Neuroendokrin regulation af hypo- hypo-fysefunktionen under normo- og

patofysiologiske forhold

Serotonerge receptorers betydning for hy-pothalamus- og hypofysehormonfrigørelsen De senest karakteriserede serotonin (5-HT) recep-torer, 5-HT4– 5-HT7,er undersøgt for deres mulige mediering af 5-HT- og stress-induceret hormon re-spons hos rotter. Virkningen af serotonin (5-HT) på den hypothalamiske ekstracellulære koncentration af hypofysebaglaps hormonerne arginin vasopres-sin (AVP) og oxytocin (OXY) er undersøgt ved ce-rebral mikrodialyse. Ved in situ hybridisering på hjernesnit fra rotter behandlet med forskellige 5-HT agonister er der for AVP, OXY, corticotropin re-leasing hormon (CRH) og proopiomelanocortin (POMC) påvist opregulering af mRNA i hypot-halamus og i hypofysen som tegn på ændringer i hormonsyntesen. Endelig har vi studeret stress-in-ducerede ændringer i forekomsten af 5-HT immu-noreaktivitet i hjernestammens raphekerner og i hypothalamus (H. Jørgensen, U. Knigge, A. Kjær;

M. Møller, Med. Anat. Inst.; J. Warberg).

Histaminerg regulation af hypofyse- og hypothalamushormonsekretionen

To nyudviklede og hidtil uafprøvede histamin (HA) H1-agonister (histaprodifendihydrogenma-leat og dimetylhistaprodifendihydrogenoxalat) har vist god effekt (dosis-respons kurver) på fri-gørelsen af ACTH, OXY, og AVP efter central ad-ministration på rotter. Noget overraskende har stoffernes effekt dog ikke kunnet blokeres med den “klassiske” H1-antagonist mepyramin, hvilket i øjeblikke efterprøves. En evt. perifer effekt af HA er studeret ved samtidig indgift af HA og en perifert virkende H1-antagonist (cetirizin).

Repetitivt stress: Påvirkning af rotter med for-skellige “2.-gangs” stress stimuli (immobilise-ring, endotoxin og insulin-induceret hypogly-kæmi) en uge efter påvirkning med immobilise-ringsstress (“1.-gangs” stress) viser forskellige adaptationsmønstre.

Fysiologi 165

Betydningen af AVP for HA- og dehydrerings-induceret stigning i plasma renin aktiviteten (PRA) er studeret ved immun-neutralisering af endogent AVP ved indgift af antiserum mod AVP på rotter, der stimuleres med HA eller dehydreres i 24 timer.

Med henblik på at karakterisere de neuroendo-krine virkninger af HA og stress ønskes udført eksperimenter på homozygote H1-receptor

“knock-out” mus. Vi har modtaget 4 af disse mus fra Japan, og er ved at etablere en avl.

Histaminanalyse: En HPLC-baseret analyse har vist sig for ufølsom til at måle HA på cerebra-le mikro-dialysater, hvorfor vi er gået i gang med etablering af en radio-enzymatisk HA-analyse (U.S. Kristoffersen, K.R. Madsen, U. Knigge, A.

Kjær, J. Warberg).

Effekten af tyngdestress på endokrine, renale og kardiovaskulære variable hos mennesker

Der er gennemført forsøg med ændring i tyngde-stress dels ved nedsænkning i vand til forskellige niveauer og dels (som forundersøgelse til forsøg på den Internationale Rumstation i år 2000) ved langvarigt (20 dage) sengeskråleje (-6°). Den gradvise nedsænkning i vand benyttedes til kvan-titering af lav- og højtryksreceptorers indvirkning på neuroendokrine elementer. Sammenhængen mellem kredsløbsreflekser og nyrefunktion er un-dersøgt hos hjertepatienter nedsænket i vand. De foreløbige resultater viser, at hjertepatienterne har en væsentlig nedsat udskillelse af natrium under nedsænkningen i forhold til normale (P. Norsk, A.

Gabrielsen, B. Pump, Morten Schou, DAMEC Research A/S; Jørgen Warberg).

Afdelingen for Neurofysiologi

Nerveceller og nervenetværk 1.1 Elektrofysiologiske undersøgelser af hjernens styring af bevægelser hos mennesker

Vi har i det forløbne år hovedsageligt koncentre-ret os om indlæringen af nye motoriske opgaver.

