2007-09-20 Publikationsserver der Universitätsbibliothek Marburg Universitätsbibliothek Marburg Thermosensitivity Der Hypothalamus repräsentiert den Ort der zentralen Steuerung homöostatischer Systeme wie der Körpertemperatur und des Salz- und Wasserhaushaltes. Daher wird er auch als oberste Integrationseinheit vegetativer Funktionen bezeichnet. Via Afferenzen von peripheren und zentralen Rezeptoren erhalten die hypothalamischen Kerngebiete Informationen zum Status der Homöostase und lösen zu deren Regulation effektorische neuronale, neurosekretorische und humorale Mechanismen aus. Die Zellen der paraventrikulären und supraoptischen Kerne (PVN und SON) bilden das osmoregulative Zentrum. Die temperatursensitiven magnozellulären Neurone (MNCs) dieser Nuclei sezernieren die Hormone ADH (Vasopressin), ein wichtiges Hormon für die Regulation des Wasserhaushaltes und der Temperatur, sowie das Hormon Oxytozin. Auf zellulärer Ebene ist neben der Frequenzzunahme die Ausbildung phasischer Entladungen (Bursts) der MNCs ein entscheidender Faktor für die Hormonsekretion. Dementsprechend sind diese Neurone in der Lage zahlreiche multimodale Signale zu integrieren, wie zum Beispiel thermale oder osmotische Stimuli. Einen überaus großen Einfluss zur Regulation dieser Mechanismen haben Afferenzen aus anderen Hirnarealen. So erhalten die Neurone des PVN und SON direkten Input via noradrenerger Afferenzen, deren Zellkörper den A2 und A6 Zellpopulationen der Medulla oblongata und des Locus coeruleus entstammen. In dieser Studie wurden mittels extrazellulärer Registrierung in hypo-thalamischen Schnittpräparaten (400 μm) juveniler Ratten, die Effekte des noradrenergen α1-Agonisten Phenylephrin (PHE, 2-10 μM) auf spontanaktive Neurone des PVN und SON untersucht. 1. In der ersten Versuchsreihe wurde die Auswirkung von PHE auf Neurone bei konstanter Temperatur (37°C) untersucht. Dabei führte PHE bei 18 von 24 Neuronen (75%) zu einem deutlichen Anstieg der Frequenz (oftmals bis zu 400%), wobei sich die unbehandelten spontanaktiven Neurone zuvor durch eine stets konstante Frequenz auszeichneten. 2. Um zu untersuchen, welchen Einfluss Phenylephrin auf die Temperatur-Sensitivität (Temperaturkoeffizient (TC); Einheit: Impulse*s-1*°C-1= Hz/°C) von Neuronen des PVN und SON hat, wurde diese Substanz in einem weiteren Untersuchungsansatz parallel zu sinusförmigen Temperaturreizen (37°C±3°C, f= 0,005 Hz) appliziert. Dies führte bei 12 von 21 untersuchten Neuronen zu einem deutlichen Anstieg des Temperaturkoeffizienten. PHE bewirkt also eine Sensitivierung der untersuchten Zellen gegenüber Temperaturänderungen. In 6 Fällen zeigten zuvor temperaturinsensitive Neurone nach Applikation von PHE TC-Werten von über 0,8 Hz/°C. Bei einigen Neuronen (n= 5) konnte eine derartige Wirkung bei sinusförmigen Temperatur-Stimuli beobachtet werden, dass es zu einem On-Off-Effekt kam. Nach PHE-Gabe (10 μM) wurden die anfangs spontanaktiven Neurone im Bereich des Temperaturmaximums erheblich aktiviert, wobei die Entladungs-frequenz im zeitlichen Verlauf dieses Phasenbereiches des Temperatursinus die Form eines Plateaus annahm. Dagegen stellten die Neurone ihre Aktivität an einem gewissen Punkt des absteigenden sinusförmigen Temperatur-verlaufes weitgehend ein. Erst beim Überschreiten der Temperaturschwelle von ca. 37°C war der Temperaturreiz wieder stark genug und die Zellen nahmen ihre Aktivität wieder in dem bekannten Maße auf. Ein weiterer Effekt des PHE war die Phasenverschiebung der Entladungsrate relativ zum Verlauf des sinusförmigen Temperatur-Stimulus. Durchschnittlich betrug diese temporäre Verschiebung -36 s (SD 20,5 s, n= 7). Dies bedeutet, dass PHE den Bereich verkleinert, in welchem Neurone dynamisch auf Temperaturänderungen antworten und somit die Sensitivität auf Änderungen innerhalb dieses Temperaturbereichs erheblich erhöht. Erwähnt werden muss, dass alle beschriebenen Effekte durch den α1-Antagonisten Prazosin geblockt werden konnten. Die dargestellten Ergebnisse zeigen, dass die Neurone des PVN und SON unter starker modulatorischer Kontrolle via noradrenerger Afferenzen aus dem Hirnstamm stehen. Die Sinnhaftigkeit dieser α1-Adrenorezeptor-vermittelten neuronalen Modulation