Krüger, Hagen: Elektrophysiologische Untersuchungen zu Einflüssen von ionotropen Glutamatantagonisten sowie 5-HT1A-Agonisten auf die Kaliumchlorid-induzierte „spreading depression“ im neokortikalen Hirnschnittpräparat der adulten Ratte

Aus dem Institut für Physiologie, Abt. Neurophysiologie,
der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin


DISSERTATION
Elektrophysiologische Untersuchungen zu Einflüssen von ionotropen Glutamatantagonisten sowie 5-HT1A-Agonisten auf die Kaliumchlorid-induzierte „spreading depression“ im neokortikalen Hirnschnittpräparat der adulten Ratte

Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin

von Hagen Krüger,
aus Magdeburg

Dekan: Prof. Dr. med. Dr. h. c. R. Felix

Gutachter:
Prof. Dr. med. U. Heinemann, Berlin
Prof. Dr. rer. nat. H.-J. Luhmann, Düsseldorf
Prof. Dr. med. U. Eysel, Bochum

Datum der Promotion: 17. April 2000

Zusammenfassung

Die kortikale spreading depression (SD), wie sie von Leão 1944 zuerst beschrieben wurde, ist ein elektrophysiologisches Phänomen, das in der Pathophysiologie der Aurasymptomatik einer Migräneattacke und Ischämie-induzierter Zellschäden diskutiert wird. Während der akuten fokalen zerebralen Ischämie treten eine Reihe von Ereignissen wie eine massive Entzündungsreaktion und die allmähliche Einbeziehung einer zunächst viablen ischämischen Randzone - der Penumbra - in das infarzierte Hirngewebe auf. Da an diesen Ereignissen SD-ähnliche Depolarisationen kausal beteiligt sind, ist die pharmakologische Verringerung von SD-Episoden bzw. eine Verkleinerung ihrer Amplitude und Dauer unter in vitro als auch tierexperimentellen in vivo Bedingungen eine mögliche neuroprotektive Strategie.

In der vorliegenden Arbeit wurde ein in vitro Modell beschrieben, das am Hirnschnittpräparat des Neokortex der adulten Ratte eine reproduzierbare Auslösung von SD-Wellen unter normoxischen Bedingungen gestattet. Anhand von charakteristischen elektrophysiologischen Parametern einer SD wie Amplitude, Dauer und Ausbreitungsgeschwindigkeit wurden die gute Übereinstimmungen dieses in vitro Modells mit in vivo Modellen gezeigt. Obwohl SD Wellen am nicht-ischämischen Kortex keine morphologischen Schäden verursachen, zeigte sich in den hier vorgestellten Experimenten eine funktionelle Unterdrückung der GABAergen hemmenden Mechanismen des Neokortex nach repetitiven SDs auch bei ausreichender Energie- und Sauerstoffversorgung. Die hier diskutierten Ergebnisse demonstrierten, daß unter in vitro Bedingungen der AMPA-Glutamatrezeptor für die Auslösung und Ausbreitung einer SD eine untergeordnete Rolle spielt. Demgegenüber erwies sich die NMDA-Rezeptoraktivierung als herausragend für eine SD, da die Blockade dieses Rezeptors mit dem nicht-kompetitiven Antagonisten Ketamin die SD-Amplitude und SD-Dauer signifikant verringerte. Die Anwendung der selektiven 5-HT1A-Agonisten 8-OH-DPAT und BAY x 3702 erwies sich als eine neue Möglichkeit, die Zeitdauer einer SD zu verringern.

Die aufgezeigte SD-induzierte neuronale Hyperexzitabilität kann unter normoxischen Bedingungen zelluläre Dysfunktionen verursachen und auch an einer Generierung der Aura eines Migräneanfalls beteiligt sein. Unter hypoxisch-ischämischen Bedingungen könnte eine SD-induzierte Dysfunktion GABAerger Kontrollmechanismen die Ausweitung ischämischer Zellschäden bewirken.

