Aktuelle Urol 2000; 31(2): 109-120
DOI: 10.1055/s-2000-8970
EXPERIMENTELLE ORIGINALARBEIT
Georg Thieme Verlag Stuttgart ·New York

Verteilung immunreaktiver Nervenfasern innerhalb sakraler Spinalnerven: neuroanatomische Untersuchungen im Hundemodell[1]

Immunoreactive Patterns of S2 and S3 Sacral Roots: Neuroanatomic Investigations in DogsS. E. Dahms1, 3 , M. Muscheck2, 3 , M. Hohenfellner1 , T. F. Lue3 , J. W. Thüroff1 , E. A. Tanagho3
  • 1Urologische Klinik und Poliklinik, Johannes Gutenberg Universität Mainz
  • 2Urologische Klinik, Klinikum Mannheim, Fak. f. Klin. Med. d. Universität Heidelberg
  • 3Department of Urology, University of California, San Francisco
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Publication Date:
31 December 2000 (online)

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Zusammenfassung

Fragestellungen: Das sogenannte Gesetz nach Magendie und Bell impliziert die anatomische Trennung motorischer Axone in den spinalen Vorderwurzeln und sensorischer Nervenfasern in den Hinterwurzeln. Die Mehrzahl der Studien, die Spinalnerven mittels immunoreaktiver Marker untersuchten, wurden bis auf eine Ausnahme nicht am Hund, dem am häufigsten verwandten Tiermodell der sakralen Neurostimulation, durchgeführt. Zielstellung unserer experimentellen Arbeit war ein topographisches Mapping der spinalen Sakralnerven S2 und S3 mittels immunohistochemischer Färbungen zur Differenzierung von Afferenzen und Efferenzen in Vorder- und Hinterwurzeln am Hund.Material und Methode: 5 männliche Mischlingshunde wurden für die Untersuchungen verwandt. Für die neuroanatomischen Studien wurden die Sakralnerven S2 und S3 auf das Vorliegen der Neuropeptide Calcitonin Gene-Related Peptid (CGRP), Substanz P (SP), Vasoactives Intestinales Polypeptid (VIP) und Neuropeptid Y (NPY) untersucht. Zusätzlich wurden Nervenfasern auf die Immunoreaktivität von Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid-Phosphat-Diaphorase (NADPH-d) und Acetylcholinesterase (AChE) bewertet.Ergebnisse: Immunoreaktivität für alle 4 Neuropeptide wurde in den Sakralnerven S2 und S3 nachgewiesen. Innerhalb der S2- und S3-Hinterwurzel fand sich eine hohe Dichte CGRP- und SP positiver Nervenfasern, wohingegen in der S2- und S3-Vorderwurzel nur einzelne immunoreaktive Fasern dargestellt werden konnten. Die Mehrzahl der CGRP- und SP-positiven Fasern fand sich um myelinisierte Axone. Bezüglich der Immunoreaktivität von VIP fand sich ebenfalls eine erhöhte Dichte positiver Nervenfasern innerhalb der S2- und S3-Hinterwurzel gegenüber der entsprechenden Vorderwurzel. Für NPY zeigte sich ein ähnliches topographisches Verteilungsmuster wie für die anderen Neuropeptide, wobei S3 insgesamt einen deutlich niedrigeren Anteil NPY-immunoreaktiver Axone beinhaltete. Während innerhalb der S2- und S3-Hinterwurzel eine NADPH-d-abhängige Immunoreaktivität dargestellt werden konnte, fand sich in der S2-Vorderwurzel eine deutlich geringere und in der S3-Vorderwurzel keine Aktivität. AChE-Immunoreaktivität, die nahezu ausschließlich efferente Nervenfasern betrifft, konnte ebenfalls in beiden Sakralnerven gezeigt werden, wobei im Gegensatz zu den übrigen Markern eine Immunoreaktivität ausschließlich in den Vorderwurzeln nachweisbar war.Schlußfolgerungen: Ein topographisches Mapping für 4 Neuropeptide wurde am Hund für die sakrale Nervenvorder- und -hinterwurzel von S2- und S3 durchgeführt. Die deutlich erhöhte Dichte der untersuchten Neuropeptide, die nahezu ausschließlich afferente Nervenfasern markieren, innerhalb der Hinterwurzel steht in Übereinstimmung mit dem sogenannten Gesetz nach Magendie und Bell. Der vereinzelte Nachweis neuropeptidpositiver Fasern in den sakralen Vorderwurzeln bestätigt frühere Untersuchungen, die eine - wenn auch - geringe Anzahl afferenter Axone innerhalb dieser Vorderwurzeln vermuteten. Der Nachweis NADPH-d immunoreaktiver Axone innerhalb der Hinterwurzeln unterstreicht die Bedeutung von Stickstoffoxid als bedeutendem präganglionären Transmitter sakraler Afferenzen.

