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Neuroprotection by prolonged hypothermia induced by hydrogen sulphide in focal cerebral ischemic rat model: Evidence from electrocortical activity and recruitment of polymorphonuclear cells

  • In aged humans, stroke is a major cause of disability for which no neuroprotective measures are available. In animal studies of focal ischemia, short-term hypothermia often reduces infarct size. Nevertheless, efficient neuroprotection requires long-term, regulated lowering of whole-body temperature. Previously, it is reported that post-stroke exposure to hydrogen sulfide (H2S) effectively lowers whole-body temperature and confers neuroprotection in aged animals. Here we report for the first time that the animals exposed to H2S the normal sleep–wake oscillations are replaced by a low-amplitude EEG dominated by a 4-Hz rhythmicactivity, reminiscent of EEG recordings in hibernating animals. In the present study using magnetic resonance imaging, reverse transcriptase polymerase chain reaction, western blotting and immunofluorescence, we characterized the central nervous system response to H2S -induced hypothermia and report, that annexin A1, a major constituent of peripheral leukocytes that is upregulated after stroke, was consistently downregulated in polymorphonuclear cells in the peri-lesional cortex of post-ischemic, aged rat brain after 48 hours of hypothermia induced by exposure to H2S. This might be due to the reduced kinetics of recruitment, adherence and infiltration of PMN cells by H2S -induced hypothermia. Our findings further suggest that, in contrast to monotherapies that have thus far uniformly failed in clinical practice, prolonged hypothermia has pleiotropic effects on brain physiology that may be necessary for effective protection of the brain after stroke.
  • In gealterten Menschen ist Schlaganfall die Hauptursache für Behinderungen. In Tierstudien reduziert kurzzeitige Hypothermie nach der fokalen Ischämie oft die Infarktgröße. Eine effiziente Neuroprotektion erfordert jedoch eine langanhaltende, regulierte Herabsenkung der Gesamtkörpertemperatur. Bisher wurde berichtet, dass die Exposition gealterter Tiere mit H2S effizient die Gesamtkörpertemperatur herabsenkt und neuroprotektiv wirkt. Hier berichten wir das erste Mal, dass bei Tieren, die H2S ausgesetzt sind, die normalen Schlaf-Wach-Oszillationen durch ein kleinamplitudies EEG ersetzt werden, das durch die dominierende rhythmische Aktivität von 4 Hz an EEG-Ableitungen überwinternder Tiere erinnert. In der vorliegenden Studie charakterisieren wir mittels Magnet-Resonanz-Bildgebung, Reverse Transkriptase-Polymerase-Kettenreaktion, Western Blots und Immunfluoreszenz die Antwort des Zentralen Nervensystems auf H2S-induzierte Hypothermie. Zudem berichten wir, dass Annexin A1, ein Hauptbestandteil peripherer Leukozyten, der nach dem Schlaganfall hochreguliert wird, in polymorphonukleären Zellen im peri-lädierten Kortex des Gehirns post-ischämischer, gealterter Ratten nach 48 Stunden H2S -induzierter Hypothermie, konsequent herunterreguliert wurde. Das unterstützt die Beobachtung, dass die Kinetik der Rekrutierung, Adhärenz und Infiltration von PMN-Zellen durch H2S -induzierte Hypothermie verlangsamt wurde. Unsere Ergebnisse weisen daraufhin, dass im Gegensatz zu Monotherapien, die bisher alle in der klinischen Erprobung gescheitert sind, anhaltende Hypothemie pleiotrope Effekte auf die Gehirnphysiologie hat, die für einen effizienten Schutz des Gehirns nach einem Schlaganfall erforderlich sein könnten.

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Metadaten
Author: Christy Joseph
URN:urn:nbn:de:gbv:9-001328-5
Title Additional (English):Neuroprotection by prolonged hypothermia induced by hydrogen sulphide in focal cerebral ischemic rat model: Evidence from electrocortical activity and recruitment of polymorphonuclear cells
Title Additional (German):Neuroprotektion durch anhaltende Hypothermie, induziert durch Hydrogensulfid im fokalen zerebralen ischämischen Rattenmodel: Beleg durch elektrokortikale Aktivität und Rekrutierung polymorphonukleärer Zellen.
Advisor:Prof. Dr. Aurel Popa-Wagner, Prof. Dr. Kessler
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2012/11/01
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Universitätsmedizin (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2012/10/12
Release Date:2012/11/01
Tag:AnxA1, EEG, Hydrogen sulphide, hypothermia
GND Keyword:stroke
Faculties:Universitätsmedizin / Klinik und Poliklinik für Neurologie
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit