Investigation of the neuroprotective action of the NMDA inhibitor DAP-5 after sciatic nerve crush in neonatal rats

Background: It is well known that axotomy in the neonatal period causes massive loss of motoneurons, which is reflected in the reduction of the number of motor units and the alteration in muscle properties. This type ofneuronal death is attributed to the excessive activation of the ionotropic glutamate receptors (glutamate excitotoxicity). In the present study we investigated the effect of the NMDA antagonist DAP5 [D-2-amino-5-phosphonopentanoic acid] in systemic administration, on muscle properties and on behavioural aspects following peripheral nerve injury.Methods: Wistar rats were subjected to sciatic nerve crush on the second postnatal day. Four experimental groups were included in this study: a) controls (injection of 0.9% NaCl solution) b) crush c) DAP5 treated and d) crush and DAP5 treated. Animals were examined with isometric tension recordings of the fast extensor digitorum longus and the slow soleus muscles, as well as with locomotor tests at four time points, at P14, P21, P28 and adulthood (2 months).Results: 1. Administration of DAP5 alone provoked no apparent adverse effects. 2. In all age groups, animals with crush developed significantly less tension than the controls in both muscles and had a worse performance inlocomotor tests (p<0.01). Crush animals injected with DAP5 were definitely improved as their tension recordings and their locomotor behaviour were significantly improved compared to axotomized ones (p<0.01). 3. The timecourse of soleus contraction was not altered by axotomy and the muscle remained slow-contracting in all developmental stages in all experimental groups. EDL, on the other hand, became slower after the crush (p<0.05).DAP5 administration restored the contraction velocity, even up to the level of control animals 4. Following crush, EDL becomes fatigue resistant after P21 (p<0.01). Soleus, on the other hand, becomes less fatigue resistant. DAP5restored the profile in both muscles.Conclusions: Our results confirm that contractile properties and locomotor behaviour of animals are severely affected by axotomy, with a differential impact on fast contracting muscles. Administration of DAP5 reverses thesedevastating effects, without any observable side-effects. This agent could possibly show a therapeutic potential in other models of excitotoxic injury as well.Ο τραυματισμός ενός οργανισμού σε τέτοιο σημείο που να δημιουργεί βλάβη σε περιφερικό νεύρο, είναι μια κατάσταση που συχνά αντιμετωπίζει το σύστημα υγείας και βέβαια η νευροφυσιολογική μελέτη του τραύματος αυτού, καθώς και η διαδικασία και η βελτίωση της αποκατάστασης είναι σημαντικές για να αναπτυχθούν αποτελεσματικότερες οδοί αντιμετώπισης. Η σύνθλιψη περιφερικού νεύρου κατά την πρώτη βδομάδα μετά τη γέννηση του ζώου έχει ως αποτέλεσμα το θάνατο των νευρικών αυτών κυττάρων σε μεγάλη έκταση λόγω διεγερσιμοτοξικότητας.