Medicinsk Fysiologisk Institut
Historie:
Medicinsk Fysiologisk Institut blev oprettet d. 1.
september 1992 ved en fusion mellem de 5 hidti-dige fysiologiske institutter og repræsenterer her-efter den samlede fysiologiske faggruppe ved fa-kultetet. For detaljer henvises til Københavns Uni-versitets Årbog 1992.
Forskningsvirksomhed:
Den videnskabelige aktivitet ved Medicinsk Fysio-logisk Institut dækker det fysioFysio-logiske forsknings-felt bredt. Forskningen centrerer sig omkring cel-lulær fysiologi, endokrinologi og metabolisme (herunder reproduktionsfysiologi), neurofysiolo-gi, kredsløbs- og nyrefysiologi samt muskelfysiolo-gi.
Afdelingen for Cellulær Fysiologi 1. Stoftransport gennem cellemembranen 1.1 Fortsatte undersøgelser af klorid- og bikarbo-nattransport gennem cellemembranen
Vi undersøger det aniontransporterende mem-branprotein »bånd 3«s udveksling af anioner ved legemstemperatur i røde blodlegemer (RBC) fra menneske. Forskellige fiskearters (torsk, ørred, karpe, ål) RBC har også en anionudvekslingsme-kanisme, som undersøges ved fiskenes fysiologiske temperatur i såvel iltede som afiltede blodlegemer for at belyse hæmoglobins indvirkning på trans-portproteinet. Isolerede levercellers aniontrans-port formidles af et eller flere ukendte membran-proteiner. Ca. 80% af transporten er udveksling, resten er nettotransport (J. Brahm, P.K. Gasbjerg, M. Knudsen og F.B. Jensen, Odense Universitet).
1.2 Kobling mellem transport af H2O og f.eks.
salt
Koblingen mellem K+, Cl-og H2O undersøges fort-sat i plexus chorioideus epitelets apicale membra-ner. Denne transport kan forklare: 1. Epitelers evne til at transportere vand imod en osmotisk for-skel, 2. En lav refleksionskoefficient for NaCl, 3.
nettotransportens numeriske værdi. Cotransport mellem Na+/aminosyrer og glucose/H2O er kon-stateret i tyndtarmsepitelets børstesøm samt H+/laktat/H2O cotransport i øjets pigmentepitel.
Det sidstnævnte systems betydning for
nethinde-løsning undersøges specifikt (T. Zeuthen, M. la Cour, S. Hamann).
1.3 Karakterisering af cellefysiologiske parame-tre og transport af cytostatika i sensitive og resi-stente (P-glykoprotein udtrykkende) tumorceller Udvikling af multifarmakon resistens (MDR) er et af de største problemer i forbindelse med medi-cinsk behandling af cancer. MDR fænotypen er karakteriseret ved nedsat cellulær farmakon-akku-mulering samt overekspression af MDR1 genet ko-dende for P-glykoprotein (P-gp). P-gp menes at fungere som aktiv efflux-pumpe, men den fysiolo-giske rolle er endnu ukendt. Nye fund kunne tyde på, at P-gp er associeret med volumenregulerede chlorid-kanaler, eller at det fungerer som en »os-motic engine«. Disse hypoteser forsøger vi p.t. at teste ved at undersøge sammenhængen mellem ekspression af P-gp, ændringer i cellevolumen og chloridfluxe samt transport af cytostatika i en ræk-ke følsomme og MDR tumorcellelinier (T. Lit-man, M. Sehested, T. Skovsgaard, J. Brahm, T.
Zeuthen).
1.4 Karakteristik af ionkanaler fra nyrens ydre medulla og distale colon epitel
Ion kanaler i tubuluscellerne fra tykke ascende-rende del af Henle’s slynge i nyren og overflade cellerne fra distale colon epitel spiller en afgøren-de rolle i regulationen af afgøren-den transepiteliale ion-transport. Vi har fortsat karakteristikken på en-kelt-kanal niveau af K-kanalerne og Cl-kanalerne fra disse epiteler efter indbygning i lipid bilag.
Som et led i molekylær kloning af ion-kanaler har vi etableret metoder til enkelt-kanal målinger ef-ter ekspression i Xenopus oocytef-ter, og med hen-blik på fremstilling af store mængder kanal-pro-tein forsøger vi at udtrykke ionkanaler i gær (D.
Klærke, C. Wachter, M. Markussen, H. Wiener, T.
Zeuthen, P.L. Jørgensen).
