Rhythmogenese epileptischer Aktivität

Summary

During epileptic activity there is an augmentation of glutamatergic and cholinergic neurotransmission. For this reason, it was tested, whether an increased activation of glutamate- or acetylcholine-receptors influences the rhythm of epileptic discharges.

The experiments were performed on hippocampal slices of guinea pigs. Epileptiform field potentials (EFP) were induced by administration of the GABA_A-receptor antagonist bicuculline and by omission of magnesium from the bath solution. The glutamate-subreceptor agonists N-methyl-D-aspartate (NMDA) and α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) as well as acetylcholine were applied by pressure or iontophoresis into the stratum pyramidale and stratum lacunosum-moleculare of the CA3- and CA1-region. The application of NMDA and AMPA induced transient increases in the repetition rate of EFP, which could be followed by a suppression of EFP. The probability to evoke such changes in rhythm of EFP was the highest with application into the stratum lacunosum-moleculare of the CA3-region, followed by the stratum pyramidale of the same region. Only in rare cases such phenomena could be elicited in the CA1-region. The changes in rhythm of EFP did not correlate with changes in extracellular calcium concentration, as was measured by calcium-selective microelectrodes. However, they depended on the size of the neuronal network, thus, they could not be induced in thin slices. In contrast to the effects obtained by NMDA and AMPA, the application of actylcholine mainly induced increases in the repetition rate of EFP with application into the stratum pyramidale of the CA3-region. These increases were often preceeded by a suppression of EFP. The application of actylcholine into the stratum lacunosum-moleculare of the CA3-region evoked sole suppressions of EFP in one half of the slices and combinations of increases and decreases of discharge frequencies in the remainder.

As a whole, the results show that increases in glutamatergic and cholinergic neurotransmission in special neuronal networks can induce modulations of the rhythm of epileptic discharges.

Zusammenfassung

Während epileptischer Aktivität kommt es zu Erhöhungen der glutamatergen und cholinergen Transmission. Aus diesem Grunde wurde untersucht, welchen Einfluß eine verstärkte Aktivierung glutamaterger oder cholinerger Transmitter-Rezeptoren auf die Rhythmogenese epileptischer Entladungen hat.

Die Experimente wurden an Hippokampus-Schnittpräparaten von Meerschweinchen durchgeführt. Epileptiforme Feldpotentiale wurden durch Gabe des GABA_A-Rezeptorantagonisten Bicucullin und durch Entzug der Magnesiumionen aus dem Superfusat induziert. Die Glutamat-Subrezeptoragonisten N-Methyl-D-Aspartat (NMDA) und α-Amino-3-Hydroxy-5-Methyl-4-Isoxazol-propionat (AMPA) sowie Azetylcholin wurden durch Druck oder Iontophorese im Stratum pyramidale und Stratum lacunosum-moleculare der CA3- und CA1 -Region appliziert. Die Applikation von NMDA und AMPA induzierte gleichermaßen transiente Erhöhungen der Wiederholungsrate der epileptiformen Feldpotentiale, die von einer vorübergehenden Unterdrückung gefolgt sein konnten. Die Wahrscheinlichkeit, Rhythmusänderungen hervorzurufen, war im Stratum lacunosum-moleculare der CA3-Region am höchsten, gefolgt vom Stratum pyramidale dieser Region. Nur in Ausnahmefällen konnten Rhythmusänderungen in der CA1-Region ausgelöst werden. Die Änderungen im Rhythmus der epileptiformen Feldpotentiale korrelierten nicht mit Verschiebungen der extrazellulären Kalziumionenkonzentration. Die induzierten Rhythmusänderungen waren jedoch abhängig von der Ausdehnung des neuronalen Netzwerkes. Dementsprechend konnten sie in dünnen Schnittpräparaten nicht ausgelöst werden. Im Gegensatz zu den mit NMDA und AMPA erhobenen Befunden induzierte Azetylcholin bevorzugt bei Applikation im Stratum pyramidale der CA3-Region Steigerungen der Wiederholungsrate der epileptiformen Feldpotentiale, denen jedoch in vielen Fällen eine Unterdrückung vorausging. Die Applikation von Azetylcholin im Stratum lacunosum-moleculare der CA3-Region führte in einigen Schnittpräparaten zu Unterdrückungen der epileptiformen Feldpotentiale und in anderen zu Kombinationen aus Verminderungen und Steigerungen der Wiederholungsrate der epileptiformen Feldpotentiale.

Insgesamt zeigen die Befunde, daß Erhöhungen der glutamatergen und cholinergen Neurotransmission in umschriebenen neuronalen Netzwerken Modulationen epileptischer Aktivität bewirken können.

Key words:

Epilepsy - N-methyl-D-aspartate (NMDA) - α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) - Acetylcholine - Bicuculline