Pradawna „święta choroba”
Pierwsze opisy napadu padaczkowego liczą sobie tysiące lat. Epilepsja znana była w wielu zakątkach starożytnego świata, od Mezopotamii i Babilonu, poprzez Chiny, po Grecję i Imperium Rzymskie. W tajemniczej przypadłości dopatrywano się związków z demonami lub bogiem. Dopiero Hipokrates w dziele „o świętej chorobie” zasugerował, że napady drgawek nie mają nic wspólnego z magią i bogami, a przyczyna tkwi w mózgu. Mimo to, padaczka długo jeszcze traktowana była jako efekt klątwy, a chorych stygmatyzowano i izolowano od społeczeństwa.
Co roku 27 tys. Polaków dowiaduje się, że choruje na epilepsję. Leczenie pacjentów nie zawsze daje zadowalające efekty. 38% nowo rozpoznanych dorosłych cierpi na lekooporną odmianę choroby. Badacze i lekarze są zgodni: mała liczba skutecznych terapii lekowych to efekt niedostatecznego poznania i zrozumienia epizodów padaczkowych.
Jak dochodzi do napadu epilepsji?
Naukowcy postanowili zbadać przyczyny napadów padaczkowych. Jak? Korzystając z narzędzi do pomiaru przetwarzania i przepływu informacji w systemie nerwowym. Polsko-włoski zespół pod kierownictwem prof. dr. hab. Piotra Suffczyńskiego z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego opracował innowacyjny model obliczeniowy. Z pomocą modelu badacze podjęli próbę odtworzenia i zrozumienia sygnałów obserwowanych w przypadku padaczki. Wykazali, że za wyładowania elektryczne prowadzące do drgawek padaczkowych odpowiadają nie, jak długo sądzono, synapsy, czyli miejsca połączeń neuronów, ale zaburzenia poziomu potasu znajdującego się w przestrzeni pomiędzy komórkami nerwowymi.
Podwyższone stężenie tego pierwiastka zwiększa potencjał elektryczny na błonie komórkowej, co przyczynia się do wyższej pobudliwości neuronów. A wzrost ich aktywności prowadzi do dalszego gromadzenia się potasu. To sprzężenie powoduje niekontrolowane wyładowania elektryczne w mózgu, prowadzące do charakterystycznych drgawek i utraty świadomości.
– Nasz biofizycznie realistyczny model obliczeniowy składa się z pięciu komórek: jednej hamującej i czterech pobudzających, z komórek glejowych oraz otoczenia neuronów, w których następuje ruch jonów. Używając tego modelu, jako pierwsi pokazaliśmy potencjalny mechanizm inicjacji napadu padaczki przez neurony hamujące – „punktem zapalnym”, „iskrą” wyzwalającą proces jest gromadzenie się potasu poza komórkami – mówi prof. Piotr Suffczyński.
Specjalny model pokazuje też, jak działa mechanizm przyczyniający się do ustania napadów. Należy skupić się, podkreślają badacze, na regulacji nierównowagi potasowo-sodowej i związanej z tym zwiększonej aktywności pomp sodowo-potasowych – pompy transportują sód i potas (odpowiednio) na zewnątrz i do wnętrza komórki.
Nadzieja w nanocząstkach
Odkrycie fizyków nadaje kierunek poszukiwaniom bardziej wydajnego leku przeciw padaczce. Badacze skupiają się na sposobie kontroli poziomu pozakomórkowego potasu w mózgu. Zespół prof. Suffczyńskiego zaproponował wykorzystanie do tego nanomateriałów. Ich rolą byłoby naśladowanie komórek glejowych, tzw. astrocytów, które służą właśnie do kontroli stężenia potasu wokół neuronów. Istnieją już nanocząstki złota mogące rozpoznawać i pochłaniać różnego rodzaju jony, w tym potas. Zanim jednak będzie można stosować nanoterapię u ludzi, trzeba przeprowadzić więcej badań (m.in. toksyczności tej terapii).
Badania fizyków biomedycznych mogą pomóc wielu chorym. Odkrycie mechanizmu inicjacji i hamowania napadu padaczkowego znajdzie zastosowanie nie tylko w leczeniu epilepsji, ale również w przypadku innych problemów neurologicznych, takich jak niedotlenienie mózgu wywołane udarem oraz migreny.