Die Hoffnungen auf eine effektive Schlaganfalltherapie haben sich mit den bisherigen NMDA- Antagonisten trotz ihrer hier bestätigten guten in vitro Wirksamkeit aufgrund der Interferenz mit physiologischen Glutamatfunktionen im Kortex nicht erfüllt. Die hier gezeigte konzentrationsabhängige Verkürzung der SD-Dauer durch die Aktivierung des 5-HT1A-Serotoninrezeptors unter in vitro Bedingungen kann bei der bekannten hohen 5-HT1A-Rezeptor-mRNA-dichte an besonders ischämievulnerablen Neuronen einen neuen neuroprotektiven Ansatz auch beim Menschen darstellen. Weitere Untersuchungen müssen zeigen, ob die hier beschriebene enge Verflechtung des serotonergen Systems mit der glutamatergen Neurotransmission eventuell auch zu unerwünschte Wirkungen unter in vivo Bedingungen führt.

Schlagwörter:
Spreading depression, Extrazelluläre Messung, GABAerge Hemmung; AMPA-Rezeptorantagonist; NMDA-Rezeptorantagonist; 5-HT1A-Rezeptoragonist; in vitro; Ratte; Migräne; Zerebrale Ischämie

Abstract

Spreading Depression (SD) induced Neocortical Hyperexcitability and Pharmacology of SD in vitro

Repetitive cortical spreading depression (SD) and SD-like events, associated with a massive depolarization of neuronal and glial cells, is thought to play a key role in the induction of neuronal damage in the peri-infarct zone following experimental focal cerebral ischemia. In addition, experimental and clinical data suggest that SD is the underlying mechanism of neurological disturbances during migraine auras as well. However, detailed analyses on the consequences of repetitive SDs on cortical function and involved receptors are lacking.

Using an in vitro rat model of SD I investigated in this thesis the electrophysiological properties of repetitive potassium chloride (KCl)-induced SDs, their influence on synaptic neurotransmission and the effects of ionotropic glutamate antagonists and 5-HT1A agonists in neocortical slices obtained from adult rats. Whereas repetitive SDs revealed only non-significant variations in duration, amplitude and integral when elicited at intervals of 30 min, paired-pulse inhibition of extracellularly recorded field potential responses was significantly affected by repetitive SD even under normoxic conditions. Compared to the control recordings, each SD episode caused a significant decrease in the efficacy of intracortical GABAergic inhibition by approximately 10%. Since excitatory synaptic transmission was unaffected, these data indicate that repetitive SDs cause a selective suppression of GABAergic function even in the non-ischemic brain. None of the compounds tested prevented the SD-induced cortical disinhibition. However, the SD-associated negative shift in the extracellular DC potential was reduced by ketamine, a selective N-methyl-D-aspartic acid (NMDA-) receptor antagonist. Ketamine significantly (p < 0.01) reduced the amplitude of the first SD peak and blocked the second SD peak. Ketamine also decreased the SD duration at half maximal amplitude (p < 0.05). NBQX, a selective Alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) receptor antagonist did not affect the SD-accompanied cortical depolarization, whereas selective 5-hydroxytryptamine (5-HT)1A receptor agonists 8-OH-DPAT and BAY x 3702 shortened concentration-dependently the duration of the SD up to 50 %. Nevertheless, both 5-HT1A receptor agonists caused a strong disinhibition of neuronal function with a tendency towards paired-pulse facilitation as well. Thus, repetitive SD and SD-like events may induce neuronal hyperexcitability due to a selective suppression of intrinsic inhibitory GABAergic function.

