Ketaminas, Pasaulio sveikatos organizacijos įtrauktas į būtiniausių vaistų sąrašą, įvairiomis dozėmis plačiai vartojamas sedacijai, skausmui malšinti, bendrajai anestezijai ir gydant gydymui atsparią depresiją. Nors mokslininkai žino jo taikinius smegenų ląstelėse ir stebėjo poveikį visoms smegenims, jie iki galo nesuprato, kaip šie du dalykai yra susiję. Tyrime, kurį atliko keturių Bostono srities institucijų mokslininkų grupė, panaudotas anksčiau neįvertintų fiziologinių detalių kompiuterinis modeliavimas, siekiant užpildyti šią spragą ir pateikti naujų įžvalgų apie ketamino veikimą.
„Šis modeliavimo darbas padėjo išsiaiškinti tikėtinus mechanizmus, kuriais ketaminas sukelia pakitusias sąmonės būsenas, taip pat jo terapinę naudą gydant depresiją“, – teigė vienas iš pagrindinių autorių Emery N. Brownas, Edwardo Hoodo Taplino kompiuterinių neuromokslų ir medicinos inžinerijos profesorius Picowerio mokymosi ir atminties institute prie MIT, Masačusetso bendrosios ligoninės anesteziologas ir Harvardo medicinos mokyklos profesorius.
MIT, Bostono universiteto (BU), MGH ir Harvardo universiteto mokslininkai teigia, kad gegužės 20 d. žurnale „Proceedings of the National Academy of Sciences“ paskelbtos jų modelio prognozės gali padėti gydytojams geriau panaudoti šį vaistą.
„Kai gydytojai supranta, kas mechaniškai vyksta skiriant vaistą, jie gali pasinaudoti tuo mechanizmu ir juo manipuliuoti“, – sako pagrindinis tyrimo autorius Elie Adamas, MIT mokslininkas, kuris netrukus prisijungs prie Harvardo medicinos mokyklos fakulteto ir pradės dirbti MGH laboratorijoje. „Jie supranta, kaip sustiprinti gerąjį vaisto poveikį ir sušvelninti blogąjį.“
Pagrindinis tyrimo rezultatas buvo biofizikinis modeliavimas, kai ketaminas blokuoja NMDA receptorius smegenų žievėje – išoriniame sluoksnyje, kuriame vyksta tokios svarbios funkcijos kaip jutimų apdorojimas ir pažinimas. Užblokavus NMDA receptorius, moduliuojamas neuronus sužadinančio neuromediatoriaus glutamato išsiskyrimas.
Kai NMDA receptorių reguliuojami neuronų kanalai (arba durys) atsidaro, jie paprastai užsidaro lėtai (kaip durys su hidrauliniu užraktu, neleidžiančiu joms užsitrenkti), leisdami jonams patekti į neuronus ir išeiti iš jų, taip reguliuodami neuronų elektrines savybes, sako Adamas. Tačiau receptorių kanalus gali blokuoti ketamino molekulė. Blokavimas magniu padeda natūraliai reguliuoti jonų srautą, tačiau ketaminas yra ypač veiksmingas blokatorius.
Blokavimas sulėtina įtampos augimą neurono membranoje, dėl kurio neuronas galiausiai sužadinamas ir siunčia elektrocheminį pranešimą kitiems neuronams. NMDA durys atblokuojamos, kai įtampa padidėja. Ši tarpusavio priklausomybė tarp įtampos, šuolių ir blokavimo gali NMDA receptorius aprūpinti greitesniu aktyvumu, nei galėtų atrodyti iš lėto jų užsidarymo greičio. Komandos modelis žengia toliau nei ankstesnieji, vaizduodamas, kaip ketamino blokavimas ir atblokavimas veikia neuronų aktyvumą.
„Fiziologinės detalės, į kurias paprastai neatsižvelgiama, kartais gali būti svarbiausios norint suprasti kognityvinius reiškinius“, – sako bendraautorė Nancy Kopell, BU matematikos profesorė. „NMDA receptorių dinamika turi didesnę įtaką tinklo dinamikai, nei buvo vertinama anksčiau.“
Naudodami savo modelį mokslininkai imitavo, kaip skirtingos ketamino dozės, veikiančios NMDA receptorius, pakeistų modelinio smegenų tinklo aktyvumą. Modeliuojamas tinklas apėmė pagrindinius neuronų tipus, aptinkamus smegenų žievėje: vieną jaudinantį tipą ir du slopinančius tipus. Jame išskirti „toniniai“ interneuronai, kurie slopina tinklo aktyvumą, ir „faziniai“ interneuronai, kurie labiau reaguoja į jaudinančius neuronus.
Komandos modeliavimas sėkmingai atkartojo realias smegenų bangas, kurios buvo išmatuotos EEG elektrodais ant žmogaus savanorio, gavusio įvairias ketamino dozes, galvos odos, ir neuronų šuolius, kurie buvo išmatuoti panašiai gydomiems gyvūnams, kuriems buvo implantuoti elektrodų rinkiniai. Vartojant mažas dozes, ketaminas padidino smegenų bangų galią greitųjų gama dažnių diapazone (30-40 Hz). Didesnėmis dozėmis, sukeliančiomis sąmonės netekimą, šios gama bangos periodiškai tapdavo pertraukiamos „kritimo“ būsenų, kai atsiranda tik labai lėto delta dažnio bangos. Būtent šis pasikartojantis aukštesnio dažnio bangų sutrikimas gali sutrikdyti ryšį smegenų žievėje tiek, kad sutrinka sąmonė.