2. Calciums rolle i fysiologiske processer 2.1 Elektronmikroskopisk lokalisering af calci-umdepoter
Der arbejdes med identifikation og ultrastrukturel karakterisering af de intracellulære Ca2+-depoter, som deltager i den hurtige, reversible Ca2+ -signale-ring i cytosolen. Det kan forventes, at depoterne indeholder et Ca2+-bindende protein (formentlig calreticulin) samt at deres membraner er forsynet med Ca2+-pumper (Ca-ATPase) og med receptorer (IP3) via hvilke, der kan udløses frigørelse af Ca2+
fra depoterne. Vi råder over antistoffer mod disse molekyler og har foreløbig v.hj.a. cryoimmunocy-tokemi vist, at i chromaffine celler fra bovin biny-remarv forekommer calreticulin i kernen og i
Fysiologi
135
dele af det endoplasmatiske reticulum (ER). Dob-beltmærkningsforsøg skal nu vise, hvor calreticu-lin forekommer sammen med Ca-ATPase og IP3 -receptorer. Herved skulle det bl.a. være muligt at identificere de dele af det glatte ER, der fungerer som »source and zink« for cytosol-Ca2+(M. Bund-gaard, M. Treiman).
2.2 Cellulære signaler efter aktivering af eksokri-ne kirtler og glat muskulatur med eksokri- neurotrans-mittere
Vi har bestemt hastighedskonstanter for opbyg-ning og nedbrydopbyg-ning af inositolfosfater, som dan-nes efter stimulation med acetylcholin (ACh) i eksokrine kirtler. Lithiumionen påvirker hastighe-den, hvormed inositolfosfater frigives til cytoplas-ma, og har også effekt på hastigheden, hvormed en række af disse metabolitter nedbrydes. Vi fandt at stimulation med nor-adrenalin, som forårsager en kraftig intracellulær Ca2+stigning, ikke frem-kalder inositolfosfat syntese. Vore undersøgelser viser, at i eksokrine kirtler skyldes denne Ca2+ stig-ning sandsynligvis dannelsen af cyclisk-ADP-ribose – en ny intracellulær messenger, som øger Ca2+
fluxen til cytoplasma gennem rhyanodin-sensitive Ca2+kanaler på det endoplasmatiske reticulum. I glat muskulatur fra hjertekranspulsåren har vi be-stemt inositolfosfatdannelsen og stigninger i Ca2+
efter aktivering med ATP og UTP (S. Dissing, T.D.
Jørgensen, K. Tritsaris, J.L. Gromada, D. Mathia-sen).
2.3 Stimulus-kontraktionskobling i glatte mu-skelceller
Segmenter af små arterier anvendes til målinger af kontraktionskraft samt tidslige og rumlige æn-dringer af intracellulær Ca2+-aktivitet ([Ca2+]i) i glatte muskelceller ved brug af en myograf, fluore-scensmikroskopi og digital billedbehandling. Sti-muleres ved depolarisering med høj kaliumkon-centration nås højere [Ca2+]ii såvel den indleden-de transiente fase som i indleden-den efterfølgenindleden-de fase med konstant forhøjet [Ca2+]iend ved stimulation med noradrenalin, mens kraften er den samme i de to situationer. Muskelcellerne responderer næsten synkront ved depolarisering, mens der fo-rekommer usynkroniserede ændringer af [Ca2+]i
efter stimulation med noradrenalin (P. Gasbjerg og S. Dissing).
3. Insulins virkningsmekanisme
Plasmamembranens struktur og funktion i insu-linfølsomme væv
I samarbejde med K. Christiansen og J. Carlsen, Inst. f. Biokemi og Genetik og J. Tranum-Jensen, Med.-anatomisk Inst., karakteriseres en række
grundlæggende mekanismer med tilknytning til plasmamembranen og af betydning for regulatio-nen af stofskiftet i fedt- og muskelvæv. Det er her-under lykkedes at klone og sekventere tre mem-branassocierede proteiner, hvoraf to er lokaliseret til plasmamembraninvaginationer, og det tredie, som er et nøgleenzym i fedtstofskiftet, er lokalise-ret til den membrannære del af det endoplasmati-ske reticulum. Funktionen af disse undersøges.
Endvidere er effekten af thyreoideahormon og in-sulin på antal af glucosetransportører og Na/K-ATPasemolekyler i fedtcellers plasmamembran undersøgt ved immunelektronmikroskopi. Ende-lig er det fundet, at fosfotyrosin-fosfatase aktivitet mod insulinreceptorer er nedsat i muskelbiopsier fra insulinresistente rotter (J. Vinten, Aa. Hand-berg, M. Voldstedlund og D. Worm).
4. Epitelial transport
4.1 Desensitisering af muskarine receptorer. Cel-lulære og fysiologiske aspekter
Når muskarine receptorer stimuleres, undergår de en ligand-koncentrationsafhængig nedregule-ring (desensitisenedregule-ring), der kendes for mange re-ceptorsystemer. For den muskarin-inducerede tra-cheale sekretion af Cl-ioner har vi fundet en disso-cieret desensitisering, idet nedregulering af Cl-strømmen ikke følges af en reduktion i ionkon-duktanser. Metoder til påvisning af, at muskarine receptorer hæmmer Na, K, Cl-cotransportører er under udarbejdelse (B. Winding, N. Bindslev).
