Park, Byung-Rim;Kim, Min-Sun;Yee, Gue-Hyun;Moon, Myoung-Jin;Kim, Jae-Hyo;Jin, Yuan-Zhe;Kim, Yo-Sik
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제7권2호
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pp.85-89
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2003
The basic mechanism for the excitation of the peripheral vestibular receptors following acute hypotension induced by sodium nitroprusside (SNP) or hemorrhage was investigated in anesthetized rats. Electrical activity of the afferent vestibular nerve was measured after pretreatment with kynurenic acid, an NMDA receptor antagonist. The activity of the vestibular nerve at rest following acute hypotension induced by SNP or simulating hemorrhage was a greater increase than in control animals. The gain of the vestibular nerve with sinusoidal rotation following acute hypotension increased significantly compared to control animals. The acute hypotension induced by SNP or hemorrhage did not change the activity of the afferent vestibular nerve after kynurenic acid injection. These results suggest that acute hypotension produced excitation of the vestibular hair cells via glutamate excitotoxicity in response to ischemia.
Loud click or tone burst sound can activate vestibular receptor and evoke reflex changes in tonic electromyographic activity within the stenocleidomastoid muscles. This reflex is assumed to originate in the saccule, the afferent pathways being the inferior vestibular nerve, and the efferent pathways the vestibulospinal tract. Averaging these muscular responses allows vestibular evoked myogenic potentials (VEMP) to be obtained. The earliest response ipsilateral to a loud click, p13n23, is dependent upon vestibular activation, specifically saccular afferents. These new techniques are beginning to be applied clinically in the patient of vestibular neuritis, Meniere's disease, acoustic neuromas, Tullio phenomenon, etc. VEMP recording will provide both a straightforward non-invasive exploration of each vestibule independently and an attractive method by which to explore otolithic receptors and vestibulospinal pathways.
Medial vestibular nucleus (MVN) neurons are involved in the reflex control of the head and eyes, and in the recovery of vestibular function after the formation of peripheral vestibular lesions. In our present study, whole cell patch clamp recordings were carried out on MVN neurons in brainstem slices from neonatal rats to investigate the actions of a group I metabotropic glutamate receptor (mGluR) agonist upon synaptic transmission and ionic currents. Application of the mGluR I agonist (S)-3,5- dihydroxyphenylglycine (DHPG) increased the frequency of miniature inhibitory postsynaptic currents (mIPSCs) but had no effect upon amplitude distributions. To then identify which of mGluR subtypes is responsible for the actions of DHPG in the MVN, we employed two novel subtype selective antagonists. (S)-(+)-$\alpha$-amino-a-methylbenzeneacetic acid (LY367385) is a potent competitive antagonist that is selective for mGluR1, whereas 2-methyl-6-(phenylethynyl)-pyridine (MPEP) is a potent noncompetitive antagonist of mGluR5. Both LY367385 and MPEP antagonized the DHPG-induced increase of mIPSCs, with the former being more potent. DHPG was also found to induce an inward current, which can be enhanced under depolarized conditions. This DHPG-induced current was reduced by both LY367385 and MPEP. The DHPG-induced inward current was also suppressed by the PLC blocker U-73122, the $IP_3$ receptor antagonist 2-APB, and following the depletion of the intracellular $Ca^{2+}$ pool by thapsigargin. These data suggest that the DHPG-induced inward current may be mainly regulated by the intracellular $Ca^{2+}$ store via the PLC-$IP_3$ pathway. In conclusion, mGluR I, via pre- and postsynaptic actions, may modulate the excitability of the MVN neurons.
The medial vestibular nucleus (MVN) neurons are controlled by excitatory synaptic transmission from the vestibular afferent and commissural projections, and by inhibitory transmission from interneurons. Spontaneous synaptic currents of MVN neurons were studied using whole cell patch clamp recording in slices prepared from 13- to 17-day-old rats. The spontaneous inhibitory postsynaptic currents (sIPSCs) were significantly reduced by the $GABA_A$ antagonist bicuculline ($20{\mu}M$), but were not affected by the glycine antagonist strychnine ($1{\mu}M$). The frequency, amplitude, and decay time constant of sIPSCs were $4.3{\pm}0.9$ Hz, $18.1{\pm}2.0$ pA, and $8.9{\pm}0.4$ ms, respectively. Spontaneous excitatory postsynaptic currents (sEPSCs) were mediated by non-NMDA and NMDA receptors. The specific AMPA receptor antagonist GYKI-52466 ($50{\mu}M$) completely blocked the non-NMDA mediated sEPSCs, indicating that they are mediated by an AMPA-preferring receptor. The AMPA mediated sEPSCs were characterized by low frequency ($1.5{\pm}0.4$ Hz), small amplitude ($13.9{\pm}1.9$ pA), and rapid decay kinetics ($2.8{\pm}0.2$ ms). The majority (15/21) displayed linear I-V relationships, suggesting the presence of GluR2-containing AMPA receptors. Only 35% of recorded MVN neurons showed NMDA mediated currents, which were characterized by small amplitude and low frequency. These results suggest that the MVN neurons receive excitatory inputs mediated by AMPA, but not kainate, and NMDA receptors, and inhibitory transmission mediated by $GABA_A$ receptors in neonatal rats.
