Effect of acute changes in glucose concentration on neuronal activity and plasticity in the rat hippocampus / Efecto de los cambios agudos en la concentración de glucosa sobre la actividad neuronal y la plasticidad en el hipocampo de las ratas

ABSTRACT

OBJETIVES Diabetes mellitus is a major public health concern in many regions of the world, including the Caribbean. Diabetes is associated with multi-system pathology and central nervous system complications have been receiving increasing attention (dementia, cognitive decline and memory loss). While such pathology has been shown to be associated with long term derangement in glucose metabolism,less is known about the effects of acute changes in glucose concentration on neuronal function. This study assesses the effects of acute changes in glucose concentration upon neuronal transmission and neuronal plasticity. METHODS: We made use of extracellular recordings from hippocampal slices of young adult rats and exposed them to changes in glucose concentration for 60 minutes before assessing synaptic plasticity. Experiments were carried out at both 30ºC and 35ºC. RESULTS: At 30ºC, glucose concentrations of 30 mM and 4 mM had little effect upon population spike potentials (PSP). However, reducing glucose concentration to 2 mM, 1 mM and 0 mM respectively resulted in a progressive decrease in the size of PSP until they were completely abolished. Similar results were observed at 35ºC except that 30 mM caused a significant increase in PSP size. Changes in glucose concentration had no effect upon synaptic plasticity at either 30ºC or 35ºC except below 2 mM glucose. CONCLUSION: Acute changes in glucose concentration have a limited impact on neuronal transmission unless concentrations drop below 2 mM. However, there seems to be little impairment of synaptic plasticity even at very low concentrations of glucose. We suggest that short term acute changes in glucose concentrations may not contribute directly to the cognitive decline associated with diabetes unless extremely severe.

RESUMEN

OBJETIVOS: La diabetes mellitus es una de las principales preocupaciones de la salud pública en muchas regiones del mundo, incluyendo el Caribe. La diabetes se encuentra asociada con una patología multi-sistémica, y en tiempos recientes las complicaciones del sistema nervioso central han estado recibiendo cada vez mayor atención, incluyendo la demencia, el deterioro cognitivo y la pérdida de la memoria. Si bien se ha demostrado que esta patología se encuentra asociada con trastornos a largo plazo del metabolismo de la glucosa, poco se sabe de los efectos de los cambios agudos en la concentración de la glucosa en el funcionamiento neuronal. Este estudio evalúa los efectos de los cambios agudos en la concentración de glucosa, sobre la transmisión y la plasticidad neuronales. MÉTODOS:Se hizo uso de grabaciones extracelulares de segmentos del hipocampo de ratas adultas jóvenes. Las grabaciones fueron expuestas a cambios en la concentración de glucosa durante 60 minutos antes de evaluar la plasticidad sináptica. Los experimentos se llevaron a cabo a 30ºC y 35ºC. RESULTADOS: A 30ºC las concentraciones de glucosa de 30 mM y 4 mM tuvieron poco efecto sobre los potenciales de punta PSP (Population Spike Potentials). Sin embargo, la reducción de la concentración de glucosa a 2 mM, 1 mM y 0 mM respectivamente trajo como resultado una progresiva disminución del tamaño de los PSP hasta llegar a su total anulación. Resultados similares que observaron a 35ºC excepto en el caso de 30 mM, en el que se produjo un aumento significativo en la magnitud de los PSP. Los cambios en la concentración de glucosa no tuvieron efecto alguno sobre la plasticidad sináptica a 30ºC ni a 35ºC excepto por debajo de 2 mM de glucosa. CONCLUSIÓN: Los cambios agudos en la concentración de la glucosa tienen un impacto limitado sobre la transmisión neuronal a menos que las concentraciones caigan por debajo de 2 mM. Sin embargo, al parecer hay poca afectación de la plasticidad sináptica, incluso a concentraciones muy bajas de glucosa. Sugerimos que los cambios agudos a corto plazo de las concentraciones de glucosa pueden no contribuir directamente al deterioro cognitivo asociado con la diabetes, a menos que sea extremadamente severa.