Anestezie rostlin – cesta k poznání mechanismů účinku anestetik u člověka?


Autoři: D. Astapenko 1,2;  I. Králíček 3;  Černý V. 2,4–7
Působiště autorů: Klinika anesteziologie, resuscitace a intenzivní medicíny, Fakultní nemocnice Hradec Králové 1;  Lékařská fakulta v Hradci Králové, Univerzita Karlova 2;  Přírodovědecká fakulta v Hradci Králové, Univerzita Hradec Králové 3;  Klinika anesteziologie, perioperační a intenzivní medicíny, Masarykova nemocnice v Ústí nad Labem, Univerzita J. E. Purkyně v Ústí nad Labem 4;  Institut postgraduálního vzdělávání ve zdravotnictví 5;  Centrum pro výzkum a vývoj, Fakultní nemocnice Hradec Králové 6;  Dept. of Anesthesia, Pain Management and Perioperative Medicine, Dalhousie University, Halifax, Kanada 7
Vyšlo v časopise: Anest. intenziv. Med., 29, 2018, č. 1, s. 35-37
Kategorie: Postgraduální vzdělávání: Vybrané kapitoly z (nejenom klinické) fyziologie

ÚVOD

Anestezie od počátku svého používání v polovině 19. století významně přispěla k revoluci v medicíně, ale přesto nebyla ještě vysvětlena do všech detailů. Anestetika představují nesourodou skupinu látek – od inertního plynu xenonu přes těkavé halogenované roztoky až po lipofilní látky. První teorii účinku celkových anestetik popsali Meyer a Overton na přelomu 19. a 20. století [1, 2]. Anestetický účinek byl úměrný míře lipofility dané látky. Pozdější poznatky z poloviny 20. století zdůrazňují roli fluidity membrán, změn transportu cytoplazmatických vezikul a stabilizace membrán [3,4]. Moderní teorie působení anestetik vycházejí z existence specifických receptorů (např. GABA, NMDA) v centrálním nervovém systému, jejich agonistů/antagonistů, případně jsou založeny na ovlivnění akčního potenciálu nervů, zejména prostřednictvím sodíkových kanálů. Ani jedna z doposud diskutovaných teorií však nevysvětluje všechny aspekty anestezie a je pravděpodobné, že anestetika ovlivňují i nebuněčné struktury.

VLIV ANESTEZIE NA CHOVÁNÍ ROSTLIN

U rostlin nebyla popsána žádná nervová soustava, ale přesto mohou být anestetiky ovlivňovány ve svém „chování“, některé rostliny dokonce anestetika produkují.

Již v roce 1878 Claude Bernard popsal vymizení pohybu lístků citlivky Mimosa pudica (obr. 1) při expozici parám dietyléteru [5]. Na základě svých pozorování usuzoval na podobnost s živočichy a postuloval, že „jakýkoli život se dá anestezovat“. Recentní práce sleduje vliv anestetik na vybrané rostliny [6]. Mimo citlivku autoři popisují např. vymizení pohybu úponků hrachu setého Pisum sativum, ztrátu svírajícího pohybu lapavých listů na hmyz mucholapky podivné Dionaea muscipula a ztrátu rolujícího pohybu listů s lepivými tentakulemi rosnatky Drosera sp. (obr. 2). Z anestetik byly použity 15% dietyléter, 80% xenon a 1% lidokain. Rostliny nabyly opět svého charakteristického pohybu v řádu minut po ukončení působení xenonu a dietyléteru, vliv lidokainu přetrvával několik hodin. Anestetika snižovala akční potenciál rostlin (měřeno povrchovou elektrodou), přestože nervové pletivo analogické nervové tkáni u rostlin popsáno nebylo. Dietyléter dále zvyšoval oxidační stres v meristému (dělivém pletivu) kořínkových apexů huseníčka rolního Arabidopsis thaliana, kde rovněž snižoval transport cytoplazmatických vezikul. Xenon, dietyléter i lidokain inhibovaly klíčení řeřichy seté Lepidium sativu a snižovaly syntézu chlorofylu a funkci mitochondrií [7].

