Das Zentralnervensystem des medizinischen Blutegels ist ein gut untersuchtes neurophysiologisches Modellsystem. Es ist in einem großen Blutgefäß des Egels lokalisiert und ständig von Blut umspült. Blutegelblut enthält verschiedene organische Säurereste, welche alle Intermediärprodukte des Citratzyklus' sind. Der prominenteste organische Säurerest ist Malat.
Diese Arbeit untersucht die Bedeutung dieser Blutbestandteile für die Funktion des Zentralnervensystems des Blutegels. Des Weiteren wird eine Malat-haltige Ringerlösung entwickelt und getestet, die geeignet ist, die Lebensdauer isolierter Teile des Blutegel-ZNS von einem Tag auf eine Woche zu verlängern, ohne auf Zellkulturmedien zurückzugreifen.
Es wurde die Wirkung von Glucose, Pyruvat und Malat auf Funktion und Lebensdauer von Segmentalganglien des Zentralnervensystems des Blutegels untersucht. Hierzu wurden isolierte Segmentalganglien von Hirudo verbana in Lösungen mit 10 mM Glucose, 5 mM Pyruvat, 15 mM Malat, bzw. einer Lösung, die frei von diesen Substanzen war, aufbewahrt. Zu definierten Zeiten wurden die elektrophysiologischen Parameter zweier verschiedener Neuronen, sowie von Gliazellen mittels intrazellulärer Ableitung und Applikation von Neurotransmittern bestimmt. Darüber hinaus wurde die mechanische Konsistenz und die lichtmikroskopisch erfassbare Morphologie der Segmentalganglien dokumentiert.
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The central nervous system of the medicinal leech Hirudo medicinalis is a well-studied neurophysiological model system. In situ, it is located inside the leech's major blood vessel and constantly surrounded by blood flow (Sawyer 1986). Leech blood contains various inorganic cations and carboxylate anions, with malate being the most prominent component (Nieczaj & Zerbst-Boroffka 1993).
My work discusses the significance of these carboxylate anions for the function of the leech central nervous system. Furthermore, I propose and test the use of a malate-supplemented Ringer's solution to nourish isolated parts of the leech CNS and prolong their lifetime from one day to a week without the use of cell culture media.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Anatomie und Physiologie des Blutegels
1.2 Das Nervensystem von Hirudo
1.3 Blutzusammensetzung von Hirudo
1.4 Wirkung von Aufbewahrungsmedien auf isolierte Segmentalganglien
1.5 Fragestellung
2 Material und Methoden
2.1 Bezug und Haltung der Blutegel
2.2 Präparation und Aufbewahrung der Segmentalganglien
2.3 Aufbewahrungsmedien
2.4 Testlösungen
2.5 Mikroelektroden
2.6 Bad erdung
2.7 Messapparatur und Versuchsaufbau für die Elektrophysiologie
2.8 Elektrophysiologische Versuchsprotokolle
2.9 Mikroskopie
2.10 Datenauswertung
3 Ergebnisse
3.1 Elektrophysiologische Versuche
3.2 Morphologische Veränderungen der Segmentalganglien
4 Diskussion
4.1 Zielsetzung der Arbeit & Zusammenfassung der Versuchsergebnisse
4.2 Stoffaufnahme und Energiestoffwechsel in Segmentalganglien des Blutegels
4.3 Die Hypothese der anaplerotische Aufnahme organischer Säurereste
5 Zusammenfassung
Zielsetzung und Themen
Die Arbeit untersucht, wie Glucose, Pyruvat und Malat die Lebensdauer und die elektrophysiologischen Eigenschaften isolierter Segmentalganglien des Blutegels beeinflussen. Im Mittelpunkt steht die Frage, welche Bedeutung diese Stoffe für die Erhaltung und Energieversorgung des Nervengewebes haben.
- Anatomie und Nervensystem des Blutegels
- Zusammensetzung des Blutegelblutes und Aufbewahrungsmedien
- Membranpotentiale und Aktionspotentiale identifizierter Nervenzellen
- Reaktionen auf Kalium, Serotonin und Kainat
- Mikroskopische Veränderungen isolierter Ganglien
- Energiestoffwechsel und anaplerotische Aufnahme organischer Säurereste
Auszug aus dem Buch
Das Nervensystem von Hirudo
Das Zentralnervensystem (ZNS) des Blutegels ist segmentiert und wird als Variante des Strickleiternervensystems aufgefasst. Es besteht aus 34 Ganglien, von denen die ersten 6 zu einem Kopfganglion und die letzten 7 zu einem Analganglion verschmolzen sind. Die restlichen 21 Ganglien bilden als Segmentalganglien das Bauchmark, das im ventralen Blutgefäß des Tieres lokalisiert ist. Die Segmentalganglien sind durch paarige Konnektive und den Faivre'schen Nerv miteinander sowie durch je 2 Paare von Seitenwurzeln mit ihren Effektororganen verbunden. Jedes Segmentalganglion lässt sich einem Körpersegment zuordnen. Das Nervensystem ist unvaskularisiert, wird aber aufgrund seiner Lage ständig von Blut umspült (Sawyer 1986).
