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

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.

Spinal Nerve Roots - Immunohistochemistry - Dog

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