Increased Cerebrovascular Permeability to Protein During Systemic Kainic Acid Seizures

Summary: Cerebrovascular permeability to protein (CVP-p) was assessed during limbic seizures by injecting unrestrained rats intraperitoneally with kainic acid followed by intravenous horseradish peroxidase (HRP); animals survived approximately 1 h after seizure onset. Brains were processed for the blue HRP reaction product followed by light microscopic examination of sequential sagittal sections. In all cases kainate-induced seizures caused increased CVP-p within the thalamus, temporal hippocampal formation, and neocortex. Somewhat less frequently other limbic structures and the striatum were HRP-positive. A lamina-specific extravasation occurred in the dorsal hippocampus; reaction product occupied the mossy fiber zone of field CA3, a likely focus of kainate action. Extravasation of HRP also occurred within, or juxtaposed to, certain myelinated fiber bundles. Brains from animals treated as blanks (kainate but no HRP) were devoid of peroxidase activity, and in nonseizing animals HRP gained access only to circumventricular organs. Although regions of increased CVP-p partially covary with areas of increased electrical activity and glucose metabolism, neuronal activation occurs over a much greater volume of brain tissue than does CVP-p. A close relationship may exist between these circumscribed areas of protein extravasation and seizure foci. Both vasogenic and cytotoxic edema appear to be simultaneously present during kainate seizures. RESUME La permeabilite cerebro-vasculaire aux proteines (CVP-p) a eteetudiee pendant les crises limbiques provoquees par Ľinjec-tion sur des rats en liberteďacide kainique (ip) suivie de Ľin-jection de peroxydase du raifort (HPR, iv). Les animaux survi-vaient environ une heure apres le debut des crises. Les cerveaux ont eteetudies pour la reaction de la peroxydase suivie par Ľexamen au microscope optique de coupes sagittales seriees. Dans tous les cas, les crises induites par Ľacide kainique prov-oquaient une augmentation du CVP-p. dans le thalamus, la formation hippocampique temporale et le neocortex. Moins frequemment les autres structures limbiques et le striatum etaient HPR positives. Une extravasation specifique laminaire se pro-duisait dans Ľhippocampe dorsal. Le produit de reaction occu-pait les fibres moussues. du champ CA3, foyer probable de Taction de Ľacide kainique. Ľextravasation de HPR se produisait aussi, aĽinterieur de (ou juxtaposeea) certains faisceaux de fibres myelinisees. Le cerveau des animaux traites comme temoins (avec kainate mais sans HPR) etait indemme ďactivite peroxydase et chez les animaux n'ayant pas/cude crises, ĽHPR n'avait acces qu'aux organes periventriculaires. Quoique les regions ou la CVP-p. etait augmentee se recouvraient partiellement avec celles ouĽactiviteelectrique et le metabolisme du glucose etaient augmentes, Ľactivation neuronale se produisait sur un beaucoup plus grand volume de tissu cerebral que la CVP-p. Une relation etroite peut exister entre des zones circonscrites ďextravasation proteique et les foyers critiques. Un oedeme a la fois cytotoxique et vasogenique parait etre present simultanement pendant les crises kainiques. RESUMEN Mediante la inyeccion intraperitoneal de acido kainico, se-guida de inyeccion intravenosa de peroxidasa de rabano (HRP), a ratas en liberated, se ha determinado la permeabilidad cerebrovascular a las proteinas (CVP-p) durante ataques limbicos; los animales sobrevivieron aproximadamente una hora de! comienzo de los ataques. Los cerebros se procesaron para productos de la reaccion azul de la HRP seguida de un examen bajo mi-croscopio de luz de secciones sagitales secuenciales. En todos los casos, los ataques inducidos por el kainato aumentaron la VP-p en el talamo, la formacion temporal del hipocampo y el neocortex. Algo menos frecuentemente, otras estructuras limbicas y del estriados fueron HRP-positivas. Se observo una extravasacion lamina-especifica en el hipocampo dorsal: una reaccion ocupo la zona de fibras musgosas del campo CA3, un apro-piado foco de accion del kainato. La extravasacion de la HRP tambien se observo en ciertas cintillas de fibras mielinizadas o en su vecindad. Los cerebros de los animales tratados con kainato, pero no con HRP, estaban deprivados de actividad de peroxidasa y, en animales sin ataques, la HRP alcanzo solo los organos circunventriculares. A pesar de que las regiones con incremento de CVP-p coverian parcialmente con respecto a areas con actividad electrica y metabolismo de la glucosa au-mentados, la activacion neuronal se presenta sobre un volumen de tejido cerebral mucho mayor que lo hace la CVP-p. Se puede aceptar la existencia una estrecha relacion entre estas areas cir-cunscritas de extravasacion proteica y los focos de ataques. Los dos tipos de edema, vasogenico y citotoxico, parecen coexistir simultaneamente durante los ataques inducidos por el kainato. ZUSAMMENFASSUNG Die cerebrovaskulare Permeabilitat gegenuber Protein (CVP-p) wurde wahrend limbischer Anfalle an nicht immobilisierten Ratten untersucht. die Kain-Saure (ip) und nachfolgend horse-radish-peroxidase (HRP-iv) erhielten. Die Tiere uberlebten den Anfallsbeginn etwa eine Stunde. In den Gehirnen wurde nach dem blauen HRP Reaktionsprodukt gesucht. Darauf folgter licht-mikroskopische Untersuchung sequentieller sagittaler Schnitte. In jedem Fall verursachten Kain-induzierte Anfalle eine erhohte CVP-p innerhalb des Thalamus, der temporalen Hippokampus-formation und des Neokortex. Etwas seltener waren andere lim-bische Strukturen und das Striatum HRP-positiv. Eine lamina-spezifische Extravasation erfolgte im dorsalen Hippokampus; das Reaktionsprodukt fand sich in der Moosfaserzone im Feld CA3, wahrscheinlich ein Herd der Kainatwirkung. Die Extravasation des HRP erfolgte auch innerhalb oder in der Umgebung bestimmter myelinisierter Faserbundel. Gehirne von Tieren, die nur Kainat aber keine HRP erhielten. zeigten keine Peroxida-seaktivitat und bei nicht krampfenden Tieren fand sich das HRP nur in den circumventrikularen Gegenden. Obgleich die Regi-onen erhohter CVP fur Protein zum Teil mit den Gegenden der erhohten elektrischen Aktivitat und des Glucosestoffwechsels ubereinstimmen, zeigt sich die neuronale Aktivierung in einem groseren Volumen Hirngewebe als der CVP-p entspricht. Eine enge Beziehung zwischen den umschriebenen Gegenden der Protein-Extravasation und den Anfallscherden mag bestehen. Sowohl vasogenes wie cytotoxisches Odem scheinen gleichzeitig wahrend der Kainatanfalle vorzukommen.