Μακροχρόνιες συνέπειες της προγεννητικής έκθεσης σε αιθανόλη στην ανάπτυξη και λειτουργία του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος (ΚΝΣ), με έμφαση σε χολινεργικούς μηχανισμούς

Abstract

Fetal Alcohol Syndrome (FAS) is a neurotoxic syndrome resulting from exposure of a fetus to high levels of alcohol during pregnancy and is responsible for many structural and functional Central Nervous System (CNS) disorders. FAS is associated with several long-term neurological abnormalities, e.g. promoting the possibility of epileptic seizures in the offspring (+21%). Nevertheless, despite the extensive research on these harmful effects caused by ethanol, a clear description of the exact mechanisms is still lacking. Aiming in elucidating the effects of the prenatal ethanol exposure on epileptiform discharges in immature and adult intermediate hippocampus of rats in vitro, we used offspring of alcohol addicted female Sprague Dawley rats for the investigation of possible changes caused by ethanol in signal transduction mechanisms and their possible association with an increased tendency to seizures. The addiction of the nulliparous female rats lasted for one month (15% v/v in drinking water) before and throughout gestation up to the offspring postnatal (PND) day 15. We provoked spontaneous interictal-like discharges (IEDs) in hippocampal slices from Young (21-35 PND) and Adult (>90PND) rats of prenatal alcohol exposure (PAE) and age-matched controls (Normal, N) and compared their IED frequency in different fluids (Mg2+-free vs 4-AP containing ACSF). We also performed pharmacological interventions using different kind of antagonists (e.g. biccuculine), in order to elucidate the role of inhibitory (GABAergic), excitatory and cholinergic neurotransmission in hippocampal excitability. Epilepticform discharges were recorded in vitro from the CA1 hippocampal area of intermediate slices, followed by quantitative analysis. Our data shown in vitro detectable changes in the hippocampal formation of FAS animals, confirming the longterm effects of ethanol.

Η προγεννητική έκθεση σε αιθανόλη που οφείλεται σε εθισμό της μητέρας και σχετίζεται με σημαντικές αναπτυξιακές διαταραχές του Κεντρικού Νευρικού Συστήματος (ΚΝΣ), οριζόμενες ως «εμβρυικό αλκοολικό σύνδρομο» (Fetal Alcohol Syndrome, FAS), που περιλαμβάνουν αυξημένη προδιάθεση στην εμφάνιση επιληπτικών κρίσεων, χωρίς να είναι γνωστό ποιοι κυτταρικοί μηχανισμοί τις διαμεσολαβούν. Σκοπός αυτής της μελέτης ήταν η διερεύνηση του ρόλου συγκεκριμένων μηχανισμών στην τροποποίηση επιληπτοειδών εκφορτίσεων σε επίμυς που εκτέθηκαν προγεννητικά στην αιθανόλη (ήπιο μοντέλο). Οι επιμέρους μηχανισμοί που επιλέχθηκαν προς διερεύνηση ενέχονται στην πρόκληση ή τροποποίηση παροξυσμικών εκφορτίσεων αλλά ταυτόχρονα αποτελούν και στόχο της αιθανόλης, όπως γνωρίζουμε από την βιβλιογραφία. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην χολινεργική διαβίβαση, για την οποία γνωρίζουμε ότι τροποποιείται σαν συνέπεια επιληπτικών κρίσεων της πρώιμης ζωής. Έγιναν εξωκυττάριες ηλεκτροφυσιολογικές καταγραφές από το πυραμιδικό στρώμα CA1 τομών ιπποκάμπου (κροταφικές, διαφραγματικές και μεσαίου τρίτου) που προήλθαν από πειραματόζωα ηλικίας 21-35 ημερών («νεαρά») και >90 ημερών («ενήλικα») για να εξεταστούν τυχόν πρώιμες και μακροχρόνιες αλλαγές, (Ν= normal, μάρτυρες και FAS τομές). Ακολούθησε στατιστική ανάλυση της συχνότητας και της διάρκειας αυθόρμητων επιληπτοειδών εκφορτίσεων μεσοκρισικού τύπου (IEDs) σε δύο in vitro μοντέλα, ένα που ενεργοποιεί υποδοχείς NMDA (“Mg2+-free medium”) και άλλο που αναστέλλει αγωγιμότητες Κ+ (4-αμινοπυριδίνη, 4-ΑΡ). Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ανιχνεύσιμες in vitro διαφορές μεταξύ τομών Ν και FAS σε όλες τις ηλικίες, επιβεβαιώνοντας τα μακροπρόθεσμα αποτελέσματα της προγεννητικής έκθεσης σε αιθανόλη. -Οι συχνότητες των IEDs των FAS τομών μεσαίου τρίτου ιπποκάμπου ήταν σημαντικά χαμηλότερες στο Mg2+-free medium σε σχέση με Ν και σημαντικά υψηλότερες σε 4-ΑΡ, υποδεικνύοντας πιθανή δράση της αιθανόλης σε αγωγιμότητες Κ+ αλλά και συγκεκριμένες περιοχές στόχο. -Το χολινεργικό ανάλογο καρβαχόλη (carbachol, 1μΜ) παρουσία ΒΜΙ προκάλεσε μικρότερη αύξηση της συχνότητας των IEDs στις FAS τομές σε σχέση με τις Ν και στα δύο μοντέλα (Mg2+-free medium, 4-ΑΡ) σε κροταφικές τομές.-Ο μουσκαρινικός αγωνιστής oxotremorine (1μΜ, σε Mg2+-free medium) αύξησε την συχνότητα των IEDs παρόμοια σε Ν και FAS τομές μεσαίου τρίτου νεαρών αλλά η προσθήκη ειδικών μουσκαρινικών ανταγωνιστών (Μ1, Μ2, Μ3) φανέρωσαν Ν και FAS διαφορές. -O νικοτινικός ανταγωνιστής Hexamethonium (50μΜ, σε Mg2+-free medium) αύξησε την συχνότητα IED παρόμοια σε Ν και FAS τομές, αλλά παρουσία ΒΜΙ (20μΜ) αύξησε την συχνότητα IED μόνο στις Ν τομές, υποδηλώνοντας Ν και FAS διαφορές στον έλεγχο ανασταλτικών νευρώνων από νικοτινικούς υποδοχείς.-Ο αναστολέας καναλιών kir, BaCl2 (2mM, σε Mg2+-free medium) προκάλεσε αύξηση των συχνοτήτων IED επηρεαζόμενη από την ομάδα (ναι στις Ν, όχι στις FAS) αλλά και την ηλικία.- Ο blocker των χασμοσυνδέσμων, carbenoxolone (300μΜ) προκάλεσε σημαντικά μεγαλύτερη μείωση της συχνότητας IED στις FAS τομές μεσαίου τρίτου από ότι στις Ν, και η δράση εξαρτάτο και από την ηλικία. Συμπερασματικά το ήπιο μοντέλο προγεννητικής έκθεσης στην αιθανόλη που χρησιμοποιήθηκε προκάλεσε αλλαγές ανιχνεύσιμες in vitro, που δείχνουν διαφοροποίηση ανάλογα με την εξεταζόμενη περιοχή του ιπποκάμπου και την ηλικία. Όλες διαφοροποιούν τον τρόπο συγχρονισμού των νευρωνικών δικτύων του ιπποκάμπου, κάποιες φαίνεται να συνεισφέρουν σε διεγερτικούς μηχανισμούς, ενώ άλλες φαίνεται να εστιάζονται στην αποφυγή υπερδιέγερσης.