Effekte von Barium auf reizinduzierte Änderungen der extrazellulären Kaliumkonzentration im Hippocampus der Ratte in verschiedenen Modellen der Temporallappenepilepsie

Abstract

Epilepsien sind häufig mit einer Astrozytenaktivierung verbunden, die möglicherweise mit Veränderungen der Pufferfunktion für Kalium verbunden ist. Normale Astrozyten besitzen eine hohe Kaliumleitfähigkeit, sind räumlich ausgedehnt und durch Connexine zu einem Synzytium verbunden. Eine lokale Kaliumakkumulation bewirkt eine Depolarisation der Astrozyten, die allerdings lokal kleiner ausfällt, als aufgrund der Kaliumakkumulation zu erwarten wäre. Dies beruht auf einer Ladungsverschiebung innerhalb des glialen Netzwerkes. An entfernten Orten ist dadurch die Depolarisation größer. Diese Ungleichgewichte bedingen Kaliumaufnahme in Astrozyten am Ort maximaler Kaliumakkumulation und Abgabe von Kalium an entfernten Orten. Die Pufferung soll über KIR4.1- und 2P- Leckkaliumkanäle erfolgen. Diese sind durch Barium blockierbar. Es bot sich deshalb an, den Effekt von Barium auf reizinduzierte Anstiege der Kaliumkonzentration zu ermitteln. Um eine möglichst geringe Kontamination durch synaptische Potenziale zu erreichen, wurden Pyramidenzellen der Area CA1 aus dem Alveus aktiviert. Die Gabe von Glutamatrezeptorblockern reduzierte die Amplitude der Kaliumsignale, veränderte aber die laminare Verteilung der Kaliumsignale, die mit ionenselektiven Mikroelektroden erfasst wurden, nicht qualitativ. Die Gabe von Barium vergrößerte die Kaliumsignale, ohne das laminare Profil qualitativ zu verändern. Diese Zunahme ist teilweise auf eine Zunahme der reizinduzierten Signale zurückzuführen. Der Kaliumeinstrom am Ort maximaler Kaliumakkumulation ist mit der Generierung negativer Feldpotenziale verbunden. Deshalb wurden die laminaren Profile der Feldpotenziale bestimmt und daraus die Verteilung der Stromsenken und Stromquellen errechnet. Im Stratum pyramidale am Ort der maximalen Kaliumakkumulation war eine große Stromsenke zu beobachten, die durch Bariumapplikation in eine Stromquelle umgewandelt wurde. Der Bariumeffekt auf Kaliumsignale blieb im Gewebe von chronisch epileptischen Tieren mit einer durch einen Status epilepticus ausgelösten Hippocampussklerose aus. Auch die Feldpotenziale waren deutlich kleiner, die Stromsenke kehrte aber nach Bariumapplikation wie an Normaltieren auch in eine Quelle um. In einem zweiten Modell der Temporallappenepilepsie, dem Kindlingmodell, bei dem keine Astrozytose und Astrozytenaktivierung beschrieben war, hatte Barium die gleichen Effekte wie an Normaltieren. Die Daten weisen darauf hin, dass Astrozytenaktivierung die Kaliumakkumulation begünstigen und damit zu einer erleichterten Anfallsentstehung beitragen kann.

Epilepsies are frequently associated with activation of astrocytes which might be related to changes in the capacity of astrocytes to buffer extracellular potassium concentration changes. Normal astrocytes express high K+ conductance, are spatially extended and coupled to a syncytium by connexins. Local K+ accumulation causes depolarisation of astrocytes, which is smaller than expected from the local K accumulation. This is due to charge transfer within the astrocytic syncytium. At remote sites the depolarisation is larger than expected from local K+ accumulation. These disbalances cause K+ transport into astrocytes at sites of maximal K+ accumulation and K+ release at remote sites. K+ buffering is assumed to depend on KIR and 2 P domain potassium leak channels. These are blockable by barium. It was therefore of interest to determine effects of barium on stimulus induced potassium signals. To reduce contamination by synaptic potentials CA1 pyramidal cells were activated by alvear stimulation. Application of glutamate receptor blockers reduced amplitudes of K+ signals but did not affect laminar distributions of K+ signals measured with ion selective microlectrodes. Application of Ba2+ increased K+ signals without a qualitative change in laminar profiles of K+ signals. This is partially due to an increase in neuronal excitability. K+ entry into glia at sites of maximal K+ accumulation is associated with generation of negative field potentials. Therefore laminar profiles of field potentials were measured and the distribution of current sinks and sources determined. In stratum pyramidale at the site of maximal K+ accumulation a large current sink was found which was changed into a current source by Ba2+. The Ba2+ effect was strongly reduced in tissue from chronically epileptic animals in which epilepsy and hippocampal sclerosis was induced by a pilocarpine dependent status epilepticus. Also field potentials were smaller but as in normal animals could be converted from sinks in stratum pyramidale to a source in this layer. In a second model of chronic TLE without hippocampal sclerosis and astrocyte activation – the kindling epilepsy model – Ba2+ had very similar effects as in control animals. These data indicate that astrocyte activation leads to enhanced K+ accumulation and thereby might favour ictogenesis.