明尼苏达州罗切斯特市梅奥医学院麻醉学副教授比尔·珀金斯解释说。
奥利弗·温德尔·霍姆斯在1846年创造了“麻醉”一词，用来描述药物引起的对感觉（尤其是疼痛）的麻木，此前不久，首次公开展示了吸入乙醚使患者在外科手术过程中失去反应。局部麻醉药和全身麻醉药这两大类药理制剂可以产生麻醉效果。局部麻醉药，如奴佛卡因，通过与神经细胞细胞膜中的一种离子通道（称为钠通道）结合并抑制其功能，从而阻断神经向中枢神经系统疼痛中心的传递。这种作用阻碍了注射部位附近神经冲动的传递，但其他区域的意识和感觉知觉没有变化。
相比之下，全身麻醉药会诱导另一种麻醉状态，即对疼痛的全身麻木。患者失去意识，但其重要的生理功能，如呼吸和血压维持，继续运作。与局部麻醉药相比，人们对全身麻醉药的作用机制知之甚少，尽管它们的使用已超过150年。最常用的全身麻醉剂是通过呼吸给药的，因此被称为吸入性或挥发性麻醉剂。它们的结构与最初的麻醉剂乙醚有关。它们的主要作用部位在中枢神经系统，在那里它们通过一种不同于局部麻醉药的机制抑制神经传递。全身麻醉药会导致突触处的神经传递减少，突触是神经递质释放并发挥其初始作用的部位。但吸入性麻醉药究竟如何抑制突触神经传递尚不完全清楚。然而，很明显，挥发性麻醉药比水更易溶于脂质，它们主要影响神经细胞膜中离子通道和神经递质受体蛋白的功能，而神经细胞膜是脂质环境。
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有两个因素使得详细描述这些制剂如何起作用变得困难。首先，挥发性麻醉药与医学中使用的大多数药物不同，它们仅非常微弱地与其作用位点结合。因此，需要高浓度，通常比典型的靶向受体或蛋白质的药物高1000倍以上，才能达到麻醉状态。这使得以特定方式与蛋白质结合的麻醉药难以获得结构细节。它还会影响神经细胞膜中许多蛋白质的功能，从而难以确定哪些蛋白质是麻醉作用的关键介质。第二个问题是挥发性麻醉药倾向于分配到脂质中，并通过与脂质环境中的蛋白质相互作用，对其突触神经传递发挥主要作用。与水溶性蛋白质相比，膜蛋白更难获得详细的结构信息。这些结构数据对于理解麻醉药如何与蛋白质相互作用，更重要的是，如何改变其功能至关重要。由于缺乏膜蛋白在麻醉药存在和不存在情况下的结构数据，因此尚不清楚麻醉药是通过与这些蛋白质直接相互作用，还是通过与它们周围的脂质相互作用来发挥其主要作用。
尽管存在这些局限性，研究人员正在利用各种方法来更好地了解麻醉剂如何在分子水平上诱导麻醉“状态”。“状态”一词之所以加引号，是因为种类繁多的制剂——从氙等单原子到多环烃——都可以产生对疼痛的麻木和意识丧失。这些不同制剂的分子靶点似乎并不相同。因此，认为所有麻醉剂都存在单一的分子作用机制可能过于简单化。
遗传工具正在为麻醉作用的分子机制提供有希望的结果。例如，研究人员可以改变特定的蛋白质功能，然后确定这种蛋白质是否与低等生物体对麻醉作用的敏感性或抵抗性有关。这些方法确定了哪些蛋白质参与了麻醉作用，可以被认为是更好地定义相关的麻醉靶点的一种方式，研究人员可以随后专注于这些靶点的结构研究。其他方法，包括麻醉药与脂质环境中蛋白质靶点结合的复杂结构建模，以及麻醉药与可溶性蛋白质结合的详细结构测定，也显示出在进一步揭示分子水平上麻醉作用原理方面的潜力。
因此，对于“麻醉如何起作用？”这个问题的简单答案是，尽管我们对生理效应和宏观作用部位了解很多，但我们尚不了解全身麻醉药的分子作用机制。现在已经存在回答这些问题所需的许多工具，我们可以期待对这种人类的伟大恩惠如何在分子水平上起作用有新的见解。