Under normoxic conditions, SD-induced disinhibition may be involved in the generation and maintenance of migraine or associated neurological disturbances. Under hypoxic-ischemic conditions, neuronal hyperexcitability may contribute to the gradual expansion of the ischemic core and the metabolic deterioration of the penumbral tissue after SD episodes. This underlines the deleterious effect of SD to the outcome of focal cerebral ischemia. Although the precise mechanisms of SD generation and propagation remains far from established, the present pharmacological profile of KCl-induced SD in vitro links the induction and propagation of SD in rat neocortical slices mainly to a local increase of [K+]e and a subsequent activation of NMDA- receptors. This corroborates the neuroprotective effect of a NMDA- receptor blockade observed in various in vitro and in vivo models. However, as it has been demonstrated in clinical trials, NMDA- receptor antagonists in use today cause psychomimetic and cardiovascular side effects in humans and are therefore currently of low clinical benefit. The activation of 5-HT1A receptors by selective agonists represents a new pharmacological strategy in the treatment of acute ischemic stroke, since shortened SD waves may represent a less energy-consuming process under conditions of limited energy supply and are probably associated with an efflux of excitatory neurotransmitters to a lesser extent. The potential clinical benefit of 5-HT1A receptor agonists remains to be investigated in clinical trials, since systemic administration of these compounds after the onset of acute focal cerebral ischemia might interfere with normal functions of glutamatergic neurotransmission in the intact, non-ischemic brain.

Keywords:
Spreading depression; Cerebral cortex; Extracellular recording; GABAergic inhibition; AMPA receptor antagonist; NMDA- receptor antagonist; 5-HT1A receptor agonist; in vitro; Rat; migraine; Cerebral ischemia


Seiten: [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45 ] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96]

Inhaltsverzeichnis

TitelseiteElektrophysiologische Untersuchungen zu Einflüssen von ionotropen Glutamatantagonisten sowie 5-HT1A-Agonisten auf die Kaliumchlorid-induzierte „spreading depression“ im neokortikalen Hirnschnittpräparat der adulten Ratte
Selbständigkeitserklärung
Danksagung
Abkürzungsverzeichnis Liste der Abkürzungen
1 Einleitung
1.1Pathogenese und Mechanismen der ischämischen Zellschädigung
1.1.1Exzitotoxizität
1.1.2Spreading depression (SD) und Periinfarktdepolarisationen
1.1.3Stickstoffmonoxid (NO) und freie Radikale
1.1.4Mitochondriale Dysfunktion
1.1.5Entzündung und immunologische Faktoren
1.1.6Thrombozyten und Serotonin
1.1.7Genetische Veränderungen
1.1.8Wachstumsfaktoren
1.1.9Apoptose
1.2Spreading depression (SD)
1.3Rezeptoren und Funktion der synaptischen Transmission im Neokortex
1.4Fragestellung
2 MATERIAL und METHODEN
2.1Aufbau des Neokortex
2.2Neokortikale Hirnschnittpräparation
2.3Interface-Meßkammer
2.4Verwendete Testsubstanzen
2.5Elektrophysiologische Ableittechnik
2.5.1Synaptisch-evozierte Feldpotentiale
2.5.2Induktion der Spreading depression (SD)
2.6Untersuchungsparameter und statistische Auswertung
3 Ergebnisse
3.1Funktionelle Eigenschaften der repetitiven spreading depression in vitro
3.1.1Ausbreitungsmuster der spreading depression in vitro
3.1.2Funktionelle Eigenschaften der repetitiven spreading depression
3.2Einfluß der repetitiven SD auf die synaptische Transmission
3.3Pharmakologische Untersuchungen zur Rolle von Glutamatrezeptoren
3.3.1Pharmakologische Blockade des AMPA-Glutamatrezeptors mit NBQX
3.3.2Nicht-kompetitive Blockade des NMDA-Glutamatrezeptors durch Ketamin
3.3.3Gleichzeitige Blockade der NMDA- und AMPA-Glutamatrezeptoren
3.4Pharmakologische Untersuchungen zur Rolle des 5-HT1A-Serotoninrezeptors
3.4.1Effekte von 8-OH-DPAT
3.4.2Effekte von BAY x 3702
4 Diskussion
4.1Spreading depression in vitro und in vivo
4.2Einfluß der repetitiven SD auf die synaptische Transmission
4.3Rolle des AMPA-Glutamatrezeptors
4.4Zur Funktion des NMDA- Glutamatrezeptors
4.5Rolle des 5-HT1A-Serotoninrezeptors
4.6Zum Ausbreitungsmechanismus der spreading depression
5 Zusammenfassung
Bibliographie Literaturverzeichnis
Bibliographie Publikationen
Bibliographie Symposiumsbeiträge

Tabellenverzeichnis

Tab. 1. Tabellarische Darstellung der relativ konstant bleibende SD-Parameter Amplitude (als separat gemessene P1 und P2), Dauer bei halbmaximaler Amplitude und Integral im Verlauf einer repetitiven, 4fachen SD als arithmetischer Mittelwert ± Standardabweichung; Anzahl.
Tab. 2. Verminderung der Doppelpulshemmung der synaptischen Funktion nach 4 SD-Episoden.

