Conectividad funcional a partir de la perfusión cerebral en pacientes epilépticos y con enfermedad de Parkinson / Functional connectivity from cerebral perfusion in patients with epilepsy and Parkinson's disease

Introducción: La epilepsia y la enfermedad de Parkinson han sido descritos como trastornos de redes neurales. El estudio de la conectividad por modalidades moleculares puede ser más relevante fisiológicamente que los basados en señales hemodinámicas. Objetivo: Proponer una metodología para la descripción de patrones de conectividad funcional a partir de la perfusión cerebral por tomografía por emisión de fotón único. Métodos: La metodología incluye cuatro pasos principales: preprocesamiento espacial, corrección del volumen parcial, cálculo del índice de perfusión y obtención de la matriz de conectividad funcional mediante el coeficiente de correlación de Pearson. Se implementó en 25 pacientes con distintos trastornos neurológicos: 15 con epilepsia farmacorresistente y 10 con enfermedad de Parkinson. Resultados: Se encontraron diferencias significativas entre los índice de perfusión de varias regiones de los hemisferios ipsilateral y contralateral tanto en pacientes con epilepsia del lóbulo frontal como en pacientes con epilepsia del lóbulo temporal. Igual resultado se obtuvo en los pacientes con enfermedad de Parkinson con distintos estadios de la enfermedad. Para cada grupo se identificaron patrones de conectividad funcional que involucran a regiones relacionadas con la patología en estudio. Conclusiones: Con el desarrollo de esta metodología se ha demostrado que la tomografía por emisión de fotón único aporta información valiosa para estudiar la organización de las redes funcionales del cerebro. Futuras investigaciones con mayor número de pacientes contribuirían a hacer inferencias sobre los correlatos neurales de los distintos trastornos cerebrales(AU)

Introduction: Epilepsy and Parkinson's disease have been described as disorders of neural networks. The study of connectivity by molecular modalities may be more physiologically relevant than those based on hemodynamic signals. Aim: The aim of the present work is to propose a methodology for the description of functional connectivity patterns from brain perfusion by single photon emission tomography. Methods: The methodology includes four main steps: spatial preprocessing, partial volume correction, calculation of the perfusion index and obtaining the functional connectivity matrix using Pearson's correlation coefficient. It was implemented in 25 patients with different neurological disorders: 15 with drug-resistant epilepsy and 10 suffering Parkinson's disease. Results: Significant differences were found between the perfusion indexes of various regions of the ipsilateral and contralateral hemispheres in both patients with frontal lobe epilepsy and patients with temporal lobe epilepsy. The same result was obtained in Parkinson's disease patients with different stages of the disease. For each group, functional connectivity patterns involving regions related to the pathology under study were identified. Conclusions: With the development of this methodology, it has been demonstrated that single photon emission tomography provides valuable information to study the organization of functional brain networks. Future research with a larger number of patients would contribute to make inferences about the neural correlates of the different brain disorders(AU)

El núcleo pedunuulopontino y su relación con la fisiopatología de la enfermedad de parkinson / The Pedunculopontine Nucleus and its Relationship to the Pathophysiology of Parkinson's Disease

Varias décadas de investigaciones neuropatológicas e imagenológicas han proporcionado suficientes evidencias acerca de las alteraciones en la neurotransmisión colinérgica que acompañan a la disfunción dopaminérgica en la enfermedad de Parkinson (EP). El núcleo pedunculopontino tegmental laterodorsal (NPP) representa una de las fuentes principales de proyecciones colinérgicas en el cerebro y a su vez es el origen de la única proyección colinérgica que recibe la substantia nigra pars compacta (SNpc). Actualmente el estudio de la participación del NPP en la fisiopatología de la EP toma en cuenta dos vertientes: el impacto de la pérdida temprana de la influencia excitatoria pontina sobre la SNpc asociado a la degeneración temprana del NPP y la estimulación a baja frecuencia del NPP como tratamiento quirúrgico beneficioso para los signos axiales de la EP. El NPP ha emergido como una estructura esencial en la comprensión de la fisiopatología de la EP dado sus relaciones con los núcleos de los ganglios basales, el tálamo, la corteza motora y la médula espinal. La degeneración de algunas de sus poblaciones neuronales en etapas presintomáticas de la EP ha sugerido una relación causa-efecto entre este hallazgo y la muerte de las células dopaminérgicas nigrales. Por otra parte la estimulación del NPP tiene resultados favorables sobre los trastornos posturales y de la marcha, los cuales se presentan en etapas tardías de la EP y son refractarios a otros tratamientos farmacológicos y quirúrgicos.

