An electrophysiological and neurochemical study of retinal ischemia in the rabbit

Abstract

Résumé: Il a été démontré que l'augmentation extracellulaire des acides aminés excitateurs et des concentrations de dopamine (DA) est impliquée dans la pathogénèse des dommages ischémiques neuronaux du système nerveux central. Ainsi, de manière à mieux comprendre cette pathogénèse dans l'ischémie rétinienne, nous avons utilisé l'électrorétinogramme (ERG) et la chromatographie liquide à haute performance (HPLC) pour étudier le rôle potentiel que la DA peut jouer dans les dommages de la rétine résultant d'une ischémie similaire à celle observée dans le cerveau. De plus, nous avons étudié l'effet du Dextromethorphan (DM) à savoir s'il peut protéger contre des modifications électrophysiologiques induites par l'ischémie in vivo et s'interposer dans le métabolisme dopaminergique rétinien dans des conditions normales et ischémiques. L'ischémie totale rétinienne a été produite chez le lapin en augmentant la pression intraoculaire (lOP) au-dessus de la pression systolique. Les paramètres étudiés de l'ERG ont été les ondes A et B, les réponses des bâtonnets et des cônes, de même que les composantes (P1 à P4) des potentiels oscillatoires (OP). Les résultats ont montré que lors d'une ischémie totale de 30 min sans traitement au DM, des hyperréponses ont été observées pour l'onde B à faible intensité de stimulation de même que pour les réponses des bâtonnets et de la composante P2 des OPs. Par ailleurs, les amplitudes de P3 et P4 ont été diminuées tandis que celles de P1 et des réponses des cônes ont été normales. Le traitement au DM a éliminé toutes les variations anormales de ces paramètres pour cette durée d'ischémie. D'un autre côté, aucune hyperréponse n'a été observée avec une ischémie totale de 60 min. Plutôt, les amplitudes de tous les paramètres de l'ERG ont été diminuées significativement. Le DM a atténué partiellement les effets de 60 min. d'ischémie sur les paramètres de l'ERG. La récupération des amplitudes de l'onde B et des réponses des bâtonnets a été complète mais pas celle des OPs et des réponses des cônes. Aussi, les temps de culmination de réponses de tous les paramètres ERG ont été significativement retardés. L'ischémie de 90 min a réduit de façon marquée les paramètres de l'ERG sauf l'onde A. L'effet protecteur du DM à cette durée d'ischémie a été limité. Le traitement au DM n'a pas affecté les propriétés électrophysiologiques de la rétine non-ischémique. Les paramètres neurochimiques étudiés ont été les concentrations de DA, l'acide 3,4-dihydroxyphenylacétique (DOPAC), l'acide homovanillique (HVA), et la sérotonine (5-HT), l'acide 5-hydroxyindole acétique (5-HIAA) et la norépinéphrine (NE). Nos données ont révélé des réductions significatives dans les concentrations de DA, de DOPAC et d'HVA après 30 et 60 min d'ischémie totale tout comme dans le groupe d'ischémie partielle. Cependant, les rapports de DOPAC/DA et (HVA+DOPAC)/ DA ont été diminués significativement seulement dans le groupe ischémique de 60 min. Les concentrations de DA étaient encore diminuées à 30 minutes de recirculation après l'ischémie d'une durée de 30 min mais celles de DOPAC et d'HVA étaient retournées à des niveaux normaux. Cependant, les rapports de DOPAC/DA, HVA/DA et (HVA+DOPAC)/DA étaient élevés. Après 90 et 240 min de recirculation, les niveaux de DA rétiniens étaient retournés à des valeurs normales mais les concentrations de DOPAC et d'HVA de même que les rapports étaient toujours augmentés. De plus, après 4 h de recirculation suivant 30 min d'ischémie sans traitement au DM, les concentrations de DA étaient normales mais celles de DOPAC et d'HVA augmentées. Les rapports de DOPAC/DA, HVA/DA et (HVA+DOPAC)/DA étaient augmentés. Avec un traitement au DM, les augmentations de DOPAC, d'HVA et les ratios retournaient à des niveaux normaux. Exposées à 60 min d'ischémie sans traitement au DM, une réduction significative de DA avec des concentrations de DOPAC et d'HVA augmentées de même que les rapports ont été observés. Avec un traitement au DM, la diminution de DA et l'augmentation d'HVA ont été retournées à la normale mais le niveau de DOPAC restait significativement élevé. Les changements 1 1 1 neurochimiques dans le groupe d'ischémie de 90 min étaient similaires à ceux du groupe de 60 min. d'ischémie. Cependant, le traitement au DM n'a pas affecté ces changements. Finalement, le DM n'a pas eu d'effet sur le métabolisme dopaminergique de la rétine normale. En conclusion, nos résultats indiquent que le DM peut dans une certaine mesure, protéger la rétine de lapin de l'atteinte ischémique. Il est possible de formuler