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麻醉剂的原理或是电子自旋改变
  文章来源:科技日报 常丽君 发布时间:2014-11-12 【字号: 小  中  大   

  意识是怎样工作的?几乎没有问题比这更深刻。希腊亚历山大·弗莱明生物医学研究中心生物物理学家卢卡·图林开玩笑说,我们能对意识做的一件事就是把它溶解到氯仿里。如果把脑组织放入氯仿,形成神经细胞膜的脂质和它们的绝缘鞘髓磷脂就会溶解;反过来,如果把氯仿吸入脑中,意识就会溶解。如果不考虑麻醉剂,如氯仿是怎样消除意识的,也就很难对意识作出令人满意的解释。

  脂质溶解于麻醉剂是一个关键线索。麻醉学的依据是百年之久的经验法则,也称为麦-奥(Meyer-Overton)关系法则。该法则提出,一般麻醉剂的效能与其脂溶性大致成正比,而与其分子大小或结构无关。自那时起,人们认为一般麻醉剂也能与蛋白质的类脂部分结合,这些类脂位于细胞膜附近或嵌在细胞膜中。

  而最近,图林和英国伦敦帝国学院科学家合作,第一次真正解释了麻醉剂“怎样”工作,而不是“在哪”工作。据物理学家组织网近日报道,他们提出,挥发性麻醉剂是通过扰乱蛋白质内部电子结构来起作用的。麻醉剂会导致蛋白质中电子流的改变,及至细胞、有机体中的电子流改变。他们把这些效应理论化,并用电子自旋共振(ESR)技术检测了麻醉果蝇脑内的电子流。相关论文发表在最近的美国《国家科学院院刊》上。

  ESR与核磁共振类似,不同之处在于ESR是检测受激电子自旋,而不是质子共振。实验显示,他们把果蝇曝露在一般麻醉剂中,其自由电子自旋总量会增加,并排除了其他因素的影响。而筛选出的能抵抗某种麻醉的果蝇,其自旋信号减少甚至没有。

  研究人员指出,麻醉剂中分子最小的氙,是一种极好的麻醉剂,只是有点昂贵。但其作为麻醉剂的化学原理令人迷惑:它是一种惰性气体,拥有完美的电子密度球,不可能形成其他形状。但氙还有物理性质,尤其是它能导电。很多化合物都能作挥发性麻醉剂,他们从电子层面为这些化合物提出了一个统一机制。他们还用一种叫做密度泛函理论的模型技术,对氙和其他麻醉剂效能进行了检验。

  研究人员认为,模型结果进一步揭示了麻醉剂是怎样起作用的,但也带来了一些重要的新问题。比如,意识中止及伴随的脑电脉冲峰值消失,都只是由于电子自旋改变导致的物质重组所产生的现象呢?还是麻醉剂只消除了产生峰值的条件,而没有真正消除意识状态?这些问题还需要人们进一步研究。

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