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1. Links: T2-gewichtete Magnetresonanztomographie (MRT)-aufnahme einer 45jährigen Frau 8 Stunden nach Einsetzen eines fokalen neurologischen Defizits (rechtsseitige Hemiparese, Dysarthrie). Das von der A. cerebri media versorgte Gebiet der linken Hemisphäre zeigt zu diesem Zeitpunkt mit der verwendeten Aufnahmetechnik nur geringe Signalveränderungen. Rechts: Präsentation des akuten Gefäßverschlusses im Versorgungsgebiet der A. cerebri media 4 Tage nach Beginn der neurologischen Symptomatik mit deutlichen T2-Signalveränderungen in der linken Hemisphäre (aus: www.med.harvard.edu, 1998).
Abb. 2. Typische extrazelluläre elektrophysiologische Veränderungen während einer spreading depression (SD) im Rattenhirn. Die Veränderungen der interstitiellen Ionenkonzentration nach Auslösung einer SD im frontalen Kortex von Natrium (Na+), Kalium (K+), Kalzium (Ca2+) und Wasserstoff (H+) können mit ionenselektiven Elektroden im parietalen Kortex aufgenommen werden. Die Aktivität einer „einzelnen Einheit“ (single unit activity) sowie Änderung des extrazellulären Potentials (Ve; entspricht DC-Potential, siehe Methoden) wird jeweils mit einer einzelnen Mikroelektroden registriert. Beachte die nach transientem Verlöschen der neuronalen Aktivität (unit act.) einsetzende starke Negativierung des extrazellulären DC-Potentials (Ve), die von einem drastischen Anstieg der [K+]e von 3mM auf 50 mM bei gleichzeitigem Abfall der [Na+]e und [Ca2+]e verbunden ist. Aus (Lauritzen, 1994).
Abb. 3. 3A (obere Abb.): Vereinfachtes Schema der afferenten thalamokortikalen, intrakortikalen und efferenten Verbindungen im Neokortex der Ratte. Der adulte Neokortex der Ratte besteht wie der anderer Säugetiere aus 6 horizontalen Zellschichten (dargestellt am linken Bildrand). Schwarze Dreiecke symbolisieren exzitatorische Pyramidenzellen (Transmitter: Glutamat), der schwarze Kreis eine multipolare Sternzelle sowie grau schraffierte Kreise veranschaulichen inhibitorische Interneurone (Transmitter: Gamma-Aminobuttersäure (GABA). (aus Luhmann, 1993).
3B: Neurone mit ihrem Dendritenbaum (4, links) sind von Gliazellen (3, hier nur Astrozyt) und zerebralen Kapillaren (2) umgeben, wobei letztere zusammen mit umschließenden Astrozytenfortsätzen die Blut-Hirn-Schranke („BBB“- blood-brain-barrier) bilden (aus Ganong, 1997). Unter in vitro Bedingungen hat die Blut-Hirn-Schranke keinen Einfluß.
Abb. 4a. Struktur von NBQX
Abb. 4b. Struktur von Ketamin
Abb. 5. Struktur von 8-OH-DPAT
Abb. 6. Struktur von BAY x 3702
Abb. 7. A: Schematische Darstellung eines Rattengehirns, der knöcherne Schädel ist entfernt (A). (A1) Laterale Gesamtansicht. Die vertikale Linie markiert die Schnittebene zur Gewinnung der koronalen Hirnschnitte. (A2) Veranschaulichung der einzelnen Kortexareale eines Koronalschnittes. Fr1 und 3: frontaler Kortex, primäres Motorkortexareal; Fr2: frontaler Kortex, supplementäres Motorkortexareal; HL: hindlimb, sensomotorisches Areal; Par1: parietaler Kortex, primäres somatosensorisches Areal, Par2: parietaler Kortex, sekundäres somatosensorisches Areal. Nach (Mittmann, 1994). Darstellung des Versuchsaufbau im neokortikalen