Wilms, Karina : Eine elektrophysiologische Studie zum Einfluss von Serotonin, den 5-HT-Rezeptoragonisten 8-OH-DPAT und DOI sowie dem Neuropeptid CCK-8S auf die Entladungsrate neostriataler Neurone narkotisierter Ratten

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Kapitel 4. Ergebnisse

4.1 Die der Studie zugrunde liegende Datenpopulation

Grundlage dieser Arbeit sind die Potenzialaufzeichnungen von insgesamt 159 striatalen Neuronen. Da nicht jede Zelle mit allen verwendeten Substanzen getestet werden konnte, unterscheiden sich die einzelnen Gruppengrößen.

4.2 Der Einfluss von Serotonin auf die untersuchten striatalen Neurone

Die iontophoretische Applikation von Serotonin erfolgte an insgesamt 99 Neuronen, wobei 35 (35,4 %) ihre Entladungsrate um mehr als 25 % erhöhten, 12 (12,1 %) Neurone gehemmt wurden und 52 (52,5 %) Neurone nach den vorgegebenen Kriterien keinen Effekt zeigten. In der folgenden Abb. 3 ist die Verteilung der Neurone hinsichtlich ihrer Ansprechbarkeit auf die Serotonin-Applikation dargestellt. Wie man hier sehen kann, weist fast die Hälfte der untersuchten Population einen Effekt, entweder in positiver oder in negativer Richtung, auf.

Abbildung 3: Darstellung der prozentualen Verteilung der 99 mit Serotonin untersuchten Zellen hinsichtlich ihrer jeweiligen Reaktivität auf diesen Transmitter


30

Die mittlere Entladungsrate der spontan aktiven Neurone, welche der Tabelle 3 entnommen werden kann, war relativ gering, was an narkotisierten Versuchstieren regelmäßig zu beobachten war.

In der Gesamtpopulation stieg nach der Applikation von Serotonin die mittlere Entladungsrate sowohl in der frühen als auch in der späten Periode leicht an und erreichte in der anschließenden Recovery-Phase Werte, die sich wieder der Ausgangsaktivität näherten (siehe Tabelle 3).

Zu diesem Ergebnis tragen auch die nichtresponsiven Zellen bei, die häufig ansteigende Impulsraten zeigten, die nur gering unterhalb der 25%-Grenze bzw. der 0,5 Imp./s-Grenze (bei Spontanentladungen < 1 Imp./s) lagen. Das Überwiegen von aktivierenden Prozessen ist statistisch signifikant (Wilcoxon-Test (WT) mit p = 0,029 [frühe Periode] bzw. p = 0,018 [späte Periode]).

Um die wirklich auftretenden Aktivitätsänderungen zu verdeutlichen (siehe Tabelle 3), wurde die responsive Population in eine durch Serotonin aktivierte und eine supprimierte unterteilt. Da besonders bei letzterer auch variable Reaktionsweisen auftraten (Wechsel von Hemmung und Aktivierung), sind die zwar signifikanten, aber kleineren p-Werte des Wilcoxon-Tests für die supprimierte Population zu erklären. Aber auch die kleinere Neuronenanzahl in dieser Gruppe könnte ursächlich für die, im Vergleich zur aktivierten Population, geringere Signifikanz sein.

Tabelle 3: Mittelwerte, Mediane und Standardabweichungen der mit Serotonin getesteten Population in den verschiedenen Zeitperioden

 

Gesamtpopulation (n=99)

Erregte Gruppe (n=35)

Gehemmte Gruppe (n=12)

MW [Median]
± SAW (Imp./s)

WT
p

MW [Median]
± SAW (Imp./s)

WT
p

MW [Median]
± SAW (Imp./s)

WT
p

Kontrollperiode

2,12 [1,20]
± 3,20

 

1,96 [1,30]
± 1,88

 

3,14 [2,52]
± 2,40

 

Frühe Periode

2,21 [1,27]
± 3,29

0,029

2,51 [1,80]
± 2,41

< 0,0001

2,18 [1,58]
± 1,74

0,041

Späte Periode

2,38 [1,56]
± 3,25

0,018

3,29 [2,87]
± 2,12

< 0,0001

1,51 [1,10]
± 1,30

0,002

Recovery

2,20 [1,18]
± 3,24

0,331

2,57 [1,70]
± 2,43

< 0,0001

2,03 [1,37]
± 1,34

0,023

In der Tabelle 3 erfolgt eine Zusammenfassung der statistischen Daten der mit Serotonin getesteten Population. Wie daraus auch ersichtlich ist, erfolgte in der Beobachtungszeit keine


31

Rückkehr zur Ausgangsaktivität (Recovery), nur scheinbar in der Gesamtpopulation. Auffällig sind die unterschiedlichen Mittelwerte für die Spontanaktivitäten der durch Serotonin aktivierten, im Vergleich zur gehemmten Gruppe. Dieser Unterschied ist statistisch signifikant (Mann-Whitney-U-Test, p = 0,029), was bedeutet, dass es sich um zwei unterschiedliche Grundgesamtheiten, d.h. verschiedene Neuronentypen, gehandelt haben könnte.

Nachfolgend werden beispielhaft Abbildungen der Entladungsraten von repräsentativen striatalen Nervenzellen dargestellt. Es handelt sich dabei um Frequenz-Zeit-Histogramme der Aktivität sowohl einer durch Serotonin erregten als auch einer gehemmten Zelle.

Abbildung 4: Darstellung des Frequenz-Zeit-Histogramms der Aktivität einer durch Serotonin erregten Nervenzelle (Die grauen und weißen Balken geben die Applikationsdauer (Zeitbezug = schwarzer 2 min-Balken) der aufgeführten Substanzen, die Zahlen neben den Substanzen die benutzte Austreibstromstärke (in nA) an.)

In der Abb. 4 ist das Entladungsmuster eines Neurons aufgeführt, welches nach der Gabe von Serotonin eine deutliche Erhöhung der Impulsrate aufwies. Die Grundaktivität dieser Zelle betrug 100 s vor alleiniger Serotonin-Verabreichung im Mittel 0,02 Imp./s und ist damit als gering einzuschätzen. Während der einhundert Sekunden andauernden Serotonin-Applikation stieg diese auf durchschnittlich 0,56 Imp./s und erreichte innerhalb der ersten 100 s nach der


32

Gabe von Serotonin einen mittleren Höchstwert von 1,07 Imp./s. Die anschließende Rückkehr zur Grundaktivität ist in der Abbildung gut zu sehen. Demzufolge spricht die Änderung der Impulswerte nach unseren Kriterien (bei einer GA < 1 Imp./s Änderung um mindestens 0,5 Imp./s) für eine Erregung der Zelle durch Serotonin.

Des Weiteren kann man an diesem Histogramm sehen, dass auch eine Verabreichung des Transmitters Cholecystokinin erfolgte, diese Zelle aber mit keiner deutlichen Änderung der Aktivität reagierte. Das gleiche lässt sich bei der gemeinsamen Applikation von Serotonin und CCK-8S beobachten. Dies bedeutet, dass CCK-8S eine modulatorische Wirkung bei Koapplikationen zu besitzen scheint. Auf diesen Sachverhalt möchte ich in einem späteren Kapitel (4.5.) zu sprechen kommen.

Abbildung 5: Darstellung des Frequenz-Zeit-Histogramms der Aktivität einer durch Serotonin gehemmten Zelle (Die grauen und weißen Balken spiegeln die Applikationsdauer (Zeitbezug = schwarzer 5 min-Balken) der aufgeführten Substanzen wider, die Zahlenwerte geben die jeweilige Austreibstromstärke in nA an.)

Die Abb. 5 gibt das Frequenz-Zeit-Histogramm der Aktivität einer durch Serotonin deutlich gehemmten striatalen Nervenzelle wieder. Hier lässt sich die mittlere Grundaktivität 100 s vor Applikation von Serotonin mit einem Wert von 3,37 Imp./s als mittelmäßig schnell einschätzen


33

(siehe Kapitel 4.2.1.). Während der 100-sekündigen Gabe von Serotonin verringerte sich die Entladungsrate um 54 % auf 1,55 Imp./s und erreichte während des anschließenden Zeitintervalls (100 s) einen Niedrigstwert von 0,5 Imp./s. Aufgrund der Stauchung dieses Histogramms ist die, im Vergleich zu der Aufzeichnungsdauer der Ausgangsentladungsrate vor der ersten CCK-8S-Applikation, relativ kurze Recovery-Periode unmittelbar vor der Serotonin-Applikation nur bedingt erkennbar. Darüber hinaus wurde an dieser Zelle, wie eben schon angedeutet, CCK-8S getestet, und es erfolgte sowohl bei alleiniger Gabe als auch bei Koapplikation mit Serotonin eine Erregung. Auch an dieser Stelle möchte ich auf eine spätere Abhandlung zu dem eben genannten Sachverhalt verweisen (Abschnitt 4.5.).