4.2 Diætafhængig Na/D-glukose cotransport i tarm
Med 4 forskellige polyklonale antistoffer mod peptidsekvenser i Na/D-glukose cotransportøren (SGLT1) har vi vist, at der induceres en kvantitativ øgning af SGLT1 i hønens kolon fra dyr, der har gået på en høj natriumdiæt. Ændringer i kostens indhold af K, Cl, PO4og typen af kulhydrat havde ingen indflydelse på transporten af Na og D-glu-kose og påvirkede heller ikke den udtrykte mæng-de SGLT1 protein (N. Bindslev, B. Hirayama, E.
Wright).
4.3 pH-regulering i epitelceller
I celler fra oksens luftvejsslimhinde har vi tidligere vist, at det intracellulære pH reguleres ved hjælp af en amiloridfølsom Na-H-udveksler. Desuden påvistes eksistensen af et Na-uafhængigt, men HCO-3-afhængigt transportsystem, hvis karakter var uklar. Vi har efterfølgende vist, at den sidst-nævnte transport kan hæmmes komplet og rever-sibelt med DPC, som er en etableret blokker af vis-se anionkanaler, bl.a. CFTR (den kanal som er de-fekt hos patienter med cystisk fibrose). Det
kon-kluderes derfor, at den påviste alkaliniseringsme-kanisme sandsynligvis repræsenterer en anionka-nalmedieret elektrodiffusiv transport af HCO-3
muligvis gennem CFTR. Ved højt intracellulært pH opererer en Cl–-HCO-3-udveksler (J. Hede-mark Poulsen, T. Machen).
4.4 Transport af aminosyrer i tarmen
Vi har anvendt regionale forskelle i transportkapa-citet, natrium- og klorid-afhængighed samt kineti-ske undersøgelser i det fortsatte arbejde med at karakterisere optagelsen af aminosyrer over tynd-tarmens børstesømmembran. I kaninen transpor-teres phenylalanin alene via de øvrige neutrale aminosyrers natriumafhængige system. Et selv-stændigt system eksisterer ikke. β-Alanin systemet er genundersøgt og vist at transportere glycin, lysin og β-alanin natrium- og klorid-afhængigt i den distale ileum, dvs analogt til et system (B0,+) beskrevet i blastocyster. Igangværende under-søgelser viser, at en parallel til det natrium-uaf-hængige system (b0,+) også eksisterer. Pattegrisens tyndtarm besidder i lighed med de tidligere un-dersøgte species et højaffint natrium- og klorid-af-hængigt system for β-aminosyrer. En beskrivelse af de neutrale aminosyrers transport i pattegrisen pågår (L.K. Munck, B.G. Munck).
Afdelingen for endokrinologi og metabolisme 1. Den fysiologiske betydning af regulatoriske peptider
Vi arbejder med regulatoriske peptider (hormo-ner, neuro- og parakrine transmittorer) for at be-lyse peptidernes betydning for styringen af organ-funktioner, specielt binyrernes, spytkirtlernes, ma-vetarmkanalens, galdevejenes og bygspytkirtlens funktioner. Vi isolerer organismens peptider og belyser deres kemiske struktur. Vi kortlægger im-munhistokemisk og autoradiografisk deres recep-torers lokalisation i organismen (sammen med Anatomisk Inst.). Ved hjælp af isolerede perfderede præparationer af de relevante organer un-dersøger vi a) peptidernes virkning, b) endokrin sekretion af peptiderne og c) frigørelse fra nerve-ender, og ved hjælp af specifik blokade (tachyphy-laxi, antagonister eller immunoneutralisation) vi-ser vi deres betydning for eksokrin og endokrin se-kretion og motilitet (J.J. Holst, L.B. Bartholdy, C.
Deacon, H. Mineo, M. Dreyer, M.-B. Toft Nielsen, K. Tornøe, P. Schmidt, R. Goll, M. Bolding Jensen, B. Hartmann).
2. Energibalance og dykkermedicin 2.1 Energibalancens regulation
Der er arbejdet med kostsammensætningens
be-tydning for fødeinducerede stofskiftestigninger.
Desuden med metaboliske og endokrinologiske forskelle mellem postobese og kontroller uden vægtproblemer samt med den glukoseinduceren-de termogenese hos ptt. med småcellet lungecar-cinom. Endelig med metoder til undersøgelse af fedtvævs stofskifte in situ, specielt dets metaboli-ske reaktioner på katecholaminer (J. Madsen i samarbejde med Forskningsinstitut for Human Er-næring, KVL, og Klinisk-fysiologisk afd., Bispe-bjerg Hospital).