Vi har anvendt transkranial magnet stimulation til at kortlægge den corticale repræsentation af forskellige muskler, f.eks. en af de muskler, der styrer pegefingeren. Vi har fundet, at den cortica-le repræsentation af denne muskel bliver større i forbindelse med indlæringen af en ny motorisk opgave (tegning af ellipse på Laptop computer ved hjælp af museknap), men ikke i forbindelse

med gentagne udførelser af en over-indlært be-vægelse.

Vi har derudover anvendt correlations og cohe-rence analyser til at undersøge den centrale akti-vering af benets muskler under gang. Vi har fun-det, at der er en udtalt tendens til synkronisering af motoriske enheder registreret fra såvel den samme som fra synergistiske muskler. På basis af igangværende undersøgelser på patienter med forskellige læsioner af de centrale motoriske ba-ner håber vi at kunne fastslå, hvilke centrale mo-toriske baner, der er ansvarlige for denne synkro-nisering (J.B. Nielsen, N. Petersen, L.O.D. Chris-tensen, H.S. Jensen, S. Hansen).

1.2 Studier af neuronale netværk og infor-mationsprocessering i nerveceller

Det neuronale netværk i rygmarven, som hos pat-tedyr er ansvarlig for rytmiske bevægelsesmøn-stre som gang, undersøges. Vi bruger et in vitro præparat af den isolerede rygmarv til disse studi-er.

Informationskodning i interneuroner Vi har tidligere vist ved læsionsstudier, at der er en rostrocaudal eksitabilitetsgradient i den rytme-dannende evne i rygmarven. I dette projekt har vi registreret ekstracellulært fra rytmisk aktive celler i den rostrale og caudale del af rygmarven ved hjælp af såkaldte tetroder og on-cell patch-regi-streringer. Vore undersøgelser har vist, at den ros-trocaudale eksitabilitetsgradient afspejles i en til-svarende rostrocaudal gradient i interneuroners aktivitet. D.v.s. at netværket, der kontrollerer gan-gen, er distribueret langs rygmarven. Fyringsfre-kvensen i individuelle neuroner er lav og variabel.

Dette betyder, at enkeltceller overfører informati-onen ved hjælp af få aktionspotentialer og oftest med en ringe præcision. Informationen om gan-gens timing og koordinering opstår således som et populationsrespons i mange nerveceller (M.

Tresch, M. Raastad, O. Kiehn).

Visualisering af kommissurale interneuroner med kalcium-imaging

For at visualisere aktiviteten i kommissurale in-terneuroner, som er ansvarlig for højre-venstre koordinering under gang, har vi startet et samar-bejde med Oslo Universitet, hvor vi benytter kal-cium-dyes til at visualisere aktive neuroner ved hjælp af et to-foton scanning mikroskop. Det langsigtede mål er at karakterisere disse interneu-roner anatomisk, elektrofysiologisk og moleky-lært (O. Kiehn, J. Glover og A-L Eide, Oslo Uni-versitet).

Interaktion mellem synaptiske potentialer og specifikke membranegenskaber

Vores tidligere undersøgelser har vist, at en stor del af de rytmisk aktive celler primært er drevet af synaptisk input. Vi undersøger nu, hvilket bidrag neuroners egne ionkonduktanser giver til deres aktivitet. Vi vurderer specielt, hvordan en indad-gående blandet kalium-natrium strøm, kaldet Ih, indvirker på motorneuroners rytmiske aktivitet.

Dette gøres ved at anvende et computerprogram, der i “real-time” kan injicere en strøm, der nøje efterligner ændringerne i Ih’s biofysiske optræden under rytmisk aktivitet. På den måde kan man ef-ter først at have blokeret Ihfarmakologisk og der-efter bragt den tilbage ved hjælp af computersi-muleringen præcist evaluere samspillet mellem nervecellernes membranegenskaber og det synap-tiske input under rytmisk aktivitet (O. Kiehn, O.

Kjærulff, R. Harris-Warrick og B. Johnson, Cor-nell University).

Transmitter-modulering af Ih.

Undersøgelserne af samspillet mellem Ih og den rytmiske synaptiske aktivitet kræver en præcis bestemmelse af Ih’s biofysiske parametre samt en vurdering af, om Ihmoduleres af de transmitter-substanser, vi bruger til at initiere den rytmiske aktivitet. Ved brug af enkelt-elektrode voltage clamp har vi bestemt Ih’s biofysiske parametre i motorneuroner, samt fundet, at Ihforstærkes af se-rotonin (5-HT), der forårsager et depolarisende skift i strømmens aktiveringskurve. 5-HT har også en kinetisk effekt, idet aktiveringshastighe-den af Ihøges. Under forløbet af dette studium har vi desuden afdækket Ih’s sameksistens med en an-den strøm, som også bidrager til inward rectifica-tion. Denne strøm bæres sandsynligvis af kalium-ioner (O. Kjærulff, O. Kiehn).

