Article

Glutamate and taurine are increased in ventricular cerebrospinal fluid of severely brain-injured patients

Department of Trauma Surgery, University Hospital Zürich, Switzerland.
Journal of Neurotrauma (Impact Factor: 3.97). 03/1999; 16(2):135-42. DOI: 10.1089/neu.1999.16.135
Source: PubMed

ABSTRACT Glutamate contributes to secondary brain damage, resulting in cell swelling and brain edema. Under in vitro conditions, increased extracellular levels of the amino acid taurine reflect glutamate-induced osmotic cell swelling. In vivo, increases in cerebrospinal fluid (CSF) taurine could, therefore, unmask glutamate-mediated cytotoxic edema formation and possibly differentiate it from vasogenic edema. To test this hypothesis, ventricular CSF glutamate and taurine levels were measured in 28 severely brain-injured patients on days 1, 5, and 14 after trauma. Posttraumatic changes in CSF amino acids were investigated in regard to extent of tissue damage and alterations in brain edema as estimated by computerized tomography. On day 1, CSF glutamate and taurine levels were significantly increased in patients with subdural or epidural hematomas (8+/-0.8/71+/-12 microM), contusions (21+/-4.1/122+/-18 microM), and generalized brain edema (13+/-3.2/80+/-15 microM) compared to lumbar control CSF (1.3+/-0.1/12+/-1 microM; p < 0.001). CSF amino acids, however, did not reflect edema formation and resolution as estimated by computerized tomography. CSF taurine correlated positively with glutamate, eventually depicting glutamate-induced cell swelling. However, parallel neuronal release of taurine with its inhibitory function cannot be excluded. Thus, the sensitivity of taurine in unmasking cytotoxic edema formation is weakened by the inability in defining its origin and function under the conditions chosen in the present study. Overall, persisting pathologic ventricular CSF glutamate and taurine levels are highly suggestive of ongoing glial and neuronal impairment in humans following severe traumatic brain injury.

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    ABSTRACT: Fragestellung: Ein neues Modell der kortikalen Kontusion (Controlled Cortical Impact Injury, CCII) soll in der vorliegenden Arbeit für den Einsatz von Therapiestudien evaluiert werden. Material und Methoden: Bei 89 Sprague Dawley Ratten wurden eine links parieto-temporale Kontusion appliziert. 23 Stunden nach Trauma erfolgte eine neurologische Untersuchung. Die Gehirne wurden 24 Stunden nach Trauma entnommen. Das posttraumatische Hirnödem wurde gravimetrisch anhand des Wassergehalts und der Hemisphärenschwellung bestimmt. Das Kontusionsvolumen wurde mittels TTC-Färbung planimetrisch gemessen. Die Extravasation von Evans blue wurde spektralfotometrisch quantifiziert. Die histologische Charakterisierung erfolgte anhand der Hämatoxylin/Eosin-Färbung, Bielschowsky-Färbung und Evans blue Fluoreszenzmikroskopie. In einer repräsentativen Therapiestudie mit einem 5-Hydroxytryptamin1A-Agonisten (Bay X 3702) wurden 24 Stunden nach Trauma vergleichend das Kontusionsvolumen, der Wassergehalt und die Hemisphärenschwellung bestimmt. Ergebnisse: Neurologisch zeigten sich Einschränkungen in der Spontanaktivität und der Balancierfähigkeit nach Trauma. Der posttraumatische Wassergehalt war in der traumatisierten Hemisphäre (82,5 ± 0,12%) gegenüber der Kontralateralen (79,98 ± 0,07%) signifikant erhöht. Die posttraumatische Hemisphärenschwellung lag bei 14,3 ± 1,2%. In der traumatisierten Hemisphäre zeigte sich eine signifikant höhere Evans blue Extravasation (47,28 ± 11,8 ng/mg TG). Das Kontusionsvolumen wurde mit 58,9 ± 9,1 cmm bestimmt. Histologisch zeigte sich eine kortikale hämorrhagische Nekrose. Der axonalen Schaden war auf das perikontusionelle Gewebe beschränkt. Evans blue zeigte sich perikontusionell im Intra- und Extrazellulärraum. In der Therapiestudie mit Bay X 3702 zeigten der Wassergehalt und die Hemisphärenschwellung keine signifikanten Unterschiede in den Versuchsgruppen. Im Gegensatz zu neuroprotektiven Eigenschaften in Modellen der zerebralen Ischämie war das Kontusionsvolumen nach Bay X 3702 Gabe mit 126 ± 21,8 cmm signifikant größer als in der Plazebo-Gruppe (58.6 ± 7.5 cmm). Es wurde eine signifikante Abnahme des arteriellen Blutdrucks bis 30 Minuten nach Injektion der Substanz gemessen. Die Abnahme des mittleren Blutdrucks und die Zunahme des Kontusionsvolumens korrelierte signifikant. Schlußfolgerung: Das CCII imitiert wichtige Aspekte des menschlichen Schädel-Hirn-Traumas. Der posttraumatische Schaden ist reproduzierbar und quantifizierbar. Trotz fehlendem Nachweis eines neuroprotektiven Effekts in der durchgeführten Therapiestudie konnte gezeigt werden, daß das CCII als Modell der fokalen Kontusion für Therapiestudien geeignet ist.
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    ABSTRACT: Identification of new therapeutic agents aimed at attenuating posttraumatic brain edema formation remains an unresolved challenge. Among others, activation of bradykinin B2 receptors is known to mediate the formation of brain edema. The purpose of this study was to investigate the protective effect of the novel nonpeptide B2 receptor antagonist, LF 16-0687Ms, in brain-injured rats. Focal contusion was produced by controlled cortical impact injury. Five minutes after trauma, the rats received a single dose of no, low- (3 mg/kg body weight), or high- (30 mg/kg) dose LF 16-0687Ms. After 24 hours, the amount of brain swelling and hemispheric water content were determined. Low and high doses of LF 16-0687Ms significantly reduced brain swelling by 25% and 27%, respectively (p < 0.03). Hemispheric water content tended to be increased in the nontraumatized hemisphere. In a subsequent series of 10 rats, cisternal cerebrospinal fluid (CSF) samples were collected to determine whether changes in substances associated with edema formation could clarify why LF 16-0687Ms increases water content. For this, the volume regulator amino acid taurine, the excitatory transmitter glutamate, and the adenosine triphosphate degradation products hypoxanthine and xanthine were measured. In CSF, the levels of taurine, hypoxanthine, and xanthine were significantly decreased following a single administration of LF 16-0687Ms (p < 0.005); the level of glutamate, however, was double that found in control animals (p < 0.05). Using the present study design, a single administration of LF 16-0687Ms successfully reduced posttraumatic brain swelling. The decreased levels of taurine, hypoxanthine, and xanthine may reflect reduced posttraumatic brain edema, whereas the increased level of glutamate could account for the elevated water content observed in the nontraumatized hemisphere.
    Journal of Neurosurgery 05/2000; 92(5):853-9. DOI:10.3171/jns.2000.92.5.0853 · 3.23 Impact Factor
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