Effekte von Nikotin auf a- und b-Welle des Elektroretinogramms der isolierten, umströmten Vertebratennetzhaut

Mauer, Janina; Weis, Joachim; Walter, Peter

doi:37555

Effekte von Nikotin auf a- und b-Welle des Elektroretinogramms der isolierten, umströmten Vertebratennetzhaut = Effects of nicotine on a- and b-wave of the electroretinogram of the isolated, perfused vertebrate retina

Mauer, Janina^RWTH*

2018

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Janina Mauer

ImpressumAachen 2018

Umfang1 Online-Ressource (vii, 79 Seiten) : Illustrationen

Dissertation, RWTH Aachen University, 2018

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Walter, Peter (Thesis advisor)^RWTH* ; Weis, Joachim (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2018-04-12

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2018-227939
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/732279/files/732279.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/732279/files/732279.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Lehrstuhl für Augenheilkunde (536000-2)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Elektroretinogramm (frei) ; Nikotin (frei) ; a-Welle (frei) ; a-wave (frei) ; b-Welle (frei) ; b-wave (frei) ; electroretinogram (frei) ; nicotine (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Im Rahmen dieser Arbeit wurden elektroretinographische Untersuchungen an isolierten Rindernetzhäuten durchgeführt, um den Effekt von Nikotin unterschiedlicher Konzentrationen auf a- und b-Welle des ERG-Signals zu untersuchen. Nikotinvermittelte ERG-Veränderungen wurden zudem auf ihre Reversibilität hin überprüft. Alle Versuche wurden an dunkeladaptierten, isolierten, und kontinuierlich mit Nährlösung perfundierten Netzhautpräparaten durchgeführt. Die Netzhautstanzen wurden Lichtreizen unterschiedlicher Intensität ausgesetzt und die Morphologie und Amplitude dadurch provozierter a- und b-Wellen vor, während und nach Nikotinexposition verglichen. Es zeigte sich eine signifikante Beeinflussung sowohl der a- als auch der b-Wellen durch Nikotin. Qualität und Quantität dieses Einflusses waren abhängig von der gewählten Nikotinkonzentration sowie von der Intensität des applizierten Lichtreizes. Tendenziell war zu beobachten, dass geringere Nikotinkonzentrationen und Lichtreizintensitäten einen stimulierenden Effekt auf die Amplituden der a- bzw. b-Wellen hatten. Höhere Nikotinkonzentrationen und Reizintensitäten riefen eher eine Depression oder gar Auslöschung des ERG-Signals hervor. A- und b-Wellen zeigten sich dabei unterschiedlich empfindlich gegenüber den gewählten Nikotinkonzentrationen, eine Depression bzw. ein Verlust der b-Wellen setzte beispielsweise bei geringeren Nikotinkonzentrationen ein, als dies bei a-Wellen der Fall war. Bei a-Wellen-Versuchen unter 5µM Nikotin und Reizintensitäten von 100 mlx oder 1 lx zeigte sich zudem ein Umschwung der negativen a-Wellen zu positiven Ausschlägen, die morphologisch einer b-Welle ähnelten. Sowohl Depression als auch Verstärkung oder Veränderung der ERG-Wellen stellten sich nach Beginn der Nikotinapplikation stets rasch ein. Waren die nikotinvermittelten Alterationen des ERG-Signals reversibel, so zeigte sich dies ebenfalls rasch nach Beginn der Auswaschphase. Bei höheren Nikotinkonzentrationen erholte sich die Netzhaut jedoch kaum oder nicht mehr von der Nikotinexposition. Die Erklärung der beobachteten Phänomene blieb aufgrund der bis heute nicht vollständig verstandenen retinalen Signaltransduktionswege und der im Vergleich zu bisherigen ERG-Studien mit nikotinischen Agonisten teils inkongruenten Ergebnisse von theoretischer Natur. Die Verstärkung der b-Welle unter Nikotineinfluss könnte auf direkter Beeinflussung von nAChR der ON-Bipolarzellen basieren. Depression bzw. Auslöschung sowohl der a-, als auch der b-Welle könnten durch neurotoxische Effekte des Nikotins auf entsprechende retinale Zellen hervorgerufen werden. Bipolarzellen könnten hierfür im Vergleich zu Photorezeptoren eine höhere Suszeptibilität aufweisen. Im Gegensatz zu diesen direkten Nikotineinflüssen scheinen die Erhöhung der a-Wellen-Amplitude sowie der Umschlag der a-Wellen zu positiven Ausschlägen über indirekte Signalwege vermittelt zu werden. Hierbei stehen insbesondere die Horizontalzellen im Fokus, sie könnten die entscheidende Zielzelle bei der Vermittlung des Nikotineffekts auf Photorezeptorsignale und damit auf die a-Welle sein.

The presented work consists of electroretinographic experiments on isolated bovine retinae that were designed to investigate the effect of different concentrations of nicotine on the a- and b-wave of the ERG as well as to determine whether these effects are reversible. All experiments were performed using dark-adapted, isolated and continuously perfused pieces of retina. Light flashes of several intensities were presented to these circular retina pieces during three consecutive experimental phases: equilibrium, nicotine exposure and post-nicotine washout. Morphological changes and alterations in amplitude levels of the a- and b-waves of the electroretinogram were compared. A-wave and b-wave were both significantly altered under the influence of nicotine, depending on the applied concentration of the substance as well as on the chosen intensity of the light flash. Summarizing the tendencies of the observed changes, lower nicotine concentrations and light intensities had a stimulating effect on a- and b-wave. In contrast to that, higher nicotine concentrations and light intensities depressed the amplitude levels of a- and b-wave or even extinguished all ERG responses. Interestingly, b-waves were depressed or even annihilated at much lower concentrations of nicotine than a-waves. On the other hand, the normally negative a-waves showed complete morphological changes, transforming into deflections that rather resembled positive b-waves, when retinae were presented to a nicotine concentration of 5µM and light intensities of 100mlx or 1lx. Nicotine-provoked changes of the ERG signals always started quite immediately to nicotine presentation and vanished soon after stopping nicotine application if the effect of nicotine in general was reversible. Higher nicotine concentrations though showed irreversible effects on the ERG (depression or annihilation of a- or b-wave) that did not recover after nicotine application was stopped. Explaining the observed phenomenons remains somewhat theoretical. Stimulation of b-wave amplitudes could be due to direct agonistic effects of nicotine on nAChR of ON bipolar cells. Depression or annihilation of a- or b-waves could be the result of neurotoxic effects of nicotine on the determining retinal cells. In this case, bipolar cells might have a higher susceptibility to nicotine-mediated neurotoxicity than photoreceptor cells. In contrast to these direct effects of nicotine, stimulation of a-wave amplitudes as well as the mentioned morphological changes of a-waves seem to be mediated through indirect signaling within the retina. Here, horizontal cells could be in the center of interest as they might mediate the effect of nicotine on photoreceptor cells and therefore on the ERG's a-wave.

OpenAccess:
PDF PDF (PDFA)
(additional files)