4.2.1 Zusammenhang zwischen der Höhe der Grundaktivität und der Responsivität der Zellen auf Serotonin

Im einleitenden Teil dieser Arbeit wurde detailliert auf die verschiedenen innerhalb des Striatum existierenden Neuronentypen sowie auf ihre zum Teil unterschiedlichen Spontanentladungsraten eingegangen. Interessant war es deshalb herauszufinden, ob sich nach der Analyse der Grundaktivitäten jedes hier untersuchten Neurons ableiten ließ, welchem Neuronentyp es jeweils angehört haben könnte und ob sich eine Abhängigkeit der Ansprechbarkeit auf Serotonin von der Höhe der Ausgangsentladungsrate der spontan aktiven Neurone ableiten ließ.

Dazu erfolgte zunächst die Bestimmung der mittleren Grundaktivität vor der jeweiligen Substanzapplikation, innerhalb eines adäquaten Zeitintervalls, zumeist die 100 s direkt vor der Substanzgabe. Anschließend wurde, zur besseren Übersicht, eine Unterteilung in 8 Grundaktivitätsbereiche und für jeden Bereich die Aufschlüsselung der jeweiligen Responsivität jedes Neurons vorgenommen. In der folgenden Abbildung 6 ist dieser Zusammenhang graphisch dargestellt. Um die Abbildung sowie die Beschreibung der Ergebnisse in den folgenden Abschnitten überschaubarer zu gestalten, fasste ich die Grundaktivitäten mit Werten zwischen 0 und 1 Imp./s zum Bereich = 1 Imp./s, diejenigen mit Werten zwischen >1 und 2 Imp./s zum Bereich = 2 Imp./s usw. zusammen (Ausnahmen sind an entsprechender Stelle gekennzeichnet).


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Abbildung 6: Darstellung der Reaktionsweisen der 99 mit Serotonin getesteten striatalen Neurone in Abhängigkeit von der Höhe der Grundaktivität vor der Applikation der Substanz; Die Zahlen über den einzelnen Balken geben die jeweilige Anzahl der Neurone für diese Gruppe wieder.

Wie zu erkennen ist, lag die Spontanentladungsrate der Neurone, d.h. die Aktivität vor der Applikation von Serotonin in nahezu der Hälfte der Fälle im Bereich von = 1 Imp./s. Die Verteilung der übrigen Zellen kann der Abbildung 6 entnommen werden.

Um die Fragestellung nach den potenziell beteiligten Neuronentypen beantworten zu können, erfolgt, bezugnehmend auf die obengenannten Hinweise, in der Tabelle 4 ein Vergleich der Neuronengruppen mit einer Grundaktivität von = 2 Imp./s (entpricht an dieser Stelle Werten zwischen 0 und 2 Imp./s) bzw. > 2 Imp./s (entspricht hier den Werten zwischen > 2 und > 7 Imp./s) hinsichtlich ihrer Responsivität auf Serotonin.

Tabelle 4: Vergleich der Responsivität auf Serotonin der langsam und schnell entladenden Neurone

Grundaktivität

Erregte Neurone

Gehemmte Neurone

Neurone ohne Effekt

= 2 Imp./s

22

4

38

Sigma 64

> 2 Imp./s

13

8

14

Sigma 35

 

Sigma 35

Sigma 12

Sigma 52

Sigma 99


35

Die Ergebnisse in dieser Tabelle zeigen, dass 64,6 %, also nahezu zwei Drittel der mit Serotonin untersuchten Neurone, mit einer Spontanentladungsrate von = 2 Imp./s, also relativ langsam entluden. Die verbleibenden 35,4 % der Nervenzellen wiesen Spontanentladungsraten von > 2 Imp./s auf, d.h. sie gehörten zu den schneller entladenden Neuronen.

Um herauszufinden, ob ein statistisch signifikanter Unterschied zwischen der Responsivität der langsam (= 2 Imp./s) bzw. schneller (> 2 Imp./s) entladenden Population bestand, wurde ein Vergleich der Häufigkeiten responsiver und nichtresponsiver Zellen dieser beiden Neuronengruppen mit Hilfe des Chi2-Testes durchgeführt. Er ergab eine Irrtumswahrscheinlichkeit von p = 0,065, was bedeutet, dass der bestehende Unterschied der Responsivität auf Serotonin der beiden unterschiedlich schnell entladenden Neuronengruppen statistisch nicht signifikant ist.

4.3 Bestimmung der an den serotoninergen Wirkungen beteiligten striatalen Rezeptorsubtypen

4.3.1 Wirkung des 5-HT1A/7-Rezeptoragonisten 8-OH-DPAT auf die neuronale Entladungsrate

Nachdem nun der Einfluss von Serotonin auf die striatalen Neurone beschrieben wurde, soll in den folgenden Ausführungen eruiert werden, welche Serotonin-Rezeptorsubtypen involviert gewesen sein könnten. Zunächst soll auf die Datenpopulation eingegangen werden, die mit dem 5-HT1A/7-Rezeptoragonisten 8-OH-DPAT geprüft wurde.

Von den insgesamt 110 mit diesem Serotonin-Agonisten getesteten Neuronen wurden 26 (23,6 %) aktiviert und 13 (11,8 %) supprimiert. An 71 (64,6 %) striatalen Neuronen konnte keine relevante Änderung der Entladungsrate festgestellt werden.

Die Werte der jeweiligen mittleren Entladungsraten, die entsprechenden Mediane sowie die Standardabweichungen aller relevanten Zeitperioden (Kontroll-, frühe, späte, Recovery-Periode), sowohl für die durch 8-OH-DPAT erregte bzw. gehemmte, als auch für die gesamte mit dieser Substanz untersuchte Population, können der Tabelle 5 entnommen werden. Die Aufgliederung der Gesamtpopulation (n = 110) in eine erregte und eine gehemmte Gruppe verdeutlicht hierbei


36

das Ausmaß der Veränderungen. Gleichzeitig sind in der Tabelle 5 die Irrtumswahrscheinlichkeiten p (WT) für alle darin betrachteten Neuronengruppen detailliert aufgeführt. Die geringen Irrtumswahrscheinlichkeiten in den jeweiligen späten Perioden aller drei Neuronengruppen, sowie auch die noch statistisch signifikanten Unterschiede der jeweiligen Recovery-Periode, im Vergleich zur Kontrollperiode, weisen darauf hin, dass die 8-OH-DPAT-induzierten Aktivitätsänderungen verzögert auftraten und lange anhielten.

Tabelle 5: Mittelwerte, Mediane und Standardabweichungen der mit 8-OH-DPAT getesteten Population in den verschiedenen Zeitperioden

 

Gesamtpopulation (n=110)

Erregte Gruppe (n=26)

Gehemmte Gruppe (n=13)

 

MW [Median]
± SAW (Imp./s)

WT
p

MW [Median]
± SAW (Imp./s)

WT
p

MW [Median]
± SAW (Imp./s)

WT
p

Kontrollperiode

2,17 [0,97]
± 2,95

 

2,69 [1,83]
± 3,36

 

2,72 [1,64]
± 3,33

 

Frühe Periode

2,32 [1,49]
± 3,04

0,003

3,49 [2,31]
± 3,95

0,001

2,15 [1,51]
± 2,18

0,133

Späte Periode

2,49 [1,13]
± 3,36

< 0,0001

4,37 [3,24]
± 4,44

< 0,0001

1,39 [0,83]
± 1,99

0,001

Recovery

2,28 [1,02]
± 3,11

0,014

3,39 [2,16]
± 4,14

0,003

1,58 [1,17]
± 1,25

0,012

Ein Vergleich der 8-OH-DPAT-induzierten Effekte mit denen, die durch Serotonin hervorgerufen wurden, lässt gewisse Parallelen erkennen. In beiden Populationen überwog bei den responsiven Neuronen die Aktivierung.

An den insgesamt 53 Neuronen, die sowohl mit Serotonin als auch mit 8-OH-DPAT getestet worden waren, konnten in vielen Fällen ähnliche Entladungsmuster beobachtet werden (siehe Abbildung 8).

Die Tabelle 6 zeigt eine Aufgliederung aller sowohl mit Serotonin als auch mit 8-OH-DPAT getesteten Neurone (n = 53) entsprechend ihrer jeweiligen Reaktivität. Wie daraus ersichtlich ist, zeigten von den 53 gemeinsam untersuchten Zellen 29 entweder auf beide Agonisten oder nur auf einen der beiden eine Reaktion.