1.3 Den interneuronale organisation af rygmarvens gangcenter

(M-C. Perreault, H. Hultborn).

1.4 Signalbehandling i nerveceller og nerve-netværk i rygmarven

Vi har især beskæftiget os med at undersøge, hvorledes langsomme, ulineære, postsynaptiske membranegenskaber, betinget af L-type calcium-kanaler, bidrager til signalbehandling i rygmar-vens motoneuroner.

Det har været antaget, at den NMDA inducere-de oscillatoriske aktivitet i motoneuroner er en følge af de NMDA styrede receptorkanalers spændingsregulering. Vi har nu vist, at L-type calciumkanaler spiller en afgørende rolle for

oscillationer induceret af såvel NMDA som mus-carin. Det understreger yderligere L-kanalernes centrale rolle i den synaptiske regulering af moto-neuroners funktionelle egenskaber.

I forlængelse heraf har vi også vist, at den syn-aptiske regulation af L-kanalernes aktivitet kan være en mekanisme for synaptisk styring af den rumlige fordeling af calcium-influksen i dendrit-ter. Dette har ført os til at foreslå denne styring som en vigtig mekanisme for lokal postsynaptisk plasticitet i motoneuroner.

For at opstille og analysere teorier for, hvorle-des L-kanalerne kan bidrage til informationsbe-handling i motoneuroner, opbygger vi matemati-ske modeller. For at gøre disse modeller så realis-tiske som muligt baserer vi dem, så vidt muligt, på eksperimentelle måleresultater. Vi har i den forbindelse udviklet og anvendt en ny metode til bestemmelse af nervecellers elektrotone struktur.

Endelig har vi gennemført en analyse af meka-nismerne for et oscillatorisk response i rygmarven induceret under langvarig stimulation af en dor-salrod. Analysens vigtigste resultater er, at meka-nismen er knyttet til interaktion mellem en række elementer og således er et eksempel på en distri-bueret oscillator, i hvilken de enkelte elementer ikke i sig selv kan fungere som “unit oscillator”

(J-F. Perrier, R. Delgado-Lezama, P. Guertin, G.

Svirskis, J. Hounsgaard).

1.5 Membranegenskaber og synaptisk transmission

Arbejdet med udvikling af et langtidsholdbart in vitropræparat til undersøgelse af synaptisk plasti-citet og andre cellulære mekanismer i pattedyr-hjernen fortsætter. Projektet skal føre til reduktion af forsøgsdyrsbrug på videnskabelige institutio-ner og i industrien. EU har besluttet at støtte ar-bejdet i en periode på tre år. Sammen med grup-per i Italien, Frankrig, Schweiz, Tyskland og i Odense udvikles en perforeret siliciumskive med indbyggede mikroelektroder, der kan anvendes som base for dyrkning af vævssnit af hippocam-pus og andre CNS-strukturer med henblik på elektrisk stimulation og registrering af elektrisk aktivitet i intakte neurale netværk. Flere prototy-per er afprøvet og en model er nu under færdigud-vikling (Jahnsen, Balestrino, Dupont, Grattarola, Koudelka-Hepp, Köhling og Zimmer).

1.6 Dendritfunktion i lillehjerne og lugtekolbe

Cerebellum

Spatial synaptisk integration i granulaceller og

Fysiologi 167

andre celler i cortex cerebelli analyseres i fortsæt-telse af tidligere studier, og som partner i et EU-Biotech samarbejde om “Computation in the ce-rebellum”.

Elektrofysiologien af ‘mostråde’, der udgør det største antal axoner, som formidler information til cerebellum, er blevet analyseret (J. Midtgaard, H.

Jörntell, EU-Biotech gruppe: 6 partnere i Europa og Israel).

Bulbus olfactorius

Synaptisk integration i mitralcelle dendritter un-dersøges ved hjælp af “dual-patch recordings” og computersimuleringer i samarbejde med Sect. of Neurobiology, Yale Univ. Med. School (J. Midt-gaard, W. Chen, G.M. Shepherd, M. Hines).

2. Sansesystemets betydning for