Recurrent spreading depolarizations (SDs) occur in stroke and traumatic brain injury and are considered as a hallmark of injury progression. The complexity of conditions associated with SD in the living brain encouraged researchers to study SD in live brain slice preparations, yet methodological differences among laboratories complicate integrative data interpretation. Here we provide a comparative evaluation of SD evolution in live brain slices, in response to selected SD triggers and in various media, under otherwise standardized experimental conditions. Rat live coronal brain slices (350 μm) were prepared (n = 51). Hypo-osmotic medium (Na+ content reduced from 130 to 60 mM, HM) or oxygen-glucose deprivation (OGD) were applied to cause osmotic or ischemic challenge. Brain slices superfused with artificial cerebrospinal fluid (aCSF) served as control. SDs were evoked in the control condition with pressure injection of KCl or electric stimulation. Local field potential (LFP) was recorded via an intracortical glass capillary electrode, or intrinsic optical signal imaging was conducted at white light illumination to characterize SDs. TTC and hematoxylin-eosin staining were used to assess tissue damage. Severe osmotic stress or OGD provoked a spontaneous SD. In contrast with SDs triggered in aCSF, these spontaneous depolarizations were characterized by incomplete repolarization and prolonged duration. Further, cortical SDs under HM or OGD propagated over the entire cortex and occassionally invaded the striatum, while SDs in aCSF covered a significantly smaller cortical area before coming to a halt, and never spread to the striatum. SDs in HM displayed the greatest amplitude and the most rapid propagation velocity. Finally, spontaneous SD in HM and especially under OGD was followed by tissue injury. While the failure of Na+/K+ ATP-ase is thought to impair tissue recovery from OGD-related SD, the tissue swelling-related hyper excitability and the exhaustion of astrocyte buffering capacity are suggested to promote SD evolution under osmotic stress. In contrast with OGD, SD propagating under hypo-osmotic condition is not terminal, yet it is associated with irreversible tissue injury. Further investigation is required to understand the mechanistic similarities or differences between the evolution of SDs spontaneously occurring in HM and under OGD.

中文翻译：

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暴露于渗透或代谢应激的脑切片中扩散去极化的比较分析

复发性扩散去极化 (SDs) 发生在中风和创伤性脑损伤中，被认为是损伤进展的标志。活脑中与 SD 相关的条件的复杂性鼓励研究人员在活脑切片制备中研究 SD，但实验室之间的方法学差异使综合数据解释复杂化。在这里，我们提供了对活脑切片中 SD 进化的比较评估，以响应选定的 SD 触发器和各种媒体，在其他标准化的实验条件下。制备大鼠活冠状脑切片 (350 μm) (n = 51)。应用低渗透培养基（Na+ 含量从 130 降低至 60 mM，HM）或氧-葡萄糖剥夺（OGD）以引起渗透或缺血性挑战。用人工脑脊液 (aCSF) 灌注的脑切片作为对照。在控制条件下通过 KCl 压力注射或电刺激诱发 SD。通过皮质内玻璃毛细管电极记录局部场电位 (LFP)，或在白光照明下进行固有光信号成像以表征 SD。TTC 和苏木精-伊红染色用于评估组织损伤。严重的渗透压或 OGD 引发了自发的 SD。与 aCSF 中触发的 SD 相比，这些自发去极化的特点是不完全复极化和持续时间延长。此外，HM 或 OGD 下的皮层 SDs 在整个皮层传播并偶尔侵入纹状体，而 aCSF 中的 SDs 在停止之前覆盖了明显较小的皮层区域，并且永远不会扩散到纹状体。HM 中的 SD 显示出最大的振幅和最快的传播速度。最后，HM 中的自发 SD，尤其是在 OGD 下，随后是组织损伤。虽然认为 Na+/K+ ATP 酶的失败会损害 OGD 相关 SD 的组织恢复，但组织肿胀相关的过度兴奋性和星形胶质细胞缓冲能力的耗尽被认为可促进渗透应激下的 SD 进化。与 OGD 相比，在低渗透条件下传播的 SD 不是终末期的，但它与不可逆的组织损伤有关。需要进一步研究以了解在 HM 和 OGD 下自发发生的 SDs 演变之间的机制相似性或差异。HM 中的 SD 显示出最大的振幅和最快的传播速度。最后，HM 中的自发 SD，尤其是在 OGD 下，随后是组织损伤。虽然认为 Na+/K+ ATP 酶的失败会损害 OGD 相关 SD 的组织恢复，但组织肿胀相关的过度兴奋性和星形胶质细胞缓冲能力的耗尽被认为可促进渗透应激下的 SD 进化。与 OGD 相比，在低渗透条件下传播的 SD 不是终末期的，但它与不可逆的组织损伤有关。需要进一步研究以了解在 HM 和 OGD 下自发发生的 SDs 演变之间的机制相似性或差异。HM 中的 SD 显示出最大的振幅和最快的传播速度。最后，HM 中的自发 SD，尤其是在 OGD 下，随后是组织损伤。虽然认为 Na+/K+ ATP 酶的失败会损害 OGD 相关 SD 的组织恢复，但组织肿胀相关的过度兴奋性和星形胶质细胞缓冲能力的耗尽被认为可促进渗透应激下的 SD 进化。与 OGD 相比，在低渗透条件下传播的 SD 不是终末期的，但它与不可逆的组织损伤有关。需要进一步研究以了解在 HM 和 OGD 下自发发生的 SDs 演变之间的机制相似性或差异。虽然认为 Na+/K+ ATP 酶的失败会损害 OGD 相关 SD 的组织恢复，但组织肿胀相关的过度兴奋性和星形胶质细胞缓冲能力的耗尽被认为可促进渗透应激下的 SD 进化。与 OGD 相比，在低渗透条件下传播的 SD 不是终末期的，但它与不可逆的组织损伤有关。需要进一步研究以了解在 HM 和 OGD 下自发发生的 SDs 演变之间的机制相似性或差异。虽然认为 Na+/K+ ATP 酶的失败会损害 OGD 相关 SD 的组织恢复，但组织肿胀相关的过度兴奋性和星形胶质细胞缓冲能力的耗尽被认为可促进渗透应激下的 SD 进化。与 OGD 相比，在低渗透条件下传播的 SD 不是终末期的，但它与不可逆的组织损伤有关。需要进一步研究以了解在 HM 和 OGD 下自发发生的 SDs 演变之间的机制相似性或差异。但它与不可逆的组织损伤有关。需要进一步研究以了解在 HM 和 OGD 下自发发生的 SDs 演变之间的机制相似性或差异。但它与不可逆的组织损伤有关。需要进一步研究以了解在 HM 和 OGD 下自发发生的 SDs 演变之间的机制相似性或差异。