University of Groningen CNS cell groups that regulate the

University of Groningen
CNS cell groups that regulate the cardiosympathetic system
Jansen, Arthur Sebastiaan Paulus
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to
cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date:
1996
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Jansen, A. S. P. (1996). CNS cell groups that regulate the cardiosympathetic system s.n.
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the
author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately
and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the
number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Download date: 18-07-2017
113
lostral ventrolateral
ne reglon containing
:rnandez-pardal,J.,
:ntrolateralmedulla:
l neuronson arterial
. , 4 ( 1 9 8 4 )4 7 4 _ 4 9 4 .
eus in the rat, Brain
n oI neurons in the
he spinalcord in the
'eleasing
factor and
c-relaredprojections
Ind cenfral pathwavs
)93) 2s1-262.
ucedby L-glutamate
540-H552.
A generalpattern of
rl pseudorabiesviral
roups regulating the
body labeling with
m a n ,G . E . , P N M T baroreceptorinput,
rf centraladrenergic
tus and spinal cord,
n d S h i p l e y ,M . T . ,
ntral rnedullain the
rervoussystem and
f hypertension,vol.
J o n g ,W . ( E d s . ) .
)y arginine- and
ton. Nerv. .lysr., 6
ronsesand efferent
5-374.
Samenvatting
Het autonomezenuwstelselspeelteen essentielerol in het optimaalfunctionerenvan het
lichaamin het dagelijksleven. Het is betrokkenbij de regulatie van die organen in het lichaam,
die niet onder bewustecontrolestaan,zoalsde darmen,alvleesklier,en hart en bloedvaten.
Het hart wordt vanuit de hersenengestuurddoor twee verschillendeneuronalesystemen
die onderdeel zijn van het autonomezenuwstelsel:het sympathischezenuwstelselen het
parasympathische
zenuwstelsel.Onder norrnale omstandighedenhouden beide systemenelkaar
in een dynamischevenwicht:is er sprakevan een verlagingin de bloeddruk,dan leidt dit tot
een verhoogdesympathischeactiviteithetgeeneen verhogingvan de bloeddruk tot gevolg heeft.
Omgekeerd, is de bloeddruk te hoog, dan leidt dit tot een verhoogdeparasympathische
activiteit, wat resulteertin een verlagingvan de bloeddruk.
situatievindt er een verhoogdeactivatievan het
Echter. tijdens een levensbedreigende
sympathischezenuwstelselplaats,welke leidt tot redistributievan bloed van de ingewandennaar
activiteit tot een verhoogdevan
de actievespieren.Daarnaastleidt de verhoogdesympathische
hartslag en bloeddruk, wat een verhoogdecirculatie van het bloed tot gevolg heeft. Deze
(kortstondige)veranderingenmaken het makkelijker voor het lichaam om te vluchten of te
echterchronischgeactiveerd,dan veroorzaakt
vechten.Wordt het sympathischezenuwstelsel
aandoeningen.
dit in proefdierencardiovasculaire
Hart- en vaatzieklenzijn in de westersemaatschappijde voornaamstedoodsoorzaak;een
stressvolbestaanwordt in de regel hiervoor mede verantwoordelijkgeacht.E6n van de meest
voorkomendehartziektenis acutehartstilstand.De preciezemechanismendie teidentot acute
hartstilstandzijn ruet bekend,maar er zijn aanwijzingendat hartritme stoornissenen fibrillaties
in de hartventrikeleenbelangrijkerol spelen.Vaak hebbenpatientendie aan een ritmestoornis
hebben geleden,enkele uren voor de aanvanghiervan, een ernstigeemotionelegebeurtenis
en fibrillaties voorafgaandaan
ondergaan.Dit zou erop kunnen wijzen dat ritmestoornissen
acute hartstilstandmogelijk worden opgewekt in de hersenen,en dan, via (sympathische)
zenuwbanen,overgebrachtworden op het hart.
Al gemene vraagstellin g
Het is essentieelom een goed inzicht te verkrijgen in de structuurvan het sympathisch
gedeelte van het centrale zenuwstelseldat functies van hart en bloedvaten controleert.
Vastgelegdin een accuratekaart kunnende locatiesen de nanier waaropdeze neuronen(of
zenuwcellen) met elkaar verbonden zrjn, leiden tot nieuwe hypothesesbetreffende het
die
functionerenvan dit systeemin het centralezenuwstelsel.Bepalingvan neurotransmitters
dezeneuronenbevattenkan bijdragenaan de ontwikkeling van medicijnen voor de behandeling
van bijvoorbeeldhartziekten.Om de preciezelocatie van bovengenoemdeneuronen te bepalen,
methode,die levend virus als tracer gebruikt.
is gebruik gemaaktvan een neuroanatomische
Omdat de specificiteitvan dezetechnieknog niet bekendis voor het centralezenuwstelsel,is
het noodzakelijkom dezeeerstte onderzoeken.