Die einzelnen Segmentalganglien haben ein Querschnitt von ~500 µm und sind stereotyp aufgebaut. Das Ganglion als ganzes ist von einer Bindegewebskapsel umgeben. Die ~ 400 außen liegenden Neuronzellkörper sind in 6 Paketen angeordnet, die neben Neuronen je eine große, stark verzweigte Packetgliazelle und eine Vielzahl von Mikrogliazellen enthalten. Das Neuropil im Inneren des Ganglions enthält Axone und Dendriten der Neuronen, die hier synaptische Kontakte ausbilden, sowie zwei große, verzweigte Neuropil-Gliazellen. Von diesem schematischen Aufbau weichen lediglich das fünfte und sechste Segmentalganglion, die die Geschlechtsorgane innervieren, mit insgesamt ~ 700 Neuronen ab.
Im Kontext dieser Arbeit sind zwei Typen von Nervenzellen von besonderer Bedeutung. Die zentral gelegenen, paarigen Retzius-Neuronen sind mit einem Soma von 50 – 80 µm Durchmesser die größten Neurone des Egels („kolossale Ganglienzelle“, Retzius 1891). Sie sind miteinander elektrisch gekoppelt, feuern spontan Aktionspotentiale und sind beteiligt an der Koordination der Schwimmbewegung, Kontrolle des Muskeltonus und der Schleimsekretion (Carretta 1988). Die Leydig-Neuronen sind deutlich kleiner und liegen peripher vor der Gabelung der Seitenwurzeln. Auch sie feuern spontan Aktionspotentiale und sind beteiligt an der Modulation des Herzschlags durch Steuerung der Kontraktion der Lateralgefäße (Arbas & Calabrese 1990).
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Das Kapitel stellt Anatomie, Nervensystem und Blutzusammensetzung des Blutegels vor und entwickelt aus früheren Untersuchungen die Fragestellung.
2 Material und Methoden: Beschrieben werden Präparation, Aufbewahrungslösungen, elektrophysiologische Messungen und mikroskopische Dokumentation.
3 Ergebnisse: Das Kapitel präsentiert Messungen an Nervenzellen und Gliazellen sowie Beobachtungen zur Veränderung der Ganglien in den verschiedenen Medien.
4 Diskussion: Die Versuchsergebnisse werden im Zusammenhang mit Stoffaufnahme, Energiestoffwechsel und der Hypothese einer anaplerotischen Aufnahme organischer Säurereste erörtert.
5 Zusammenfassung: Die Arbeit fasst ihre Untersuchung und deren wesentliche Schlussfolgerungen zusammen.
Schlüsselwörter
Blutegel, Hirudo verbana, Zentralnervensystem, Segmentalganglien, Elektrophysiologie, Retzius-Neuronen, Leydig-Neuronen, Gliazellen, Membranpotential, Aufbewahrungsmedien, Glucose, Pyruvat, Malat, Energiestoffwechsel, Citratzyklus
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit?
Sie untersucht die Bedeutung ausgewählter Blutbestandteile für isoliertes Nervengewebe des Blutegels.
Welche Themen stehen im Mittelpunkt?
Behandelt werden die Zusammensetzung des Blutegelblutes, die Aufbewahrung von Segmentalganglien, elektrophysiologische Eigenschaften und der Energiestoffwechsel.
Welche Forschungsfrage verfolgt die Arbeit?
Sie fragt, ob Glucose, Pyruvat und Malat die Lebensdauer isolierter Segmentalganglien und die elektrischen Eigenschaften ihrer Zellen beeinflussen.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden eingesetzt?
Der Autor kombiniert elektrophysiologische Messungen mit Mikroelektroden, lichtmikroskopische Beobachtungen und eine statistische Auswertung.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil erläutert die Versuchsmedien und Messprotokolle und stellt elektrische sowie morphologische Beobachtungen gegenüber.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Dazu gehören Blutegel, Segmentalganglien, Elektrophysiologie, Membranpotential, Malat, Pyruvat und Energiestoffwechsel.
Welche Zelltypen werden untersucht?
Die Messungen beziehen Retzius-Neuronen, Leydig-Neuronen und Neuropil-Gliazellen ein.
Welche Aufbewahrungslösungen werden verglichen?
Verglichen werden Normalsalzlösung, glucosehaltige Normalsalzlösung sowie Blutersatzlösungen mit Pyruvat oder Malat.
Welche Rolle spielen Kalium, Serotonin und Kainat?
Sie werden in Testlösungen eingesetzt, um Reaktionen der untersuchten Zellen auf unterschiedliche Reize zu erfassen.
- Quote paper
- Michael Nießing (Author), 2011, Bedeutung von Blutbestandteilen für die Funktion des Zentralnervensystems des Blutegels, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/274093
