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 Segmentganglien
1.5 Fragestellung
2 Material und Methoden
2.1 Bezug und Haltung der Blutegel
2.2 Präparation und Aufbewahrung der Segmentganglien
2.3 Aufbewahrungsmedien
2.4 Testlösungen
2.5 Mikroelektroden
2.6 Baderdung
2.7 Messapparatur und Versuchsaufbau für die Elektrophysiologie
2.8 Elektrophysiologische Versuchsprotokolle
2.8.1 Ruhemembranpotential und Aktionspotentiale von Retzius- und Leydig-Neuronen
2.8.2 Membranpotential von Neuropil-Gliazellen
2.8.3 Kurzfristige Effekte von Malat-Blutersatzlösung auf Neuronen
2.8.4 Wirkung von erhöhter extrazelluläre K+-Konzentration auf Retzius-Neuronen
2.8.5 Wirkung von Serotonin auf Retzius-Neuronen
2.8.6 Wirkung von Kainat auf Retzius-Neuronen
2.9 Mikroskopie
2.10 Datenauswertung
3 Ergebnisse
3.1 Elektrophysiologische Versuche
3.1.1 Ruhemembranpotential und Aktionspotentiale der Retzius-Neuronen
3.1.2 Ruhemembranpotential und Aktionspotentiale der Leydig-Neuronen
3.1.3 Membranpotential der Neuropil-Gliazelle
3.1.4 Kurzfristige Effekte von Malat-Blutersatzlösung auf Neuronen
3.1.5 Wirkung von erhöhter extrazelluläre K+-Konzentration auf Retzius-Neuronen
3.1.6 Wirkung von Serotonin auf Retzius-Neuronen
3.1.7 Wirkung von Kainat auf Retzius-Neuronen
3.2 Morphologische Veränderungen der Segmentganglien
3.2.1 Konsistenz und mechanische Eigenschaften
3.2.2 Eintrübung der Bindegewebskapsel
4 Diskussion
4.1 Zielsetzung der Arbeit & Zusammenfassung der Versuchsergebnisse
4.2 Stoffaufnahme und Energiestoffwechsel in Segmentganglien des Blutegels
4.3 Die Hypothese der anaplerotische Aufnahme organischer Säurereste
5 Zusammenfassung
Zielsetzung und Themenfelder
Die Arbeit untersucht die Bedeutung verschiedener Blutbestandteile für die Aufrechterhaltung der elektrophysiologischen Funktionen und die strukturelle Integrität isolierter Segmentganglien des Blutegels Hirudo verbana über mehrere Tage hinweg.
- Elektrophysiologische Charakterisierung von Retzius- und Leydig-Neuronen
- Einfluss von Nährmedien (Glukose, Pyruvat, Malat) auf die Lebensdauer
- Untersuchung anaplerotischer Stoffwechselprozesse in den Ganglien
- Analyse der mechanischen Stabilität und Transparenz der Bindegewebskapsel
- Testung von Serotonin- und Kainat-Effekten auf das Membranpotential
Auszug aus dem Buch
1.2 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 Segmentganglien das Bauchmark, das im ventralen Blutgefäß des Tieres lokalisiert ist. Die Segmentganglien sind durch paarige Konnektive und den Faivre'schen Nerv miteinander sowie durch 2 Paare von Seitenwurzeln mit ihren Effektororganen verbunden. Jedes Segmentganglion lässt sich einem Körpersegment zuordnen. Das Nervensystem ist unvaskularisiert, wird aber aufgrund seiner Lage ständig von Blut umspült (Sawyer 1986).
Die einzelnen Segmentganglien haben einen 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 Segmentganglion, die die Geschlechtsorgane innervieren, mit insgesamt ~ 700 Neuronen ab.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Vermittelt die anatomischen und physiologischen Grundlagen des Blutegels und erläutert den aktuellen Forschungsstand zu dessen Nervensystem und Metabolismus.
2 Material und Methoden: Beschreibt detailliert die Präparationsschritte, die Zusammensetzung der verwendeten Nährmedien sowie die elektrophysiologischen Messverfahren und mikroskopischen Untersuchungsmethoden.
3 Ergebnisse: Präsentiert die erhobenen Daten zu Membranpotentialen und morphologischen Veränderungen unter verschiedenen experimentellen Bedingungen in chronologischer Abfolge.
4 Diskussion: Interpretiert die Versuchsergebnisse im Hinblick auf den Energiestoffwechsel und bewertet die Hypothese einer anaplerotischen Aufnahme organischer Säurereste.
5 Zusammenfassung: Fasst die wesentlichen Erkenntnisse über die lebensverlängernde Wirkung von Malat und Pyruvat auf isolierte Ganglien kurz und prägnant zusammen.
Schlüsselwörter
Hirudo verbana, Segmentganglion, Retzius-Neuron, Leydig-Neuron, Ruhemembranpotential, Aktionspotential, Malat, Pyruvat, Energiestoffwechsel, Anaplerose, Elektrophysiologie, Bindegewebskapsel, Neuropil, Serotonin, Kainat
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Optimierung der Kultivierungsbedingungen für isolierte Segmentganglien des Blutegels, um deren elektrophysiologische Aktivität und strukturelle Integrität über einen längeren Zeitraum im Labor zu erhalten.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder sind die Neurobiologie der Hirudinea, die Elektrophysiologie neuronaler Zellen, der Energiestoffwechsel in Nervengewebe und die Bedeutung organischer Säuren für die Zellvitalität.
Was ist das primäre Ziel der Studie?
Das Ziel ist die Identifizierung von Nährmedien-Komponenten, die die Lebensdauer und Funktionsfähigkeit der Neuronen in den isolierten Ganglien des Blutegels signifikant verlängern können.
Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?
Es werden elektrophysiologische Messungen mittels Mikroelektroden zur Ableitung von Membranpotentialen sowie lichtmikroskopische Analysen zur Untersuchung der strukturellen Gewebeveränderungen durchgeführt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil dokumentiert die Messreihen zum Ruhemembranpotential unter verschiedenen Medien (NSL, Glukose, Pyruvat, Malat), die Reaktion auf Neurotransmitter wie Serotonin und Kainat sowie die morphologische Degeneration der Gewebestruktur über 10 Tage.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Hirudo verbana, Elektrophysiologie, Malat-Blutersatzlösung, Energiestoffwechsel, Neuronen-Vitalität, Segmentganglien.
Warum spielt die Bindegewebskapsel eine wichtige Rolle?
Die Kapsel schützt das neuronale Gewebe, und ihre Transparenz sowie mechanische Konsistenz dienen im Experiment als Indikatoren für den Gesundheitszustand der isolierten Ganglien.
Welche Rolle spielt Malat in den Versuchsergebnissen?
Malat erwies sich als die effektivste Komponente, um sowohl die elektrophysiologische Aktivität als auch die strukturelle Stabilität der Segmentganglien über einen Zeitraum von bis zu 8 Tagen zu erhalten.
Was besagt die Hypothese der anaplerotischen Aufnahme?
Die Hypothese geht davon aus, dass die isolierten Ganglien externe organische Säurereste wie Malat oder Pyruvat direkt in den Citratzyklus aufnehmen können, um ihren Energiebedarf zu decken, wenn die Glukoseverwertung eingeschränkt ist.
- Arbeit zitieren
- Michael Nießing (Autor:in), 2011, Bedeutung von Blutbestandteilen für die Funktion des Zentralnervensystems des Blutegels, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/274093
