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吸入麻酔薬とは、全身麻酔作用を有する化学物質であり、吸入によって投与される。これらは、麻酔気化器および麻酔供給システムに接続されたフェイスマスク、喉頭マスク、または気管チューブを通して投与される。現代の臨床において特に注目されている薬剤には、イソフルラン、セボフルラン、デスフルランなどの揮発性麻酔薬、および亜酸化窒素やキセノンなどの特定の麻酔ガスが含まれる。
これらの麻酔薬の中には、現在でも臨床現場や研究で使用されているものもあるが、先進国においては、主に歴史的な関心を集めるものとして以下の麻酔薬が挙げられる。
揮発性麻酔薬は、室温では液体であるが、吸入投与のために容易に蒸発するという共通の性質を持つ。今日、先進国で使用されている揮発性麻酔薬には、デスフルラン、イソフルラン、セボフルランなどがある。過去に広く使用されていた他の薬剤には、エーテル、クロロホルム、エンフルラン、ハロタン、メトキシフルランなどがある。これらの薬剤はすべて、非常に疎水性であるという共通の性質を持つ（つまり、液体では水と自由に混和せず、気体では水よりも油によく溶ける）。[ 3 ]
理想的な揮発性麻酔薬は、非標的臓器系への影響を最小限に抑えつつ、全身麻酔のスムーズで確実な導入と維持を提供します。さらに、無臭または吸入が快適であり、あらゆる年齢層および妊娠中でも安全であり、代謝されず、作用発現と消失が速く、強力であり、手術室スタッフへの曝露が安全であり、長期保存が可能です。また、製造コストが安く、輸送と保管が容易であり、標準的な手術室機器で投与とモニタリングが容易であり、光、プラスチック、金属、ゴム、ソーダ石灰に対して安定しており、不燃性で環境に安全です。現在使用されている薬剤はどれも理想的ではありませんが、多くは望ましい特性の一部を備えています。たとえば、セボフルランは吸入が快適で、作用発現と消失が速いです。また、あらゆる年齢層で安全です。しかし、高価であり（イソフルランの約3～5倍）、イソフルランの約半分の効力しかありません。[ 4 ]
吸入によって全身麻酔を引き起こすその他のガスや蒸気には、亜酸化窒素、二酸化炭素、シクロプロパン、キセノンなどがあります。これらはガスボンベに貯蔵され、気化器ではなく流量計を使用して投与されます。シクロプロパンは爆発性があり、安全上の理由から現在では使用されていませんが、それ以外では優れた麻酔薬であることがわかっています。キセノンは無臭で作用発現が速いですが、高価であり、投与と監視には特殊な機器が必要です。亜酸化窒素は、濃度が80%であっても、標準大気圧下ではほとんどの人に外科手術レベルの麻酔効果をもたらさないため、他の薬剤と併用して補助麻酔薬として使用する必要があります。
高圧条件下（通常の気圧を超える圧力）では、窒素などの他のガスや、アルゴン、クリプトン、キセノンなどの希ガスが麻酔薬になります。高分圧（約4バール以上、スキューバダイビングで約30メートルより深い場所で遭遇する）で吸入すると、窒素は麻酔薬として作用し始め、窒素酔いを引き起こします。[ 5 ] [ 6 ]ただし、窒素の最小肺胞濃度（MAC）は、約20～30気圧（バール）の圧力に達するまで達成されません。[ 7 ]アルゴンは、分圧単位あたり窒素の2倍強の麻酔力があります（アルゴックスを参照）。ただし、キセノンは、80%の濃度と通常の気圧で使用可能な麻酔薬です。[ 8 ]
吸入麻酔薬の内因性類似物質は、体内で生成され、吸入麻酔薬と同様の性質と作用機序を持つ化合物です。[ 9 ]人体のガスの中で、二酸化炭素は最も豊富に存在するガスの一つであり、昆虫から人間まで麻酔作用を発揮します。[ 10 ] CO2麻酔は、1800年代初頭にヘンリー・ヒル・ヒックマンによってフランス国王に初めて実証されました。当初、CO2は無酸素症を介して作用すると考えられていましたが、1900年代初頭に肺内のCO2濃度の上昇が脳の酸素化を劇的に増加させることが示され、無酸素症説は否定されました。[ 11 ]現代の麻酔薬が開発される以前は、CO2は精神科医によって二酸化炭素吸入療法と呼ばれる治療法で広く使用されていました。[ 12 ]
