Hierarchy of seizure states in the electrogenic limbic status epilepticus model: behavioral and electrographic observations of initial states and temporal progression.

Summary: Repeated electrical stimulation was delivered to the amygdala in a paradigm of electrogenic limbic status epilepticus induction in rats. We observed four distinct initial behavioral states associated with prolonged spiking, comprising an ordered hierarchy of severity: immobile, exploratory, minor convulsive, and clonic convulsive. The EEG and behavioral topography of the initial prolonged seizure state behaviorally and electrographically resembled the acute seizures that occurred earlier during induction. Onset of status epilepticus on limbic induction appears to represent not a new type of seizure activity, but instead the extended version of repeated brief limbic-onset seizures as seizure-terminating mechanisms gradually become ineffective. These prolonged seizure states can therefore be used to study the anatomy and mechanisms of brief limbic seizures. We also examined the temporal progression of amygdala-induced prolonged-seizure states. At one end of the severity spectrum, immobile-associated spiking was prone to terminate early, within 90 min, accompanied by normalization of behavior. At the other end of the spectrum, clonic convulsive status epilepticus slowly decreased in behavioral severity together with a change in EEG from fast to slow spiking. Exploratory status epilepticus was characterized by incessant explorationlike behavior that could last hours and was associated with slow periodic spikecomplexes on EEG. The long-term course consisted either of slow devolution, with eventual cessation of spiking, or of spontaneous late ascension to convulsive status. Prolonged-seizure states may thus be considered to fall not only within an anatomiclbehavioral hierarchy of severity, but also within a temporal physiologic progression. RESUME Les auteurs ont administre des stimulations electriques repetitives au niveau amygdalien dans un protocole d'induction d'etat de ma1 epileptique limbique chez le rat. IIs ont observe 4 etats comportementaux initiaux distincts associes avec des decharges prolongees de pointes, avec une hierarchie dans la severite: etat immobile, exploratoire, etat confulsif mineur et etat convulsif clonique. La topographie EEG et comportementale de I'etat critique prolonge initial ressemblait sur le plan comportemental et electrographique aux crises aigues qui etaient survenues plus tot pendant I'induction. L'installation de l'etat de mal epileptique apres induction limbique parait representer non un type d'activite critique mais plutot une version etendue de breves crises a debut limbique repetees, au fur et a mesure que les mecanismes de terminaison des crises deviennent inefficaces. Ces etats de crises prolongees peuvent donc etre utilises pour etudier l'anatomie et les mecanismes de crises limbiques breves. La progression temporelle des etats critiques prolonges induits au niveau de I'amygdale a egalement eteetudiee. Pour les manifestations les moins severes, les pointes associees a l'immobilite avaient tendance a se terminer rapidement, en moins de 90 minutes avec normalisation du comportement. A I'autre extremite du spectre de severite I'etat de ma1 epileptique clonique convulsif a diminue progressivement en severite sur le plan comportemental, parallelement a une modification de I'EEG passant de pointes rapides a des pointes lentes. L'etat de ma1 epileptique exploratoire etait caracterise par un comportement exploratoire incessant qui pouvait durer des heures et qui etait associe avec des complexes de pointes-ondes periodiques lents sur I'EEG. L'evolution a long terme a ete representee soit par une diminution progressive, avec cessation finale de la production des pointes, soit par la transformation spontanee, tardive, en etat de ma1 convulsif. Des etats critiques prolonges peuvent donc etre consideres non seulement comme entrant dans une hierarchie anatomique et comportementale de severite, mais aussi en fonction de leur progression physiologique dans le temps. RESUMEN Se ha aplicado una estimulacion