2.2 Dykkermedicin
Der arbejdes med behandling af dykkersyge med ånding af tungtopløselige gasblandinger såvel ved atmosfæretryk som under rekompression i samar-bejde med the Israeli Naval Hyperbaric Institute (O. Hyldegaard, D. Kerem, Y. Melamed, J. Mad-sen) samt med registrering og analyse af dykker-sygdomme og -uheld i samarbejde med Søværnets Dykkerskole (O. Hyldegaard, J. Anrenkiel, J. Mad-sen).
3. Regulation af genexpression af biologisk akti-ve neuropeptider og funktion af neurosekretorisk axonalt RNA
I det forløbne år har vi vist, at en hæmmer af ni-trogenoxids synthase nedsætter mængden af vaso-pressin i neurohypofysen hos salt-belastede rotter, medens det limiterende, amiderende processe-ringsenzym ikke påvirkes. En række forhold tyder på, at hæmmeren (nok i en funktion som trans-mitter) fremkalder et fald i produktion af hormo-nets forstadium. Mekanismen undersøges nærme-re.
I fortsatte studier over axonalt mRNA for vaso-pressin har vi vist, at overhydrering påvirker mRNA for vasopressin, ikke alene i hypothalamus, men også i axonterminaler og ikke alene m.h.t.
mængde, men også m.h.t. størrelse (A. Skujins, P.
Svane, N.A. Thorn).
4. Peptiderge mekanismer
4.1 Myometriets oxytocin receptorer
De elementære undersøgelser over second mes-senger systemet (inositolfosfat stofskiftet) ved oxy-tocins aktivering af myometrieceller er nu afslut-tet. Som udløber af projektet undersøges nu se-cond messenger systemets reaktion på oxytocin re-ceptor down regulation, både homolog (oxyto-cin) og heterolog (bradykinin). Endvidere stude-res isoenzymerne af protein kinase C i vævet. Re-ceptorstudier på humant myometrium har vist, at dette væv indeholder to typer af
neurohypofyse-Fysiologi
137
hormonreceptorer, dels en population som bin-der både vasopressin og oxytocin samt den non-peptide vasopressin V1-receptor antagonist OPC-21268 og dels en mindre population af receptorer, som selektivt binder vasopressin. In situ hybridise-ringsforsøgene med vasopressin- og oxytocin re-ceptorerne fortsætter i samarbejde med P.J. Lar-sen og J. Damsgaard på Medicinsk-anatomisk In-stitut (H. Vilhardt, A. Atke, S. Mau, J.S. Henriksen, T. Engstrøm).
4.2 Cellulære signalsystemer i laktotrope celler fra rottens hypofyseforlap
Tidligere resultater har vist ekstensiv kommunika-tion mellem forskellige intracellulære messenger-systemer (Ca2+, cAMP/protein kinase A og phos-pholipase A2). Fremtidige projekter vil involvere identifikation af specifikke regulatorer for denne heterologe regulation (receptorer, G-proteiner, phosphatase etc.). Samarbejde med S. Howell og P.M. Jones, King’s College, London (S. Mau, H.
Vilhardt).
4.3 Karakterisering af receptorer og signalsyste-mer i humane hypofysetumorer
V.h.a. receptorautoradiografi, in situ hybridise-ring og forskellige biokemiske assays søges nye neuropeptidreceptorer identificeret og karakteri-seret i humane hypofysetumorer. De til recepto-rerne koblede signalsystemer undersøges m.h.p.
evt. funktionelle forstyrrelser. Samarbejde med Neurokir. afd., KAS Glostrup (S. Mau, H. Vil-hardt).
5. Ca2+-depoternes rolle i receptor-medieret celle-kommunikation
De langsigtede mål med vores arbejde er: 1. Bidra-ge til opklarinBidra-gen af den rolle som de forskelliBidra-ge former af Ca2+pumper spiller i de receptormedie-rede signaleringsveje under normale og patologi-ske betingelser. 2. Udvikle nye farmakologipatologi-ske/
biokemiske værktøj m.h.p. studier af Ca2+ depoter-nes vigtigste proteiner, med særlig focus på Ca2+
pumper.
5.1 En ny intracellulær Ca2+pumpevariant (Samarbejde med J. Enouf, INSERM, Paris). Ved hjælp af en fraktioneringsmetode udviklet i vores gruppe har vi observeret en ny type af intracellu-lær Ca2+-ATPase/Ca2+-pumpe. Pumpen adskiller sig fra de kendte former ved sin inhibitorfølsom-hed, immunoreaktivitet og lokalisering i cellen. I en fortsættelse af dette projekt søger vi at påvise specifikke egenskaber ved det nye ATPasemoleky-le, primært ved at bestemme dets karakteristiske nedbrydningsmønster og partiel cDNA-nukleo-tidsekvens (C. Caspersen, M. Treiman).