In dit proefschriftworden de volgendespecifiekevragengesteld:(1) is de virale tracing
techniek geschiktom verbindingenaan te tonen in het centralezenuwstelsel,(2) waar in het
funktiescontroleren,(3)
bevindenzich de neuronendie cardiovasculaire
centralezenuwstelsel
gebruiken.
en tot slot (4) zijn er gebieden
die dezeneuronen
welke zijn de neurotransmitters
tt4
in het centrale zenuwstelselwaar het cardiovasculairesysteem en het biinier svsteem
convergeren'?
Experimenteletechnieken
De informatie gepresenteerd
in dit proefschrift is verkregen met behulp van verschillende
technieken.
Voor het i.dentificerenvsn neuronen in de hersenendie betrokken zijn bij de sturing van
hart- en bloedvaatfunktiesis gebruik maakt van actiefPseudorabiesvirus (PRV). Dit virus heeft
de eigenschap
dat het zich kan verplaatsenen vermenigvuldigenin zenuwcellen.Als het virus
word geinjecteerdin een orgaan,zoalsbijvoorbeeldhet hart, zal het virus de zenuwuiteinden
binnendringenvan de neuronendie het hart innerveren.Nadathet virus de zenuwuiteindenis
binnengedrongen
begeefthet zich naar de celkern van de zenuwcellen(: retrograad transport,
d.w.z. van zenuwuiteindenaar cellichaam),alwaar het zich vermenigvuldigt.Het virus is dan
in staatom anderezenuwcellen,
die contactmakenmet de geinf'ecteerde
cel, binnen te dringen.
Op dezemanier wordt een ketting van neuronengeinfecteerd.die tot ver in de hersenengevolgd
kan worden. Geinfecteerdeneuronenkunnen vervolgenszichtbaar gemaaktworden met behulp
van een specifiekekleuringstechniek.
Voor het aantonen van neurotrensmitter(s)in een geinfecteerdezenuwcel, is gebruik
gemaaktvan eendubbel-fluorescentie
techniek.Hierbij wordt een geinfecteerdezenuwcel(die
onderdeel uitmaakt van het cardiovasculairesysteemen zichtbaaris gemaaktmet een rood
fluorescerendantilichaam)behandeldmet een groen fluorescerendantilichaam dat een bepaalde
neurotransmitterzichtbaarmaakt. Met behulpvan een filter is het mogelijk om gescheidennaar
zenuwcellente kijken. Bhjkt een zenuwcelzowel
rood fluorescerende
en groen fluorescerende
rood als groen fluorescerendte ztjn, dan bevat de geinfecteerdecel de desbetreffende
neurotransmitter.
Voor het aantonen van verbindingenis gebruik gemaaktvan de anterogrademarker
(d.w.z. een tracer die van cellichaamnaar zenuwuiteindewordt getransporteerd)
Phaseolus
(PHA-L). Nadat PHA-L is geinjecteerdin een bepaaldhersengebied,
vulgais leuco-agglutinin
en dan getransporteerd
naar
wordt het opgenomendoor de daar aanwezigezenuwcellichamen
de zenuwuiteinden.Met behulp van een eenvoudigkleuringstechniekis het mogelijk om de
PHA-L bevattendezenuwuiteindenaan te kleuren. Het is dus mogelijk om met dezemarker
verbindingen,die bepaaldezenuwcellenmakenmet anderedelen van het zenuwstelsel,aan te
tonen.
Specificiteit van PRV
De eerste vraag die in dit proefschrift wordt gesteldis: hoe betrouwbaaris de virale
tracing techniek?Omdat met deze techniekspecifiekde neuronenvan 66n systeemkunnen
worden bestudeerdis het niet gewenstdat het virus a-specifiekneuronenvan een ander,
belendend,systeeminfecteert(dat mogelijknietste makenheeft met het systeemonder studie).
of PRV in staatis om a-specifieknabijgelegen
Om die reden is in hoofdstuk 2 geanalyseerd
neuronen in het centralezenuwstelselte infecteren.De resultatensuggererendat het virus,
onder bepaaldegecontroleerdecondities,specifiekde volgendeset van neuroneninf'ecteert.
