Beziehungen zwischen kortikalen DC Potentialen und der K⁺-Konzentration im Blut und Extrazellulärraum der Hirnrinde bei reversibler Asphyxie

Summary

The relationship between changes of the cortical DC potential and the K⁺ concentration gradient across the blood-brain barrier (BBB) was studied in the rat brain during short ventilatory arrest. For this purpose K⁺ concentrations were measured simultaneously in the extracellular space of the cerebral cortex and in the streaming blood of the carotid artery and the superior sagittal sinus. For measurements ion-selective micro- and macroelectrodes based on the K⁺ ionophore valinomycin were used. During reversible asphyxia free K⁺ concentrations in the circulating blood and in the extracellular fluid of the brain tissue increased and re-decreased with different time courses. The resulting difference between the electromotive forces of the ion-selective signals resembled the course of the cortical DC potential during the initial phase of the ventilatory arrest and during the postasphyxiation period. The results suggest that during these events the cortical tissue including the BBB behaves like a K⁺-selective membrane which is probably located at the blood-brain interface. It is concluded that the capillary-glial complex may principally contribute to the generation of DC shifts associated with the asphyxiation process.

Zusammenfassung

Die Beziehungen zwischen Änderungen des kortikalen DC-Potentials und dem K⁺-Konzentrationsgradienten über der Blut-Hirn-Schranke wurden an der Ratte bei kurzdauernden Atemstillständen untersucht. Zu diesem Zweck wurden simultan die K⁺-Konzentrationen im Extrazellulärraum der Hirnrinde und im strömenden Blut der A. carotis sowie des Sinus sagittalis superior registriert. Für die Messungen wurden auf Valinomycin basierende ionenselektive Mikro- und Makroelektroden benutzt. Während der reversiblen Asphyxie erfolgten der Anstieg und die Wiederabnahme der freien K⁺-Konzentration im zirkulierenden Blut und in der Extrazellulärflüssigkeit des Hirngowebes mit verschiedenen Zeitgängen. Die daraus resultierende elektrische Differenz der ionenselektiven Signale zeigte in der initialen Phase und in der postasphyktischen Periode des Atemstillstandes eine hohe Ähnlichkeit mit dem Verlauf des kortikalen DC-Potentials. Die Ergebnisse deuten darauf hin, daß während dieser Phasen das Hirngewebe einschließlich der Blut-Hirnschranke sich wie eine K⁺-selektive Membran verhält, die wahrscheinlich an der Grenzschicht zwischen Blut und Hirngewebe lokalisiert ist. Als Schlußfolgerung ergibt sich, daß der Kapillar-Glia-Komplex grundsätzlich an der Entstehung von DC-Verschiebungen bei einer Asphyxie beteiligt sein kann.

Key Words

DC potentials of the brain - Asphyxia - Interstitial K⁺ concentration in blood and cerebral cortex - Blood-brain barrier - K⁺-selective electrodes