Z. Gao Huang, Dong Xue, Edward Preston, Hasneen Karbalai, Alastair M. Buchan

ABSTRACT: Objective: Tracer constants (K_i) for blood-to-brain diffusion of sucrose were measured in the rat to profile the time course of blood-brain barrier injury after temporary focal ischemia, and to determine the influence of post-ischemic hypothermia. Methods: Spontaneously hypertensive rats were subjected to transient (2 hours) clip occlusion of the right middle cerebral artery. Reperfusion times ranged from 1.5 min to 46 hours, and i.v. ³H-sucrose was circulated for 30 min prior to each time point (1h, 4h, 22h, and 46h; n=5-7 per time point). K_i was calculated from the ratio of parenchymal tracer uptake and the time-integrated plasma concentration. Additional groups of rats (n=7-8) were maintained either normothermic (37.5^oC) or hypothermic (32.5^oC or 28.5^oC) for the first 6 hours of reperfusion, and K_i was measured at 46 hours. Results: Rats injected after 1.5 - 2 min exhibited a 10-fold increase in K_i for cortical regions supplied by the right middle cerebral artery (p<0.01). This barrier opening had closed within 1 to 4 hours post-reperfusion. By 22 hours, the blood-brain barrier had re-opened, with further opening 22 and 46 hours (p<0.01), resulting in edema. Whole body hypothermia (28^oC-29^oC) during the first six hours of reperfusion prevented opening, reducing K_i by over 50% (p<0.05). Conclusions: Transient middle cerebral artery occlusion evokes a marked biphasic opening of the cortical blood-brain barrier, the second phase of which causes vasogenic edema. Hypothermic treatment reduced infarct volume and the late opening of the blood-brain barrier. This opening of the blood-brain barrier may enhance delivery of low permeability neuroprotective agents.

Résumé: Ouverture biphasique de la barrière hémato-encéphalique suite à une ischémie focale transitoire: effets de l'hypothermie. Objectif: Nous avons mesuré les constantes d'un traceur (K_i) de la diffusion de sucrose du sang vers le cerveau chez le rat afin d'observer l'évolution des dommages subis par la barrière hémato-encéphalique après une ischémie focale temporaire et pour déterminer les effets d'une hypothermie post-ischémique. Méthodes: Des rats spontanément hypertendus ont été soumis à une occlusion de deux heures de l'artère cérébrale moyenne par un clip. Le temps de reperfusion variait de 1.5 minute à 46 heures et une perfusion intraveineuse de ³H-sucrose a été administrée pendant 30 minutes avant chaque évaluation ponctuelle (1h, 4h, 22h, et 46h; n=5-7 par évaluation ponctuelle). La constante K_i a été calculée à partir de l'indice de captation du traceur par le parenchyme et de la concentration plasmatique en fonction du temps. Des groupes additionnels de rats (n=7-8) ont été maintenus soit à la température normale (37.5^oC) ou en hypothermie (32.5^oC ou 28.5^oC) pendant les 6 premières heures de la reperfusion et K_i a été mesurée à 46 heures. Results: Les rats qui ont reçu l'injection après 1.5 - 2 minutes présentaient une augmentation de K_i de dix fois supérieure dans les régions corticales irriguées par l'artère cérébrale moyenne (p<0.01). Cette ouverture de la barrière s'était refermée 1 à 4 heures post-reperfusion. À 22 heures, la barrière hémato-encéphalique s'était réouverte, davantage à 22 et à 46 heures (p<0.01), ce qui a donné lieu à de l'œdème. L'hypothermie généralisée (28^oC - 29^oC) pendant les 6 premières heures de la reperfusion a empêché son ouverture, diminuant ainsi la constante K_i de plus de 50% (p<0.05). Conclusions: L'occlusion transitoire de l'artère cérébrale moyenne provoque une ouverture biphasique importante de la barrière hémato-encéphalique corticale dont la deuxième phase cause de l'œdème. L'hypothermie a diminué la taille de l'infarctus cérébral et l'ouverture tardive de la barrière hémato-encéphalique. Cette ouverture de la barrière hémato-encéphalique peut accroître la distribution d'agents neuroprotecteurs à basse perméabilité.

Can. J. Neurol. Sci. 1999; 26: 298-304