EEG Power Spectra Changes and Forebrain Ischemia in Rats

Giuseppina Mariucci, Maria Antonietta Stasi, Roberto Taurelli, Paolo Nardò, Michela Tantucci, Licia Pacifici, Paolo Carminati, Maria Vittoria Ambrosini

Abstract: Background: Several animal models of cerebral ischemia have been developed to investigate both pathophysiology and pharmacological treatment. The aim of this study was to verify the prognostic value of EEG power spectra analysis in a two-vessel plus hypotension rat model of transient global ischemia. Methods: Spontaneously hypertensive rats (SHRs) and Wistar Kyoto rats (WKYs) were subjected to 20 min bilateral common carotid artery occlusion plus hypotension by sodium nitroprusside followed by reperfusion for seven days. Sham-operated animals served as controls. The changes after ischemia in EEG power spectra, and their relations with neuronal damage and astrocytic response were investigated. Results: The EEG analysis revealed that in SHRs and WKYs, ischemia produced a dramatic increase in delta activity and a decrease in theta, beta and alpha activities derived from both cortical and hippocampal areas. EEG activity reverted to normal values more quickly in WKYs than in SHRs which did not recover cortical and hippocampal alpha and beta activities even at six days of reperfusion. SHRs presented more severe damage and intense astrocytosis than WKYs in almost all the brain regions analyzed. In SHRs, hippocampal delta activity was positively correlated with the degree of neuronal necrosis and astrocytic activation, whereas theta, alpha and beta activities correlated negatively. No correlations were found in WKYs. Conclusions: These data indicate that the hippocampal bioelectrical activity recorded in SHRs from the beginning of reperfusion could be useful for predicting the ischemic outcome and evaluating the effects of pharmacological interventions.

Résumé: Changements du spectre électroencéphalographique et ischémie du cerveau antérieur chez le rat. Contexte: Plusieurs modèles animaux ont été développés pour étudier la physiopathologie et le traitement pharmacologique de l’ischémie cérébrale. Le but de cette étude était d’évaluer la valeur pronostique de l’analyse du spectre électroencéphalographique de l’ischémie globale transitoire chez un modèle murin à deux vaisseaux avec hypotension. Méthodes: Des rats spontanément hypertendus (SHRs) et des rats Wistar Kyoto (WKYs) ont été soumis pendant 20 minutes à une occlusion bilatérale de la carotide commune avec hypotension au nitroprusside de sodium, suivie de reperfusion pendant sept jours. Des animaux ayant subi une intervention factice ont servi de témoins. Les changements du spectre électroencéphalographique après ischémie et leurs relations avec le dommage neuronal et la réponse astrocytaire ont été étudiés. Résultats: L’analyse de l’ÉEG a révélé que, chez les SHRs et les WKYs, l’ischémie a provoqué une augmentation dramatique de l’activité delta et une diminution de l’activité thêta, bêta et alpha, même après six jours de reperfusion. Les SHRs présentaient des dommages plus sévères et une astrocytose plus intense que les WKYs dans presque toutes les régions du cerveau analysées. Chez les SHRs, l’activité delta de l’hippocampe était corrélée positivement au degré de nécrose neuronale et à l’activation astrocytaire, alors qu’il existait une corrélation négative avec l’activité thêta, alpha et bêta. On n’a observé aucune corrélation chez les WKYs. Conclusions: Ces données indiquent que l’activité bioélectrique de l’hippocampe enregistrée chez les SHRs à partir du début de la reperfusion pourrait être utile pour prédire les conséquences de l’ischémie et évaluer les effets d’interventions pharmacologiques.

Can. J. Neurol. Sci. 2003; 30: 54-60