Difúzní parametry mozkové tkáně při ischémii a v průběhu status epilepticus

Abstract

Difúze neuroaktivních látek v CNS je ovlivněna velikostí a geometrickým uspořádáním extracelulárního prostoru (ECP). Prokázali jsme změny difúzních parametrů spolu se změnami extracelulárních koncentrací energetických metabolitů a glutamátu u dvou patologických stavů, u kterých dochází k výrazným změnám ve velikosti ECP - u kombinované hypoxie/ischémie a při status epilepticus (SE). Naše práce ukázala časový průběh změn difúzních parametrů i koncentrací glukózy, laktátu, poměru laktát/pyruvát a glutamátu při hypoxii/ischémii i při následném obnovení krevního zásobení. Zjistili jsme, že časový průběh změn velikosti ECP negativně koreloval se změnami v koncentraci extracelulárního glutamátu. Ukázali jsme, že v důsledku snížení velikosti ECP je druhotně zvýšená koncentrace neurotoxických látek, které spolu se zhoršenou difúzí látek v ECP při cytotoxickém edému zřejmě prohlubují funkční poruchu a následně i strukturální poškození mozku. V modelu pilokarpinem vyvolaného SE naše výsledky detailně ukazují změny velikosti difúzních parametrů, extracelulární koncentrace K+, energetických metabolitů a glutamátu před začátkem, při zahájení i během prvních hodin šíření SE. Ukázali jsme, že zvýšení neuronální aktivity působením pilokarpinu zvýší vyplavování K+ do ECP a vede k zmenšení velikosti ECP. Ukázali jsme, že...

Difusion of neuroactive substances in the extracellular space (ECS) is constrained by two factors: extracellular space volume and geometry. We have shown changes of diffusion parameters and extracellular concentrations of energetic metabolites and glutamate in two pathological states accompanied by significant ECS volume changes - in combined hypoxia/ischemia and in status epilepticus. In the model of hypoxia/ischemia, we have shown time courses of diffusion parameters, concentrations of glucose, lactate, lactate/pyruvate ratio and glutamate during hypoxic/ischemic insult and after reperfusion. The time course of glutamate extracellular concencetration in transient hypoxia/ischemia correlated well with time course of changes in diffusion parameters. The decrease in the ECS volume fraction can therefore contribute to an increased accumulation of toxic metabolites, which may aggravate functional deficits and lead to damage of the central nervous system. In the model of pilocarpine-induced status epilepticus our results show changes in the extracellular space diffusion parameters, K+, energy-related metabolites and glutamate during the initiation and first hours of the propagation. Our results also show that the first minutes after a pilocarpine injection are followed by an increase in extracellular K+ and a...