5.2 Molekylære prober for thapsigargin-binding-stedet på Ca2+pumpen
(Samarbejde med A. Andersen, S.B. Christensen og T. Liljefors, Danmarks Farmaceutiske Højsko-le). Thapsigargin (TG) er et naturstof med en enestående selektiv og potent inhibitorvirkning på intracellulære Ca2+-ATPaser. I dette projekt fortsættes syntese og karakterisering af nye TG-analoger m.h.p. et flertal af anvendelser: 1. Farma-kologisk differentiering mellem forskellige Ca2+ -ATPaseformer. 2. Bestemmelse af TG-bindingste-det på pumpemolekylet. 3. Opstilling af compu-termodeller for TG-bindingstedet. 4. Udvikling af biotinylerede TG-analoger m.h.p. a) en kvantitativ bestemmelse af små mængder af Ca2+-ATPase; b) affinitetsseparation af Ca2+-depoter som et værktøj til studier af enkelte depottyper (J.C.J. Poulsen, M.
Treiman).
6. Betydningen af neurotransmittere og regula-toriske peptider for organismes endokrine funk-tion og den immuno-neuroendokrine kommuni-kation
6.1 Histaminerg regulation af hypofyse- og hy-pothalamushormon-sekretion
Den relative betydning af hypofyse for- og mellem-lappen for histamin (HA)-induceret adenohypofy-sær aktivering er undersøgt ved måling af plasma niveauer af de pro-opiomelanocortin (POMC) deriverede peptider ACTH, β-endorfin (β-END) og α-melanocyt stimulerende hormon (α-MSH) samt ved bestemmelse af mRNA for POMC (in situ hybridiseringsforsøg i samarbejde med M.
Møller og P.J. Larsen, Medicinsk-anatomisk Insti-tut). Vi fandt, at histamin H1-receptor aktivering overvejende påvirker frigørelse og syntese af β-END fra forlappen, mens H2-receptor aktivering påvirker frigørelsen af β-END fra begge lapper samt syntesen i forlappen.
I EU regi har vi fortsat vore studier over de neuroendokrine virkninger af H3-receptor aktive-rende stoffer, herunder betydningen af H3-recep-toren for stress-induceret adenohypofysesekre-tion.
V.h.a. cerebral mikrodialyse, der nu er etableret i laboratoriet, studeres in situ frigørelse af HA og dens metabolit under forskellige stress-påvirknin-ger.
I hunrotter har vi vist at amnings-induceret prolaktin (PRL) og oxytocin (OT) sekretion me-dieres af histaminerge neuroner, via både H1-og/eller H2-receptor aktivering.
In situ hybridiseringsstudier for HA syntese en-zymet histidin decarboxylase har vist, at dehydre-ring aktiverer det histaminerge neuronale system,
hvilket har betydning for dehydrering-induceret vasopressin (AVP) sekretion (U. Knigge, A. Kjær, M. Anthonisen, D. Akman, E. Schagen, J. War-berg).
6.2 Betydningen af neurohypofysære peptider OT’s mulige rolle for HA- og stress-induceret fri-gørelse af ACTH og PRL er blevet undersøgt yder-ligere. I modsætning til AVP syntes OT uden be-tydning for frigørelsen af ACTH og PRL efter HA-og stress-stimulation. Dette gjaldt HA-også hos AVP deficiente Brattleboro rotter.
V.h.a. cerebral mikrodialyse studeres in situ fri-gørelsen af AVP og OT efter HA stimulation eller efter forskellige stressformer, hvis betydning for hypothalamisk genekspressionen af AVP, OT og CRH studeres v.h.a. in situ hybridisering for disses mRNA (A. Kjær, U. Knigge, J. Warberg).
6.3 Serotonerg regulation af hypofyse- og hypo-thalamushormon-sekretionen
Vi har fortsat studierne af interaktionen mellem det serotonerge- og det histaminerge neuronale system m.h.t. regulationen af PRL frigørelsen (H.
Jørgensen, U. Knigge, A. Kjær, J. Warberg).
6.4 Immuno-neuroendokrin kommunikation Vi har tidligere vist, at endotoxin-stimuleret ACTH sekretion er medieret via HA. Disse under-søgelser udbygges med studier af prostaglandiners mulige rolle heri (U. Knigge, A. Kjær, M. Anthoni-sen, D. Akman, J. Warberg).
6.5 Endokrine reaktioner hos mennesket under ændring i tyngdestress
I samarbejde med European Space Agency (ESA) er foretaget undersøgelser i en rumsimulator til belysning af trykrefleksers betydning for frigørel-sen af en række kredsløbs- og nyreregulerende hormoner. I samarbejde med N.J. Christensen, KAS Herlev, L.B. Johansen, DAMEC, og P. Bie har vi v.h.a. nedsænkning i vand, sug om underkrop-pen og iv. saltvandsinfusion studeret betydningen af ændring i henholdsvis centralt blodvolumen, hormonniveauer og kolloidosmotisk tryk for den ændrede renale udskillelse af Na+.
