Resumen de Efecto de la estimulación del nervio vago sobre la epilepsia focal amigdalina en la rata.
- español
Antecedentes: La estimulación del nervio vago (ENV) es una terapia anticonvulsiva que se usa en la epilepsia resistente al tratamiento farmacológico. Para encontrar el mecanismo de acción del efecto anticonvulsivo, se emplean diversos modelos experimentales. La epilepsia se induce en preparaciones agudas mediante la aplicación sistémica de un convulsivante, tópicamente en la corteza cerebral o en preparaciones crónicas mediante la estimulación eléctrica de la amígdala del lóbulo temporal. Pocos estudios han empleado la ENV en preparaciones crónicas con el modelo de epilepsia del lóbulo temporal.
Por otro lado, en las crisis límbicas iniciadas en la amígdala participan los núcleos del complejo amigdalino, y en su propagación intervienen las áreas que tienen relaciones neuronales con éste. Esto influye en su desarrollo así como en la inhibición, por ejemplo, del ritmo theta hipocampal. Sin embargo, aún no se describe el efecto de la estimulación eléctrica del nervio vago sobre la frecuencia de las espigas, los estadios conductuales, el número de crisis y el ritmo theta hipocampal de un foco epiléptico inducido por penicilina en la amígdala del lóbulo temporal.
Objetivo: Estudiar el efecto de la estimulación del nervio vago sobre el inicio, la propagación, los estadios conductuales y la inducción o reducción experimental del ritmo theta hipocampal en la epilepsia focal amigdalina.
Material y métodos: Se utilizaron ratas macho de la cepa Wistar, que fueron implantadas con una cánula guía unida a un electrodo en la amígdala del lóbulo temporal, un electrodo al hipocampo dorsal, dos clavos epidurales en la corteza prefrontal, un electrodo flexible en los músculos laterales de la nuca y un electrodo en el nervio vago izquierdo a la altura de la laringe. Al término del periodo de recuperación postoperatoria (cinco días), los animales se dividieron en dos grupos de cinco. En el Grupo I se tomó un registró control de una hora e inmediatamente después se microinyectó penicilina G sódica (Pn) en la amígdala (50 unidades internacionales [UI] en 1 µl de solución salina). Una hora después de la aplicación de la Pn se inició la estimulación eléctrica del nervio vago (1.2-3.0 mA, pulsos de 0.5 ms y 30 Hz) durante 30 segundos, con intervalos de 15 minutos durante dos horas. En el Grupo II se realizó el mismo procedimiento, excepto que este grupo recibió la primera ENV antes de aplicar la penicilina. En ambos grupos, los mismos animales funcionaron como sus propios controles, se registró la actividad eléctrica cerebral y las señales eléctricas se registraron en una PC durante seis horas en ambos grupos.
Resultados: Efecto de la ENV sobre la latencia y la duración de las espigas. En el Grupo I, en la latencia en segundos se observó una disminución de 40% y un aumento de 15% en la duración en minutos. En el Grupo II, en la latencia se observó un aumento de 37% y una disminución de 40% en la duración.
Efecto de la ENV sobre el estadio y el número de crisis. El Grupo I desarrolló los estadios III y IV de la escala de Racine y presentó más crisis. El Grupo II se mantuvo en los estadios I y II del desarrollo de la epilepsia, según la escala de Racine, y presentó menos crisis.
Efecto de la ENV sobre la frecuencia de las espigas. En el Grupo I se observó un aumento significativo y sostenido de (P < 0.05) en la frecuencia, durante el tiempo de registro. En el Grupo II se observó una disminución significativa de (P < 0.05) en la frecuencia. Análisis espectral de la actividad eléctrica cerebral. El electroencefalograma es una herramienta para investigar la influencia de la ENV. El análisis espectral de la actividad eléctrica cerebral mostró en la amígdala y la corteza prefrontal una actividad eléctrica cerebral de alto voltaje con una frecuencia de entre 1-4 Hz, que predominó después de la inyección de Pn y durante todo el tiempo de registro. En el hipocampo se observó un aumento del ritmo theta hipocampal por la presencia de las espigas interictales. La ENV produjo una desincronización cortical que no se asoció con la inducción de la actividad theta hipocampal. En contraste con la ENV antes de la Pn (Grupo II), la ENV después de la Pn (Grupo I) indujo una respuesta facilitadota acompañada de actividad rítmica de alto voltaje en el electroencefalograma.
Conclusión: Antes de aplicar la Pn, se observó que la ENV producía un incremento en la latencia de aparición de las espigas en la amígdala, además de una reducción en la frecuencia de las espigas, una disminución del número de crisis e incluso la aparición exclusiva de los estadios tempranos I y II con respecto a la Pn sola. Estos resultados sugieren que la ENV amortiguó la sincronización epileptiforme, disminuyendo la frecuencia de las espigas, que más tarde se manifestó en el desarrollo de los estadios conductuales IV y V, así como un aumento del número de crisis.
Una hora después de la aplicación de la Pn, la ENV tuvo un efecto proconvulsivante que se manifestó en un aumento de la frecuencia de las espigas y una inducción de estadios III y IV. La ENV no sólo es capaz de reducir la actividad epileptiforme, sino de inducir además un reclutamiento neuronal, que se manifiesta como una acción proconvulsivante en la expresión de las crisis.