Schnittpräparat des Areals Par1 der Ratte (B). Eine mit aCSF gefüllte extrazelluläre Glaselektrode befindet sich in Schicht II/III. Über eine bipolare Reizelektrode Schicht VI wurden afferente Fasern stimuliert (•), die zu den Neuronen der Schicht II/III projizieren und deren synaptische Feldpotentialantworten registriert. Daran anschließend wurde ein Tropfen aus einer mit 3 M KCl-Lösung gefüllten Glaselektrode ca. 200 µm lateral der aCSF Elektrode auf die Schnittoberfläche appliziert. Dieses Verfahren löst eine typische spreading depression aus. Die eintretende Veränderung des extrazellulären DC-Potentials wurden mit einem XY-Schreiber sowie on-line mit einem Computer aufgezeichnet.
Abb. 8. A: Typischer Verlauf einer KCl-induzierten spreading depression (SD). Die starke Potentialnegativierung entspricht der SD-assoziierten DC-Potentialänderung. Die Pfeile weisen auf die analysierten SD-Parameter: Amplitude (getrennt nach erstem (P1) und ggf. zweitem Maximum (P2), jeweils in mV; Dauer bei halbmaximaler Amplitude in s sowie Integral der SD in mVs.
B: Repräsentatives Beispiel von durch einen elektrischen Doppelreiz ausgelösten Feldpotentialantworten (FP, jeweils in mV). Die Amplitude einer FP-Antwort auf den zweiten Reiz (FP2) ist je nach Interstimulusintervall und Reizintensität deutlich kleiner als die erste FP-Antwort (FP1). Die Effizienz der intrakortikalen GABAergen Inhibition kann aus dem Verhältnis der Hemmung der zweiten Antwort zur ersten Antwort quantifiziert werden (paired-pulse inhibition, [%]). Negative Potentiale in A und B sind jeweils nach unten aufgezeichnet, die Stimulusartefakte wurden entfernt.
Abb. 9. Quantitative Darstellung der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer SD, die sich in mediolateraler Richtung im Neokortex der Ratte entlang von 8 Extrazellulärelektroden ausbreitet (n = 12). Die Geschwindigkeit an jeder Elektrode, die jeweils 0,5 mm von einander entfernt waren, ist als arithmetisches Mittel (schwarzer Punkt) mit dem Standardfehler des Mittelwertes (T-Balken in positiver und negativer Richtung) aufgetragen.
Abb. 10. A: Graphische Darstellung eines typischen Beispiels der mediolateralen Ausbreitung einer KCl-induzierten spreading depression entlang von 8 Extrazellulärelektroden im Neokortex der Ratte. B: Gleiche Registrierung wie in A, hier aber als computergestützte dreidimensionale Rekonstruktion des Ausbreitungsmusters der SD gezeigt.
Abb. 11. Eigenschaften repetitiver SD-Episoden (B, SD1 - SD4) und ihr Einfluß auf orthodrom evozierte Feldpotentialantworten (A, 1 - 4) im somatosensorischen Kortex (Par I) der Ratte. Ca. 5 min vor der extrazellulären Registrierung des DC-Potentials einer durch KCl in Schicht II/III ausgelösten SD (SD1 - SD4) wurde die mit einer orthodromen Doppelpulsstimulation (••, Einzelstimulusdauer 200 µs, Interstimulusintervall 15 - 20 ms) hervorgerufene synaptische Aktivität supragranulärer Schichten als Feldpotentialantworten (A1 - 4) aufgenommen. Die Spuren 1 - 4 unter A sind gemittelte Antworten aus jeweils 12 nacheinander im Abstand von 20 s aufgenommenen extrazellulären Feldpotentialregistrierungen. A1 repräsentiert die Feldpotentialantwort