Several decades of neuropathologic and imagenologic investigations have provided sufficient evidences about alterations in cholinergic neurotransmission that go together with the dopaminergic dysfunction in Parkinson s disease (PD). The laterodorsal tegmental pedunculopontine nucleus (PPN) represents one of the main sources of cholinergic projections into the brain and at the same time the origin of the only cholinergic projection that substantia nigra pars compacta (SNpc) receives. At present, the study of the PPN participation as part of the physiopathology of PD has two notions: the impact of the lack of pontine excitatory influence on SNpc, associated to the early degeneration of PPN as well as the low frequency stimulation in the PPN as a beneficial surgical treatment for the axial symptoms of PD. PPN has emerged as an essential structure in the comprehension of PD physiopathology, given by its relation with the basal ganglia nuclei, thalamus, motor cortex and the spinal cord. The degeneration of some of its neuronal populations in PD pre symptomatic steps, has suggested a cause- and-effect relation on this finding and the death of nigral dopaminergic cells. On the other hand, PPN stimulation has favorable results on postural and gait disorders, which present themselves in late PD stages and are refractory to other pharmacological and surgical treatments.

Efecto de la adiinistración intracerebral de mk801 y (-) nicotina en las conceentraciones extracelulares de glu y gaba en el núcleo pedunculopontino de ratas / Effect of the Mk801 and (-) Nicotine Intracerebral Administration on Glu and Gaba Extracellular Concentration in the Pedunculopontine Nucleus from Rats

Aunque la manipulación farmacológica de los sistemas glutamatérgico y colinérgico se ha tratado en modelos experimentales de enfermedad de Parkinson (EP), pocos autores han realizado estudios de esta temática a nivel del núcleo pedunculopontino (NPP). El presente trabajo aborda los cambios en las concentraciones extracelulares (CE) de glutamato (Glu) y ácido δ-amino butírico (GABA) en el NPP de ratas hemiparkinsonizadas por inyección de 6-hidroxidopamina (6-OHDA) y sometidas a infusión local de MK-801 (10 µmol/L) o (-) nicotina (10 mM). La infusión se realizó mediante microdiálisis cerebral y la determinación de CE de neurotransmisores se realizó a través de cromatografía líquida de alta resolución acoplada a detección de fluorescencia. La infusión de MK-801 en el NPP produjo disminución significativa de CE de Glu (p< 0,01) y de GABA (p < 0,01) en ratas hemiparkinsonizadas y controles. La infusión de (-) nicotina mostró un incremento significativo de CE de Glu (p < 0,001) y GABA (p< 0,001) en el NPP de ratas hemiparkinsonizadas y controles. El bloqueo local de receptores NMDA por MK-801 facilita la interacción de Glu con sus receptores metabotrópicos que participan en mecanismos de inhibición presináptica y bloquean la liberación de neurotransmisores. Mientras que la infusión de nicotina en el NPP suma los efectos de activación de los receptores nicotínicos a los cambios conocidos en la neurotransmisión glutamatérgica y gabaérgica en el NPP en parkinsonismo. La infusión de fármacos glutamatérgicos y colinérgicos en el NPP, impone un reajuste a la neurotransmisión a este nivel que se añade a los cambios neuroquímicos asociados a denervación dopaminérgica.

