目的全身麻醉在现代医学上具有重要作用,每年有数以百万计的外科手术和侵入式检查是在全身麻醉下进行的。意识是自然界最大的谜团,因为意识很难定义和测量。全身麻醉是一种药物诱导的可逆的无意识状态,被认为是意识的另一面。因此,基于全身麻醉是可定义且麻醉药的麻醉效价强度是可量化的这一事实,全身麻醉被视为探索意识的一种实验性途径。然而迄今为止,吸入麻醉药的作用机制仍不清楚,目前被广泛接受的蛋白学说认为吸入麻醉药作用于靶蛋白内的疏水区,然而仅仅是在蛋白质疏水区中存在吸入麻醉药分子,就出现了无法克服的问题。蛋白质疏水区通常对配体的形状和大小具有高度的选择性,但是吸入麻醉药却有着各种各样的形状和大小,因此,具有高度多样化化学结构的吸入麻醉药分子进入高度结构选择的蛋白质疏水区是有问题的,必须有一个成分连接吸入麻醉药分子和蛋白质的疏水区才能解决以上问题。因为从最基本的层面考虑,所有的事物都遵循量子力学的规律,因此量子处理可以消除吸入麻醉药物化学结构之间的差异,从而提供一个统一的麻醉作用机制。目前已经有假设提出承载意识的元素的核自旋必须为1/2,因为由核自旋为1/2的原子纠缠形成的自旋单态不受大脑中神经元产生的电场的影响从而能够维持较长的相干时间。氙气麻醉的核自旋依赖性的发现也间接证实了该假设,核自旋为1/2的129Xe 比核自旋为零的氙同位素麻醉效力更弱,强烈地表明了量子处理效应的存在。那么核自旋是如何参与氙气麻醉的作用,量子处理能从氙气扩展到所有的吸入麻醉药吗?如果大脑中存在一种通过核自旋量子处理来解释神经兴奋性的成分,那么这些问题就得到了解答,因为吸入麻醉药可以通过明显减少该成分来抑制神经元兴奋性从而产生全身麻醉。因此,候选成分必须具有三个特性,即在所有生物中都至关重要,核自旋或总核自旋为1/2,以及足够小的体积来发挥量子效应。磷和氢是生物学上仅有的两种核自旋为1/2的轻元素,磷已经被实验排除,只留下氢作为唯一的候选成分。在生命系统中,大多数氢都存在于水分子中,液态水对于生命的重要性是不言而喻的。水的离解反应,2H2O→H3O++OH-,产生一对水合氢离子（H3O+）和氢氧根离子（OH-）,两者的总核自旋均为1/2,都小到足以发挥量子效应,并且均参与生物化学效应。本研究旨在探究吸入麻醉药物的作用机制是否与氢氧根离子的量子效应有关。方法与结果第一部分酸碱对七氟烷麻醉效价强度的影响方法:60只C57BL/6小鼠随机分为六组,分别为生理盐水组、氯化铵组、醋酸钠组、醋酸铵组、肝素钠组和黄腐醇组,每组10只。首先测定了七氟烷致小鼠翻正反射消失的基础半数有效量（Median effective dose,ED50）值,然后对小鼠进行侧脑室置管,恢复1天后,各组通过导管分别注射生理盐水、1 mmol/L氯化铵、1 mmol/L醋酸钠、1 mmol/L醋酸铵、62.5 U/ml肝素钠或74 μmol/L黄腐醇2μl后,再次评估七氟烷致小鼠翻正反射消失的ED50值。结果:生理盐水（1.04±0.15%vs 1.02±0.19%,P＞0.05）和醋酸铵（1.02±0.13%vs 1.02±0.12%,P＞0.05）对七氟烷致翻正反射消失ED50值的影响无统计学意义,两种弱酸氯化铵（1.03±0.11%vs 0.82±0.12%,P＜0.001）和肝素钠（1.12±0.11%vs 0.85±0.11%,P＜0.001）降低了七氟烷致翻正反射消失ED50值,两种弱碱醋酸钠（1.01±0.13%vs 1.22±0.15%,P＜0.001）和黄腐醇（1.02±0.20%vs 1.22±0.16%,P＜0.001）后则增加了七氟烷致翻正反射消失的ED50值。结论:该结果表明弱酸增强七氟烷的麻醉效价强度,而弱碱削弱七氟烷的麻醉效价强度,即H+增强七氟烷的麻醉效价强度,OH-削弱七氟烷的麻醉效价强度。第二部分酸碱对神经元兴奋性的影响方法:采用胎龄18天的C57BL/6胎鼠的皮层神经元为研究对象,原代培养11-14天后采用膜片钳电流钳技术,探究弱酸1 mmol/L氯化铵和62.5 U/ml肝素钠以及弱碱1 mmol/L醋酸钠和74 μmol/L黄腐醇对小鼠皮层神经元兴奋性的影响,记录给予弱酸弱碱处理前后神经元放电频率的变化。