37

Tabelle 6: Aufgliederung aller sowohl mit Serotonin als auch mit 8-OH-DPAT getesteten Neurone (n = 53) entsprechend ihrer jeweiligen Reaktivität (uArr = Aktivierung; dArr = Hemmung; Ø = keine Antwort)

n = 53

Reaktion auf 5-HT und
8-OH-DPAT

Reaktion entweder auf 5-HT
oder auf 8-OH-DPAT

Keine Antwort auf beide Substanzen

Anzahl pro Gruppe

15 (28,3 %)

14 (26,4 %)

24 (45,3 %)

Anzahl und Reaktivität pro Untergruppe

 

Serotonin

8-OH-DPAT

 

Serotonin

8-OH-DPAT

12

uArr

uArr

uArr

7

4

1

dArr

dArr

dArr

2

1

1

uArr

dArr

Ø

5

9

1

dArr

uArr

Auffällig an den Ergebnissen der Tabelle 6 ist, dass in der Gruppe, in welcher die Neurone auf beide Substanzen reagierten (n = 15), die Aktivierung durch beide Agonisten im Vordergrund stand (80 %). Insgesamt ist die 8-OH-DPAT-induzierte Responsivitätsrate dieser Population mit 37,7 % vergleichbar mit der durch Serotonin hervorgerufenen (45,3 %).

In der Gruppe, in der die Neurone nur auf eine der beiden Substanzen reagierten, überwog in der Hälfte dieser Neurone der aktivierende Effekt durch Serotonin, und in annähernd einem Drittel dieser Fälle (28,6 %) führte ausschließlich 8-OH-DPAT zu einer signifikanten Erhöhung der Entladungsraten.

In den beiden folgenden Korrelationsdiagrammen (Abb. 7) sind die in den frühen bzw. späten Perioden aufgetretenen Effekte (= Differenz der Entladungsrate unter Substanzgabe zu der entsprechenden Grundaktivität) der 53 mit Serotonin und 8-OH-DPAT getesteten Neurone dargestellt. Die Ermittlung der Spearmanschen Korrelationskoeffizienten für die frühen (r1) bzw. die späten (r2) Perioden dieser Gesamtpopulation (n = 53) ergab Werte von r1 = 0,243 bzw. r2 = 0,437, welche mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit p von 0,04 (frühe Phase) bzw. < 0,001 (späte Phase) als signifikant einzuschätzen waren. Die letztgenannten Ergebnisse verdeutlichen, dass die betrachteten Effekte besonders stark in den späten Perioden korrelierten, was auch in der folgenden Abbildung 7 ersichtlich wird.


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Abbildung 7: Gegenüberstellung der Effekte der frühen bzw. späten Perioden der gesamten 53 Neurone, denen sowohl Serotonin als auch 8-OH-DPAT appliziert wurde (Abszisse: Differenz der Impulsraten (pro s) der 53 Neurone unter Serotoningabe zu den jeweiligen Ruheentladungsraten; Ordinate: Differenz der Impulsraten (pro s) der 53 Neurone unter 8-OH-DPAT-Gabe zu den jeweiligen Ruheentladungsraten).


39

Nachfolgend (Abb. 8) werden die Frequenz-Zeit-Histogramme der Aktivität eines Neurons aufgeführt, welche u.a. zeigen, dass Serotonin und 8-OH-DPAT ähnliche Entladungsmuster hervorriefen, hier in beiden Fällen eine nach einer anfänglich kurzzeitigen Hemmung folgende Aktivierung, wobei die Serotonin-induzierte Impulsrate quantitativ ein höheres Niveau aufwies. Allerdings sind hierbei weder die Konzentration der Substanzen noch die Austreibströme vergleichbar. Die mehrfache Applikation von 8-OH-DPAT lässt erkennen, dass die Antwort vom Typ her reproduzierbar ist, die Größe aber etwas variieren kann.

Abbildung 8: Frequenz-Zeit-Histogramme der Aktivität eines Neurons mit gleichartiger Responsivität gegenüber Serotonin und 8-OH-DPAT, nicht jedoch gegenüber Serotonin und DOI bzw. CCK-8S (Die unterschiedlich getönten Balken geben die Applikationsdauer (Zeitbezug = schwarze 5 min-Balken) der aufgeführten Substanzen, die Zahlen neben den Substanzen die benutzte Austreibstromstärke (in nA) an.)


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Zusätzlich ist dargestellt, dass keine oder zumindest eine nur geringe Reaktion auf CCK-8S und den 5-HT2A/2C-Rezeptoragonisten DOI, zwei Substanzen, auf die ich später noch eingehen werde, erfolgte. Des Weiteren ist ersichtlich, dass eine Koapplikation jeweils aller drei Serotonin-Rezeptoragonisten mit Cholecystokinin keine bzw. keine deutliche Änderung der vorherigen Antworten (bei alleiniger Gabe der Substanzen) verursachte.

4.3.1.1 Zusammenhang zwischen der Höhe der Grundaktivität und der Responsivität der Zellen auf 8-OH-DPAT

Bezüglich der mit dem 5-HT1A/7-Rezeptoragonisten 8-OH-DPAT untersuchten Neuronenpopulation (n = 110) soll in diesem Abschnitt darauf eingegangen werden, ob die Höhe der Ausgangsaktivität einen Einfluss auf die Antwortbereitschaft der Zellen auf die Gabe dieses Serotoninagonisten hatte.

Abbildung 9: Darstellung der Reaktionsweisen der 110 mit 8-OH-DPAT getesteten striatalen Neurone in Abhängigkeit von der Höhe der Grundaktivität vor Applikation der Substanz. Die Zahlen über den einzelnen Balken geben die jeweilige Anzahl der Neurone für diese Gruppe wieder.


41

Dazu wurden zunächst, analog wie im Kapitel 4.2.1., die Grundaktivitäten der Zellen in acht Teilbereiche, von = 1 bis > 7 Imp./s, aufgeteilt und für jeden Bereich die jeweilige Neuronenanzahl, je nach Reaktivität, bestimmt (Abb. 9).

Analog zu den mit Serotonin untersuchten Neuronen auch, wiesen 50 % (n = 55) der mit 8-OH-DPAT untersuchten Gesamtpopulation Ruheentladungsraten von = 1 Imp./s auf. Eine hohe Anzahl (n = 16) der durch 8-OH-DPAT erregten Zellen zeigte Grundaktivitäten von = 2 Imp./s (siehe Abb. 9 und Tabelle 7). Die übrigen zehn aktivierten Neurone hatten Spontanentladungsraten von > 2 Imp./s, deren genauere Verteilung der Abbildung 9 entnommen werden kann.

Tabelle 7: Vergleich der Responsivität auf 8-OH-DPAT der langsam und schnell entladenden Neurone

Grundaktivität

Erregte Neurone

Gehemmte Neurone

Neurone ohne Effekt

= 2 Imp./s

16

8

47

Sigma 71

>2 mp./s

10

5

24

Sigma 39

 

Sigma 26

Sigma 13

Sigma 71

Sigma 110

Im Gegensatz zu der durch Serotonin gehemmten Population (siehe Tabelle 4) hatte der größere Anteil (61,5 %) der insgesamt 13 durch 8-OH-DPAT supprimierten Zellen eine Grundaktivität von = 2 Imp./s (Tabelle 7 - die Einteilung der beiden Grundaktivitätsbereiche entspricht der von Tabelle 4).

Ein Vergleich der Responsivität beider in der Tabelle 7 angegebenen Entladungsgruppen ergab kein signifikantes Ergebnis im Chi2-Test (p = 0,655) und deutet damit, genauso wie bei der Serotoninpopulation auch, auf keinen Unterschied hinsichtlich der Ansprechbarkeit der langsam bzw. schnell entladenden Neurone hin.


42

4.3.2 Wirkung der 5-HT1A-Rezeptorantagonisten WAY 100635 und S-UH 301 auf die 8-OH-DPAT-induzierten Effekte

Es konnte im vorangegangenen Abschnitt gezeigt werden, dass in etwas mehr als einem Drittel der Zellpopulation Effekte durch 8-OH-DPAT auftraten. Es gilt nun zu eruieren, ob diese Zellantworten wirklich 5-HT1A-Rezeptor-vermittelt waren, da eine gewisse, wenn auch nur geringe Affinität des 8-OH-DPAT zum 5-HT7-Rezeptorsubtypen bekannt ist (Ruat et al., 1993b).

Dazu führten wir eine Versuchsreihe mit den beiden selektiven 5-HT1A-Rezeptor-Antagonisten WAY 100635 und S-UH 301 durch und testeten insgesamt 20 8-OH-DPAT-responsive Zellen, wobei 11 von ihnen aktiviert und die übrigen 9 durch 8-OH-DPAT gehemmt worden waren. Diese Population wurde entweder mit beiden 5-HT1A-Rezeptorantagonisten oder nur mit einem der zwei geprüft. Dabei galten die im Abschnitt 3.6. genannten Block-Kriterien. An elf striatalen Neuronen wurde nur der Einfluss von WAY 100635 auf die 8-OH-DPAT-induzierte Responsivität getestet und an sechs Zellen allein der von S-UH 301. Ob beide 5-HT1A-Rezeptorantagonisten die Fähigkeit besaßen, die Antwort der jeweils selben Zelle zu blockieren, wurde an drei Neuronen untersucht. In der Tabelle 8 ist im Detail aufgeführt, welchen Einfluss WAY 100635 und S-UH 301 auf die durch 8-OH-DPAT erregten bzw. gehemmten Neurone hatten.

