Санкт-петербургские ученые доказали, что большую роль во время эпилептического припадка играет электрическое сопротивление мембраны нейрона — параметр, определяющий то, насколько изменится разность потенциалов между внутриклеточной и внеклеточной сторонами мембраны при протекании электрического тока. Эта характеристика обусловливает вероятность перехода клетки в возбужденное состояние, но также может лежать в основе попыток нейрона ослабить эффекты патологии. С результатами работы, выполненной при поддержке гранта Российского научного фонда (РНФ), можно ознакомиться на страницах International Journal of Molecular Sciences.
Примерно для трети пациентов, страдающих эпилептическими припадками, существующие противосудорожные препараты неэффективны. Обусловлено это в первую очередь тем, что нет полного понимания механизмов возникновения и протекания эпилептического приступа, а потому не удается создать действительно рабочий препарат.
Головной мозг человека — очень сложная система, состоящая из миллиардов нейронов, которые образуют тысячи синаптических контактов друг с другом и непрерывно обмениваются сигналами через них. Эти сигналы можно разделить на два типа — возбуждающие и тормозные. Первые способствуют переходу нейрона в возбужденное состояние, в котором он начинает сам производить и передавать сигналы, тогда как вторые, наоборот, снижают вероятность такого перехода. В норме между возбуждением и торможением в сети нервных клеток существует баланс, но во время эпилептического припадка преобладает процесс возбуждения.
“Интенсивность реакции нейрона на получаемый возбуждающий сигнал может быть очень разной в зависимости от такой характеристики, как электрическое сопротивление его мембраны. Оно складывается из активностей присутствующих в мембране ионных каналов — белков, способных проводить электрический ток. При равных по силе возбуждающих входных сигналах, вероятность перехода нейрона в возбужденное состояние будет выше, если электрическое сопротивление его мембраны больше”, — рассказывает Дмитрий Амахин, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Института эволюционной физиологии и биохимии имени И. М. Сеченова РАН.
Аномальную активность нейронной сети, наблюдаемой во время эпилептического припадка, можно воспроизвести в гораздо более простой системе, чем головной мозг человека — в небольшом фрагменте энторинальной коры височной доли головного мозга лабораторных крыс. Жизнедеятельность нейронов в этом срезе мозга толщиной 300 микрон поддерживается за счет непрерывной внешней подпитки, а эпилептоподобное состояние вызывается особыми веществами — хемоконвульсантами. Появляется возможность изучать свойства отдельных нейронов благодаря применению современных электрофизиологических методик и микроскопии, а также осуществлять быструю доставку различных фармакологических препаратов к очагу эпилептической активности.
Именно на такой модели провели эксперименты исследователи из Института эволюционной физиологии и биохимии имени И. М. Сеченова и Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе (Санкт-Петербург). Им удалось показать, что электрическое сопротивление мембраны нейронов энторинальной коры динамически меняется во время эпилептического припадка. Больше всего на него влияет один из типов ионных каналов нейрона — кальций-проницаемый AMPA-рецептор. Во время эпилептической активности происходит встраивание этих белков в мембрану, они запускают каскад внутриклеточных процессов, которые влияют на работу других ионных каналов. В результате таких изменений сопротивление мембраны остается на низком уровне, что снижает эффективность непрерывно поступающих возбуждающих сигналов.
“Вероятно, подобным образом нейронная сеть пытается ослабить аномальную активность во время эпилептического приступа. Получается у нее не очень, но этот природный механизм можно использовать при разработке новых препаратов от эпилепсии”, — подводит итог Дмитрий Амахин.