Abstract

Purpose: The so called Law of Magendie and Bell implies the separation of the spinal roots with regard to their functional potential: motoneurons are represented in the ventral roots and sensory fibers in the dorsal roots. However, it is surprising that, although the dog appears to be the most common animal for neurostimulation research, most studies on the topographical mapping of neuropeptides and other neuronal markers have been carried out on the central and peripheral nervous system of other mammalians. Our aim was to characterize the immunoreactive pattern of S2 and S3 sacral nerves regarding afferent and efferent nerve fibers in the both ventral and dorsal spinal roots in dogs.Material and Methods: S2 and S3 sacral nerves from 5 male dogs were studied to localize various neuropeptides [Calcitonin Gene-Related Peptide (CGRP), Substance P (SP), Vasoactive Intestinal Polypeptide (VIP) and Neuropeptide Y (NPY)]. In addition, nerve fibers were studied with regard to immunoreactivity of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate diaphorase (NADPH-d) and acetylcholinesterase (AChE).Results: Immunoreactivity for all neuropeptides was detected in both S2 and S3. In the S2 and S3 dorsal root, a high density of CGRP and SP was observed, whereas, in the ventral root, single CGRP-positive axons were present. Most of the CGRP and SP immunoreactive material in the dorsal root was seen around myelinated axons. The pattern of VIP showed a high density in the S2 dorsal root and a notably lower density in the ventral root. S3 showed a similar VIP distribution. In the S2 dorsal root, a high density of NPY was observed; in the ventral root it was notably lower. NPY-immunoreactivity of S3 showed a lower distribution. NADPH-d was detected in both S2 and S3. Low density of immunoreactivity was observed in the S2 ventral root, but no NADPH-d-immunoreactive axons were found in the S3 ventral root. The distribution pattern in S3 was similar. AChE was detected in both S2 and S3. A moderate AChE-density, which almost exclusively marks efferent nerve fibers, was observed in both the S2 and the S3 ventral root, but no immunoreactive axons were found in the dorsal root.Conclusions: The present study describes the localization of four neuropeptides within the dorsal and ventral root of both S2 and S3 in the dog. The notably higher concentration of the neuropeptides, which almost exclusively are found in afferent nerve fibers, in the dorsal roots is consistent with the so called Law of Magendie and Bell. In addition, neuropeptides were present, although in a much lower density, in the ventral root, confirming previous studies in which the presence of few afferent fibers was suggested. The finding of NADPH-d activity within in the sacral dorsal roots supports the hypothesis that nitric oxide may function as an important preganglionic transmitter in the canine sacral afferent pathway.

Key words:

Spinal Nerve Roots - Immunohistochemistry - Dog

1 mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft Stipendium Da 403/1-1; Da 403/1-2

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1 mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft Stipendium Da 403/1-1; Da 403/1-2

Dr. Stefan E. Dahms

Urologische Klinik und Poliklinik Johannes Gutenberg Universität Mainz

Langenbeckstr. 1

D-55101 Mainz