结果:弱酸 1 mmol/L 氯化铵（16.8±3.7 vs 9.0±3.3,P＜0.01）和 62.5 U/ml 肝素钠（15.4±3.9 vs 9.8±4.9,P＜0.001）降低小鼠皮层神经元的放电频率,弱碱1 mmol/L醋酸钠（12.9±2.0 vs 15.0±2.5,P＜0.05）和 74 μmol/L 黄腐醇（14.0±2.3 vs 18.3±4.0,P＜0.01）增加小鼠皮层神经元的放电频率。结论:弱酸降低神经元的放电频率,而弱碱则升高神经元的放电频率,即H+降低神经元的兴奋性,OH-提高神经元的兴奋性。第三部分水多体纠缠网络模型的建立及结合能对吸入麻醉药效价强度的影响方法:利用一维伊辛模型说明了水多体纠缠模型的形成及其对已存在的H3O+或OH-的放大能力。使用ORCA程序在def2-QZVPP理论水平上以[CCSD（T）]的QZVPP基组分别计算了稀有气体Ar、Kr、129Xe、131Xe和134Xe与一个水分子的结合能。常规麻醉药（异氟烷、地氟烷、七氟烷和氧化亚氮）及1-氯-1,2,2-三氟环丁烷与一个水分子的结合能是利用Gaussian软件采用密度泛函理论（Density functional theory,DFT）在B3LYP/def2-TZVPPD基组上计算得到。吸入麻醉药的最低肺泡有效浓度（Minimum alveolar concentration,MAC）值均从同一个实验室获取,根据亨利定律,将MAC值转化为其在37℃时水溶液的ED50。将以上分子结合能的对数与其在37℃时水溶液的ED50值的对数进行线性回归分析。结果:1.水多体纠缠网络模型显示其可以在10-2秒的间隔内将一个现有的H3O+或OH-放大到250个离子。2.线性回归方程的决定系数R2为0.9880,表明吸入麻醉药的麻醉效价强度与其绝对结合能显著相关。结论:水多体纠缠网络具有放大氢离子和氢氧根离子的作用,吸入麻醉药物抑制水多体纠缠网络的形成是其产生麻醉作用的原因。第四部分氢氧根离子的量子效应与常见麻醉现象关系的研究方法:1.使用ORCA程序在def2-QZVPP理论水平上以[CCSD（T）]的QZVPP基组计算了非制动剂（He和Ne）与一个水分子的结合能。非制动剂（1,2-二氯全氟环丁烷和2,3-二氯八氟丁烷）及S-（+）-异氟烷和R-（-）-异氟烷与一个水分子的结合能是利用Gaussian软件采用DFT在B3LYP/def2-TZVPPD基组上计算。根据第三部分得到的线性回归方程,将通过上述计算获得的非制动剂的结合能分别代入获得其预测的MAC对应的37℃水溶液的ED50值,最终经过转化获得非制动剂预测的MAC值。2.制备三瓶去氧129Xe、131Xe和134Xe水溶液,每种同位素准备四个样品,用MRI分别测量了 129Xe、131Xe和134Xe水溶液中氢的T1值。结果:1.预测的非制动剂He,Ne,F6和F8的MAC值分别为81,143 atm,6382atm,31436atm和4210atm,因此非制动剂不具有麻醉作用。2.S-（+）-异氟烷和R-（-）-异氟烷的结合能相同,均为-6.01 kcal/mol,表明异氟烷的麻醉效力不具有立体选择性。3.129Xe、131Xe和134Xe的T1 比值在定量上与其翻正反射消失的ED50的比值一致。结论:非制动剂不具有麻醉作用的原因是由于其MAC值太高。异氟烷的麻醉效力不具有立体选择性。氙气麻醉的核自旋依赖性是由于129Xe和131Xe自身的核自旋与水中的氢核自旋交叉弛豫降低了水中氢的T1值所致。结论本研究发现OH-可以桥接吸入麻醉药与蛋白质疏水区,而水多体纠缠网络具有放大OH-的作用,神经元兴奋性与水多体纠缠网络放大的OH-有关,吸入麻醉药通过抑制水多体纠缠网络的形成来产生麻醉作用。本研究还解释了目前麻醉学说无法解释的麻醉现象,包括氙气麻醉的核自旋依赖性、非制动剂、麻醉药的立体选择性和压力逆转麻醉效应。