是呼出气中的药物浓度而不是真正的肺泡浓度，测定时应有足够的时间使药物分布平衡，只有在平衡时肺泡与作用部位的分压才相等。为加快药物的分布平衡，最好选用迅速平衡的药物(血溶解度低者)。
表18-1 夹尾ED50与翻正反射ED50比率 麻醉药 小鼠 大鼠 氟烷
安氟醚
异氟醚
氯仿
环丙烷
氧化亚氮
甲氧氟烷
乙醚 1.67
1.91
2.10
1.61
1.97
>1.82
1.63-2.08
- 1.74
-
2.41
-
-
-
-
1.25
二、影响全麻作用的必然因素
在近代全麻机制研究中发现，某些物理及生理因素对全麻药的作用产生影响。如温度、压力、年龄及离子浓度等。当这些影响因素在一定范围内发生改变时，可影响全麻药的用量，并一直以来用作验证全麻药作用和全麻学说的标准，任何麻醉理论都必须能证明并能解释上述因素对麻醉药需要量的影响。
㈠温度的影响
临床及动物实验均显示，全身麻醉所需的MAC随体温的降低而减少(从42℃到26℃)。不同的全麻药在体温下降时减少用量的幅度并不相同，如体温每下降1℃，环丙烷的用量减少2%，而氟烷则减少5%。但这种随温度变化产生的麻醉药作用强度改变只在气相麻醉药MAC中有所反映，在麻醉药的液相浓度中，并无此种温度相关的作用强度变化，原因是随着温度下降，液相中麻醉药溶解量增加 ......
第18章 全身麻醉原理
第1节 概 述
自第一个全麻药发现至今的150多年间，发现了具有全麻作用的化合物近百种。化学上，这些化合物可属于脂肪类、脂环族、芳香族、醇类、醛类、酮类、酯类、醚类及卤化烃等，甚至有些单质分子也具有全麻作用(见图18-1)。此类化学物无论是化学结构、分子大小、或化学活性等都有很大的差别。
这些结构、大小和化学活性都相距甚远的一类分子，是如何产生相似的全身麻醉作用的？它们是否具有共同的作用部位及机制、抑或彼此的作用部位及作用方式均互不相同? 全身麻醉作用的基本分子机制又是什么？等等，一直是全麻原理研究所力图揭示、探讨和阐明的基本问题。
为了对全麻机制作出解释，曾进行过无数的实验研究和提出过许多的理论、学说与观点。随着研究的深入，有些学说、观点随着新发现不断得到发展、修正，有些则因得不到证实而被屏弃。晚近，由于细胞和分子生物学技术的发展，受体蛋白的分离、纯化、分子克隆以及膜片钳技术等在全麻原理研究方面应用，大大增加了对全麻分子作用机制许多环节的了解，获得了许多新的发现，形成了一些新的观点和理论，某些权威性的学说与观点正受到挑战与动摇。
全麻原理研究最终需要阐明全麻作用的确切部位及其分子机制。因此，就作用部位而言，需要对宏观解剖结构、细胞和亚细胞显微结构、及分子结构等多个层次或水平作出定位。就宏观结构而言，全身麻醉无疑是作用在中枢神经系统，包括脑和脊髓。但至今仍未清楚全麻作用部位的主要脑区在哪里，或是否存在明显的脑区分布；也未完全明确全身麻醉是以脑的作用为主还是以脊髓的作用为主。全身麻醉引起的意识消失显然与大脑有关，但以当今的全麻作用标准判断，去大脑的动物并不减少全麻药的需要量，而单独麻醉脊髓也能获得很好的麻醉镇痛效果[1]。在细胞和亚细胞层次，全麻作用可能发生在神经轴膜或突触，包括对神经轴索电传导的抑制、及对兴奋性突触传递的抑制和抑制性突触传递的增强等。故当今普遍认为，全身麻醉是使兴奋性神经元受抑制和抑制性神经元的作用被增强的共同结果。但即便如此，仍未能回答全麻药在分子水平作用的确切机制，以至对作用部位是在细胞膜的脂质抑或膜蛋白的争论，竟成为当今全麻机制探讨的焦点问题之一。
在全麻作用分子机制方面，还需要回答药物分子是以各自不同的方式与机制发挥作用，还是在某一水平存在共同的分子机制。从现有的吸入麻醉药的分子结构和化学活性分析，很难想象这些分子结构和化学活性都有很大差异的全麻药物，可以通过直接作用于同一的特别受体而产生麻醉作用。但从物理特性上分析，即吸入麻醉药的脂溶性与其麻醉作用强度所具有惊人的相关特性，又强烈提示，吸入麻醉药似具有共同或单一的作用机制。因此综观近期的研究结果，全麻药的分子机制很可能统一在受体和离子通道水平。但由于参与中枢活动过程的受体、通道多达数十种，加之麻醉药物分子的组成、结构和化学活性存在的巨大差异，很难设想会以相同的方式作用在一种或少数几种受体上。更可能的机制是，全麻药分子以不完全相同的方式作用于不完全一致的受体及受体部位产生相同或相似的全麻作用。因此，全麻过程所涉及的细胞、分子机制既复杂又多元化。
