Elektrophysiologische Eigenschaften von primären Afferenzen und Wirkungen des Neuropeptids Calcitonin Gene-Related Peptide im Halbschädelpräparat der Ratte

Abstract

Meningeale Afferenzen innervieren die großen intracerebralen Gefäße und die Dura mater encephali, eine schützende Hülle für das Gehirn, welches selbst keine sensible Innervation besitzt. Die funktionelle Einheit aus intracraniellen sensorischen Nervenfasern und den innervierten Blutgefäßen wird als trigemino-vaskuläres System bezeichnet. Es spielt vermutlich die entscheidende Rolle bei der Kopfschmerzentstehung. Calcitonin Gene-Related Peptide (CGRP) ist eine Schlüsselsubstanz bei der Entstehung der Migräne und anderer primärer Kopfschmerzen. Das Neuropeptid wird von einem großen Teil der trigeminalen afferenten Neurone exprimiert, wirkt vasodilatatorisch auf arterielle Gefäße und hat im trigeminalen Hirnstamm die Funktion eines Neurotransmitters.Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, die Eigenschaften der primären Afferenzen der Dura mater und die Wirkung von CGRP auf diese Nervenfasern zu erforschen. Des Weiteren wurde der Effekt von CGRP auf die Leitungseigenschaften der Fasern anhand der Wirkung auf das sogenannte Slowing überprüft. Hierbei handelt es sich um eine aktivitätsinduzierte Verlangsamung der Leitungsgeschwindigkeit, die sich hauptsächlich auf die abnehmende Verfügbarkeit spannungsabhängiger Natriumkanäle zurückführen lässt.Für die elektrophysiologische Ableitung meningealer Afferenzen in vitro wurde ein neu entwickeltes Dura-Nervenpräparat des halbierten superfundierten Rattenschädels benutzt. Die Signale wurden von einem Nervenast des Ramus meningeus des Nervus mandibularis, vergleichbar dem humanen Nervus spinosus, abgeleitet. Aus der Mehrfaserableitung konnte durch die Darstellung der Aktionspotentiale bei repetitiver elektrischer Reizung das Latenzverhalten einzelner Fasern isoliert beobachtet werden.Insgesamt wurden 60 langsam leitende Einzelfasern (Leitungsgeschwindigkeit 0,22 - 6,67 m/s) untersucht. Es wurde bestätigt, dass es sich bei den meningealen Afferenzen um polymodale sensorische Fasern handelt, da der Großteil durch mehr als einen Reiz - mechanisch, thermisch (Hitze) und/oder chemisch (Capsaicin) - stimuliert werden konnte.Die Superfusion mit CGRP führte bei acht von 53 Fasern zu einer zeitlich verzögerten leichten Zunahme der neuronalen Aktivität. Des Weiteren bewirkte CGRP bei allen Afferenzen eine statistisch signifikante Abflachung der Slowingkurven, d.h. eine Abschwächung der aktivitätsinduzierten Verminderung der Leitungsgeschwindigkeit. Mit dem selektiven Rezeptorantagonisten CGRP8-37 konnte dieser Effekt allerdings nicht aufgehoben werden. Die Vermutung, dass CGRP über Glibenclamid-sensitive Kaliumkanäle wirkt, konnte nicht bestätigt werden, da Glibenclamid einen starken Eigeneffekt auf das Slowing hatte.Die beobachteten CGRP-Effekte werden entweder indirekt oder überhaupt nicht über G-Protein-gekoppelte CGRP-Rezeptoren vermittelt, da bisher CGRP-Rezeptoren nur auf den Schwannzellen der Nervenfasern in der Dura mater nachgewiesen wurden. Aus der Abflachung der Slowingkurven lässt sich jedenfalls schließen, dass unter dem Einfluss von CGRP mehr verfügbare spannungsabhängige Natriumkanäle auf den Axonen zur Verfügung stehen. Somit werden nozizeptive Reize schneller an das Zentralnervensystem weitergeleitet und die Nervenfasern werden bei Aktivität nicht so schnell blockiert, was wahrscheinlich auch mit einer erniedrigten Reizschwelle für noxische Reize einhergeht. Dies wäre möglicherweise auch eine Erklärung für die Zunahme der Aktivität einiger Afferenzen unter CGRP-Superfusion. Meningeal afferents innervate main intracerebral blood vessels and the dura mater encephali, a protecting sheath for the central nervous system. The latter has no sensitive innervation on its own. The trigeminovascular system, which consists of intracranial vessels and their sensory innervation, is presumably involved in the development of headaches. Calcitonin gene-related peptide (CGRP) is supposed to play a key role in the generation of migraine and other primary headaches. This neuropeptide is contained in and released from a major part of trigeminal afferent neurons. It acts as a vasodilator at arteries and as a neurotransmitter in the trigeminal brainstem.The aim of this study was to analyse the characteristics of dural primary afferents and the action of CGRP on these nerve fibres. Furthermore, the effect of CGRP on the conduction properties of these fibres was studied using the slowing phenomenon as parameter. Slowing is an activity-induced decrease in conduction velocity, which is linked to the decreasing availability of voltage-dependent sodium channels.A newly developed dura-nerve preparation of the superfused rat skull half was used for electrophysiological recordings of meningeal afferents from the meningeal branch of the mandibular nerve, which is comparable to the human spinosus nerve. On the basis of multi-unit recordings latency changes of single units could be observed through action potentials elicited by repetitive electrical stimulation.A total of 60 slowly conducting units (conduction velocity 0.22 - 6.67 m/s) were analysed. The meningeal afferents responded usually to more than one stimulus (mechanical, thermal and/or chemical stimulation by capsaicin) and can therefore classified as polymodal afferents.CGRP superfusion caused a delayed and short-lasting increase in neuronal activity in eight of 53 fibres. In addition, CGRP affected all afferents causing a significant flattening of the slowing profile, i.e. the activity-induced slowing of the conduction velocity was reduced. This effect was not inhibited by the selective CGRP receptor antagonist CGRP8-37. The presumption that CGRP acts through glibenclamide-sensitive potassium channels could not be confirmed, because glibenclamide itself had a strong effect on the slowing.It is concluded that the effects of CGRP are either indirect or they are not mediated through G-protein-coupled CGRP receptors, since CGRP receptors have only been found on the Schwann cells of dural nerve fibres so far. However, the flattening of the slowing profile suggests that CGRP increases the availability of voltage-dependant sodium channels of the axons. Consequently, nociceptive signals are transmitted to the central nervous system at a higher rate and the activity of the nerve fibres is blocked later on, which probably comes along with a reduced threshold for noxious stimuli. This could be an explanation for the increased activity of some afferents under CGRP superfusion.