Tabelle 8: Der Einfluss von WAY 100635 und S-UH 301 auf die durch 8-OH-DPAT erregten bzw. gehemmten Neurone

n = 20

Exzitation durch
8-OH-DPAT

Inhibition durch
8-OH-DPAT

Block durch
WAY 100635

4

5

Sigma17
(85%)

Block durch
S-UH 301

4

1

Block durch beide
5-HT
1A- Antagonisten

2

1

Kein
Block

1

2

Sigma3
(15%)

 

Sigma11

Sigma9


43

Von den drei nicht blockierten Neuronen wurde ein durch 8-OH-DPAT inhibiertes Neuron nur mit S-UH 301, die anderen beiden nur mit WAY 100635 getestet. Es wird deutlich, dass insgesamt nur 15 % der Population nicht auf die Gabe eines der beiden 5-HT1A-Rezeptorantagonisten reagierten. Die 8-OH-DPAT-induzierten Antworten der übrigen Neurone (85 %), inklusive der drei Zellen, die mit beiden Antagonisten geprüft worden waren, konnten verhindert oder zumindest deutlich reduziert werden.

Um die Blockierung der Effekte von 8-OH-DPAT auch statistisch zu verifizieren, wurde die mit WAY 100635 getestete Population (n = 14) zum einen in eine durch den 5-HT1A/7-Rezeptoragonisten aktivierte Gruppe und zum anderen in eine gehemmte unterteilt (siehe Abb. 10). Da die durch 8-OH-DPAT hervorgerufenen Effekte erst spät auftraten (siehe Kapitel 4.3.1.), ergab sich im Wilcoxon-Test für die alleinige 8-OH-DPAT-Applikation in beiden Gruppen eine Signifikanz jeweils nur in der späten Periode (mit p = 0,018 für beide Gruppen). Der Wilcoxon-Test ergab für die alleinige WAY-Gabe sowohl in der erregten als auch in der gehemmten Gruppe jeweils eine Irrtumswahrscheinlichkeit p = 1,0. Zwar änderten drei Neurone durch WAY 100635 ihre Entladungsrate um mehr als 25 % (eine Hemmung, zwei Aktivierungen), jedoch zeigte sich nach Durchführung des Wilcoxon-Tests in beiden Teilpopulationen keine vorherrschende Richtungsänderung hinsichtlich der WAY-induzierten Zellaktivitäten, was somit darauf hinweist, dass die alleinige Antagonistengabe keinen oder zumindest nur einen geringen Einfluss auf die gehemmte bzw. aktivierte Neuronengruppe hatte. Ebenfalls nichtsignifikante Ergebnisse im Wilcoxon-Test ergaben sich beim Vergleich der Grundaktivität mit der durch Koapplikation des 5-HT1A-Rezeptorantagonisten WAY 100635 mit 8-OH-DPAT beeinflussten Population (WT für die erregte Gruppe: p = 0,735 [frühe Periode] und p = 0,866 [späte Periode]; WT für die gehemmte Gruppe: p = 0,498 [frühe Periode] und p = 0,866 [späte Periode]).

Für die jeweiligen mit WAY 100635 (n = 14) bzw. mit S-UH 301 (n = 9) getesteten Gesamtpopulationen (erregte und gehemmte Gruppe zusammen) erfolgte ebenfalls die Ermittlung der Irrtumswahrscheinlichkeiten p im Wilcoxon-Test für verschiedene Zeitperioden. Da hierbei jedoch keine signifikanten Ergebnisse ermittelt werden konnten, wird auf die Erwähnung der einzelnen Irrtumswahrscheinlichkeiten verzichtet.


44

Abbildung 10: Darstellung der jeweiligen mittleren Effekte (entsprechen den mittleren Differenzen der Entladungsraten der in der Legende angegebenen Zeitperioden in Imp./s = Zahlen über den Balken) der insgesamt 14 mit 8-OH-DPAT und WAY 100635 getesteten striatalen Neurone für die gesamte, die erregte sowie die gehemmte Population

In dem Histogramm der Abbildung 10 erfolgt eine Zusammenstellung der mittleren Effekte der mit 8-OH-DPAT und dem 5-HT1A-Rezeptorantagonisten WAY 100635 getesteten Population. Diese Effekte ergaben sich aus den mittleren Differenzen der in der Legende aufgeführten Zeitperioden. Besonders in den beiden Teilpopulationen (erregte und gehemmte Gruppe) wird deutlich, dass der ursprüngliche 8-OH-DPAT-Effekt (Erregung bzw. Hemmung) durch die gemeinsame Applikation mit WAY 100635 abgeschwächt bzw. sogar gänzlich umgekehrt wurde, was besonders im Histogramm der gehemmten Population deutlich wird. Sowohl in der gesamten als auch in den beiden Teilpopulationen hatte die alleinige Gabe des 5-HT1A-Rezeptorantagonisten WAY 100635 keine wesentlichen Wirkungen auf die Entladungsraten der untersuchten Neurone.


45

Abbildung 11: Darstellung der jeweiligen mittleren Effekte (entsprechen den mittleren Differenzen der Entladungsraten der in der Legende angegebenen Zeitperioden in Imp./s = Zahlen über den Balken) der insgesamt 9 mit 8-OH-DPAT und S-UH 301 getesteten striatalen Neurone für die gesamte, die erregte sowie die gehemmte Population

Analog zur vorangegangenen Betrachtungsweise erfolgt auch in der Abbildung 11 die Darstellung der mittleren Effekte in allen relevanten Zeitperioden der mit S-UH 301 und 8-OH-DPAT untersuchten Population. Besonders deutlich nachvollziehbar ist der blockierende S-UH-301-Effekt in der durch 8-OH-DPAT aktivierten Neuronengruppe. Hier wird die starke Erregung, welche vor allem in der späten 8-OH-DPAT-Phase auftrat, durch die Koapplikation mit S-UH 301 verhindert bzw. sogar umgekehrt. In der durch 8-OH-DPAT gehemmten Population zeigte sich eine Effektumkehr einzig während der frühen Phase der Koapplikation von S-UH 301 und 8-OH-DPAT. In der späten Periode hatte die kombinierte Verabreichung des Antagonisten mit 8-OH-DPAT eine weniger starke Hemmung, im Vergleich zur separaten 8-OH-DPAT-Gabe zur Folge.


46

Am Beispiel der Neurone 4 und 5 in der nachfolgenden Abbildung 12 sei die Wirkung der beiden 5-HT1A-Rezeptorantagonisten dargestellt. Man kann sehen, dass bei beiden Neuronen die 8-OH-DPAT-induzierten Exzitationen wirksam durch S-UH 301 blockiert wurden und es dabei in beiden Fällen sogar zu einer kurzzeitigen schwachen Inhibition kam. In Neuron 5 kam außerdem WAY 100635 zur Anwendung und rief eine Blockierung der 8-OH-DPAT-induzierten Neuronenantwort hervor. Man kann an den vorangegangenen Ausführungen sehen, dass beide Antagonisten eine vergleichbare Wirksamkeit besaßen, den 8-OH-DPAT-induzierten Effekt zu blockieren.

Abbildung 12: Darstellung der Frequenz-Zeit-Histogramme der Aktivität zweier striataler Neurone, bei denen S-UH 301 bzw. WAY 100635 die jeweils 8-OH-DPAT-induzierte Aktivierung wirksam blockierten. (Die unterschiedlich getönten Balken geben die Applikationsdauer (Zeitbezug = schwarze 5 min-Balken) der aufgeführten Substanzen, die Zahlen neben den Substanzen die benutzte Austreibstromstärke (in nA) an).


47

Zum Vergleich wurde die Antagonistenwirkung auch an 5 Neuronen getestet, die in allen Fällen einen Anstieg der Entladungsraten nach separater Serotonin-Applikation zu verzeichnen hatten. An den gesamten 5 Zellen wurde die Wirksamkeit von WAY 100635 getestet und an 3 dieser 5 Neurone zusätzlich auch der Einfluss von S-UH 301. Wie in der Tabelle 9 zu sehen ist, wurde nur an 2 Zellen ein Block beobachtet.

