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Hydroxyl Radical Production in the Cortex and Striatum in a Rat Model of Focal Cerebral Ischemia

Line Ste-Marie, Pascal Vachon, Luc Vachon, Chantal Bémeur, Marie-Claude Guertin and Jane Montgomery

Abstract: Background: Increases in hydroxyl radical production have been used as evidence of oxidative stress in cerebral ischemia/ reperfusion. Ischemia can also induce increased dopamine release from the striatum that may contribute to hydroxyl radical formation. We have compared hydroxyl radical production in the cortex and striatum as an index of oxidative stress in a rat model of focal cerebral ischemia with cortical infarction. Methods: Using a three vessel occlusion model of focal cerebral ischemia combined with bilateral microdialysis, hydroxylation of 4-hydroxybenzoate (4HB) was continuously monitored in both hemispheres in either the lateral striatum or frontoparietal cortex. The ischemia protocol consisted of one hour equilibration, 30 min of three vessel occlusion, then release of the contralateral common carotid artery (CCA) for 2.5 h. Results: Induction of ischemia resulted in a 30-fold increase in dopamine release in the lateral striatum. Compared to the nonischemic striatum, the ratio of the hydroxylation product 3,4-dihydroxybenzoate (34DHB) to 4HB (trapping agent) in the ipsilateral striatum increased significantly 30 min after ischemia induction. In contrast, during the 30 min of three vessel occlusion there was no increase in the ratio in the cortex. Following the release of the contralateral CCA, the ratio from the ischemic cortex increased significantly compared to sham-operated animals. However, under all circumstances, the 34DHB/4HB ratio was greater in the striatum than in the cortex. Conclusion: The increase in the 34DHB/4HB ratio in the lateral striatum coincides with the increased dopamine release suggesting a role for dopamine oxidation in the increased production of hydroxyl radicals. The significant increase in the ratio from the ischemic cortex compared to that from the sham-operated animals is consistent with increased oxidative stress induced by ischemia. However, the lower 34DHB/4HB ratio in the cortex which does not receive dopaminergic innervation compared to the striatum suggests a different mechanism for hydroxyl radical production. Such an alternate mechanism may represent a more toxic oxidative insult that contributes to infarction.

Résumé: La production de radicaux hydroxyl dans le cortex et le striatum dans un modèle d'ischémie cérébrale focale chez le rat. Introduction: Une augmentation de la production de radicaux hydroxyl a été utilisée comme évidence de stress oxydatif dans l'ischémie/la reperfusion cérébrale. L'ischémie peut également induire une augmentation de la libération de la dopamine du striatum qui peut contribuer à la formation de radicaux hydroxyl. Nous avons comparé la production de radicaux hydroxyl dans le cortex et le striatum comme index du stress oxydatif dans un modèle d'ischémie cérébrale focale avec infarcissement cortical chez le rat. Méthodes: Dans un modèle d'ischémie cérébrale focale impliquant l'occlusion de trois vaisseaux combinée à une microdialyse bilatérale, l'hydroxylation du 4-hydroxybenzoate (4HB) a fait l'objet d'une surveillance continue dans les deux hémisphères soit dans le striatum latéral ou le cortex frontopariétal. Le protocole d'ischémie comprenait une heure d'équilibration, 30 minutes d'occlusion de trois vaisseaux, puis la reperfusion de la carotide primitive contralatérale (CPC) pendant 2.5 heures. Résultats: L'induction de l'ischémie a augmenté de 30 fois la libération de la dopamine dans le striatum latéral. Comparé au striatum non ischémique, le rapport du produit de l'hydroxylation 3,4-dihydroxybenzoate (34DHB) au 4HB (agent capteur) dans le striatum ipsilatéral a augmenté significativement 30 minutes après l'induction de l'ischémie. Par contre, pendant les 30 minutes de l'occlusion de trois vaisseaux, il n'y avait pas d'augmentation du rapport dans le cortex. Suite à la reperfusion de la CPC, le rapport dans le cortex ischémique a augmenté significativement comparé à celui des animaux qui ont subi une opération factice. Cependant, dans toutes les circonstances, le rapport 34DHB/4HB était plus élevé dans le striatum que dans le cortex. Conclusions: L'augmentation du rapport 34FHB/4HB dans le striatum latéral coïncide avec l'augmentation de la libération de la dopamine suggérant un rôle de l'oxydation de la dopamine dans l'augmentation de la production des radicaux hydroxyl. L'augmentation significative du rapport dans le cortex ischémique comparé à celui d'animaux ayant subi une opération factice est compatible avec une augmentation du stress oxydatif induit par l'ischémie. Cependant, le rapport 34DHB/4HB plus bas dans le cortex qui ne reçoit pas d'innervation dopaminergique comparé au striatum suggère un mécanisme différent pour la production des radicaux hydroxyl. Un tel mécanisme pourrait impliquer une aggression oxydative plus toxique contribuant à l'infarctus.

Can. J. Neurol. Sci. 2000; 27: 152-159

 


 
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