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 0 2 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 O 2 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 M 1 ) that rather abruptly slowed (to slope M 2 ) after 2 to 5 sec and then often increased to the original rate. Both M, and M 2 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 (M 1 ) 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 O 2 ‐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. RÉSUMÉ Les modifications de la concentration corticate du K+, de la fluorescence de la NADH et de la consommation d'oxygène ont étéétudiées au cours de crises épileptiques au pentylenététrazol chez les chats anesthésiés. Les variations de ces paramètres au cours de L';ischdmie partielle induite par 1'hypotension ou par 1'occlusion intermittente de la carotide ont été mesurges. Les crises non ischémiques sont caractérisées par la diminution progressive et généralisée da la fluorescence corticale de la NADH et par L';augmentation de la consommation d'oxygène, en même 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 décharge critique. Les crises ischémiques par contre s'accompagnent de modifications complexes de la fluorescence de la NADH, de petits retards dans L';élévation maximale de la consommation d'02 qui se prolonge au delà 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+ après la fin des crises, aussi bien chez les animaux non‐ischémiés que chez ceux modérément ischémtés, ne se présente pas comme une fonction monoexponentielle: les courbes de In Δ [K+] 0 en fonction du temps ont une pente initiale linéaire (ml) qui s'infléchit de façon assez abrupte (m2) au bout de 2 à 5 secondes, et retourne alors souvent aun niveau de départ. M1 et M2 sont toutes deux diminuées de facon proportionnelle par L';ischémic. De plus la rapidité du rétablissement de la concentration en K+ peut étre ralentie par L';ischémie aigüe induite soit durant L';activité critique soit après la fin de celle ci. Le taux initial de la diminution post‐critique de la concentration en K+ (ml) s'est avéréêtre lié de façon linéaire et inverse au niveau de fluorescence de la NADH corticate lors de la terminaison de la crise. Les résultats de ce travail suggèrent qu'un mécanisme de transport 02‐dépendant joue un rôle essentiel dans le replacement de la concentration en K+ pendant et après la fin de crises généralisées au pentylenététrazol chez le chat. RESUMEN Se han estudiado. los cambios de [K + ] 0 NADH fluorescencia y consumo de oxígeno en la corteza de gatos anestesiados durante ataques de pentilentet‐razol. Se investigaron los efectos que la isquemia parcial inducida por hipotensión arterial o por oclusión intermitente de la carótida produce sobre los parámetros mencionados. Los ataques no isquémicos se caracterizaron por una reducción gradual y gen‐eralizada de la NADH fluorescencia cortical y un aumento del consumo del O 2 a la vez que se resgistraba un rápido aumento de [K + ] 0 el cual se redujo ligeramente a medida que la descarga ictal continuaba. Por otro lado, los ataques isquémicos se acompañaron de cambios complejos en la NADH fluorescencia, de aumentos más reducidos y retrasados del consumo de O 2 que sobrepasaron el final de la actividad, ictal y de aumento más persistentes del [K + ] 0 . La caida del [K + ] 0 tras la terminación de los ataques en los animates no isquémicos y en los moderadamente isquémicos no fue una función monoexponencial: los diagramas de In Δ [K + ] 0 en función del tiempo mostraron una caida linear inicial (de inclinación m,) que se lentificó de modo bastante brusco (a inclinación m 2 ) a los 2–5 segundos para después, frecuentemente, aumentar a su proporción original. Ambas m 1 y m 2 estaban pro‐porcionalmente reducidas en la izquemia. Ademas, el ritmo de extracción del [K + ] 0 podía lentificarse medi‐ante la isquemia aguda inducida ya sea durante la actividad ictal o tras su finalización. El ritmo de extracción inicial (m 1 ) del [K*] 0 postictal mostró una relación linear e inversa al nivel de la NADH fluorescencia cortical en el momento de la terminación del ataque. Los resultados de este estudio sugieren que un mecanismo de transporte dependiente del 0 2 juega un papel importante en la extractión del [K + ] 0 durante y tras la terminación de los ataques generalizados pro‐vocados por el pentilentetrazol en el gato. ZUSAMMENFASSUNG Die Änderungen im extracellulären K + 0 , der NADH‐Fluoreszenz sowie des Sauerstoffverbrauchs wurden bei anästhesierten Katzen währedn Pentylenététrazol‐Anfällen untersucht. Es wurden die Wirkungen einer partiellen Ischämie durch Hypotension oder intermittierenden Carotisverschluß auf diese Paramétér beobachtet. Nicht‐ischämische Anfälle waren charakterisiert durch stufenweise generelle Abnahme der kortikalen NADH‐Fluoreszenz, durch Zunahme des O 2 ‐V erbrauchs sowie durch raschen Anstieg von K + 0 , das bei anhaltendem Abfall langsam wieder abnahm. Dagegen waren ischämische Anfälle von komplexen Änderungen der NADH‐Fluoreszenz begleitet, einem geringen und verzögerten O 2 ‐Verbrauch, der bis nach Beendigung der Krampfak‐tivität anhielt, sowie durch längerdauernden K + 0 ‐Anstieg. Der Abfall von K + 0 , nach Beendigung der Anfälle war sowohl bei nicht‐ischämischen als auch bei mäfßg ischämischen Tieren keine monoexponentielle Funktion: Diagramme von In (K + ) 0 gegen die Zeit zeigten anfänglich einen linearen Abfall (Steigung m 1 ) der nach 2–5 sec. Plötzlich langsamer wurde (m 2 ) und häufig wieder die ursprüngliche Steigung annahm. Sowohl m 1 als auch m 2 wurden proportional durch Ischämie herabgesetzt. Die Geschwindigkeit der K + 0 ‐ Beseitigung wurde durch akute Ischämie herabgesetzt, ob diese während oder nach Beendigung des Krampfes herbeigeführt wurde. Die Anfangssteigerung der postiktalen K + 0 ‐Beseitigung (m 1 ) war linear und umgekehrt zum Spiegel der cortikalen NADH‐Fluoreszenz zum Zeitpunkt der Anfallsbeendigung korreliert. Die Ergebnisse dieser Arbei hypothesieren einen sauerstoffabhängigen Transportmechanismus bei der Beseitigung von K + 0 während und nach Beendigung von generalisierten Pentylentetrazol‐Anfällen bei der Katze.