unter Kontrollbedingungen vor der ersten SD (Reihe B SD1). Deutlich erkennbar ist eine Verminderung der Doppelpulshemmung durch die jeweils größer werdende 2. Feldpotentialantwort (A2 - 4) bei etwa gleichbleibender 1. Feldpotentialantwort (A2 - 4) mit steigender Anzahl der SD-Episoden. Die SD-Amplitude, die Dauer der SD bei halbmaximaler Amplitude und das SD-Integral bleiben dabei von SD zu SD etwa konstant (SD1 - SD4). Die Pfeile unter einer SD kennzeichnen die beiden SD-Komponenten (nicht gefüllter Pfeil weist auf P1, gefüllter Pfeil zeigt zu P2).
Abb. 12: Durchschnittliche Amplitude (A), Dauer bei halbmaximaler Amplitude (B) und Integral (C) von vier im Abstand von 30 min ausgelösten SD-Episoden in vitro. P1 und P2 (A) symbolisieren die in Abb. 11 mit weißen bzw. schwarzem Pfeil gekennzeichneten beiden SD-Komponenten. Alle Werte sind als arithmetischer Mittelwert (Säulen) mit jeweiligem Standardfehler des Mittelwertes (T-Balken der Säule) dargestellt; jeweilige Anzahl siehe Text.
Abb. 13. Gleichzeitige Registrierung einer einzelnen KCl-induzierten spreading depression (A) und orthodromer synaptischer Feldpotentialantworten, aufgenommen zu den jeweils markierten Zeitpunkten (1 - 6). Deutlich sichtbar ist die Unterdrückung der exzitatorischen synaptischen Transmission während (2 - 5) und die Rückkehr zur Ausgangsaktivität nach (6) einer spreading depression.
Abb. 14: Die Säulendiagramme zeigen den Einfluß der repetitiven SD auf die synaptische Funktion, dargestellt als arithmetisch gemittelte Werte Amplitude (A) der ersten Feldpotentialantwort (FP1, gestreifte Säule A) und der zweiten Feldpotentialantwort (FP2, schwarze Säule A) vor der entsprechenden SD sowie die daraus errechnete Doppelpulshemmung (B). Als T-Balken ist jeweils der Standardfehler des Mittelwertes aufgetragen. ** kennzeichnet eine signifikante Veränderung p < 0,01 (Wilcoxon-matched-pairs-signed-rank-Test).
Abb. 15. Einfluß des selektiven AMPA-Rezeptorantagonisten NBQX auf die KCl-induzierte spreading depression (SD) (B, 1 - 2) und auf orthodrom evozierte Feldpotentialantworten (A, 1 - 2) in der neokortikalen Hirnschnittpräparation adulter (Alter > 28 Tage) Ratten. 5 min vor der ersten SD (B 1) wurden 12 Feldpotentialantworten auf eine orthodrome Doppelpulsstimulation (••) registriert, die als gemittelte Spur dargestellt ist (A1). Nach dem Auslösen der ersten SD im parietalen Kortex (B1) wurde der ionotrope AMPA-Antagonist NBQX in einer Konzentration von 10 µM in die aCSF-Badlösung gegeben und für die Dauer von 30 min in den Hirnschnitt eingewaschen. Nach Beendigung der Einwaschzeit erfolgten wiederum extrazelluläre Feldpotentialregistrierungen (A2) und es wurde an der gleichen Stelle eine zweite SD (B2) ausgelöst. Deutlich erkennbar ist die fast vollständige Blockierung der synaptischen Übertragung nach NBQX-Applikation, die der AMPA-Rezeptor Blockade zugeschrieben werden kann (A2), und die etwa unveränderte SD-Amplitude, SD-Dauer und SD-Integral unter AMPA-Rezeptor Blockade (B2). Die Pfeile unter der ersten SD (B1) kennzeichnen die beiden SD-Komponenten (nicht gefüllter Pfeil weist auf P1, gefüllter Pfeil zeigt zu P2).