Coeruleo-vestibular pathway which connects locus coeruleus and vestibular nuclei is noradrenergic. This study was designed to elucidate the effects of phenylephrine on the spontaneous activity of acutely isolated medial vestibular nuclear neurons of rat by whole-cell patch-clamp technique. Sprague-Dawley rats, aged 14 to 16 days, were used. After enzymatic digestion, dissociated medial vestibular neurons were transferred to a recording chamber mounted on an inverted microscope, and spontaneous action potentials were recorded by standard patch-clamp techniques. In current-clamp mode, the frequency of spontaneous action potential of medial vestibular nuclear neurons was decreased by phenylephrine (n=15). Phenylephrine increased the amplitude of afterhyperpolarization without changes in the resting membrane potential and spike width. In voltage-clamp mode, the whole potassium currents of the medial vestibular nuclear neurons were increased by phenylephrine (n=12). These experimental results suggest that ${\alpha}-receptor$ mediates the inhibitory effects on the neuronal activity of the medial vestibular nuclear neuron.
Background: Vestibular neuritis is a common cause of acute unilateral peripheral vestibulopathy. Vestibular neuritis is the second most common disease among patients with dizziness. Clinical symptoms of vestibular neuritis include the sudden onset of vertigo with spontaneous nystagmus, unsteady gait, nausea, and vomiting that last from days to weeks. However, even after the vertigo disappears, difficulty maintaining balance while walking may persist for weeks to months. Antihistamines, serotonin receptor blockers, and benzodiazepine vestibular suppressants are widely used as symptomatic treatments to reduce the severity of symptoms that occur in the acute phase. Case Summary: A patient diagnosed with acute vestibular neuritis was treated with acupuncture, moxibustion, and herbal medicine. We used the visual analog scale (VAS) to assess each symptom and the vertigo score to observe the effect of treatment. After treatment, the VAS scores for each symptom and the vertigo score decreased, and the severity of nystagmus was reduced. Conclusion: This study suggests that Korean medicine treatments, including Samchulgunbi-tang-gagam, could be effective in improving the clinical symptoms of vestibular neuritis.
Input signals originating from baroreceptors and vestibular receptors are integrated in the rostral ventrolateral medulla (RVLM) to maintain blood pressure during postural movement. The contribution of baroreceptors and vestibular receptors in the maintenance of blood pressure following hypotension were quantitatively analyzed by measuring phosphorylated extracellular regulated protein kinase (pERK) expression and glutamate release in the RVLM. The expression of pERK and glutamate release in the RVLM were measured in conscious rats that had undergone bilateral labyrinthectomy (BL) and/or sinoaortic denervation (SAD) following hypotension induced by a sodium nitroprusside (SNP) infusion. The expression of pERK was significantly increased in the RVLM in the control group following SNP infusion, and expression peaked 10 min after SNP infusion. The number of pERK positive neurons increased following SNP infusion in BL, SAD, and BL+SAD groups, although the increase was smaller than seen in the control group. The SAD group showed a relatively higher reduction in pERK expression when compared with the BL group. The level of glutamate release was significantly increased in the RVLM in control, BL, SAD groups following SNP infusion, and this peaked 10 min after SNP infusion. The SAD group showed a relatively higher reduction in glutamate release when compared with the BL group. These results suggest that the baroreceptors are more powerful in pERK expression and glutamate release in the RVLM following hypotension than the vestibular receptors, but the vestibular receptors still have an important role in the RVLM.