Citlivka <i>Mimosa pudica</i>
Foto: PhDr. Ivo Králíček, Ph.D.
Obr. 1. Citlivka <i>Mimosa pudica</i> Foto: PhDr. Ivo Králíček, Ph.D.

Rosnatka &lt;i&gt;Drosera sp.&lt;/i&gt; s „ukořistěnou“ jepicí
Foto: PhDr. Ivo Králíček, Ph.D.
Obr. 2. Rosnatka <i>Drosera sp.</i> s „ukořistěnou“ jepicí Foto: PhDr. Ivo Králíček, Ph.D.

Dosavadní poznatky prokazují, že anestetika ovlivňují rostliny podobně jako živočichy – snižují akční potenciály, tlumí reakce na podráždění, snižují transport cytoplazmatických vezikul a zvyšují oxidační stres. Rostliny rovněž sdílejí s živočichy některé z cílových proteinů pro účinek anestetik (např. GABA receptory, glutamátové receptory) [8–9]. Rostliny jsou též jako živočichové z anestezie „probuzeny“ při zvýšení atmosférického tlaku [10], což stojí proti receptorové teorii anestezie [11]. Je vysoce pravděpodobné, že anestetika ovlivňují povšechně fyzikální vlastnosti cytoplazmatické membrány, a tím i transport vezikul, biologické vlastnosti membránových proteinů, produkci kyslíkových radikálů a akční potenciál. Tento fyzikální účinek anestetik podporuje nedávno objevená změna elektronového spinu při anestezii [12].

Zcela specifická pro rostlinnou říši je schopnost endogenní produkce anestetik [13]. Rostliny produkují jak celková (divinylether, etylen, etanol, chloroform), tak lokální anestetika (mentol, kokain, atropin, fenylpropan). Endogenní anestetika zřejmě umožňují rostlinám lepší adaptaci na stres [14] (analogicky u živočichů a člověka [15]). Anestetika podporují zrání plodů, interferují se „spacím“ stadiem semen [16] a pomáhají rostlinám v soutěži s jinými (či vlastními) druhy [17]. 

ZÁVĚR

Poznatky z interakcí anestetik a rostlin představují další zdroj našeho porozumění účinkům anestetik na mozek, případně jiné orgány a tkáně. Zdá se, že společným znakem živých organismů je vedle dráždivosti a odpovědi na vnější stimulaci i schopnost tuto odpověď potlačit produkcí endogenních anestetik (což se objevuje již u prokaryot [18]). Cesta k plnému poznání účinku anestetik u člověka bude zřejmě ještě dlouhá. Výsledky výzkumu na rostlinách otevírají další dveře, za kterými je řada nepoznaného.

Do redakce došlo dne 9. 1. 2018.

Do tisku přijato dne 12. 1. 2018.

Adresa pro korespondenci:

prof. MUDr. Vladimír Černý, Ph.D., FCCM

E-mail: ernyvla1960@gmail.com


Zdroje

1. Meyer H. Zur Theorie der Alkoholnarkose. Arch Exp Pathol Pharmakol. 1899;42:109–118.

2. CE O. No TitleStudien über die Narkose zugleich ein Beitrag zur Allgemeinen Pharmakologie. Fischer Verlag.

3. Andersen OS, Koeppe RE. Bilayer Thickness and Membrane Protein Function: An Energetic Perspective. Annu Rev Biophys Biomol Struct. 2007;36:107–130.

4. Rinaldi A. Reawakening anaesthesia research. EMBO Rep. European Molecular Biology Organization. 2014;15:1113–1118.

5. Bernard C. Leçons sur les phénomènes de la vie communs aux animaux et aux végétaux. (Librairie J-B Baillière et Fils).

6. Yokawa K, Kagenishi T, Pavlovič A, Gall S, Weiland M, Mancuso S, et al. Anaesthetics stop diverse plant organ movements, affect endocytic vesicle recycling and ROS homeostasis, and block action potentials in Venus flytraps. Ann Bot. 2017;11.