Ændringen af det centrale blodvolumen synes ikke at spille nogen væsentlig rolle for merudskil-lelsen af salt efter saltvandsinfusion – det nedsatte kolloidosmotiske spiller snarere en rolle. Derimod synes ændringer i det centrale blodvolumen at ud-gøre et vigtigt stimulus for saltudskillelsen under orthostatiske manøvrer. Under længerevarende orthostatisk stress synes det primært at være en hæmning af de cardiopulmonale trykreflekser, som har betydning for stigningen i sympatisk ner-veaktivitet (P. Norsk, J. Warberg).
7. Reproduktionsfysiologi
Intra- og intercellulær kommunikation i penil glat muskulatur
Projektet har til formål at belyse glatte muskelcel-ler fra penis (corpus cavernosum) for at opnå større forståelse af erektionsmekanismen og erek-til dysfunktion. Intercellulær kommunikation mellem corpus cavernosums celler er for en stor del afhængig af gap junctions mellem cellerne.
Ved hjælp af molekylærbiologiske metoder belyser vi ændringer i gap junctions mellem cellerne hos mænd med erektil dysfunktion for at belyse even-tuelle forskelle. Vi undersøger ligeledes Ca2+ sti-mulerende stoffers indflydelse på vækstsignaler i corpus cavernosums glatte muskelceller. Projek-tet: Cyklisk AMPs rolle i relaksationen af den glat-te muskulatur i corpus cavernosum, der belyser dele af den intracellulære kommunikation, er del-vist færdiggjort (A. Giraldi, G. Wagner, og G.
Christ, A. Melman, J. Geliebter, USA).
Afdelingen for neurofysiologi 1. Nerveceller og nervenetværk
1.1 Den interneuronale organisation af rygmar-vens gangcenter
Gangens basale bevægelsesmønster genereres i rygmarvens neuronale netværk, og disse kredse kan aktiveres enten farmakologisk eller ved elek-trisk stimulering af hjernestammens gangcenter. I kurariserede dyr ses da en sekventiel aktivitet i de motoriske nerver som ved gang (kaldet »fiktiv gang«). Sensorisk information fra ekstremiteter-nes afferenter kontrollerer rygmarvens gangcen-ter. Under »fiktiv gang« mangler den dynamiske sensoriske tilbagekobling, men netop det giver mulighed for eksperimentelt at aktivere specifikke afferente systemer. Vi har således påvist, at forskel-lige afferenter kan »nulstille« den centrale rytme, således at den genstarter med enten en ny støtte-eller svingfase. Disse resultater giver os kriterier for at identificere de interneuroner som genere-rer gangrytmen. Direkte registgenere-rering fra disse in-terneuroner giver nu mulighed for at beskrive de-res koblingsmønster, interne egenskaber og trans-mitterindhold (H. Hultborn, N. Petersen, J.B.
Nielsen, B. Fedirchuk, D. Bennett, M. Gorassini).
1.2 Elektrofysiologiske undersøgelser af hjernens styring af frivillige bevægelser hos mennesker Interaktionen mellem hjernens descenderende styring af rygmarvens cellulære netværk og det pe-rifere feedback fra muskel- og hudnerver under frivillige bevægelser undersøges ved hjælp af
for-Fysiologi
139
skellige elektrofysiologiske metoder. Specielt fo-kuseres der på eksistensen af transcorticale reflek-toriske nervebaner, samt hjernens mulighed for selektivt at modulere de perifere nervebaners ad-gang til rygmarvens refleksmekanismer. Som et si-deløbende projekt undersøges modulationen af forskellige refleksbaners aktivitet under gang (J.B.
Nielsen, N. Petersen).
1.3 Studier af rygmarvens gangcenter under udvikling
Formålet med vores forskning er at forstå den neuronale basis for gang under udvikling. V.h.a.
aktivitetsmærkende farvestoffer og mikrolæsioner har vi lokaliseret områder i rygmarven, som for-modes at danne gangrytmen. Vi bruger nu whole-cell-patch registreringer fra interneuroner i de re-levante områder, og er interesseret i neuronernes elektrofysiologi samt hvorledes deres membran-egenskaber modificeres af monoaminer og eksita-toriske aminosyrer. Studier af transmitterinduce-rede gangmønstre er afsluttet. Disse studier dan-ner basis for vores fortsatte undersøgelser af mu-skelafferenters indflydelse på den centralt danne-de rytme (O. Kiehn, O. Kjærulff, M. Raastad, M.
Iizuka, N. Kudo).
1.4 Smertesensibilisering
Vi har tidligere vist at L-type Ca2+-kanaler medie-rer den korttidsplasticitet i rygmarvens dybe dor-salhornsceller, som fører til smertesensibilisering.
