Un attacco si verifica quando una parte del cervello diventa eccessivamente eccitata o quando i nervi nel cervello iniziano a attivarsi insieme in modo anormale. L’attività convulsiva può insorgere in aree del cervello malformate da difetti alla nascita o malattie genetiche o interrotte da infezioni, lesioni, tumori, ictus o ossigenazione inadeguata. La fisiopatologia delle convulsioni deriva da un brusco squilibrio tra le forze che eccitano e inibiscono le cellule nervose in modo tale che le forze eccitatorie abbiano la precedenza. Questo segnale elettrico si diffonde quindi alle cellule cerebrali normali circostanti, che iniziano a sparare di concerto con le cellule anormali. Con convulsioni prolungate o ricorrenti in un breve periodo, il rischio di future crisi aumenta quando si verificano la morte delle cellule nervose, la formazione di tessuto cicatriziale e la germinazione di nuovi assoni.
Le cellule nervose tra le scariche normalmente hanno una carica negativa internamente a causa del pompaggio attivo di ioni sodio caricati positivamente fuori dalla cellula. Lo scarico o l’attivazione della cellula nervosa comporta un’improvvisa fluttuazione della carica negativa in una carica positiva poiché i canali di ioni nella cellula si aprono e gli ioni positivi, come sodio, potassio e calcio, fluiscono nella cellula. Entrambi i meccanismi di controllo eccitatorio e inibitorio agiscono per consentire un’attivazione appropriata e prevenire l’eccitazione inappropriata della cellula. La fisiopatologia delle convulsioni può verificarsi a causa dell’aumento dell’eccitazione della cellula nervosa, della diminuzione dell’inibizione della cellula nervosa o di una combinazione di entrambe le influenze.
Normalmente, dopo l’attivazione di una cellula nervosa, le influenze inibitorie impediscono una seconda attivazione del neurone fino a quando la carica interna del neurone non ritorna al suo stato di riposo. L’acido gamma-amino-butirrico (GABA) è il principale inibitore chimico nel cervello. Il GABA apre canali affinché gli ioni cloruro carichi negativamente si riversino nel neurone eccitato, il che riduce la carica interna e impedisce una seconda attivazione della cellula nervosa. La maggior parte dei farmaci antiepilettici riduce la fisiopatologia delle convulsioni aumentando la frequenza delle aperture dei canali del cloro o aumentando la durata durante la quale i canali sono aperti. Quando c’è un’interruzione nelle cellule che emettono GABA o nei siti recettori per GABA, c’è un fallimento dei canali del cloro per aprire e temperare l’eccitabilità della cellula nervosa.
Altrettanto significativi per la fisiopatologia delle convulsioni sono i meccanismi che portano ad un aumento dell’eccitazione dei neuroni. Il glutammato è il principale mediatore chimico eccitatorio nel cervello, che si lega ai recettori che aprono canali per sodio, potassio e calcio nella cellula. Alcune forme ereditarie di convulsioni comportano una predilezione per l’attivazione eccessivamente frequente o prolungata dei recettori del glutammato, aumentando l’eccitabilità del cervello e la prospettiva di attività convulsive. Inoltre, la diffusione contigua dell’attività elettrica lungo parti stratificate del cervello può avvenire da cellula a cellula, una forma di propagazione non chimica che non è soggetta a regolazione da parte di meccanismi inibitori.
I trattamenti per la fisiopatologia delle convulsioni mirano non solo alle anomalie molecolari che coinvolgono i canali ionici nelle cellule nervose, ma anche alla diffusione non chimica dell’eccitazione nel cervello. Le benzodiazepine, come il Valium, e i barbiturici, come il fenobarbital, agiscono per aprire i canali inibitori del cloro. La fenitoina o Dilantin previene l’attivazione ripetitiva dei neuroni chiudendo i canali del sodio nelle cellule nervose. In situazioni con crisi ricorrenti mal gestite, l’alotano può impedire la trasmissione non chimica degli impulsi nervosi. Inoltre, l’insulina e gli steroidi modificano la funzione dei recettori del glutammato, sopprimendo l’eccitabilità del cervello.