Although the pharmacological manipulation of the glutamatergic and cholinergic systems have been studied in animal models of Parkinson´s disease (PD), only some authors have done work on this topic at the pedunculopontine nucleus (PPN). The present work studied the changes in glutamate (Glu) and δ-aminobutyric acid (GABA) extracellular concentrations (EC) in the PPN from hemiparkinsonian rats by 6hydroxydopamine injection. The rats were locally perfused by MK-801 (10 µmol/L) or (-) nicotine (10 mM) solutions by cerebral microdyalisis. The biochemical studies were carried out through high performance liquid chromatography coupled to fluorescence detection. MK-801 infusion induced a significant decrease of Glu (p< 0.01) and GABA (p< 0.01) EC in PPN. On the other hand (-) nicotine infusion induced a significant increase of Glu (p< 0.001) and GABA (p< 0.001) EC in PPN from hemiparkinsonian rats. The local blockade of NMDA receptors by MK-801 infusion facilitates the interaction between Glu and their metabotropic receptors that take part in presynaptic inhibition mechanisms and interfere with neurotransmitters release. Meanwhile, the nicotine infusion sums the effects of nicotinic receptor activation with the glutamatergic and gabaergic neurotransmission changes produced in the PPN in the parkinsonian condition. The cholinergic and glutamergic drug infusion in PPN impose a new adjustment to the neurotransmition at this level that is added to the neurochemical changes associated to dopaminergic denervation.

Aplicación del eest de la barra transversal modficado para evaluar ratas hemipparkinsonizadas. / Modify Beam Transversal Test to Evauate Hemiparkinsonian Rats.

La degeneración nigroestriatal que caracteriza a la enfermedad de Parkinson (EP) es estudiada en modelos experimentales en roedores por inyección de 6-hidroxidopamina (6-OHDA). El presente estudio presenta una versión modificada del test de la barra transversal (TBT) que permite la cuantificación del déficit motor a través de: tiempo que demora la rata en alcanzar una de las plataformas (latencia de escape, LE); tiempo que demora en caer de la barra (latencia de caída, LC); número total de errores cometidos durante la ejecución en cada barra (número de errores, NE). La forma y el diámetro de la sección transversal de la barra se modificaron desde barras rectangulares y circulares de 2,5 cm de diámetro hasta barras con esta misma forma y 1 cm de diámetro respectivamente lo cual impuso la mayor dificultad a la ejecución del test. Tres grupos de ratas Wistar fueron evaluados: no tratadas (n=15), lesionadas con 6-OHDA (n=14) y falsas operadas (n=14). Todas las variables estudiadas mostraron diferencias signifi-cativas entre ratas controles y hemiparkinsonizadas. Para todos los tipos de barras, las variables LE y NE se incrementaron mientras que la LC disminuyó significativamente en las ratas hemiparkinsonizadas en comparación con las ratas controles. La LC mostró diferencias altamente significativas (p<0,001) entre las barras de mayor y menor diámetro. TBT es un test que explora la función sensoriomotora, no requiere grandes sesiones de entrenamiento previo ni motivación aversiva ni deprivación de alimento. Este test resulta de gran utilidad para evaluar las deficiencias motoras que se presentan en el modelo de hemiparkinsonismo unilateral así como en otros modelos experimentales de enfermedades neurodegenerativas.