Vi har nu undersøgt korttidsplasticitetens moleky-lære mekanismer og regulation.
Vi har fundet at det øgede svar i cellerne ved gentagen synaptisk aktivering ikke kun skyldes kummulativ depolarisering. Vi har vist at gentagne depolariseringer på det molekylære niveau med-fører en langvarig øgning af Ca2+-kanalernes åb-ningssandsynlighed. Dette er den første påvisning af frekvenspotentiering af Ca2+-kanaler i nervecel-ler.
Vi har fundet at korttidsplasticiteten fremmes ved aktivering af postsynaptiske receptorer for substans P og t-ACPD, mens aktivering af GABA B receptorer virker hæmmende. Dette giver vigtige fingerpeg om hvilke celletyper, der regulerer det-te tidlige led i smerdet-tesensibilisering (J. Houns-gaard, R. Russo, F. Nagy).
1.5 Cerebellum
En computermodel af granula-cellens elektrofysi-ologi er blevet udviklet.
Et in vitro præparat af zebrafiskens (Danio re-rio) hjerne er blevet udviklet m.h.p. en kombine-ret elektrofysiologisk og molekylærbiologisk analy-se af CNS funktion (J. Midtgaard).
1.6 Membranegenskaber og synaptisk transmis-sion
Anden fase af et projekt, der skal belyse samspillet mellem centrale neuroners membranegenskaber og transmittere, er afsluttet. Brug af kunstige syn-aptiske potentialer viste, at signalstoffer påvirker neuronernes frekvens-selektivitet forskelligt (H.
Jahnsen, S. Karnup).
Sammenhængen mellem celleadhæsionsmole-kyler (N-CAM) og synaptisk plasticitet undersøges fortsat. Blokering af N-CAM med N-CAM anti-stof hæmmer langvarig synaptisk modifikation, som måske har betydning for indlæring og hukom-melse. Studierne søges udstrakt til at omfatte me-kanismer, der spiller en rolle over dage og uger (H.
Jahnsen, L.C. Rønn, E. Bock, D. Linnemann).
2. Induktionsmekanismer af nitrogenoxid syn-thase
Vore hidtidige resultater viser induceret dannelse af NADPH-diaphorase (formentlig også nitro-genoxid synthase, NOS) i Ca1 hippocampus neu-roner som konsekvens af direkte beskadigelse, elektrisk stimulaton eller stress. Nylig rapporteret tilstedeværelse af væsentlig »endothelial isoform«
af NOS i disse neuroner kræver yderligere under-søgelse (I. Divac, J. Regidor, M.O. Lopez Figueroa, D. Woldbye, G. Wörtwein, J. Mogensen).
Vi har i rottens cortex og i biopsier fra menne-skers hjernebark set NADPH-diaphorase-farvede neuroner lokaliseret nær nedadgående arteriolers forgrening. Disse resultater tyder på en morfolo-gisk sandsynlighed af NO’s rolle ved hurtige for-andringer af den cortikale blodgennemstrømning (I. Divac, W. Zhang, M.O. Lopez Figueroa, J. Regi-dor, L. Edvinsson).
Mekanisk stimulation af en enkelt rotte-vibrissa forhøjede glukoseoptagelsen i en cortikal søjle i den somatosensoriske hjernebark og adskillige steder i det dorsolaterale neostriatum. Disse resul-tater viser, at information fra én cortikal søjle påvirker mere end ét neostriatalt modul (I. Divac, P. Hand, L.L. Brown).
3. Sansesystemets betydning for motorisk kontrol 3.1 Kontrol af bevægelser
Vi er i gang med at undersøge kontrollen af natur-lige bevægelser f.eks. gang, løb og cykling, der rummer både koncentriske og excentriske mu-skelkontraktioner. Bevægelserne beskrives biome-kanisk og kinematisk samtidig med at nervesyste-mets kontrol af EMG og reflekser registreres. Vi har anvendt Hoffmann refleksen som mål for strækrefleksens styrke og udviklet en metode til registrering af refleksen under bevægelser. Des-uden undersøges muskelaktivitetens indflydelse
på musklernes mekaniske egenskaber (P. Dyhre-Poulsen, E.B. Simonsen, P. Aagaard).
3.2 Korsbåndenes funktion
Læsioner af korsbåndene i knæet medfører æn-dringer i kontrollen af muskelaktiviteten. Vi er i gang med at undersøge korsbåndenes sensoriske funktion og om rekonstruktionsteknikken kan forbedres således, at man tager hensyn til den sen-soriske funktion i korsbåndet (P. Dyhre-Poulsen, H.N. Andersen, M. Krogsgaard).
4. Interaktion mellem nerver og skeletmuskula-tur
1. Lys- og elektronmikroskopiske undersøgelser af muskel- og nervebiopsier fra patienter med neu-romuskulære sygdomme (H. Schmalbruch).