Quantitative Darstellung (n = 13) der durchweg nicht signifikanten Veränderungen als arithmetische Mittelwerte (Säulen) und der dazugehörigen Standardabweichung (T-Balken) der synaptischen Feldpotentialantwort (C), der Doppelpulshemmung der synaptischen Antwort (D), der SD-Amplitude (E, getrennt nach Peak 1 und Peak 2) sowie der SD-Dauer bei halbmaximaler Amplitude (F), jeweils unter Kontrollbedingungen in aCSF (linke Säulen in C, D, E, F) sowie unter AMPA-Rezeptor Blockade mit 10 µM NBQX in der Badlösung (rechte Säulen in C, D, E, F) .
Abb. 16. Dargestellt wird der typische Verlauf der synaptischen Feldantwort auf eine orthodrome Doppelpulsstimulation (••) vor (A1) und ca. 30 min nach (A2) einer SD und Ketaminapplikation. Die SD unter Kontrollbedingungen (B1) wurde durch den Einfluß des NMDA-Rezeptorantagonisten Ketamin nach 30 min Einwaschzeit auf ca. 46 % ihres Integrals reduziert (B 2). Deutlich ist ebenfalls die im Vergleich zu Kontrollbedingungen (Abb. 11 B1, 2) etwa auf 64 % verringerte SD-Amplitude und SD-Dauer unter NMDA-Rezeptorblockade (B2). Die Pfeile unter der ersten SD (B1) kennzeichnen die beiden SD-Komponenten (nicht gefüllter Pfeil weist auf P1, gefüllter Pfeil zeigt zu P2).
Die signifikanten Veränderungen im Säulendiagramm: arithmetische Mittelwerte (Säulen) und die dazugehörigen Standardabweichung (T-Balken) der synaptischen Feldpotentialantwort (n = 12; C), der Doppelpulshemmung der synaptischen Antwort (n = 12; D), der SD-Amplitude (E, getrennt nach Peak 1 [n = 11] und Peak 2 [n = 7]) sowie der SD-Dauer bei halbmaximaler Amplitude (n = 12, F), jeweils unter Kontrollbedingungen in aCSF (linke Säulen in C, D, E, F) sowie unter NMDA-Rezeptorblockade mit 100 µM Ketamin in der Badlösung (rechte Säulen in C, D, E, F). * markiert die Signifikanz p < 0,05, ** stellt eine Signifikanz p < 0,01 dar.
Abb. 17 A, B: Einfluß einer gleichzeitigen Applikation des selektiven AMPA-Rezeptorantagonisten NBQX und des selektiven NMDA-Rezeptorantagonisten Ketamin auf die KCl-induzierte spreading depression (SD) (B, 1 - 2) sowie auf orthodrom evozierte Feldpotentialantworten (A, 1 - 2). Dargestellt wird die vollständige Blockierung der synaptischen Übertragung nach NBQX und Ketamin-Applikation (A2) und die signifikant verminderte SD-Amplitude sowie SD-Dauer bei kombinierter AMPA- und NMDA-Rezeptorblockade (B2). Die Pfeile unter der ersten SD (B1) kennzeichnen die beiden SD- Komponenten (nicht gefüllter Pfeil weist auf P1, gefüllter Pfeil zeigt zu P2).
C-F: Mittelwerte (Säulen) und Standardabweichung (T-Balken) der Veränderungen der synaptischen Antwort (C; n = 9), der Doppelpulshemmung der synaptischen Antwort (D; n = 9), der SD-Amplitude (E, getrennt nach Peak 1 [n = 9] und Peak 2 [n = 7]) sowie der SD-Dauer bei halbmaximaler Amplitude (F, n = 9), jeweils unter Kontrollbedingungen in aCSF (linke Säulen in C, D, E, F) sowie unter AMPA- und NMDA-Rezeptorblockade mit 10 µM NBQX und 100 µM Ketamin in der Badlösung (rechte Säulen in C, D, E, F). * markiert die Signifikanz p < 0,05, **stellt eine Signifikanz p < 0,01 dar.
