Эпилептики скисли

Эпилептический припадок можно прервать, «закислив» ткань мозга. Как показали нейрофизиологи из Айовы, при этом происходит активация соответствующих ионных каналов, «остужающих» пыл возбуждённых нейронов. Закисления тканей можно добиться, например, заставив животное дышать в богатой углекислым газом атмосфере.

Путь от одной клетки к многоклеточному организму, состоящему из ста триллионов отдельных «кирпичиков», дался человеку нелегко. Это потребовало развития сложнейших систем регуляции, использующих электрические импульсы и сигнальные молекулы самого различного происхождения. Правда, за такое «совершенство» периодически приходится расплачиваться: редкие сбои в работе нескольких нейронов могут стоить жизни.

Распространенный пример – припадки, происходящие по не выясненным пока причинам: небольшие очаги «сверхактивации» в головном мозге заставляют тело содрогаться в конвульсиях.

Ученые из американского Университета Айовы смогли справиться с этой проблемой за счет умений, дошедших до нас от одноклеточных предков, умевших реагировать на изменения температуры и кислотности окружающей среды.

Джон Вемми и его коллеги доказали, что прекратить судороги помогает способность клеток распознавать «кислотность» среды с помощью специального ионного канала – ASIC1a (acid sensing ion channel 1a).

Неврологи прежде уже научились достаточно точно предсказывать появление судорог по электрической активности мозга и установили многообразные пусковые причины, самая известная среди которых – мерцающий свет. Но молекулярные факторы, способные как запустить, так и (что важнее) остановить припадок, до сих пор оставались невыясненными.

Причем взгляды на эту проблему даже в научном сообществе весьма противоречивые: одни авторы пишут, что припадку способствуют понижение содержания кислорода, недостаток глюкозы и АТФ – основного расходного энергоресурса внутри клеток, в то время как другие придерживаются диаметрально противоположной точки зрения. Отсюда и отсутствие адекватных методов лечения.

Для «профилактики» припадков врачи попросту подавляют общую активность нервных клеток головного мозга, блокируя разнообразные ионные каналы и высвобождение нейромедиаторов, участвующих в активации и возбуждении нейронов. Не последнее место в этом арсенале противосудорожных средств занимают барбитураты и схожие по действию препараты. К сожалению, они оказывают «замедляющее» действие на всю нервную систему, что не лучшим образом сказывается на жизни больных.

Один из основателей электроэнцефалографии, Вильям Гордон Леннокс ещё в 1929 году предположил, что снижение pH, то есть «закисление» ткани мозга, способствует прекращению судорог.

Вемми и его коллеги решили выяснить, как этот принцип реализуется на клеточном уровне.

Кислотность, так же как и температура, поддерживается в организме на постоянном уровне – 7,35–7,37. Кровь выступает в качестве буферного раствора, смягчающего повреждающее действие продуктов обмена веществ на ткани.

Причем сами клетки могут активно распознавать уровень pH, в частности благодаря упомянутым ионным каналам ASIC1a. Активируемые высокой концентрацией протонов (H⁺), эти трансмембранные каналы открываются и начитают пропускать натрий и кальций, способствуя «дезактивации» нейрона.

В экспериментах на мышах американские учёные продемонстрировали, что повышение количества этих каналов значительно уменьшает активность «эпилептических очагов». А выключение соответствующего гена продлевало и усиливало судороги, нередко заканчивавшиеся летальным исходом.

Но главное – наблюдаемый эффект зависел от pH, достигая «максимума полезности» при pH около 6,8. Таких значений кислотности у мышей удавалось добиться при повышении концентрации углекислого газа до 10% с «атмосферных» 0,038%.

Вемми даже после проделанной работы, результаты которой опубликованы в Nature Neuroscience, не удалось предложить нового медикамента. Зато фундаментальный механизм можно использовать весьма простым способом: повышение во вдыхаемом воздухе содержания углекислого газа обязательно скажется на кислотности крови и остальных тканей. Правда, неясно, сколько нужно дышать «в пакет», чтобы активировать упомянутые каналы нейронов за счет «скисания мозга».