Tabelle 9: Der Einfluss von WAY 100635 und S-UH 301 auf die durch Serotonin erregten Neurone

n = 5

Aktivierung durch Serotonin

Block durch WAY 100635

1

Block durch S-UH 301

/

Block durch beide 5-HT1A-Antagonisten

1

Kein Block

3

Aufgrund des sehr geringen Stichprobenumfanges ist es in diesem Fall schwierig, eine Aussage über die Wirksamkeit der 5-HT1A-Rezeptorantagonisten zu treffen. Da es zumindest in 40 % der Gesamtpopulation zu einem Block durch WAY 100635 und/oder S-UH 301 kam, ist die Annahme eines Vorkommens von 5-HT1A-Rezeptoren an diesen untersuchten Neuronen berechtigt.

4.3.3 Wirkung des 5-HT2A/2C-Rezeptoragonisten DOI auf die neuronale Entladungsrate

Wie in den Abschnitten 1.1.5.2. und 2. berichtet, wurde in verschiedenen Untersuchungen das Vorhandensein von 5-HT2-Rezeptoren im Striatum nachgewiesen. Deshalb galt es zu prüfen, welche Effekte dieser Rezeptorsubtyp im Striatum vermittelt.

An einer Gesamtpopulation von n = 66 erfolgte die mikroiontophoretische Applikation des 5-HT2A/2C-Rezeptoragonisten DOI. Dabei konnte beobachtet werden, dass, umgekehrt zu den Serotonin- bzw. 8-OH-DPAT-induzierten Effekten, bei den responsiven Neuronen die Suppression überwog. An 8 (12,1 %) Neuronen führte die DOI-Gabe zu einer Verminderung der Entladungsraten und an 6 (9,1 %) der 66 untersuchten Zellen induzierte DOI eine Erhöhung der Impulsraten. Die verbleibenden 52 (78,8 %) Neurone blieben von DOI unbeeinflusst. Damit ergibt sich, im Vergleich zu den mit Serotonin und 8-OH-DPAT getesteten Populationen, eine


48

weitaus geringere Antwortrate der untersuchten Neurone, was, zusammen mit den unterschiedlichen Effekten, auch das nichtsignifikante Ergebnis im Wilcoxon-Test (Tabelle 10) in den frühen bzw. späten Perioden erklärt. Zur besseren Effekteinschätzung erfolgt in der Tabelle 10 eine Auflistung der Mittelwerte und der Mediane sowie zusätzlich der Standardabweichungen und gegebenenfalls der Irrtumswahrscheinlichkeiten p für die gesamte Population sowie für die durch DOI erregte bzw. gehemmte Gruppe.

Tabelle 10: Mittelwerte, Mediane und Standardabweichungen der mit DOI getesteten Population in den verschiedenen Zeitperioden

 

Gesamtpopulation (n=66)

Gehemmte Gruppe (n=8)

Erregte Gruppe (n=6)

 

MW [Median]
± SAW (Imp./s)

WT
p

MW [Median]
± SAW (Imp./s)

WT
p

MW [Median]
± SAW (Imp./s)

Kontrollperiode

2,12 [0,71]
± 3,96

 

1,64 [1,46]
± 0,98

 

1,06 [1,10]
± 0,78

Frühe Periode

2,14 [0,74]
± 3,98

0,699

1,37 [1,15]
± 0,90

0,036

1,62 [1,56]
± 0,78

Späte Periode

2,06 [0,62]
± 3,97

0,330

0,82 [0,37]
± 0,87

0,012

1,45 [1,14]
± 0,94

Recovery

2,17 [0,72]
± 4,1

0,023

1,07 [0,76]
± 1,00

0,028

1,05 [1,22]
± 0,65

In der Gesamtpopulation lagen der Mittel- sowie der Medianwert der Recovery-Periode höher im Vergleich zu den Werten der Kontrollperiode und es ergab sich eine Signifikanz im Sinne eines Überwiegens von Zellaktivierungen, was einen verspäteten DOI-Effekt nahe legt. In der gehemmten Population, in der ebenfalls während der Recovery-Phase signifikante Änderungen der Entladungsraten im Sinne des Vorherrschens von Hemmungen auftraten, schien die Rückkehr zur Ruheaktivität verzögert zu sein.

An insgesamt 42 Neuronen konnte sowohl der Effekt von DOI als auch der von Serotonin geprüft werden. Dabei wiesen 23 von ihnen entweder auf beide oder nur auf einen der beiden Agonisten einen Effekt auf (siehe Tabelle 11). Bei der Gegenüberstellung der DOI-induzierten zu den Serotonin-induzierten Wirkungen auf die 42 Neurone konnte festgestellt werden, dass der mit einer Irrtumswahrscheinlichkeit von p = 0,008 signifikante Korrelationskoeffizient r1 der frühen Periode mit 0,369 höher war als der von 8-OH-DPAT und Serotonin, jedoch lag der


49

Spearmansche Korrelationskoeffizient r2 der späten Phase mit einem Wert von 0,046 deutlich unter dem der mit 8-OH-DPAT und Serotonin getesteten Population (siehe Abschnitt 4.3.1.) und wies außerdem eine Irrtumswahrscheinlichkeit von p = 0,386 auf. Da sich somit kein statistisch signifikanter Zusammenhang zwischen den DOI- bzw. Serotonin-induzierten Effekten in den späten Phase ergab, kann angenommen werden, dass die serotoninergen Effekte dieser Population, zumindest in der späten Periode, nicht 5-HT2A/2C-Rezeptor-vermittelt gewesen waren.

Eine detaillierte Zusammenstellung der jeweiligen Reaktionen jedes einzelnen der 42 sowohl mit DOI als auch mit Serotonin untersuchten Neurone wurde in der Tabelle 11 vorgenommen.

Tabelle 11: Aufgliederung aller sowohl mit Serotonin als auch mit DOI getesteten Neurone (n = 42) entsprechend ihrer jeweiligen Reaktivität (uArr = Aktivierung; dArr = Hemmung; Ø = keine Antwort

n = 42

Reaktion auf 5-HT und
DOI

Reaktion entweder auf 5-HAT
oder auf DOI

Keine Antwort auf beide Substanzen

Anzahl pro Gruppe

6 (14,3 %)

17 (40,5 %)

19 (45,2 %)

Anzahl und Reaktivität pro Untergruppe

 

Serotonin

DOI

 

Serotonin

DOI

4

uArr

uArr

uArr

8

2

1

dArr

dArr

dArr

4

3

1

uArr

dArr

Ø

5

12

Wie zu sehen ist, kamen nur an insgesamt 5 (11,9 %) der mit beiden Agonisten getesteten Neurone gleichartige Effekte vor, wobei hier eine Aktivierung der Zellen im Vordergrund stand. An einem Neuron traten entgegengesetzte Antworten auf. Insgesamt zeigten von diesen 42 Neuronen nur 26,2 % einen Effekt auf DOI, wohingegen auf Serotonin 42,9 % der Zellen mit einer signifikanten Änderung der Entladungsraten reagierten. Es ergibt sich in dieser Population, im Gegensatz zu der von 8-OH-DPAT und Serotonin, eine stärkere Dominanz der Serotonin-induzierten Effekte gegenüber den durch DOI hervorgerufenen.


50

4.3.3.1 Die Höhe der Grundaktivität und die jeweilige Responsivität der Zellen auf DOI

Wie eingangs im Abschnitt 4.3.3. beschrieben, liegt das Gesamtantwortverhalten dieser Population mit 21,2 % DOI-responsiven Neuronen weit unterhalb der Serotonin- bzw. 8-OH-DPAT-induzierten Responsivität.

Die insgesamt 6 durch DOI aktivierten Neurone verteilten sich je zur Hälfte auf die Grundaktivitätsbereiche von = 1 bzw. = 2 Imp./s. Jeweils 3 gehemmte Zellen waren ebenfalls in den ersten beiden Grundaktivitätsbereichen anzutreffen und die verbleibenden 2 Neurone, deren Entladungsraten durch DOI verringert worden waren, hatten Ausgangsentladungsraten von jeweils = 3 bzw. = 4 Imp./s.

Von den 52 nicht auf DOI reagierenden Zellen fanden sich 33 in der langsamsten Spontanaktivitätsgruppe von = 1 Imp./s. Die Verteilung der anderen 19 nicht-responsiven Neurone auf die verbleibenden Grundaktivitätsbereiche war relativ gleichmäßig (5 Neurone mit > 7 Imp./s, je 3 mit = 2, = 3 bzw. = 4 Imp./s, je 2 mit = 5 bzw. = 7 Imp./s und 1 mit = 6 Imp./s).