l'hypothèse que cet effet protecteur soit lié à la capacité du DM à bloquer sélectivement les récepteurs NMDA ou les canaux calciques. Aussi, cette étude démontre que le métabolisme de la DA est altéré durant et après l'ischémie rétinienne suggérant que la DA puisse jouer un rôle dans l'ischémie rétinienne. Le DM peut atténuer les effets de l'ischémie sur le métabolisme de la DA rétinienne ce qui suggère une interaction DA-NMDA rétinienne dans l'ischémie tout comme celle observée ailleurs dans le système nerveux central. D'autres études seront nécessaires pour mieux explorer cette hypothèse. || Abstract: Increases in extracellular concentrations of excitatory amino acids and dopamine (DA) have been implicated in the pathogenesis of ischemic neuronal damage in the central nervous system. We utilized the electroretinogram (ERG) and high performance liquid chromatography (HPLC) to investigate if DA may play a role in retinal ischemia, and if dextromethorphan (DM) may protect against ischemia-induced ERG changes in vivo and affect retinal DA metabolism under both normal and ischemic conditions. Retinal ischemia of various intensity was produced in the rabbit by raising the intraocular pressure (lOP) above systolic pressure. ERG parameters studied were A- and B-wave, rod and cone responses, as well as all oscillatory potential (OP) components (PI to P4). The results show that, in 30 min total ischemia without DM treatment, increases in B-wave amplitudes with delayed implicit times at lower intensity of stimulation, and in rod responses as well as in P2 component of OPs were seen. On the other hand, amplitudes of P3 and P4 components were decreased whereas the P1 component and cone responses were normal. DM treatment eliminated ail these changes. However, no hyper-responses were seen in 60 min total ischemia. Instead, the amplitudes of all parameters of ERG were significantly decreased. DM treatment partially attenuated the effects of 60 ischemia on ERG parameters: recovery of B-wave and rod response amplitudes was complete, but that of OP components and cone responses was not. AIso, the implicit times of all ERG parameters were still significantly delayed. Ninety min ischemia extensively depressed ERG parameters except A-wave. The protective effect of DM in this duration of ischemia was limited. DM treatment did not affect the electrophysiological properties of normal retina. Neurochemical parameters studied were concentrations of DA, 3, 4-dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC), homovanillic acid (HVA), serotonin (5-HT), 5-hydroxyindoleacetic acid (5-HlAA) and norepinephrine (NE). Our data revealed that significant reductions in DA, DOPAC and HVA concentrations were found with 30 and 60 min of total ischemia, as well as, with the partial ischemia. Ratios of DOPAG/DA and (HVA+DOPAC)/DA were significantly decreased only in the 60 min ischemic group. Concentrations of DA were still significantly decreased at 30 min of recirculation after 30 min ischemia, but DOPAC and HVA were back to normal levels. However, the ratios of DOPAC/DA, HVA/DA and (HVA+DOPAC)/DA were significantly elevated. After 90 and 240 min of recirculation, retinal DA contents had returned to normal values, but DOPAC and HVA concentrations as well as all ratio indices were still enhanced. With DM treatment, increased DOPAC, HVA and the ratios in the 30 min ischemia returned to normal levels. Exposed to 60 min ischemia without DM treatment, significant reductions of DA with increased DOPAC and HVA as well as in the ratios were seen. With DM treatment, DA and HVA concentrations were returned to normal, but DOPAC levels remained significantly elevated. Neurochemical changes in the 90 min ischemic group were similar to those in the 60 min ischemic group. However, DM treatment was of little benefit for this duration of ischemia. Finally, DM, when given alone had no effect on retinal DA metabolism. Together, our results indicate that, to some extent, DM can protect the rabbit retina from ischemic injury. It is tempting to speculate that this protective effect is related to the demonstrated ability of DM to block Nmethyl-D-aspartate (NMDA) receptors or calcium channels. AIso, this study demonstrates that DA metabolism is altered during and after retinal ischemia, and suggests that DA may play a contributing role in retinal ischemia. DM can attenuate the effects of ischemia on retinal DA metabolism. This points to a possible DA-NMDA retinal interaction under ischemic conditions similar to that of DA-NMDA interaction observed elsewhere in the central nervous system. Further studies are needed to investigate these hypotheses.