Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Simultane Registrierung neuronaler Aktivität im enterischen Nervensystem des Dickdarms von Maus und Meerschweinchen sowie des Menschen mit Hilfe der Multi-Site Optical Recording Technique (MSORT)

Peters, Saskia Elisabeth Christiane

Das enterische Nervensystem (ENS) besteht aus zwei Nervengeflechten, dem Plexus submucosus und dem Plexus myentericus. Bisher wurden konventionelle elektrophysiologische Techniken wie intra- und extrazelluläre Ableitungen eingesetzt, um die elektrophysiologischen Eigenschaften enterischer Neurone zu untersuchen. Diese Methoden sind nur begrenzt einsetzbar, da sie nicht geeignet sind, mehrere Neurone simultan auf Einzelzellebene zu untersuchen oder die Aktivität enterischer Neurone im Humandarm zu messen. Aufgabe der vorliegenden Arbeit war es, die ‚Multi-Site Optical Recording Technique‘ (MSORT) am frisch präparierten Darmgewebe von Maus, Meerschweinchen und vom Menschen zu etablieren, um erstmals simultan auf Einzelzellebene eine Vielzahl von Neuronen zu untersuchen. Neuropharmakologische Studien wurden aufgrund der klinischen Relevanz hauptsächlich am enterischen Nervensystem des Menschen durchgeführt. Ergebnisse dieser Arbeit können wie folgt zusammengefaßt werden: 1. Die MSORT wurde erfolgreich am frisch präparierten Plexus submucosus des Kolon von Maus und Meerschweinchen sowie im Kolon und Rektum des Menschen (Operationsgewebe und Bioptate) zur Charakterisierung elektrophysiologischer Eigenschaften etabliert. Ein speziell entwickeltes Färbeprotokoll ermöglichte die gezielte lokale Färbung einzelner enterischer Ganglien mit dem spannungssensitiven Farbstoff Di-8-ANEPPS, der sich für Studien am Plexus submucosus eignete. 2. Die MSORT konnte am Plexus submucosus mit immunhistochemischen Techniken kombiniert werden, um Transmitterkolokalisationen und damit den neurochemischen Kode submuköser Neurone zu erfassen (Mensch, Meerschweinchen). Beim Menschen wurden im Kolon und im Rektum bei rund 70 % der optisch untersuchten Neurone immunhistochemische Daten gewonnen: 56 % der Neurone zeigten ChAT/VIP, 30 % ChAT/- , 5 % ChAT/SP und 6 % VIP/-. 3. Neuropharmakologische Untersuchungen submuköser Neurone zeigten beim Menschen im Kolon und Rektum die Dominanz cholinerger Mechanismen bei synaptischen Vorgängen. Die Gabe von Acetylcholin auf 91 Neurone induzierte Aktionspotentialsalven, deren Entladungsfrequenz einen Dosis-korrelierten Anstieg im Zusammenhang mit der Acetylcholin-Applikationsdauer zeigten. Elektrische Stimulation interganglionärer Nervenstränge induzierte bei 366 von 537 Neuronen f EPSP. Nach repetitiver Stimulation konnte bei einigen Neuronen „Rundown“ registriert werden. Etwa 96 % der untersuchten f EPSP wurden durch Hexamethonium blockiert und waren damit über postsynaptische nikotinerge Acetylcholin-Rezeptoren vermittelt. Vier Prozent der f EPSP zeigten neben der nikotinergen eine weitere nicht-nikotinerge Komponente. Hier konnte durch die Blockierung mit Suramin ATP als ein Neurotransmitter identifiziert werden. 4. 18 % der Neurone zeigten Spontanaktivität, die synaptischen Ursprungs war. Eine Beteiligung nikotinerger Mechanismen konnte bei 12 von 34 Neuronen gezeigt werden. Die außerdem auftretende Hexamethonium-Insensitivität deutete auf endogene, nicht-synaptisch vermittelte Mechanismen hin. 5. Bei ca. 2 % der Neurone wurden s EPSP nach Gabe von Stimulationssalven nachgewiesen. 6. Bei 7 % der Neurone trat ein als „late onset spike discharge“ bezeichnetes Aktivitätsmuster auf, das sich nach ein- bis zweimaliger Stimulation interganglionärer Nervenstränge als länger andauernde Entladung erregender Potentiale in einer Frequenz von 14-31 Hz zeigte. Bei 12 von 19 untersuchten Neuronen konnte eine Beteiligung nikotinerger und muskarinerger Mechanismen gezeigt werden. Die Hexamethonium-Insensitivität bei 10 Neuronen läßt auf die Existenz weitere Transmitter bei der Generierung dieses Aktivitätsmusters schließen. 7. Nach oraler Stimulation interganglionärer Nervenstränge wurden im Durchschnitt 62 % und nach analer Stimulation 57 % der Neurone innerhalb enterischer Ganglien aktiviert. Dabei wurden 45 % der Neurone durch beide Richtungen, 28 % wurden Nervenfaserstrang-spezifisch und 27 % wurden nicht aktiviert. Die Population der Neurone, die nur nach analer Stimulation aktiviert wurde, zeigte signifikant mehr ChAT/VIP. Es konnte dargelegt werden, daß die MSORT eine wertvolle und konkurrenzfähige Alternative zu bisherigen konventionellen elektrophysiologischen Techniken darstellt. Zudem erlaubt die MSORT eine zuverlässige und reproduzierbare Ableitung vom enterischen Nervensystem des Menschen.

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Peters, Saskia Elisabeth Christiane: Simultane Registrierung neuronaler Aktivität im enterischen Nervensystem des Dickdarms von Maus und Meerschweinchen sowie des Menschen mit Hilfe der Multi-Site Optical Recording Technique (MSORT). Hannover 2001. Tierärztliche Hochschule.

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