Malignant astrocyte swelling and impaired glutamate clearance drive the expansion of injurious spreading depolarization foci

Spreading depolarizations (SDs) indicate injury progression and predict worse clinical outcome in acute brain injury. We demonstrate in rodents that acute brain swelling upon cerebral ischemia impairs astroglial glutamate clearance and increases the tissue area invaded by SD. The cytotoxic extracellular glutamate accumulation (>15 mu M) predisposes an extensive bulk of tissue (4-5 mm(2)) for a yet undescribed simultaneous depolarization (SiD). We confirm in rat brain slices exposed to osmotic stress that SiD is the pathological expansion of prior punctual SD foci (0.5-1 mm(2)), is associated with astrocyte swelling, and triggers oncotic neuron death. The blockade of astrocytic aquaporin-4 channels and Na+/K+/Cl- co-transporters, or volume-regulated anion channels mitigated slice edema, extracellular glutamate accumulation (<10 mu M) and SiD occurrence. Reversal of slice swelling by hyperosmotic mannitol counteracted glutamate accumulation and prevented SiD. In contrast, inhibition of glial metabolism or inhibition of astrocyte glutamate transporters reproduced the SiD phenotype. Finally, we show in the rodent water intoxication model of cytotoxic edema that astrocyte swelling and altered astrocyte calcium waves are central in the evolution of SiD. We discuss our results in the light of evidence for SiD in the human cortex. Our results emphasize the need of preventive osmotherapy in acute brain injury

Malignant astrocyte swelling and impaired glutamate clearance drive the expansion of injurious spreading depolarization foci

Spreading depolarizations (SDs) indicate injury progression and predict worse clinical outcome in acute brain injury. We demonstrate in rodents that acute brain swelling upon cerebral ischemia impairs astroglial glutamate clearance and increases the tissue area invaded by SD. The cytotoxic extracellular glutamate accumulation (>15 mu M) predisposes an extensive bulk of tissue (4-5 mm(2)) for a yet undescribed simultaneous depolarization (SiD). We confirm in rat brain slices exposed to osmotic stress that SiD is the pathological expansion of prior punctual SD foci (0.5-1 mm(2)), is associated with astrocyte swelling, and triggers oncotic neuron death. The blockade of astrocytic aquaporin-4 channels and Na+/K+/Cl- co-transporters, or volume-regulated anion channels mitigated slice edema, extracellular glutamate accumulation (<10 mu M) and SiD occurrence. Reversal of slice swelling by hyperosmotic mannitol counteracted glutamate accumulation and prevented SiD. In contrast, inhibition of glial metabolism or inhibition of astrocyte glutamate transporters reproduced the SiD phenotype. Finally, we show in the rodent water intoxication model of cytotoxic edema that astrocyte swelling and altered astrocyte calcium waves are central in the evolution of SiD. We discuss our results in the light of evidence for SiD in the human cortex. Our results emphasize the need of preventive osmotherapy in acute brain injury

Lézeres szórási interferencia kontrasztelemzésen alapuló véráramlásmérő rendszer építése

Ha egy koherens fénnyel megvilágított optikailag egyenetlen felületre tekintünk, akkor egy szemcsés szerkezetű interferenciaképet látunk. Ez a jelenség a szórási interferencia, melyet napjainkban számos területen alkalmaznak: találkozhatunk vele ipari és orvosi berendezésekben, mérőműszerekben, de olyan hétköznapi eszközökben is felhasználják, mint amilyen a lézeres optikai egér. Az orvostudományban a jelenség egyik alkalmazási területe a szórási interferencia kontrasztelemzésen alapuló véráramlásmérés, melynek során a vizsgált agyfelszíni vagy szemfenéki szövetet lézerfénnyel világítják meg. Mivel ekkor a fény főként a vörösvértestekről szóródik, a területet figyelő kamera fényérzékeny chipjén keletkező interferenciakép azok mozgása miatt időben változik. Ez a fluktuáció az adott expozíciós idővel készült felvételeken az interferenciakép elmosódását (a kontraszt csökkenését) okozza, melyből következtetni lehet a véráramlás intenzitására. A képkiértékelési eljárások eleinte inkább csak kvalitatívan jellemezték a véráramlásban, perfúzióban bekövetkező esetleges változásokat. Bőrszövet esetén ez különösen igaz volt, mivel a mozdulatlan szövetrészek okozta statikus szóródás jelentősen torzította a mérési eredményeket. Mára a mérési eredmények reprodukálhatósága jelentősen javult, mégsem sikerült teljes mértékben kiküszöbölni a statikus szóródás torzító hatását. Emiatt a jelenleg alkalmazott, egyetlen expozíciós időt felhasználó módszerek nem teszik lehetővé a különböző személyeken, vagy egy személyen, de különböző körülmények között elvégzett mérések eredményeinek összehasonlítását. Dolgozatom témája egy olyan szórási interferencia kontrasztelemzésen alapuló mérőrendszer fejlesztése, mely több nagyságrendet átfogó expozíciós idő tartományon készült felvételek kiértékelésével lehetővé teszi a mérési pontosság jelentős növelését. Mivel az általam épített eszköz közel valós idejű mérésekre is képes, ígéretes alternatívája lehet a meglehetősen költséges és lassú pásztázó Doppleres véráramlásmérő eszközöknek. Dolgozatomban bemutatom a kutatás során elért eredményeket, az általam kidolgozott és alkalmazott mérési módszerek fejlődését. Megmutatom, miért előnyös több expozíciós idő alkalmazása szintetikus minta esetén, illetve agyfelszín és bőrszövet vérellátásának vizsgálata során. Végül bevezetek egy olyan mérési protokollt, melynek segítségével jelentős mértékben javítható az általam alkalmazott módszer időbeli felbontása, elérhetővé téve a közel valós idejű méréseket

Enhancements on multi-exposure LASCA to reveal information of speed distribution

Laser Speckle Contrast Analysis (LASCA) has been proven to be a highly useful tool for the full-field determination of the blood perfusion of a variety of tissues. Some of the major advantages of this technique are its relatively high spatial and temporal resolution as well as its good or excellent accordance to Doppler systems. However, traditionally it is only able to report a single characteristic speed regarding to the actual range of interest. This might be misleading if multiple characteristic speeds are present (e. g. tremor and perfusion in skin) or if several kinds of tissues are mixed (e. g. parenchyma and vessels in brain). Here we present two relatively simple extensions of LASCA for these problems. The application of multiple autocorrelation functions (combined with the usage of multiple exposure times) can help in the separation of multiple characteristic speeds. We also present a useful method for the separation of information those originate from a mixture of different tissues. The latter method can be also implemented to single-exposure systems. © 2015, European Optical Society (EOS). All rights reserved