Nimmt man auch für diese Population eine Einteilung der responsiven und nicht-responsiven Neurone in Zellen mit einer Grundaktivität von = 2 bzw. > 2 Imp./s vor, entsprechend der Einteilung der Tabellen 4 und 7, und prüft die Häufigkeitsverteilung mit Hilfe des Chi2-Testes, so lässt sich auch hierbei keine Abhängigkeit der Responsivität von der Höhe der jeweiligen Spontanentladungsrate erkennen (Irrtumswahrscheinlichkeit p des Chi2-Testes = 0,22). Mehr als zwei Drittel (n = 48 bzw. 72,7 %) der mit DOI untersuchten Nervenzellen wiesen Ruheentladungsraten von = 2 Imp./s auf, wobei 36 dieser 48 Neurone auf die Gabe von DOI keinen Effekt gezeigt hatten.

4.3.4 Wirkung des 5-HT2A/2C-Rezeptorantagonisten Ketanserin auf die DOI-vermittelten Effekte

Stichprobenhaft wurde überprüft, ob die durch DOI induzierten Zellantworten durch den an die 5-HT2A/2C-Rezeptorsubtypen selektiv bindenden Antagonisten Ketanserin zu verhindern waren.


51

An 2 von insgesamt 3 Neuronen, deren Entladungsraten nach alleiniger DOI-Gabe verringert worden waren, führte Ketanserin zu einer Blockierung des DOI-Effektes. Eine gemeinsame Prüfung von Serotonin und Ketanserin erfolgte nicht.

4.3.5 Serotonin, 8-OH-DPAT und DOI - eine gemeinsame Betrachtung

Nachdem nun die Wirkung jedes einzelnen in der vorliegenden Studie genutzten Serotonin-Rezeptoragonisten betrachtet worden ist, soll an dieser Stelle beleuchtet werden, ob und in welchem Ausmaß diese ihre Wirkungen am selben Neuron vermitteln und inwiefern mittels dieser Ergebnisse das gleichzeitige Vorkommen von Serotonin-Rezeptorsubtypen, im speziellen das der 5-HT1A- bzw. 5-HT2A/2C-Rezeptoren, an striatalen Neuronen angenommen werden kann.

Für die Betrachtung dieses Aspektes stand eine Anzahl von insgesamt 37 Neuronen zur Verfügung, an denen neben Serotonin sowohl der 5-HT1A/7-Rezeptoragonist 8-OH-DPAT als auch der 5-HT2A/2C-Rezeptoragonist DOI getestet worden war. Zunächst wird in der Tabelle 12 für jedes Neuron dieser Population die Richtung der Responsivität auf die Gabe der drei genannten Agonisten im Detail angegeben.

Tabelle 12: Richtung der Responsivität der sowohl mit Serotonin, 8-OH-DPAT als auch mit DOI untersuchten Neurone (n = 37)

n = 37

Antwort auf Serotonin

Antwort auf DOI

Antwort auf

8-OH-DPAT

Aktivierung

Hemmung

Keine Antwort

Aktivierung

Aktivierung

3

 

1

Hemmung

 

 

 

Keine Antwort

 

 

1

Hemmung

Aktivierung

 

1

 

Hemmung

 

 

 

Keine Antwort

1

 

 

Keine Antwort

Aktivierung

4

 

3

Hemmung

 

1

1

Keine Antwort

4

2

15


52

Wie man der Tabelle entnehmen kann, zeigten 40,5 % aller Neurone (n = 15) dieser Stichprobe auf die Gabe aller drei Serotonin-Rezeptoragonisten keinen relevanten Effekt. Ein Gesamtumfang von 4 (10,8 %) Neuronen reagierte auf alle Agonisten, wobei an 3 von ihnen die Serotonin-Rezeptoragonisten ausnahmslos eine Aktivierung hervorriefen und an dem verbleibenden Neuron Serotonin und DOI eine Hemmung und 8-OH-DPAT eine Aktivierung verursachten.

An einem (2,7 %) weiteren Neuron induzierten sowohl DOI als auch 8-OH-DPAT eine Erhöhung der Entladungsrate, wohingegen auf die Serotoningabe keine Antwort erfolgte. Die Applikation von DOI führte an einem (2,7 %) anderen striatalen Neuron zu einer signifikanten Verringerung der Impulsrate, Serotonin dahingegen zeigte einen gegensätzlichen Effekt am Neuron und auf die Gabe von 8-OH-DPAT reagierte die Zelle mit keiner Änderung der Entladungsrate.

Es lässt sich somit annehmen, dass in etwas weniger als einem Sechstel (16,2 %) dieser Population (n = 37) aufgrund der beschriebenen Beobachtungen gleichzeitig mehrere Serotonin-Rezeptorsubtypen vorkamen, wobei sich dies nicht nur auf die 5-HT1A- bzw. 5-HT2A/2C-Rezeptoren beschränkt zu haben schien.


53

4.4 Überblick über die Lokalisation der untersuchten striatalen Neurone

Es soll nun gezeigt werden, inwiefern die beschriebenen Populationen einer spezifischen Verteilung innerhalb des Striatum unterliegen.

Als topographische Orientierungshilfe für die Bestimmung der Lokalisation der untersuchten Neurone wurden die kortikostriatalen Hauptafferentationsgebiete (ventromediales und dorsolaterales Striatum; siehe Abb. 1 in Abschitt 1.1.2.) zugrunde gelegt. Außerdem wurde in der vorliegenden Studie eine Unterteilung des Striatum in einen rostralen, einen mittleren und einen kaudalen Anteil vorgenommen. Dies bezieht sich auf eine von mir durchgeführte frontale Unterteilung des Striatum, entsprechend der jeweiligen Entfernung vom Bregma. Da die vorliegenden Neurone innerhalb des Striatum in einem Gebiet von +1,7 mm vor bis -3,3 mm hinter dem Bregma gefunden werden konnten, wählte ich folgende Einteilung:

  1. rostrales Striatum (Caput) = +1,7 bis +0,2 mm vor dem Bregma
  2. mittleres Striatum (Corpus) = -0,3 bis -2,12 mm hinter dem Bregma
  3. kaudales Striatum (Cauda) = -2,3 bis -3,3 mm hinter dem Bregma

In den folgenden Abschnitten wird die Verteilung der untersuchten Neurone in Frontalschnitten durch das Striatum (aus Paxinos und Watson, 1986) gezeigt. Dabei wurden aus Gründen der Übersicht jeweils nur Teile der linken Hemisphären dargestellt. Wie oben angedeutet, erfolgte innerhalb der einzelnen Frontalschnitte eine Unterteilung in ein ventromediales (der in den folgenden Abbildungen grün umrandete Teil) und ein dorsolaterales Striatum. Der Übersicht halber wurden, entsprechend der Abbildung 1, ebenfalls das Pallidum sowie der Nucleus accumbens in die grüne Umrandung miteinbezogen, was jedoch nicht bedeutet, dass auch Neurone dieser Gebiete in die vorliegende Studie involviert wurden.


54

4.4.1 Lokalisation der mit Serotonin untersuchten Neurone

Entsprechend der genannten Kriterien im vorangegangenen Abschnitt erfolgte eine Kartierung der 99 mit Serotonin untersuchten Neurone. Die Anordnung sowie die Art der Antwort jeder einzelnen Zelle können der Abb. 13 entnommen werden.

Abbildung 13: Darstellung der 99 mit Serotonin getesteten Neurone entsprechend ihrer Lokalisation innerhalb des Striatum. Die Legende gibt den Antworttyp jedes einzelnen Neurons wieder. Die Ziffern über den Schnitten entsprechen der Entfernung (in mm) vor (+) bzw. hinter (-) dem Bregma. Der jeweils grün umrandete Teil entspricht dem ventromedialen Striatum.

Sowohl in der Abb. 13 als auch in der Tabelle 13, in der eine detaillierte Aufschlüsselung der 99 Neurone hinsichtlich ihrer jeweiligen Lage innerhalb des Striatum erfolgt, wird deutlich, dass ein besonders hoher Anteil der untersuchten Population (60,6 %) im rostralen Striatum gefunden wurde, wohingegen im kaudalen Striatum die wenigsten Neurone (13,1 %) lokalisiert waren.


55

Tabelle 13: Aufschlüsselung der 99 mit Serotonin untersuchten Neurone hinsichtlich ihrer jeweiligen Lage innerhalb des Striatum

n = 99

Rostraler Teil

Mittlerer Teil

Kaudaler Teil

ventromedial

dorsolateral

ventromedial

dorsolateral

ventromedial

dorsolateral

Aktivierung durch 5-HT

12

6

8

5

4

/

Hemmung durch 5-HT

3

2

2

2

3

/

Keine Antwort auf 5-HT

19

18

4

5

2

4

 

Sigma 34

Sigma 26

Sigma 14

Sigma 12

Sigma 9

Sigma 4

 

Sigma 60

Sigma 26

Sigma 13

Die durch Serotonin aktivierten Zellen waren in allen drei Teilen des Striatum zu einem überwiegenden Teil im ventromedialen Bereich lokalisiert.