7. Boscolo A, Starr JA, Sanchez V, Lunardi N, DiGruccio MR, Ori C, et al. The abolishment of anesthesia-induced cognitive impairment by timely protection of mitochondria in the developing rat brain: The importance of free oxygen radicals and mitochondrial integrity. Neurobiol Dis. 2012;45:1031–1041.

8. Price MB, Jelesko J, Okumoto S. Glutamate Receptor Homologs in Plants: Functions and Evolutionary Origins. Front Plant Sci.2012;3:235.

9. Ramesh SA, Tyerman SD, Gilliham M, Xu B. γ-Aminobutyric acid (GABA) signalling in plants. Cell Mol Life Sci. 2017;12;74:1577–1603.

10. Wlodarczyk A, McMillan PF, Greenfield SA. High pres­sure effects in anaesthesia and narcosis. Chem Soc Rev. 2006;35:890.

11. Graesbøll K, Sasse-Middelhoff H, Heimburg T. The thermodynamics of general and local anesthesia. Biophys J. The Bio­physical Society. 2014;20;106:2143–2156.

12. Turin L, Skoulakis EMC, Horsfield AP. Electron spin changes during general anesthesia in Drosophila. Proc Natl Acad Sci. 2014;26:E3524–533.

13. Tsuchiya H. Anesthetic Agents of Plant Origin: A Review of Phytochemicals with Anesthetic Activity. Molecules. 2017;22:1369.

14. Fammartino A, Verdaguer B, Fournier J, Tamietti G, Carbonne F, Esquerré-Tugayé M-T, et al. Coordinated transcriptional regulation of the divinyl ether biosynthetic genes in tobacco by signal molecules related to defense. Plant Physiol Biochem PPB. 2010;48:225–231.

15. Baluška F, Yokawa K, Mancuso S, Baverstock K. Understanding of anesthesia – Why consciousness is essential for life and not based on genes. Commun Integr Biol. Taylor & Francis. 2016;9:e1238118.

16. Taylorson RB, Hendricks SB. Overcoming dormancy in seeds with ethanol and other anesthetics. Planta. 1979;145:507–510.

17. Kegge W, Pierik R. Biogenic volatile organic compounds and plant competition. Trends Plant Sci. 2010;15:126–132.

18. Hu H-W, Chen D, He J-Z. Microbial regulation of terrestrial nitrous oxide formation: understanding the biological pathways for prediction of emission rates. van der Meer JR, editor. FEMS Microbiol Rev. 2015;39:729–749.

Štítky
Anesteziologie a resuscitace Intenzivní medicína

Článek vyšel v časopise

Anesteziologie a intenzivní medicína

Číslo 1

2018 Číslo 1

Nejčtenější v tomto čísle

Tomuto tématu se dále věnují…


Kurzy

Zvyšte si kvalifikaci online z pohodlí domova

Příběh jedlé sody
nový kurz
Autoři: MUDr. Ladislav Korábek, CSc., MBA

Krvácení v důsledku portální hypertenze při jaterní cirhóze – od pohledu záchranné služby až po závěrečný hepato-gastroenterologický pohled
Autoři: PhDr. Petr Jaššo, MBA, MUDr. Hynek Fiala, Ph.D., prof. MUDr. Radan Brůha, CSc., MUDr. Tomáš Fejfar, Ph.D., MUDr. David Astapenko, Ph.D., prof. MUDr. Vladimír Černý, Ph.D.

Rozšíření možností lokální terapie atopické dermatitidy v ordinaci praktického lékaře či alergologa
Autoři: MUDr. Nina Benáková, Ph.D.

Léčba bolesti v ordinaci praktického lékaře
Autoři: MUDr. PhDr. Zdeňka Nováková, Ph.D.

Revmatoidní artritida: včas a k cíli
Autoři: MUDr. Heřman Mann

Všechny kurzy
Kurzy Doporučená témata Časopisy
Přihlášení
Zapomenuté heslo

Nemáte účet?  Registrujte se

Zapomenuté heslo

Zadejte e-mailovou adresu se kterou jste vytvářel(a) účet, budou Vám na ni zaslány informace k nastavení nového hesla.

Přihlášení

Nemáte účet?  Registrujte se