Το φαινόμενο της διεγερσιμοτοξικότητας οφείλεται συνήθως στην υπέρμετρη διέγερση των ιονοτροπικών υποδοχέων του γλουταμινικού, συγκεκριμένα του Ν- μεθόλ-Δ- ασπαρτικού οξέος (NMDA) και μη- NMDA υποδοχέων [καινικού οξέως (ΚΑ) και α- αμινο-3-υδροξυ-5-μεθυλ-4- ισοξαζόλο- προπιονικού οξέος (AMPA)]. Στην παρούσα πειραματική μελέτη εξετάστηκαν οι λειτουργικές μεταβολές δύο τύπων μυών κατόπιν τραυματισμού του ισχιακού νεύρου σε πειραματόζωα νεογνικής ηλικίας και η νευροπροστατευτική δράση ενός αναστολέα των NMDA υποδοχέων, του Dap-5. Η αξονότμηση επιτεύχθηκε με σύνθλιψη του ισχιακού νεύρου του αριστερού οπισθίου σκέλους του πειραματόζωου κατά την πρώτη ημέρα της γέννησης του (Η1). Ο έλεγχος της επιτυχούς αξονότμησης έγινε μετεγχειρητικά με δοκιμασίες των αντανακλαστικών και της κινητικής συμπεριφοράς. Τα πειραματόζωα εξετάστηκαν ως προς τις ιδιότητες της συστολής δύο τύπων μυών. Ο ένας ήταν ο μακρός εκτείνων τους δακτύλους (ΜΕΔ), ως ταχύς μυς- τύπου ΙΙ και μη ανθεκτικός στον κάματο και ο δεύτερος ήταν ο υποκνημίδιος μυς, ως βραδύς τύπου Ι και ανθεκτικός στον κάματο. Οι ηλικιακές ομάδες των πειραματόζωων ήταν οι παρακάτω: 14 ημερών (Η14), 21 ημερών (Η21), 28 ημερών (Η28) και ενήλικες. Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων εξετάστηκαν οι παρακάτω: το βάρος του μυός, η ταχύτητα συστολής και χάλασης, η δύναμη της μονήρους ισομετρικής συστολής, όπως επίσης και των τετανικών συστολών στα: 10 Hz, 20 Hz, 40 Hz,80 Hz και 100 Ηz, ο μυϊκός κάματος με σταθερή τετανική διέγερση στα 40 Hz στο χρονικό διάστημα των 180 sec και τέλος υπολογίστηκε ο δείκτης καμάτου. Για την ολοκλήρωση του κινητικού ελέγχου οι επίμυες εξετάστηκαν με δοκιμασίες κινητικής συμπεριφοράς οι οποίες ήταν: 1) η δοκιμασία επιταχυνόμενου κυλίνδρου 2) η δοκιμασία διάνυσης γέφυρας, και 3) η κινητική αξιολόγηση μέσω πελματιαίων αποτυπωμάτων. Στην τελευταία δοκιμασία αξιολογήθηκε η απόσταση μεταξύ των σκελών, το μήκος βηματισμού (η απόσταση του ίδιου άκρου μεταξύ δύο διαδοχικών βημάτων) και η στροφή άκρου (η γωνία στροφής του σκέλους ως προς τον κάθετο άξονα του). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αξονότμηση μετέτρεψε τον ΜΕΔ σε βραδύ μυ και ανθεκτικό στον κάματο, ο δε υποκνημίδιος παρέμεινε μεν βραδύς αλλά εξελίχθηκε σε μη ανθεκτικό στον κάματο. Παρόμοια αποτελέσματα παρατηρήθηκαν και στον υποκνημίδιο μυ όσον αφορά τις τετανικές συστολές σε μικρότερο όμως βαθμό. Οι δοκιμασίες κινητικής συμπεριφοράς, έδειξαν ότι η χορήγηση Dap-5 στους ενήλικες αξονοτμημένους επίμυες έφερε ως αποτέλεσμα την παραμονή στον επιταχυνόμενο κύλινδρο κατά ένα χρονικό διάστημα 80.06% μεγαλύτερο από τους αξονοτμημένους επίμυες στους οποίους δεν χορηγήθηκε Dap-5. Στη διάνυση γέφυρας καθώς και στην κινητική αξιολόγηση μέσω αποτυπωμάτων τα αξονοτμημένα πειραματόζωα στα οποία χορηγήθηκε Dap-5 παρουσίασαν στατιστικά σημαντικές διαφορές από τα αξονοτημένα χωρίς φαρμακευτική αγωγή και σε γενικές γραμμές προσέγγισαν τη συμπεριφορά των φυσιολογικών πειραματόζωων παρουσιάζοντας όμως ακόμη στατιστικά σημαντικές διαφορές στις επιμέρους δοκιμασίες. Αποδεικνύεται συνεπώς πως η χορήγηση φαρμακευτικής ουσίας και συγκεκριμένα αναστολέα των ιονοτροπικών υποδοχέων του γλουταμινικού ανέστρεψε στατιστικώς σημαντικά τις συνέπειες της αξονότμησης