Die nichtresponsiven Neurone bevorzugten keine bestimmte Region innerhalb der drei Teilgebiete des Striatum.

Die Neurone, deren Entladungsraten durch den Einfluss von Serotonin vermindert worden waren, folgten einer relativ gleichmäßigen striatalen Verteilung.

Mit Hilfe des Chi2-Testes sollte herausgefunden werden, ob sich die Verteilung der responsiven und der nichtresponsiven Neuronen jeweils innerhalb des rostralen, des mittleren bzw. des kaudalen Striatum signifikant voneinander unterscheidet. Jedoch zeigte sich dabei kein Verteilungsunterschied innerhalb der drei striatalen Teilgebiete.

4.4.2 Lokalisation der mit 8-OH-DPAT getesteten Neurone

Die Neuronenpopulation, an welcher der Einfluss von 8-OH-DPAT geprüft worden war (n = 110), folgte einer Verteilung innerhalb des Striatum, welche der Abbildung 14 und der Tabelle 14 entnommen werden kann.

Außerdem zeigt die Tabelle 14 die 110 Neurone, eingeteilt nach ihrem jeweiligen Antwortverhalten auf die Gabe von 8-OH-DPAT.


56

Tabelle 14: Aufschlüsselung der 110 mit 8-OH-DPAT untersuchten Neurone hinsichtlich ihrer jeweiligen Lage innerhalb des Striatum

n = 110

Rostraler Teil

Mittlerer Teil

Kaudaler Teil

ventromedial

dorsolateral

ventromedial

dorsolateral

ventromedial

dorsolateral

Aktivierung durch DPAT

4

5

6

5

3

3

Hemmung durch DPAT

2

3

5

1

1

1

Keine Antwort auf DPAT

18

14

15

11

7

6

 

Sigma 24

Sigma 22

Sigma 26

Sigma 17

Sigma 11

Sigma 10

 

Sigma 46

Sigma 43

Sigma 21

Zu ungefähr gleichen Anteilen verteilten sich 89 (80,9 %) der 110 Neurone auf das rostrale und das mittlere Striatum. Im kaudalen Teil waren nur 21 (19,1 %) der mit 8-OH-DPAT getesteten Neurone lokalisiert (siehe auch Abb. 14).

Man kann sehen, dass sowohl im rostralen und mittleren als auch im kaudalen Striatum die responsiven wie auch die nichtresponsiven Neurone relativ gleichmäßig im Striatum lokalisiert waren, ohne spezielle Bevorzugung des jeweiligen ventromedialen bzw. dorsolateralen Bereiches. In den Fällen, in denen der Chi2-Test angewandt werden konnte, ergab sich, wie bei der mit Serotonin getesteten Population auch, kein signifikanter Verteilungsunterschied der responsiven zu den nichtresponsiven Populationen in allen drei striatalen Teilregionen.

Anhand der Frontalschnitte durch das Striatum in der Abb. 14 kann man sich eine detaillierte Übersicht über die Lokalisation und die Art der Antwort jedes einzelnen der 110 mit 8-OH-DPAT untersuchten Neurone verschaffen.


57

Abbildung 14: Darstellung der 110 mit 8-OH-DPAT getesteten Neurone entsprechend ihrer Lokalisation innerhalb des Striatum. Die Legende gibt den Antworttyp jedes einzelnen Neurons wieder. Die Ziffern über den Schnitten entsprechen der Entfernung (in mm) vor (+) bzw. hinter (-) dem Bregma. Der jeweils grün umrandete Teil entspricht dem ventromedialen Striatum.

4.4.3 Lokalisation der mit DOI getesteten Neurone

Die Verteilung der 66 mit DOI untersuchten Neurone kann der Tabelle 15 entnommen werden. Im rostralen und im kaudalen Teil sind etwa gleich viele Neurone über den jeweils gesamten Bereich verteilt, nur im mittleren Striatum beschränkten sich die zwei antwortenden Zellen auf den dorsolateralen Bereich. Das gleiche Ergebnis erhält man, wenn die responsiven Neurone jedes der drei Teilbereiche in Relation zur gesamten dort untersuchten Neuronenanzahl gesetzt werden. Dabei zeigt sich, dass die meisten responsiven Neurone im kaudalen (29,4 %) sowie im rostralen Striatum (25,9 %), die wenigsten im medialen Striatum (9,1 %) lokalisiert waren.


58

Aufgrund der zu geringen Stichprobenumfänge in allen drei striatalen Teilgebieten konnte der Chi2-Test, zur Beurteilung eines potentiellen Verteilungsunterschiedes der responsiven und der nichtresponsiven Neurone, nicht durchgeführt und damit eine Bevorzugung einer bestimmten Region statistisch nicht gesichert bzw. ausgeschlossen werden.

Tabelle 15: Aufschlüsselung der 66 mit DOI untersuchten Neurone hinsichtlich ihrer jeweiligen Lage innerhalb des Striatum

n = 66

Rostraler Teil

Mittlerer Teil

Kaudaler Teil

ventromedial

dorsolateral

ventromedial

dorsolateral

ventromedial

dorsolateral

Aktivierung durch DOI

2

2

/

1

1

/

Hemmung durch DOI

2

1

/

1

2

2

Keine Antwort auf DOI

11

9

16

4

8

4

 

Sigma 15

Sigma 12

Sigma 16

Sigma 6

Sigma 11

Sigma 6

 

Sigma 27

Sigma 22

Sigma 17

Es kann deshalb nur vermutet werden, dass die 5-HT2A/2C-Rezeptoren eher die rostralen und kaudalen Bereiche des Striatum bevorzugen.


59

4.5 Darlegung der gemeinsamen Wirkung von CCK-8S und Serotonin auf die Neurone des Striatum

Im Kapitel 2 wurde angedeutet, dass Cholecystokinin dem Serotonin funktionell ähnliche aber auch entgegengesetzte Wirkungen in verschiedenen Regionen des ZNS besitzt und Interaktionen zwischen beiden Transmittern in verschiedenen Untersuchungen beschrieben wurden. Derzeit liegen noch keine Studien vor, die über CCK/5-HT-Interaktionen im Striatum berichten.

Cholecystokinin wurde deshalb in die vorliegende Untersuchung mit einbezogen, um zu klären, ob Interaktionen zwischen beiden Transmittern auch im Striatum vorliegen.

Zunächst wird dargelegt, welche Antworten CCK-8S bei alleiniger Applikation bei den Neuronen hervorrief.

Die mikroiontophoretische Verabreichung von CCK-8S erfolgte an einer Gesamtpopulation von 84 Neuronen. Dabei kam es an 22 (26,2 %) Neuronen zu einer signifikanten Erhöhung der Entladungsraten, 11 (13,1 %) Neurone wurden inhibiert und die verbleibenden 51 (60,7 %) Zellen zeigten keine Antwort auf die Gabe von Cholecystokinin.

Der Wilcoxon-Test für die gesamten 84 Neurone ergab sowohl in der frühen (p = 0,001) als auch in der späten (p = 0,041) Periode signifikante Ergebnisse (jeweils mit der Dominanz von Zellaktivierungen), wohingegen dies mit einem p von 0,994 für die Recovery-Perioden, die an 82 der mit CCK-8S geprüften Neuronen ermittelt werden konnten, nicht der Fall war.

An 71 dieser 84 Neurone war es zudem möglich, den Einfluss von Serotonin, sowohl allein als auch in Koapplikation mit CCK-8S, zu prüfen. Dabei ergab sich, dass sowohl bei alleiniger CCK-8S- bzw. Serotonin-Applikation als auch bei gemeinsamer Gabe beider Transmitter bei den responsiven Neuronen die Aktivierung gegenüber der Inhibition überwog. Jedoch konnte bei Koapplikation von CCK-8S und Serotonin festgestellt werden, dass die Gesamtresponsivität der 71 Neurone geringer war als bei jeweiliger alleiniger Gabe (siehe Tabelle 16).

Tabelle 16: Der Einfluss der separaten bzw. kombinierten Applikation von CCK-8S und Serotonin auf 71 neostriatale Neurone

n = 71

Aktivierung [n(%)]

Hemmung [n(%)]

Keine Antwort [n(%)]

CCK-8S

16 (22,5 %)

9 (12,7 %)

46 (64,8 %)

Serotonin

21 (29,6 %)

9 (12,7 %)

41 (57,7 %)

CCK-8S + 5-HT

16 (22,5 %)

5 (7,1 %)

50 (70,4 %)


60

Besonders der Vergleich der Responsivität bei separater Serotonin-Gabe mit der bei kombinierter Verabreichung mit CCK-8S macht diese Antwortverminderung im letzteren Fall deutlich.

Eine Betrachtung der jeweils durch CCK-8S bzw. Serotonin aktivierten und gehemmten Gruppen, sowohl bei alleiniger als auch bei Koapplikation, ergab die in den Tabellen 17 und 18 aufgeführten Irrtumswahrscheinlichkeiten p im Wilcoxon-Test für die verschiedenen Zeitperioden.