Park, Byung-Rim;Kim, Min-Sun;Baik, Kum-Hyun;Lee, Moon-Young;Choi, Myung-Ae;Lee, Jae-Hyo
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제6권4호
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pp.199-205
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2002
The role of peripheral vestibular receptors in acute hypotension was investigated in anesthetized rats. Acute hypotension was induced by either intravenous infusion of sodium nitroprusside (SNP) or by experimental hemorrhage, and electrical activity and expression of cFos-like immunoreactive (cFL) protein were measured in the medial vestibular nuclei (MVN). Blood pressure decreased proportionately to the does of intravenous SNP and to the volume of the hemorrhage. Blood pressure decreased 10, 30, 50% for the 5, 10, $15{\mu}g/kg$ SNP injection, respectively, and also decreased 30 and 50% after 1- and 2-ml blood loss, respectively, due to hemorrhage. In animals with intact labyrinths, acute hypotension induced by either intravenous infusion of SNP or hemorrhage produced different electrical activities with three different patterns in type I and II neurons of MVN. The responses of type I neurons showed excitatory in 2/3 of recorded neurons and inhibitory or no change in 1/3 of neurons, while the responses of type II neurons showed inhibitory in 2/3 of recorded neurons and excitatory or no change in 1/3 of neurons. In unilateral labyrinthectomized animals, 2/3 of type I neurons ipsilateral to the lesion showed an inhibitory response, and 2/3 of contralateral type I neurons showed an excitatory response after the induction of acute hypotension. The response patterns of type II neurons were opposite from those of the type I neurons. After 30% decrease in blood pressure, cFL protein expressed in the bilateral vestibular nuclei of control animals with intact labyrinths. Expression of cFL protein increased significantly proportionately to the reduction of blood pressure. The unilateral labyrinthectomized animals with acute hypotension produced expression of cFL neurons in contralateral vestibular nuclei to the lesion side, but not in ipsilateral vestibular nuclei. However, cFL protein was not expressed in bilateral vestibular nuclei after acute hypotension in bilateral labyrinthectomized animals. These results suggest that the peripheral vestibular receptors might play a significant role in controlling blood pressure following acute hypotension via activation of type I neurons and inhibition of type II neurons in the vestibular nuclei.
Using whole cell current- and voltage-clamp recording we investigated the characteristics and pharmacology of group I metabotropic glutamate receptor (mGluR)-mediated responses in rat medial vestibular nucleus (MVN) neurons. In current clamp conditions, activation of mGluR I by application of the group I mGluR agonist (R,S)-3,5-dihydroxyphenylglycine (DHPG) induced a direct excitation of MVN neurons that is characterized by depolarization and increased spontaneous firing frequency. To identify which of mGluR subtypes are responsible for the various actions of DHPG in MVN, we used two subtype-selective antagonists. (S)-(+)- alpha-amino-a-methylbenzeneacetic acid (LY367385) is a potent competitive antagonist that is selective for mGluR1, whereas 2-methyl-6-(phenylethynyl)-pyridine (MPEP) is a potent noncompetitive antagonist that is selective for mGluR5. In voltage clamp conditions, DHPG application increased the frequency of spontaneous and miniature inhibitory postsynaptic currents (IPSCs) but had no effect on amplitude distributions. Antagonism of the DHPG-induced increase of miniature IPSCs required the blockade of both mGluR1 and mGluR5. DHPG application induced an inward current, which can be enhanced under depolarized conditions. DHPG-induced current was blocked by LY367385, but not by MPEP. Both LY367385 and MPEP antagonized the DHPG-induced suppression of the calcium activated potassium current ($I_{AHP}$). These data suggest that mGluR1 and mGluR5 have similar roles in the regulation of the excitability of MVN neurons, and show a little distinct. Furthermore, mGluR I, via pre- and postsynaptic actions, have the potential to modulate the functions of the MVN.
Jin Guang-Shi;Lee Jae-Hyo;Lee Jae-Hee;Lee Moon-Young;Kim Min-Sun;Jin Yuan Zhe;Song Jeong-Hoon;Park Byung-Rim
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제11권1호
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pp.1-7
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2007
Altered environmental gravity, including both hypo- and hypergravity, may result in space adaptation syndrome. To explore the characteristics of this adaptive plasticity, the expression of immediate early gene c-fos mRNA in the vestibular related tissues following an exposure to hypergravity stimulus was determined in rats. The animals were subjected to a force of 2 g (twice earth's gravity) for 1, 3, or 12 h, and were examined poststimulus at 0, 2, 6, 12, and 24 h. RT-PCR (reverse transcription polymerase chain reaction) and real-time quantitative RT-PCR were adopted to analyze temporal changes in the expression of c-fos mRNA. The hypergravity stimulus increased the expression of c-fos mRNA in the vestibular ganglion, medial vestibular nucleus, inferior vestibular nucleus, hippocampus, cerebellum, and cortex. The peak expression occurred at 0 h poststimulation in animals stimulated with hypergravity for 1 h, and at 6 h poststimulus in those stimulated for 3 h. In contrast, those stimulated for 12 h exhibited dual peaks at 0 and 12 h poststimulus. Bilateral labyrinthectomy markedly attenuated the degree of c-fos mRNA expression. Glutamate receptor antagonist also dramatically attenuated the degree of c-fos mRNA expression. These results indicate that expression of c-fos mRNA in response to hypergravity occurs in the vestibular related tissues of the central nervous system, in which peripheral vestibular receptors and glutamate receptors play an important role. The temporal pattern of c-fos mRNA expression depended on the duration of the hypergravity stimulus.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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