揮発性麻酔薬の作用機序の全容は不明であり、激しい議論の対象となっている。「麻酔薬は160年間使用されてきたが、その作用機序は神経科学における大きな謎の一つである」と、カリフォルニア大学サンフランシスコ校の麻酔科医ジェームズ・ソナーは述べている。麻酔研究は「長い間、検証不可能な仮説の科学であった」と、コーネル大学のニール・L・ハリソンは指摘している。[ 13 ]
「注射麻酔薬のほとんどは、単一の分子標的に作用するようです」とソナー氏は言う。「吸入麻酔薬は複数の分子標的に作用するようです。そのため、その作用機序を解明するのはより困難です。」
特に不活性ガスであるアルゴンによる麻酔の可能性（10～15気圧でも）は、揮発性麻酔薬の作用機序が化学結合作用ではなく、物理化学によって最もよく説明される効果であることを示唆している。しかし、薬剤は弱い相互作用で受容体に結合する可能性がある。脂質二重層へのガス溶解による神経細胞膜の膨潤などの物理的相互作用が作用している可能性がある。注目すべきは、水素、ヘリウム、ネオンガスは、いかなる圧力においても麻酔作用を示さないことがわかっている点である。高圧のヘリウムは神経刺激（「抗麻酔作用」）を引き起こすため、このガスによって麻酔機序が逆方向に作用している可能性（すなわち、神経膜の圧迫）が示唆される。また、一部のハロゲン化エーテル（フルオロチルなど）もこの「抗麻酔作用」を示し、この理論をさらに裏付けている。
近代で最初に公に実証された麻酔薬は、吸入麻酔薬であるジエチルエーテルでした。その麻酔特性は19世紀まで広く認識されていませんでしたが、化合物自体は何世紀も前から知られていました。8世紀のアラブの哲学者ジャビル・イブン・ハイヤーンが最初にエーテルを調合した可能性があります。13世紀のヨーロッパの錬金術師ラモン・リュルも独自にこの化合物を作った可能性があります。 [ 14 ] 10世紀のペルシャの医師ラーゼスは、外科手術で全身吸入麻酔を使用した最初の医師でした。[ 15 ]
パラケルススは1540年に吸入麻酔薬を開発した。[ 16 ]彼は、ヴァレリウス・コルドゥスが調製し、フロベニウスがエーテルと名付けた硫酸塩の甘油を使用した。[ 16 ]家禽に与えるのに使われた。「鶏でさえそれを摂取し、しばらく眠ってしまうが、その後害なく目を覚ます」。[ 16 ]その後、約40年後の1581年に、ジャンバッティスタ・デリア・ポルタは、エーテルを人間に使用して実証したが、外科麻酔には使用されなかった。[ 16 ]
近代医学において、ホレス・ウェルズ博士は1844年に自身の抜歯に亜酸化窒素を使用した。しかし、マサチューセッツ総合病院（MGH）で同様の結果を再現しようと試みたものの、部分的な麻酔にとどまり、失敗とみなされた。
ウィリアム・T・G・モートンは、1846年10月16日にMGHで外科麻酔を初めて成功裏に実証したとされている。この出来事の後、エーテルやその他の揮発性麻酔薬の使用が西洋医学で広く普及した。[ 17 ]
1847年後半、スコットランドの産科医ジェームズ・ヤング・シンプソンによる実験と論文発表の後、クロロホルムは広く普及した最初のハロカーボン系麻酔薬となった。クロロホルムはエーテルよりもはるかに強力で効果的な麻酔薬であり、エーテルとは異なり、不燃性で気道を刺激しない。
当初は、エーテルやクロロホルムなどの非気体吸入麻酔薬を、液体を注いで蒸発させたハンカチから吸入していた。クロロホルムの投与量に関する懸念から、様々な吸入器が開発された。