Effects of Ischemia on the Removal of Extracellular Potassium in Cat Cortex during Pentylenététrazol Seizures

Summary: Changes in cortical extracellular potassium activity ([K+]o), NADH fluorescence, and oxygen consumption were studied in anesthetized cats during pentylenetetrazol seizures. The effects of partial ischemia induced by either hypotension or intermittent carotid artery occlusion on these parameters were investigated. Nonischemic seizures were characterized by gradual generalized decreases in cortical NADH fluorescence and increases in 02 consumption, along with rapid increases in [K+]0, which then usually fell slightly as the ictal discharge continued. Ischemic seizures, on the other hand, were accompanied by complex changes in NADH fluorescence, by smaller delayed maximal increases in O2 consumption that lasted beyond the end of ictal activity, and by more sustained increases in [K+]0. The decay of [K+]0 after the termination of seizures in both nonischemic and moderately ischemic animals was not a monoexponential function: plots of lnΔ[K+]0 versus time showed an initial linear decline (of slope M1) that rather abruptly slowed (to slope M2) after 2 to 5 sec and then often increased to the original rate. Both M, and M2 were proportionately decreased by ischemia. In addition, the rate of [K+]0 removal could be slowed by acute ischemia induced either during or after the end of ictal activity. The initial rate of postictal [K+]0 removal (M1) was found to be linearly and inversely related to the level of cortical NADH fluorescence at the time of seizure termination. The results of this study suggest that an O2-dependent transport mechanism plays a major role in the removal of [K+]0 during and following the termination of generalized pentylenetetrazol seizures in the cat. RESUME Les modifications de la concentration corticate du K+, de la fluorescence de la NADH et de la consommation d'oxygene ont eteetudiees au cours de crises epileptiques au pentylenetetrazol chez les chats anesthesies. Les variations de ces parametres au cours de L';ischdmie partielle induite par 1'hypotension ou par 1'occlusion intermittente de la carotide ont ete mesurges. Les crises non ischemiques sont caracterisees par la diminution progressive et generalisee da la fluorescence corticale de la NADH et par L';augmentation de la consommation d'oxygene, en meme temps que par une augmentation rapide de la concentration en K+ qui par la suite diminue habituellement un peu lors de la prolongation de la decharge critique. Les crises ischemiques par contre s'accompagnent de modifications complexes de la fluorescence de la NADH, de petits retards dans L';elevation maximale de la consommation d'02 qui se prolonge au dela de la fin de la crise, et par une augmentation plus impor-tante de la concentration en K+. La diminution de la concentration en K+ apres la fin des crises, aussi bien chez les animaux non-ischemies que chez ceux moderement ischemtes, ne se presente pas comme une fonction monoexponentielle: les courbes de In Δ [K+]0 en fonction du temps ont une pente initiale lineaire (ml) qui s'inflechit de facon assez abrupte (m2) au bout de 2 a 5 secondes, et retourne alors souvent aun niveau de depart. M1 et M2 sont toutes deux diminuees de facon proportionnelle par L';ischemic. De plus la rapidite du retablissement de la concentration en K+ peut etre ralentie par L';ischemie aigue induite soit durant L';activite critique soit apres la fin de celle ci. Le taux initial de la diminution post-critique de la concentration en K+ (ml) s'est avereetre lie de facon lineaire et inverse au niveau de fluorescence de la NADH corticate lors de la terminaison de la crise. Les resultats de ce travail suggerent qu'un mecanisme de transport 02-dependant joue un role