Echter,het is mogelijkdat in sommigesituatiesPRV a-specifiekniet gerelateerdeneuronenkan
infecteren. Dit kan zich bijvoorbeeld voordoen als PRV nabijgelegen,niet tunctioneel
gerelateerdevezelsinfecteert(Appendix).
In dit proefschrift is ook een dubbel-viraletracing methodeontwikkeld. Hiervoor zijn 4
verschillendevirus muta
methodehoudt in dat eel
in hezelfde dier eenand
alles goed gaat, wordt v
en virus B naar die :
zenuwstelseldan celler
hand dat deze zenuwce
gebleken dat van de I
bezitten
eigenschappen
Localisatie en chemi
zenuwstelsel
In zoogdierenwc
(Fig. 1). SymPathisc
deel gelegenin het ga
genoemd.Deze neuron
ruggemerg,sympathisc
projecteerteen SPN sPe
gelocaliseerdzijn in zc
In dit Proefschrif
neuronen (die naar
die
neurotransmitters,
Hersenen
l,
i:!!:il:,
I
Thoracale
Ruggemerg
Ruggem
Figuur 1. Sclrernatisc
is bekendover de loca
stellatumSPNn,en wa
infonnatiehieromtren
ll5
her bijnier systeem
rulpvan verschillende
:ijn brl de sturing van
PRV).Dit virus heeft
vcellen.Als het virus
us de zenuwuiteinden
de zenuwuiteindenis
retrograadtransport,
jigt. Het virus
is dan
:1,binnente clringen.
de hersenengevolgd
I wordenmet behulp
zenuwcel,is gebruik
:teerdezenuwcel(<tie
rmaakfmet een rood
Lamdat een bepaalde
om gescheidennaar
eenzenuwcelzowel
I de desbetretl'ende
anterogrademarker
porteerd) Phaseolus
paaldhersengebied,
letransporteerd
naar
het mogelijk om de
m met dezemarker
zenuwstelsel,
aan te
verschillendevirus mutantengetestop hun specificiteit (hoofdstuk 5). De dubbel-virale tracing
methodehoudt in dat een virus mutant (A) wordt geinjecteerdin bijvoorbeeld het hart, terwijl
in hetzelfdedier een anderevirus mutant (B) wordt geinjecteerdin bijvoorbeeld de bijnier. Als
allesgoed gaat, wordt virus A getransporteerd
naar neuronendie specifiek het hart controleren,
en virus B naar die zenuwcellendie de bijnier controleren. Worden er hogerop in het
zenuwstelseldan cellen gevondendie beide virussenbevatten,dan ligt de conclusievoor de
hand dat deze zenuwcellenmogelijk beide organenbesturen. Uit onderzoek in hoofdstuk 5 is
gebleken dat van de 4 getestemutanten,er 3 zijn die min of meer gelijke en bruikbare
eigenschappen
bezitten.
Localisatie en chemische identificatie van cardiovasculaire neuronen in het centrale
zenuwstelsel
In zoogdierenworden organengeinnerveerddoor neuronendie gelegenzijn in ganglia
(Fig. 1). Sympathischeneuronendie het hart innerverenbijvoorbeeld,zijn voor het grootste
deel gelegenin het ganglion steliatum,en worden sympathischepostganglionaireneuronen
genoemd.Deze neuronenworden op hun beurt geinnerveerddoor neuronendie, gelegen in het
ruggemerg,sympathischpreganglionaireneuronen(SPNn)worden genoemd.In het algemeen
projecteerteen SPN specifieknaar 66n ganglion.SPNn worden geinnerveerddoor neuronen die
gelocaliseerdzijn in zowel het ruggemergals de hersenen.
In dit proef'schriftis met behulpvan de virale tracing techniekde precieze locatie van deze
neuronen (die naar ganglion stellatum SPNn projecteren) bepaald. Daarnaast zijn de
neurotransmitters,
die dezeneuronenbevatten,geidentificeerd.
Hersenen
Ir
II
Cervicarle
Ruscenrers I
"l
L
rwhaaris de virale
in systeemkunnen
Jn van een ander,
eemonderstudie).
ciliek nabijgelegen
:ren dat het virus,
)uroneninfecteert.
erdeneuronenkan
, niet functioneel
i. Hier:voorzijn 4
Thoracale
Ruggenrerg
Sympathisch
Preganglionair
Neuron
\ .Syrnpathisch
P o s t g a n gr ol n a i r
Neuron
Ruggemerg
Weinig
overzichtvan de algemeneorganisatie
van het autollome zenuwstelsel.