The nigrostriatal degeneration underlying Parkinson’s disease (PD) is commonly studied in experimental animals by injection of the neurotoxin 6-hydroxydopamine. The present study describes a modified version of a beam traversal test which allows the quantification of the motor deficit through the time spent to arrive to the platform once all four paws of the animals are in contact with the beam (escape latency, EL), the time spent before falling (tumbled down latency, TDL) and the number of errors (NE) committed for the animals in each beam. The shape and the diameter of the cross section of the beams were modified from rectangular and circular cross section with 2,5 cm of diameter to the same shape with 1 cm of diameter, which induced a high difficulty to the execution of the test. Three groups of Wistar rats were examined: untreated (n=15), lesioned with 6-hydroxydopamine (n=14), and sham-operated (n=14). All variables studied showed significant differences between control and hemiparkinsonian rats. The EL and the NE were increased and the TDL was decreased in hemiparkinsonian rats for all beams in comparison with control rats. In TDL the significant differences between groups were more evident (p<0.001) for the beams with high cross section irrespective of the shape of the cross section. BTT is a convenient sensorimotor test that does not need to be trained extensively, and require adverse motivation or food deprivation and appears to be very useful in evaluating the motor deficits in established unilateral model of PD and also other experimental models.

Transplante y microtransplante de células mesencefálicas fetales en striatum y sustancia negra pars reticulata simultáneamente de ratas hemiparkinsonianas: etudio conductual / Transplant and microtransplant of fetal mecencephalic cells in striatum and pars reticulata of sustancia nigra in parkinsonian rats conduct study

El objetivo del presente trabajo fue evaluar el efecto del microtrasplante de células dopaminérgicas fetales "sembradas" en substancia negra pars reticulata (Snr) simultáneamente con el striatum (Est). Los animales recibieron trasplante o microtrasplante de células en el Est y la Snr ipsilateral a la lesión de la sustancia negra pars compacta o en ambos. De acuerdo al sitio y a la técnica utilizada se consideraron los grupos experimentales siguientes: I macrotrasplante en Est (n=20), II microtrasplante en Est (n=20), III macrotrasplante en Est + Snr (n=20), IV microtrasplante en Est + Snr (n=20), V macrotrasplante en Snr (n=20), VI microtrasplante en Snr (n=20), VII Control (Solo lesión) (n=20). Las rotaciones inducidas por d-anfetamina (5mg/Kg i.p) y por apomorfina fueron estudiadas 1,2,3, y 6 meses y 3 y 6 meses respectivamente después del trasplante. Tres meses después del trasplante se estudió la asimetría motora que presentaban los animales a través de la prueba de la escalera. Las rotaciones disminuyeron significativamente en los grupos de trasplante intraestriatal. La comparación entre las técnicas quirúrgicas mostró diferencias no significativas entre ellas. La prueba de la escalera arrojó diferencias significativas en la utilización de las extremidades en todos los grupos experimentales. La utilización de la extremidad izquierda disminuyó significativamente en todos los grupos. Las rotaciones no parecen ser sensibles a modificar su comportamiento con el microtrasplante aunque son más dependientes del sitio de trasplante en cuestión.

Estudio de la actividad motora espontánea en monos de cola corta (Macaca arctoides) / Spontaneus motor activity study in primates

El presente estudio se realizó en cuatro monos de cola corta Macaca arctoides, todos machos, adultos (12-15 años de edad), de peso entre 10-13 kg. La actividad motora espontánea se estudió aplicando una prueba de "open field" que se ejecutó durante cinco días consecutivos y en 60 min de observación. En cada sesión de observación, se estudió la frecuencia con que cada animal ejecutaba los siguientes eventos: 1-Postura, 2-Actividades de locomoción y movimiento del cuerpo, 3-Posición espacial en el aparato de open field. Los sujetos se trataron con 1-metil 4-fenil 1,2,3,6-tetrahidropiridina (MPTP) (0,4 mg/kg peso) y el efecto de esta neurotoxina sobre la actividad motora espontánea se estudió por una Prueba G. Los animales realizaron una gama de actividades típicas de su vasto repertorio conductual en las que predominaron las posturas cuadrúpedas y sentado; la manipulación de objetos inanimados y la permanencia en los planos superiores del aparato de open field. La droga administrada modificó sensiblemente la actividad motora espontánea. Después del tratamiento con MPTP, predominó la postura sentado y disminuyeron significativamente las actividades que implican mucho y variado movimiento