Общепринятым электрофизиологическим признаком эпилептической активности является пароксизмальный деполяризационный сдвиг (ПДС). Более пятнадцати лет назад была высказана гипотеза о том, что эпилепсия связана с контаминацией мембран. Эта гипотеза включает следуюшие предположения: 1) ПДС возникает при переходе пейсмекерных потенциалов в гипертрофированные длительные высокоамплитудные деполяризации; 2) нарушение упорядоченности липидного бислоя (например, в результате включения амфифильных веществ) вызывает трансформацию пейсмекерных потенциалов в ПДС [1].

Многие широко известные факты об эпилепсии могут найти объяснение в рамках этой гипотезы, например, тот факт, что рефрактерную эпилепсию можно лечить с помощью кетогенной диеты [2] и стимуляции блуждающего нерва [3], противоэпилептическое действие вальпроата, холестерина и других стабилизаторов текучести мембран.

Для уточнения пунктов 1 и 2 необходимы дополнительные исследования. Ранее было показано, что, изменяя параметры модели пейсмекерных потенциалов, можно проследить переход от пейсмекерного потенциала к пароксизмальной деполяризации [2]. Но открытым остается вопрос определения каналов, участвующих в генерации пейсмекерного потенциала. Для моделирования описанных процессов как экспериментально, так и математически [4] необходима новая биофизическая модель. Мы развиваем подходы к такой модели в работе [5].

Косвенные данные подтверждают идею о том, что загрязнение бислоя амфифильными примесями может усиливать эпилептогенность, но отсутствует четкая демонстрация того, что загрязнение способствует превращению пейсмекерного потенциала в пароксизмальную деполяризацию [6].



Работа выполнена при финансовой поддержке государственного задания ЮНЦ РАН № 122020100351-9.



1. Altrup U., Marc Häder, s Hernández Cáceres J. L., Malcharek S., Meyer M., Galla H.-J. Epileptogenic drugs in a model nervous system: Electrophysiological effects and incorporation into a phospholipid layer. Brain Research 1122(2006) 65 – 77



2. Нечипуренко Ю.Д., Гарсия Рейес Р. С. и Эрнандес Касерес Х. Л. Гипотеза контаминации мембран нейронов, эпилепсия и кетогенная диета. Биофизика, т.66, № 6, с. 1123-1132 (2021); DOI: 10.31857/S0006302921060077



3. Abdullahi, A., Etoom, M., Badaru, U. M., Elibol, N., Abuelsamen, A. A., Alawneh, A., ... & Truijen, S. (2022). Vagus nerve stimulation for the treatment of epilepsy: things to note on the protocols, the effects and the mechanisms of action. International Journal of Neuroscience, 1-10.



4. Kononenko N. I. Mechanisms of membrane potential oscillation in bursting neurons on the snail, Helix pomatia //Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Physiology. – 1993. – Т. 106. – №. 1. – С. 135-147.



5. Эрнандес Касерес Х.Л., Джимак С.С., Семенов Д.А., Дроботенко М.И., Нечипуренко Ю.Д. Модели, описывающие генерацию и проведение нервного импульса. Биофизика. 2022. Т. 67. № 4. С. 728-740.



6. Murugan M., Boison D (2020). Ketogenic diet, neuroprotection, and anti-epileptogenesis. Epilepsy Research. Pub Date: 2020-08-19 , DOI:10.1016/j.eplepsyres.2020.106444

The commonly accepted electrophysiological hallmark of epileptic activity is the paroxysmal depolarization shift (PDS). More than fifteen years ago it was hypothesized that epilepsy is associated with membrane pollution. This hypothesis includes the following assumptions: 1) PDS arises as result of the transition of pacemaker potentials into hypertrophied long-term high-amplitude depolarizations; 2) disruption of the order of the lipid bilayer (for example, as a result of the inclusion of amphiphilic substances) causes the transformation of pacemaker potentials into PDS [1].

Many well-known facts about epilepsy can be explained in the framework of this hypothesis, such as the fact that refractory epilepsy can be treated with a ketogenic diet [2] and vagus nerve stimulation [3], the antiepileptic effects of valproate, cholesterol and other membrane fluid stabilizers.

Additional studies are needed to clarify points 1 and 2. Previously, it was shown that by changing the parameters of the pacemaker potential model, one can trace the transition from the pacemaker potential to paroxysmal depolarization [2]. But the question of determining the channels involved in the generation of the pacemaker potential remains open. To model the described processes, both experimentally and mathematically [4], a new biophysical model is needed. We develop approaches to such a model in [5].

Indirect evidence supports the idea that bilayer contamination with amphiphilic substances can enhance epileptogenicity, but there is no clear demonstration that membrane pollution promotes transformation the pacemaker potential into paroxysmal depolarization [6].



This work was supported by the state assignment of the SSC RAS No. 122020100351-9.



1. Altrup U., Marc Häder, Hernández Cáceres J. L., Malcharek S., Meyer M., Galla H.-J.. Epileptogenic drugs in a model nervous system: Electrophysiological effects and incorporation into a phospholipid layer. Brain Research 1122(2006) 65 – 77



2. Nechipurenko, Y. D., Reyes, R. G., & Caceres, J. H. (2021). Hypothesis on Pollution of Neuronal Membranes, Epilepsy and Ketogenic Diet. Biophysics, 66(6), 956-964.



3. Abdullahi, A., Etoom, M., Badaru, U. M., Elibol, N., Abuelsamen, A. A., Alawneh, A., ... & Truijen, S. (2022). Vagus nerve stimulation for the treatment of epilepsy: things to note on the protocols, the effects and the mechanisms of action. International Journal of Neuroscience, 1-10.



4. Kononenko N. I. Mechanisms of membrane potential oscillation in bursting neurons on the snail, Helix pomatia //Comparative Biochemistry and Physiology Part A: Physiology. – 1993. – Т. 106. – №. 1. – С. 135-147.



5. Caceres, J. H., Dzhimak, S. S., Semenov, D. A., Drobotenko, M. I., & Nechipurenko, Y. D. (2022). Models of Nerve Impulse Generation and Conduction. Biophysics, 67(4), 582-592.

6. Murugan M., Boison D (2020). Ketogenic diet, neuroprotection, and anti-epileptogenesis. Epilepsy Research. Pub Date: 2020-08-19 , DOI:10.1016/j.eplepsyres.2020.106444