könnte in einer Feinjustierung des elektrischen Aktivitätsniveaus der neurosekretorischen Zellen in Abhängigkeit von der Körpertemperatur liegen und somit ein wichtiger Bestandteil der zentralen Steuerung der Homöostase darstellen. Hypothalamus Hypothalamic Talke Christian Philipps-Universität Marburg urn:nbn:de:hebis:04-z2007-06191 Noradrenerge Modulation thermosensitiver Neurone im Hypothalamus der Ratte. Noradrenergic Neuroendokrines System ths Prof. Dr. Voigt K. Voigt, K. (Prof. Dr.) Osmoregulation 2011-08-10 https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2007/0619/cover.png Physiology (general) 108 application/pdf The paraventricular nucleus (PVN) and the supraoptic nucleus (SON) are the major sites of neuronal control for many homeostatic functions, such as the osmoregulation, the adjustment of the body temperature and others. Neurons of the PVN and SON receive direct input via noradrenergic afferents, the cell bodies of which originate primarily in the A2 and A6 cell groups of the medulla oblongata and locus coeruleus. We have examined the effects of the noradrenergic α1-agonist Phenylephrine (PHE) on the firing rate (FR) of neurons in slices of PVN and SON at constant temperature and during sinusoidal temperature changes. Hypothalamic brain slices (400 μm) were made from male Sprague-Dawley rats (150-250g), incubated in artificial cerebrospinal fluid (aCSF) and constantly oxygenated with 95%O2/5% CO2 at pH 7.3-7.5 and a osmolality of 295±5 mosmol kg-1. A slice was placed on a thermode in the recording chamber and superfused continuously with oxygenated aCSF. Extracellular single-unit activity was recorded using glass electrodes with a resistance of about 0.8-2.0MΩ. During recording, slices were exposed for 5-10 minutes to 2-10 μM PHE or 10 μM PHE in combination with 10 μM of the α1-antagonist Prazosin (PRA). Constant temperature or sinusoidal temperature changes (37°C±3°C, f= 0.005 Hz) was controlled via a homemade thermostimulator device. Data was acquired with homemade hard- and software and analysed with IGOR Pro (WaveMetrics). Neuronal thermosensitivity was calculated off-line by linear regression analysis of the frequency/temperature curves to determine the temperature coefficient (TC; impulses*s-1*°C-1). In response to bath application of 2-10 μM PHE, the majority (18 out of 24) of the neurons showed a significant increase in FR of up to 400% at constant temperature. In most neurons application of PHE during sinusoidal temperature (37°C±3°C, f= 0.005Hz) change, resulted in a dramatic increase in firing rate during ascending phases or close to the maximum of the temperature sinus, while the firing rate often was inhibited during descending phases close to the minimum of the temperature sinus. This PHE-induced effect was completely blocked by co-application of the α1-antagonist Prazosin. The majority of temperature-insensitive neurons showed an augmentation in thermosensitivity during PHE application (12 out of 21 neurons). In six of them, PHE administration even lead to TC-Values above 0.8 Hz/°C. The temperature-sensitivity of warmsensitive neurons were only hardly affected by PHE (n= 2) or even decreased (n= 1). In some neurons, the PHE-induced elevation of temperature sensitivity lead to an sharp ON-OFF characteristic of the firing rate during sinusoidal temperature changes. During exposure of ascending temperature the former silent neurons rapidly increased their firing rate to a plateau, from which the activity dropped to zero at a certain point of the descending temperature. Another feature of increased temperature sensitivity during PHE was a distinctive shift of the term of maximal neuronal firing rate relative to the maximum of the sinusoidal temperature course and relative of the situation prior PHE application. The mean of this temporal shift was in some of the examined neurons -36 s (SD 20.5 s, n= 7) earlier, i.e. their maximal firing rate was shifted to lower values of the ascending temperature sinus. Normale und Pathologische Physiologie Medical sciences Medicine Medizin doctoralThesis opus:1769 Rat Medizin - 2007 2007-10-29 monograph https://doi.org/10.17192/z2007.0619 Thermoregulation German