La ENV ejerce un efecto dependiendo de la excitabilidad del tejido. Este efecto corrobora la relación anatómica y fisiológica que existe entre las aferentes vagales, la amígdala del lóbulo temporal y la corteza cerebral dada por la sensibilización observada inicialmente en la amígdala y por la propagación que induce la aplicación tópica de la Pn como convulsivante.
Por último, el efecto desincronizante inducido por la ENV sobre la actividad cortical alcanzó al ritmo theta hipocampal debido a que se observó una ligera disminución.
- English
Antecedents Vagus nerve electric stimulation (VNS) is an anticonvulsant therapy used in patients with refractory epilepsy. Several methods are used to find VNS’s action mechanisms. These techniques employ experimental models of epilepsy, such as topic applications into cerebral cortex or injections of convulsive substances by different systemic ways, both in chronic and acute experiments. However, only a few studies have related the VNS and the epilepsy of the temporal lobe.
When limbic seizures are produced in the amygdaloid complex, it is known that all their own sub-nuclei activate. However, during the spread or propagation of epileptiform activity, all nuclei and sites related with amygdala’s complex participate are involved. There are many reports about the relationship between development and spread topics. However, it remains unclear the effect of VNS and its relation with interictal spike's frequency, seizure epileptic behavioral stages on Racine's scale, and the number of crisis in an induced epileptic focus into temporal lobe amygdala.
Aim of the study The propose is to study how the VNS affects the development and spread of the epileptiform spike in the penicillin focus and behavioral stages induced by a topical administration of penicillin in the temporal lobe of the amygdala. Additionally we will observe the changes induced by VNS on theta rhythm.
Material and methods Male Wistar rats were used. Rats were implanted with a guide cannula glued to a bipolar electrode in the amygdala of the temporal lobe; an electrode to the dorsal hippocampus; two epidural nails in the prefrontal cortex (for cortical record); two flexible wires in the lateral part of the neck muscles for electromyogram record, and one hook-form electrode in the left vagus nerve corresponding exactly to the larynx's level. At the end of the post-surgery recovery period (five days), the animals were divided in two groups (n=5). After one hour of recording, group I animals were administrated penicillin G sodic (Pn) in the amygdala (solution with 50 international units in 1 microliter as final volume, using a saline solution of 0.9% sodium chloride as vehicle). After one hour of the penicillin injection, the vagus nerve electrical stimulation was performed (1.2 to 3.0 mA, square pulses of 0.5 ms duration, and 30 Hz frequency) during 30 seconds with intervals of 15 minutes between each stimulation only during two hours of recording (eight VNS’s in total). The same manipulation was followed with group II, except that in this case the first VNS was performed just before the penicillin injection.
Cerebral electric activity was recorded and saved for post off-line frequency analysis, during a six-hour period in both groups.
Results We compared electrographic parameters provoked by a single Pn injection vs Pn + VNS on each group of animals and considering each rat as its own control.
Vagus nerve stimulation effects on the latency and duration of the epileptiform spikes Group I showed a 40% decrease on its latency, and a 15% duration increase when compared with its own controls. Group II showed a 37% increase on latency and a 40% decrease on duration.
Vagus nerve stimulation effects over seizure stage and seizure number.
Group I developed stages III and IV on Racine’s scale and higher number of seizures. Group II remained on seizure stages I and II presenting a smaller number of seizure compared to its own control records.
Vagus nerve stimulation effects on frequency of spikes Group I showed a significant increase in frequency (p<0.05), which was sustained during a long recording time. In contrast, Group II showed a decrease.
Spectral analyses of cerebral electric activity The electroencephalogram is a tool used to investigate how the vagus nerve stimulation affects the epileptic phenomenon. In this case, the spectral analysis of the electric activity of amygdala and cerebral cortex showed a high activity between 1 and 4 Hz. This high voltage prevailed after penicillin injection and during all recording time. Hippocampus showed theta rhythm periods. The VNS caused cortical desynchronization, but it was not associated with hippocampal theta rhythm elicitation.
There is a possibility that VNS induced an increased susceptibility on rats to the convulsive effects of Pn. This was manifested in significantly shorter latencies to seizures, and significantly higher incidence, and duration of seizure.
Conclusion When performed before the Pn injection, the vagus nerve stimulation increased the latency to the appearance of spikes, as well as the frequency, but the number of seizures decreased instead.
Even, only early stages, such as I and II of Racine’s scale, were seen. These data suggest that VNS softened epileptic synchronization. The frequency of the spikes, the development of stages IV and V, and also the number of seizures were dalayed.
The VNS performed one hour after penicillin injection produced progressive epileptiform spike spread and changes in the behavioral seizure pattern. Frequency of spikes increased as well as seizures severity (stage III and IV). The vagus nerve stimulation did not only reduce epileptiform activity, but also induced neuronal recruiting, which is manifested as an enhancement in seizure expression.
The VNS elicited dual effects related with tissue-sensibility.
This effect confirms anatomic and physiological relations among vagal afferents, amygdaloid complex and cerebral cortex due to thalamic pathways and its relations with vagus nerve, amygdaloid complex and pyramidal cells. As a matter of fact, the thalamus is the most important structure related with cerebral rhythms. For this reason we hypothesized that the thalamus plays a key role in the results showed here.