Figuur l. Schernatisch
naar ganglion
is bekend over de localisatievan neurouenin de hersenenen ruggernergdie pro.iecteren
dezeneuronengebruiken.In dit proefschriftis nieurve
stellaturnSPNn, en wat voor neurotransmitters
inforrnatiehieronrtrentverkregerr.
t16
SPN innervatie vanuit het ruggemerg
Weinig is bekend over de neuronenin het ruggemergdie projecterennaar ganglion
stellatum SPNn. De resultatenin dit proefschrifthebbenechteraangetoonddat het grootste
gedeeltevan dezeneuronenis gelegenin verschillendelagenvan het centralegrijs (laminaeI,
II, IV, V, VII en X). Enkelevan dezeneuronenbevatte66n van de volgendeneurotransmitters:
(hoofdstuk 3).
substanceP, enkephalineof somatostatine
Een interessante
vinding in dit proefschriftwas de ontdekking van twee groepenneuronen
in het voorstecervicaleruggemerg(deel van het ruggemergter hoogte van de schoudergordel)
(hoofdstuk3). Beidecelgroepen,
gelegenin de lateralespinalenucleusen de lateralefuniculus,
waren voorheen niet geidentificeerdals onderdeelvan het cardiovasculairesysteem.Beide
gebiedenzijn waarschijnlijkbetrokkenbij de controlevan meerdereautonomefuncties.Dit,
omdat (l) PRV injecties in verschillendesympathischeganglia en de bijnier leidde tot
geinfecteerdeneuronenin beide groepen,en (2) beidegebiedendirecte verbindingen hebben met
SPN neuronen(hoofdstuk 4). Dit laatsteis met behulpvan PHA-L aangetoond.
Samengevattonen bovengenoemde
bevindingenaan dat er op zijn minst drie groepen
neuronen in het ruggemergzijn die ganglion stellatum SPNn innerveren:(l) in de opper
cervicale lateralenucleus,(2) in de opper cervicalelateralefuniculus,en (3) in verschillende
laminaedoor het geheleruggemerg.
SPN innervatie vanuit de hersenen
gebiedengevondendie directeverbindingenhebbenmet
In de hersenenzijn verschillende
ganglion stellatumSPNn.Deze zijn gelegenin de hersenstam
(de rostraal ventrolateralemedulla,
de rostraalventromedialemedulla, de caudaleraphe kernen, het .A5 gebied en de Kcilliker-Fuse
nucleus), de middenhersenen(periaqueductalegrijs en precommissuralenucleus), en de
hypothalamus(de lateralehypothalamische
nucleusen de paraventriculairehypothalamische
nucleus)(hoofdstuk 3).
De grootste groep van neuronen die naar ganglion stellatum SPNn projecterenis
gelocaliseerd
(meerspecifiek,de rostraalventromedialemedullagevolgd door
in de hersenstam
de caudale raphe kernen en het A.5 gebied)(hoofdstuk 3). Van de neuronendie naar SPNn
projecterenbevattede grootstegroep de neurotransmitter
adrenaline,gevolgddoor serotonine
en noradrenaline(hoofdstuk 3).
Tot slot werd de vraaggesteldof eendeelvalt dezeneuronenook in staatis om de bijnier
te controleren(hoofdstuk 6). Dit, omdat gedurendeextremesituatieszowel de bijnier als het
cardiovasculaire
systeemwordt geactiveerd.Activatie van de bijnier leidt tot adrenalineafgifte
in de bloedstroom,welk onder anderebijdraagtaan de redistributievan bloed van ingeu'anden
systeemheeft een verhoogdehartslag
naar actieve spieren.Activatie van het cardiovasculaire
frequentieen bloeddruktot gevolg.
Met behulp van een dubbel virale tracing techniekzljn deze neuronengeidentificeerd.
Hiervoor werdentwee gemuteerdevirussen,die op specificiteitgetestwerdenin hoofdstuk 5,
gebruikt. Edn virus mutant werd geinjecteerdin de bijnier, terwijl in hetzelfdedier de andere
virus mutant werd geinjecteerdin het ganglionstellatum.Dubbel geinfecteerdeneuronenwerden
geidentificeerdin de hersenstam,.A5 gebied en hypothalamus.Het grootste aantal dubbel
geinfecteerdeneuronenwerd gevondenin de hersenstam.
voor de simultaneactivatieresponsdie
Dezetype neuronenzijn mogelijkverantwoordelijk
opgewektwordt gedurendeextremesituatieszoalsstress.