此外，无论何种麻醉理论或学说，都必须能解释全麻药在整体动物和人体上的作用表现。例如，根据全麻过程机体的反应，麻醉给药后何以迅速诱导入睡，停药后又迅速苏醒？这种由全麻药引发的生理和生化方面的改变为何能在短至数秒钟内完成？而由麻醉药引起的其他生理生化方面的改变又如何在数小时或数天内恢复稳定的？同时，还需解释温度(体温)和压力(环境压力)是怎样对整体动物的麻醉作用产生影响的？等等。
本章将按解剖水平顺序和全麻原理研究历程中提出的、对现今仍有影响的理论与学说为导引，结合晚近的神经生理和分子生物学研究结果，对全麻药作用机制进行阐述和讨论。
一、吸入全麻药强度的测定方法
在探讨全麻机制前有必要了解吸入麻醉药的作用强度概念及其评估测定方法。吸入麻醉药的作用强度测定评估最常用的指标是最低肺泡有效浓度(MAC)。MAC的概念是指在1大气压下，能使50%的受试对象对伤害刺激无体动反应时的肺泡药浓度。MAC亦即麻醉药的半数有效量(ED50)。测定人的MAC时，伤害性刺激采取外科切皮，动物采用夹尾或以电刺激皮肤，而对小动物则以消除翻正反射作为测定指标。
刺激方式不同，测定的MAC值也有所不同，例如，以失去呼唤反应作指标测定的MAC值(MACawake)低于切皮刺激者，而后者又低于气管插管时的MAC(MAC插管)；夹尾的ED50(MAC)与翻正反射的ED50也不一样，前者高于后者，两者测定值的比率平均为1.8。此比值在不同麻醉药之间有轻微差异(表18-1)。上述至少提示抑制翻正反射与抑制夹尾刺激反应是通过两种不同的途径；吸入麻醉药作用强度的测定与伤害性刺激的方式及其作用途径有关。尽管存在上述差异，资料分析显示，采用翻正反射所测鼠的ED50与在人体所测MAC是紧密相关的(图18-2)。
以MAC值作为麻醉药作用强度指标具有以下优点：一是可通过直接测定呼气末的药物浓度而方便地得到此值；二是当药物在肺泡、血液和脑组织分布平衡后，MAC浓度直接代表麻醉药在中枢神经系统(CNS)的分压，与药物在其他组织的摄取和分布无关；三是，MAC值在同种不同个体之间、或不同种属个体之间，能保持十分稳定的一致性。正因如此，实验中若出现MAC的变化即可反映麻醉药需要量的改变，可为全麻药作用机制的探讨提供线索。但需注意，由于测定的是呼出气中的药物浓度而不是真正的肺泡浓度，测定时应有足够的时间使药物分布平衡，只有在平衡时肺泡与作用部位的分压才相等。为加快药物的分布平衡，最好选用迅速平衡的药物(血溶解度低者)。
表18-1 夹尾ED50与翻正反射ED50比率 麻醉药 小鼠 大鼠 氟烷
安氟醚
异氟醚
氯仿
环丙烷
氧化亚氮
甲氧氟烷
乙醚 1.67
1.91
2.10
1.61
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1.63-2.08
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二、影响全麻作用的必然因素
在近代全麻机制研究中发现，某些物理及生理因素对全麻药的作用产生影响。如温度、压力、年龄及离子浓度等。当这些影响因素在一定范围内发生改变时，可影响全麻药的用量，并一直以来用作验证全麻药作用和全麻学说的标准，任何麻醉理论都必须能证明并能解释上述因素对麻醉药需要量的影响。
㈠温度的影响
临床及动物实验均显示，全身麻醉所需的MAC随体温的降低而减少(从42℃到26℃)。不同的全麻药在体温下降时减少用量的幅度并不相同，如体温每下降1℃，环丙烷的用量减少2%，而氟烷则减少5%。但这种随温度变化产生的麻醉药作用强度改变只在气相麻醉药MAC中有所反映，在麻醉药的液相浓度中，并无此种温度相关的作用强度变化，原因是随着温度下降，液相中麻醉药溶解量增加 ......
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