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.
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.
С результатами работы можно ознакомиться на страницах International Journal of Molecular Sciences.
Текст: пресс-служба РНФ