Tabelle 17: Irrtumswahrscheinlichkeiten (Wilcoxon-Test) der durch CCK-8S bzw. Serotonin aktivierten Neuronengruppen, sowohl bei alleiniger als auch bei Koapplikation in den verschiedenen Zeitperioden (blau hervorgehoben = signifikante Irrtumswahrscheinlichkeiten p; Die Pfeile entsprechen der vorherrschenden Antwortrichtung der Population: uarr = Zellaktivierung, darr = Zellhemmung.)

 

Erregte CCK-8S-Gruppe (n = 16)

Erregte 5-HT-Gruppe (n = 21)

 

CCK-8S allein (p)

CCK-8S+5-HT (p)

Serotonin allein (p)

CCK-8S+5-HT (p)

Frühe Periode

0,001 uarr

0,002 uarr

0,008 uarr

0,079

Späte Periode

0,001 uarr

0,155

0,001 uarr

0,083

Recovery-Periode

0,017 uarr

0,081

0,006 uarr

0,781

Tabelle 18: Irrtumswahrscheinlichkeiten (Wilcoxon-Test) der durch CCK-8S bzw. Serotonin inhibierten Neuronengruppen, sowohl bei alleiniger als auch bei Koapplikation in den verschiedenen Zeitperioden (blau hervorgehoben = signifikante Irrtumswahrscheinlichkeiten p; Die Pfeile entsprechen der vorherrschenden Antwortrichtung der Population: uarr = Zellaktivierung, darr = Zellhemmung.)

 

Gehemmte CCK-8S-Gruppe (n = 9)

Gehemmte 5-HT-Gruppe (n = 9)

 

CCK-8S allein (p)

CCK-8S+5-HT (p)

Serotonin allein (p)

CCK-8S+5-HT (p)

Frühe Periode

0,260

0,594

0,110

0,021 uarr

Späte Periode

0,008 darr

0,483

0,008 darr

0,286

Recovery-Periode

0,015 darr

0,674

0,066

0,092

Wie man den beiden Tabellen entnehmen kann, wurden während der Koapplikation von CCK-8S und Serotonin, im Vergleich zur separaten Gabe der aufgeführten Transmitter, signifikante Änderungen der Entladungsraten in den relevanten Zeitperioden kaum erreicht. Die gemeinsame Applikation von CCK-8S und Serotonin ergab signifikante Änderungen der Impulsraten (mit dem Vorherrschen von Zellaktivierungen) nur in den jeweils frühen Perioden der ursprünglich durch CCK-8S erregten bzw. durch Serotonin gehemmten Gruppe.


61

Das bedeutet, dass die durch die jeweilige separate Gabe von Serotonin bzw. CCK-8S deutlichen Änderungen der neuronalen Antwortraten durch kombinierte Verabreichung der beiden Substanzen vermindert worden waren.

Ein Vergleich der Responsivität auf die alleinige Gabe von CCK-8S bzw. Serotonin mit der Responsivität auf ihre kombinierte Applikation ergab im Chi2-Test signifikante Ergebnisse, was im vorliegenden Fall bedeutet, dass die Anzahl der neuronalen Antwortraten davon abhängt, ob die beiden genannten Transmitter allein oder in Kombination verabreicht werden. Die betrachteten Parameter sowie die Ergebnisse des Chi2-Testes (p) sind nachfolgend aufgeführt (Tabelle 19).

Tabelle 19: Vergleich des Einflusses der alleinigen CCK-8S- bzw. Serotoninapplikation mit dem Einfluss der kombinierten Gabe beider Substanzen auf 71 neostriatale Neurone mit Hilfe des Chi2-Tests

Chi2-Test
n = 71

Effekt bei separater CCK-8S-Gabe

Kein Effekt bei separater CCK-8S-Gabe

Effekt bei separater 5-HT-Gabe

Kein Effekt bei separater 5-HT-Gabe

Effekt bei gemeinsamer Gabe

12

9

17

4

Kein Effekt bei gemeinsamer Gabe

13

37

13

37

 

p = 0,012

p < 0,0001

Wie im Abschnitt 4.2. angedeutet, scheint CCK-8S gegenüber Serotonin eine Rolle als Modulator zu besitzen. Dies wird in den Abbildungen 4 und 5 deutlich, in denen jeweils bei Koapplikation der Einfluss von Cholezystokinin dominierte. Selbst die alleinige starke Serotonin-Antwort in der Abbildung 4 wurde durch CCK-8S, welches selbst keinen Effekt induzierte, unterdrückt.

Betrachtet man jedoch alle 71 Neurone, so konnte auch für Serotonin eine modulatorische Fähigkeit gegenüber CCK-8S festgestellt werden. Auffällig war, dass in der gehemmten CCK-8S- bzw. Serotonin-Gruppe bei Koapplikation der Einfluss des jeweils anderen Transmitters in vielen Fällen überwog, d.h. es kam entweder zu Aktivierungen oder zu weniger starken Hemmungen.


62

4.5.1 Lokalisation der mit CCK-8S und Serotonin geprüften Neurone

Ähnlich wie in einem Teil der vorangegangenen Abschnitte auch, soll nun kurz darauf eingegangen werden, wie sich die 71 Neurone, die sowohl mit CCK-8S als auch mit Serotonin getestet wurden, innerhalb des Striatum verteilten.

In der Abbildung 15 kann man sich einen Überblick über die Lokalisation der Zellen verschaffen. Man kann gleichzeitig sehen, ob und wie die untersuchten Neurone auf die alleinige und kombinierte Applikation von CCK-8S bzw. Serotonin reagierten.

Abbildung 15: Darstellung der 71 mit CCK-8S und Serotonin getesteten Neurone entsprechend ihrer Lokalisation innerhalb des Striatum. Die Legende gibt den Antworttyp jedes einzelnen Neurons wieder. Die Ziffern über den Schnitten entsprechen der Entfernung (in mm) vor (+) bzw. hinter (-) dem Bregma. Das rostrale Striatum reicht bis + 0,2mm vor dem Bregma und das kaudale Striatum beginnt hier bei - 2,56 mm. Der jeweils grün umrandete Teil entspricht dem ventromedialen Striatum.


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Wie man der Abbildung entnehmen kann, waren die meisten Neurone (n = 43) im rostralen Teil des Striatum und die wenigsten (n = 11) im kaudalen Striatum lokalisiert. Dabei lagen 59,2 % (n = 42) aller untersuchten Zellen im ventromedialen Bereich des gesamten Striatum. Von den sechs Zellen, deren Antworten auf die separate CCK-8S- und Serotonin-Gabe bei gemeinsamer Verabreichung aufgehoben wurden, waren fünf im ventromedialen Bereich des rostralen und mittleren Striatum und nur eine im dorsolateralen Bereich des kaudalen Striatum lokalisiert. Alle vier Neurone, die sowohl auf die separate als auch auf die kombinierte Gabe von CCK-8S bzw. Serotonin mit einer Steigerung der Entladungsrate reagierten, waren über das gesamte Striatum verteilt, ohne Bevorzugung eines bestimmten Bereiches. Das gleiche gilt für die drei Neurone, die nur auf eine Koapplikation der beiden Substanzen reagierten.

Tabelle 20: Detaillierte Auflistung der striatalen Verteilung der 71 mit Serotonin und CCK-8S untersuchten Neurone

 

 

CCK-8S allein

5-HT allein

CCK-8S + 5-HT

 

 

responsiv

nicht responsiv

responsiv

nicht responsiv

responsiv

nicht responsiv

n

Rostraler
Teil

Ventromedial

11

15

11

15

8

18

26

dorsolateral

4

13

3

14

1

16

17

Mittlerer
Teil

Ventromedial

2

8

6

4

2

8

10

dorsolateral

5

2

5

2

5

2

7

Kaudaler
Teil

Ventromedial

3

3

4

2

4

2

6

dorsolateral

1

4

1

4

1

4

5

 

Summe

26

45

30

41

21

50

 

In der Tabelle 20 erfolgt eine detaillierte Auflistung der striatalen Verteilung der 71 mit Serotonin und CCK-8S untersuchten Neurone. Mit Hilfe des Chi2-Testes, der jedoch nicht in allen Fällen angewandt werden konnte, sollten für die responsiven bzw. nichtresponsiven Neurone potentielle striatale Präferenzgebiete bestätigt bzw. ausgeschlossen werden. Dabei ergaben sich jedoch für keine der in der Tabelle 20 aufgeführten Subpopulation spezifische striatale Verteilungsmuster.

Es kann somit angenommen werden, dass sich die hier untersuchten Neurone diffus über das gesamte Striatum verteilten.


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Mon Nov 18 16:00:16 2002