electrica repetida en la amigdala en un modelo de status epilepticus electrogenico inducido en ratas. Los autores han observado cuatro comportamientos iniciales distintos asociados a descargas de puntas prolongadas que comprendian, jeraquicamente, segun la severidad: inmovilidad, actitud exploratoria, convulsiones menores y convulsiones clinicas. El EEG y la topografia del comportamiento del prolongado estado de ataques inicial se parecia, desde el punto de vista del comportamiento y electrograficamente, a los ataques agudos que aparecieron precozmente durante la induccion. El comienzo del status, tras la induccion limbica, no parece representar un nuevo tipo de actividad epileptica. Mas bien consiste en una version ampliada de ataques de comienzo limbico, breves y repetidos, a medida que los mecanismos de control de los ataques se hacen gradualmente ineficaces. Estos estados prolongados de ataques pueden utilizarse en el estudio de la anatomia y de los mecanismos de ataques limbicos breves. La progresion en el tiempo de los estados de ataques prolongados inducidos en la amigdala ha sido tambien examinada. En un extremo del espectro de severidad, las puntas asociadas a la inmovilidad del animal tenian tendencia a terminar precozmente (en unos 90 minutos) y se asociaron a una normalizacion del comportamiento. En el otro extremo del espectro, el status convulsivo clonico declino lentamente en la severidad del comportamiento a la vez que se observo un cambio en el EEG desde puntas rapidas a mas lentas. El status epilepticus exploratorio se caracterizo por un comportamiento incesante de exploracion del ambient que podia durar horas y se asocio a complejos de puntas lentas periodicas en el EEG. El curso, a large plazo, consistio en una resolucion lenta con interrupcion eventual de las puntas o en una ascension lenta y espontanea al estado convulsivo que puede considerarse como un fallo no solo de la jerarquia anatomico-compartamental de severidad sino tambien de la progresion fisiologica en el tiempo. ZUSAMMENFASSUNG Bei einem Paradigma des elektrogenen limbischen Status epilepticus bei Ratten wurden den Amygdala wiederholte elektrische Reize appliziert. Wir beobachteten 4 verschiedene initiale Verhaltenszustande, die mit verlangertan Spike-Ausbruchen einhergingen und eine Hierarchie im Schweregrad darstellten: Einen immobilen Zustand, einen exploratorischen Zustand, einen kleineren konvulsiven und einen klonisch-konvulsiven Zustand. EEG und Verhaltenstopographie des anfanglichen verlangerten Anfallsstatus ahnelten verhaltensmaβig und elektrographisch den akuten Anfallen, die fruh wahrend der Induktion auftraten. Der Beginn des Status epilepticus bei limbischer Induktion scheint keinen neuen Anfallstyp darzustellen, sondern eine ausgedehnte Version von wiederholten kurzen, im limbischen System beginnenden Anfallen, wenn die anfallsbeendigenden Mechanismen schrittweise unwirksam werden. Diese verlangerten Anfallsstaten konnen deshalb dazu dienen, Andtomie und Mechanismen von kurzen limbischen Anfallen zu untersuchen. Der zeitliche Verlauf von Amygdalon-induzierten verlangerten Anfallsstaten wurde ebenfalls untersucht. Am einen Ende des Schwerespektrums neigte das mit Immobilitat einhergehende Auftreten von Spikes zu einer fruhen Beendigung innerhalb von 90 Minuten, begleitet von einer Verhaltensnormalisierung. Am anderen Ende des Spektrums zeigten klonische konvulsive epileptische Staten eine allmahliche Abnahme im Schweregrad der Verhaltensanderung zusammen mit einer Anderung im EEG von schnellen zu langsamen Spikefolgen. Der exploratorische Status epilepticus war durch ein andauendes Exploratorionsverhalten charakterisiert, das uber Stunden anhalten konnte und mit langsamen periodischen Spike-Komplexem im EEG einherging. Der Langzeitverlauf bestand entweder in einem langsamen Ende mit evt. Nachlassen der Spike-Aktivitat oder in einem spontanen spaten Auftreten eines konvulsiven Status. Verlangerte Anfallsstaten konnen somit nicht nur hinsichtlich einer anatomischen bzw. verhaltensmaβigen Hierarchie des Schweregrades betrachtet werden, sondern auch hinsichtlich einer zeitlichen physiologischen Entwicklung.