essentiel dans le replacement de la concentration en K+ pendant et apres la fin de crises generalisees au pentylenetetrazol chez le chat. RESUMEN Se han estudiado. los cambios de [K+]0 NADH fluorescencia y consumo de oxigeno en la corteza de gatos anestesiados durante ataques de pentilentet-razol. Se investigaron los efectos que la isquemia parcial inducida por hipotension arterial o por oclusion intermitente de la carotida produce sobre los parametros mencionados. Los ataques no isquemicos se caracterizaron por una reduccion gradual y gen-eralizada de la NADH fluorescencia cortical y un aumento del consumo del O2 a la vez que se resgistraba un rapido aumento de [K+]0 el cual se redujo ligeramente a medida que la descarga ictal continuaba. Por otro lado, los ataques isquemicos se acompanaron de cambios complejos en la NADH fluorescencia, de aumentos mas reducidos y retrasados del consumo de O2 que sobrepasaron el final de la actividad, ictal y de aumento mas persistentes del [K+]0. La caida del [K+]0 tras la terminacion de los ataques en los animates no isquemicos y en los moderadamente isquemicos no fue una funcion monoexponencial: los diagramas de In Δ [K+]0 en funcion del tiempo mostraron una caida linear inicial (de inclinacion m,) que se lentifico de modo bastante brusco (a inclinacion m2) a los 2–5 segundos para despues, frecuentemente, aumentar a su proporcion original. Ambas m1 y m2 estaban pro-porcionalmente reducidas en la izquemia. Ademas, el ritmo de extraccion del [K+]0 podia lentificarse medi-ante la isquemia aguda inducida ya sea durante la actividad ictal o tras su finalizacion. El ritmo de extraccion inicial (m1) del [K*]0 postictal mostro una relacion linear e inversa al nivel de la NADH fluorescencia cortical en el momento de la terminacion del ataque. Los resultados de este estudio sugieren que un mecanismo de transporte dependiente del 02 juega un papel importante en la extraction del [K+]0 durante y tras la terminacion de los ataques generalizados pro-vocados por el pentilentetrazol en el gato. ZUSAMMENFASSUNG Die Anderungen im extracellularen K+0, der NADH-Fluoreszenz sowie des Sauerstoffverbrauchs wurden bei anasthesierten Katzen wahredn Pentylenetetrazol-Anfallen untersucht. Es wurden die Wirkungen einer partiellen Ischamie durch Hypotension oder intermittierenden Carotisverschlus auf diese Parameter beobachtet. Nicht-ischamische Anfalle waren charakterisiert durch stufenweise generelle Abnahme der kortikalen NADH-Fluoreszenz, durch Zunahme des O2-V erbrauchs sowie durch raschen Anstieg von K+0, das bei anhaltendem Abfall langsam wieder abnahm. Dagegen waren ischamische Anfalle von komplexen Anderungen der NADH-Fluoreszenz begleitet, einem geringen und verzogerten O2-Verbrauch, der bis nach Beendigung der Krampfak-tivitat anhielt, sowie durch langerdauernden K+0-Anstieg. Der Abfall von K+0, nach Beendigung der Anfalle war sowohl bei nicht-ischamischen als auch bei mafsg ischamischen Tieren keine monoexponentielle Funktion: Diagramme von In (K+)0 gegen die Zeit zeigten anfanglich einen linearen Abfall (Steigung m1) der nach 2–5 sec. Plotzlich langsamer wurde (m2) und haufig wieder die ursprungliche Steigung annahm. Sowohl m1 als auch m2 wurden proportional durch Ischamie herabgesetzt. Die Geschwindigkeit der K+0-Beseitigung wurde durch akute Ischamie herabgesetzt, ob diese wahrend oder nach Beendigung des Krampfes herbeigefuhrt wurde. Die Anfangssteigerung der postiktalen K+0-Beseitigung (m1) war linear und umgekehrt zum Spiegel der cortikalen NADH-Fluoreszenz zum Zeitpunkt der Anfallsbeendigung korreliert. Die Ergebnisse dieser Arbei hypothesieren einen sauerstoffabhangigen Transportmechanismus bei der Beseitigung von K+0 wahrend und nach Beendigung von generalisierten Pentylentetrazol-Anfallen bei der Katze.