明尼蘇達州羅切斯特市梅奧醫學院麻醉學副教授比爾·珀金斯解釋說。
奧利弗·溫德爾·霍姆斯在1846年創造了“麻醉”一詞，用來描述藥物引起的對感覺（尤其是疼痛）的麻木，此前不久，首次公開展示了吸入乙醚使患者在外科手術過程中失去反應。區域性麻醉藥和全身麻醉藥這兩大類藥理製劑可以產生麻醉效果。區域性麻醉藥，如奴佛卡因，透過與神經細胞細胞膜中的一種離子通道（稱為鈉通道）結合並抑制其功能，從而阻斷神經向中樞神經系統疼痛中心的傳遞。這種作用阻礙了注射部位附近神經衝動的傳遞，但其他區域的意識和感覺知覺沒有變化。
相比之下，全身麻醉藥會誘導另一種麻醉狀態，即對疼痛的全身麻木。患者失去意識，但其重要的生理功能，如呼吸和血壓維持，繼續運作。與區域性麻醉藥相比，人們對全身麻醉藥的作用機制知之甚少，儘管它們的使用已超過150年。最常用的全身麻醉劑是透過呼吸給藥的，因此被稱為吸入性或揮發性麻醉劑。它們的結構與最初的麻醉劑乙醚有關。它們的主要作用部位在中樞神經系統，在那裡它們透過一種不同於區域性麻醉藥的機制抑制神經傳遞。全身麻醉藥會導致突觸處的神經傳遞減少，突觸是神經遞質釋放併發揮其初始作用的部位。但吸入性麻醉藥究竟如何抑制突觸神經傳遞尚不完全清楚。然而，很明顯，揮發性麻醉藥比水更易溶於脂質，它們主要影響神經細胞膜中離子通道和神經遞質受體蛋白的功能，而神經細胞膜是脂質環境。
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有兩個因素使得詳細描述這些製劑如何起作用變得困難。首先，揮發性麻醉藥與醫學中使用的大多數藥物不同，它們僅非常微弱地與其作用位點結合。因此，需要高濃度，通常比典型的靶向受體或蛋白質的藥物高1000倍以上，才能達到麻醉狀態。這使得以特定方式與蛋白質結合的麻醉藥難以獲得結構細節。它還會影響神經細胞膜中許多蛋白質的功能，從而難以確定哪些蛋白質是麻醉作用的關鍵介質。第二個問題是揮發性麻醉藥傾向於分配到脂質中，並透過與脂質環境中的蛋白質相互作用，對其突觸神經傳遞發揮主要作用。與水溶性蛋白質相比，膜蛋白更難獲得詳細的結構資訊。這些結構資料對於理解麻醉藥如何與蛋白質相互作用，更重要的是，如何改變其功能至關重要。由於缺乏膜蛋白在麻醉藥存在和不存在情況下的結構資料，因此尚不清楚麻醉藥是透過與這些蛋白質直接相互作用，還是透過與它們周圍的脂質相互作用來發揮其主要作用。
儘管存在這些侷限性，研究人員正在利用各種方法來更好地瞭解麻醉劑如何在分子水平上誘導麻醉“狀態”。“狀態”一詞之所以加引號，是因為種類繁多的製劑——從氙等單原子到多環烴——都可以產生對疼痛的麻木和意識喪失。這些不同製劑的分子靶點似乎並不相同。因此，認為所有麻醉劑都存在單一的分子作用機制可能過於簡單化。
遺傳工具正在為麻醉作用的分子機制提供有希望的結果。例如，研究人員可以改變特定的蛋白質功能，然後確定這種蛋白質是否與低等生物體對麻醉作用的敏感性或抵抗性有關。這些方法確定了哪些蛋白質參與了麻醉作用，可以被認為是更好地定義相關的麻醉靶點的一種方式，研究人員可以隨後專注於這些靶點的結構研究。其他方法，包括麻醉藥與脂質環境中蛋白質靶點結合的複雜結構建模，以及麻醉藥與可溶性蛋白質結合的詳細結構測定，也顯示出在進一步揭示分子水平上麻醉作用原理方面的潛力。
因此，對於“麻醉如何起作用？”這個問題的簡單答案是，儘管我們對生理效應和宏觀作用部位瞭解很多，但我們尚不瞭解全身麻醉藥的分子作用機制。現在已經存在回答這些問題所需的許多工具，我們可以期待對這種人類的偉大恩惠如何在分子水平上起作用有新的見解。