2. Fysiologiske og morfologiske undersøgelser af muskelregeneration (D.H. Lewis, Bristol, H.
Schmalbruch).
3. Virkning af neurotrofe faktorer på sygdom-men hos en mutant mus med spinal muskelatrofi (pmn: progressive motor neuronopathy) (A. Ro-senthal, San Francisco, H. Schmalbruch).
4. Elektrofysiologiske og morfologiske under-søgelser af nerveregeneration hos katte og af cis-platinneuropati hos patienter og forsøgsdyr (mus, rotter, aber) (C. Krarup, A. Krarup-Hansen, K.
Fugleholm, J. Sørensen, H. Schmalbruch).
5. Hjernens blodgennemstrømning 5.1 Nitrogen oxid og regulation af hjernens blodgennemstrømning ved spreading depression (SD)
Nerveceller frigør nitrogen oxid (NO) som svar på aktivering af NMDA-(N-methyl-D-aspartat) re-ceptorer. Vi har undersøgt, om NO påvirker for-andringerne i hjernens blodgennemstrømning under SD, som er associeret med NMDA-receptor aktivering. Den initielle flowøgning ved SD påvir-kes ikke af hæmmere af NO-synthasen eller af det naturlige substrat, L-arginin, men L-arginin fore-bygger udviklingen af den reducerede vaskulære reaktivitet efter SD. Konklusionen var, at begræn-set substrattilgængelighed for NO-synthasen bi-drager til den reducerede cerebrovaskulære reak-tivitet efter SD (M. Fabricius, M. Lauritzen).
5.2 Karakterisering af øgninger i den cerebellare blodgennemstrømning (CeBF) ved elektrisk sti-mulation af cerebellar cortex
Cerebellums særlige geometri gør det muligt at måle CeBF i et område, hvor nervecellerne excite-res og et område, hvor de inhibeexcite-res af lokal stimu-lation. Tidligere studier i andre hjerneregioner har vist, at blodgennemstrømningen falder i
om-råder som deaktiveres ved en elektrisk stimula-tion, og at stigningen kun finder sted hvor nerve-cellerne exciteres. Vore nye undersøgelse viser, at CeBF stiger i såvel de aktiverede- som de deaktive-rede områder. CeBF stiger hurtigere i områder der exciteres end i områder der inhiberes. Det er sandsynligt, at nitrogenoxid i cerebellum ikke blot er en modulator, men en mediator af CeBF (N.
Akgören, M. Lauritzen).
5.3 Laser-Doppler evaluering af hjernens blod-gennemstrømning (CBF) sammenlignet med iodantipyrin-metoden
Laser-Doppler flowmetri (LDF) er den mest an-vendte metode til måling af dynamiske ændringer i CBF p.t. Vi undersøgte, hvorledes LDF korrelede med CBF målt med iodantipyrin-teknik. Ved re-duktion i CBF var der en god korrelation mellem de 2 målemetoder, men ved øgninger overestime-rede LDF blodgennemstrømningen og fejlen vok-sede eksponentielt. Forklaringen kan være, at LDF alene måler erytrocytflow, mens iodantipyrin-metoden måler både erytrocyt- og plasmaflow.
Disse 2 faktorer øges ikke nødvendigvis proportio-nalt (M. Fabricius, M. Lauritzen).
5.4 Erytrocytrekruttering i rotte cerebellar cortex målt med laser-Doppler flowmetri
Øgninger i hjernens blodgennemstrømning kan skyldes øgninger i blodets lineære hastighed (<v>) eller volumen (CMBC), eller begge dele. Ved elek-trisk stimulation eller ved injektion af vasoaktive substanser stiger CMBC og <v> samtidigt, men med forskellig hastighed, og slutniveauet for <v>
var meget højere end for CMBC. Ved hyperkapni steg <v> først, herefter steg CMBC. Ved alle typer stimulation steg CMBC mellem 15 og 30%, heref-ter var CMBC konstant. Øgninger i blodgennem-strømning over denne værdi skyldes øgning af ery-trocythastigheden (C. Barfod, M. Lauritzen).
Afdelingen for patofysiologi
1. Regulation af kredsløbs- og nyrefunktioner 1.1 Blodgennemstrømning, diffusion, modelfor-mulering
1. Måling af gennemblødningshastighed i fingre-nes arterio-venøse anastomoser målt med udvask-ning af varme (M. Midttun, P. Sejrsen, M. Colding-Jørgensen).
2. Måling af diffusionskoefficienter for a) type III aminoterminal procollagen i agar og hjertemu-skulatur på katte, b) 14C-sucrose i hjertemuskula-tur fra mennesker med cardiomyopati (N. Høst, P.
Sejrsen, S. Haunsø), og c) 14C-sucrose i fedtvæv på kaniner (P. Sejrsen).
Fysiologi