Extracellular space diffusion parameters and metabolism in the rat somatosrensory cortex during recovery from trabsient global ischemia and hypoxia

Abstract

Extrakelulární prostor (ECS) mozku představuje mikroprostředí nervových buněk a umožňuje difuzi neuroaktivních látek mezi neurony, axony a gliemi. Změny difuzních parametrů ECS během ischemie jsou dobře známé, ale informace o změnách difuze v ECS a o koncentracích metabolitů souvisejících s energií v období po ischemii a hypoxii jsou nedostatečné. Postischemické a posthypoxické změny difuze byly studovány v somatosenzorické kůře potkanů v různých experimentálních modelech hypoxie/ischemického poškození. Přechodná globální hypoxie v délce 30 minut byla u dospělých samců potkanů Wistar navozená snížením koncentrace kyslíku ve vdechovaném vzduchu na 6 % O₂ v dusíku. Přechodná ischemie byla navozená jednostranným uzávěrem společné karotidy po dobu 30 minut, nebo oboustranným uzávěrem po dobu 10 či 15 minut, doprovázeným ventilací se 6 % O₂ v dusíku. V modelu se zvýšenou spotřebou kyslíku byla vyvolána záchvatová aktivita injekcí pilokarpinu. Objemová frakce ECS (α) a tortuozita (λ) byly určeny metodou iontoforézy v reálném čase. Intracerebrální mikrodialýza byla použita k monitorování změn v koncentracích energetických metabolitů: laktátu, pyruvátu, glukózy a glutamátu. Difuzně vážené magnetické rezonance (DW-MRI) byly využity k určení zdánlivého difuzního koeficientu vody (ADCw) v tkáni.

The extracellular space (ECS) of the brain represents the microenvironment of nerve cells and enables the diffusion of neuroactive substances among neurons, axons and glia. Changes in the ECS diffusion parameters during ischemia are well known, but information about changes in ECS diffusion and energy-related metabolite concentrations in the postischemic and posthypoxic periods is insufficient. Postischemic and posthypoxic diffusion changes were studied in the rat somatosensory cortex in different experimental hypoxiaJischemia models. Transient global hypoxia of 30 minutes duration was induced in adult male Wistar-rats by reducing inspired oxygen to 6% O2 in nitrogen. Transient ischemia was induced by unilateral common carotid artery clamping for 30 minutes or by bilateral clamping for 10 or 15 minutes and concomitant ventilation with 6% O2 in nitrogen. In a model of elevated oxygen consumption, seizure activity was evoked by an injection of pilocarpine. ECS volume fraction (ex) and tortuosity (A) were determined by the real-time iontophoretic method. Intracerebral microdialysis was utilized to monitor changes in the energyrelated metabolites lactate, pyruvate, glucose and glutamate. Diffusionweighted magnetic resonance imaging (DW-MRI) was used to determine the apparent diffusion coefficient of water...