Abb. 18,19,20. Die Grafiken zeigen die Veränderungen der synaptischen Transmission (jeweils A) als auch der KCl-induzierten spreading depression (SD, jeweils B) durch die Wirkung des 5-HT1A-Agonisten 8-OH-DPAT in unterschiedlichen Konzentrationen ( Abb. 18 : 1 µM; Abb. 19 : 10 µM; Abb. 20 : 100 µM). Unter Badapplikation der genannten Substanz kam es in allen Konzentrationen im Vergleich zu den Kontrollbedingungen zu einer deutlichen Verminderung der intrakortikalen Inhibition (jeweils A2). Dargestellt wird weiterhin die mit steigender Konzentration des 5-HT1A-Agonisten zunehmende Verkürzung der SD-Dauer (jeweils B2). Die Pfeile unter der ersten SD (B1) kennzeichnen die beiden SD-Komponenten (nicht gefüllter Pfeil weist auf P1, gefüllter Pfeil zeigt zu P2).
Quantitative Ergebnisse der Aktivierung des 5-HT1A-Rezeptors unter 8-OH-DPAT-Badapplikation nach 30 min Einwaschen (jeweils C-F). Die Säulen stellen arithmetische Mittelwerte mit dazugehöriger Standardabweichung (T-Balken) in C: der synaptischen Feldpotentialantwort, in D: der Doppelpulshemmung der synaptischen Antwort (jeweils n = 8, n= 9 bzw. n = 9), in E: der SD-Amplitude, getrennt nach Peak 1 (n = 8, n = 9 bzw. n = 9) und Peak 2 (n = 7, n = 7 bzw. n = 6), sowie in F: der SD-Dauer bei halbmaximaler Amplitude (n = 8, n = 9 bzw. n = 9); jeweils unter Kontrollbedingungen in aCSF (linke Säulen in C, D, E, F) sowie mit 1, 10, oder 100 µM 8-OH-DPAT in der Badlösung (rechte Säulen in C, D, E, F) dar. * markiert die Signifikanz p < 0,05, ** stellt eine Signifikanz p < 0,01 dar.
Abb. 21,22,23. In diesen Abbildungen werden die Veränderungen der synaptischen Transmission (jeweils A) als auch die der spreading depression (SD, jeweils B) durch die Wirkung des selektiven 5-HT1A-Agonisten BAY x 3702 in unterschiedlichen Konzentrationen ( Abb. 19 : 1 µM; Abb. 20 : 10 µM; Abb. 21 : 100 µM) dargestellt. Die Applikation der genannten Substanz bewirkte in allen Konzentrationen im Vergleich zu den Kontrollbedingungen eine deutliche Verminderung der intrakortikalen GABAergen Doppelpulshemmung (jeweils A2). Dargestellt wird weiterhin die mit steigender Konzentration des 5-HT1A-Agonisten zunehmende Verkürzung der SD-Dauer (jeweils B2). Die Pfeile unter der ersten SD (B1) kennzeichnen die beiden SD-Komponenten (nicht gefüllter Pfeil weist auf P1, gefüllter Pfeil zeigt zu P2).
In den Diagrammen (jeweils C,D,E,F) werden die quantitativen Ergebnisse der Aktivierung des 5-HT1A-Rezeptors unter BAY x 3702 mit den Ausgangswerten von Kontrollgruppen verglichen. Die Säulen stellen arithmetische Mittelwerte mit dazugehöriger Standardabweichung (T-Balken) dar. In C: der exzitatorischen und inhibitorischen synaptischen Transmission , in D: der Doppelpulshemmung der synaptischen Antwort (jeweils n = 9, n= 8 bzw. n = 10), in E: der SD-Amplitude, getrennt nach Peak 1 (n = 9, n = 8 bzw. n = 10) und Peak 2 (n = 9, n = 5 bzw. n = 5) sowie in F: der SD-Dauer bei halbmaximaler Amplitude(n = 9, n= 8 bzw. n = 10), jeweils unter Kontrollbedingungen in aCSF (linke Säulen in C, D, E, F) sowie mit 1, 10, oder 100 µM BAY x 3702 als Badapplikation (rechte Säulen in C, D, E, F). * markiert die Signifikanz p < 0,05; ** stellt eine Signifikanz p < 0,01 dar (Wilcoxon-matched-pairs-signed-rank-Test).

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