ACE: Angiotensin converting enzyme AIns: Anteriore Insula
atp: Averaged time profile
BOLD: Blood oxygenation level dependent
Cb: Cerebellum
CC: Cingularer Cortex
CGRP: Calcitonin gene-related peptide COX: Cyclooxygenase
Cro: Crotoxin
EPI: Echo-planar imaging FID: Free induction decay
fMRI: Functional Magnetic Resonance Imaging fMRT: Funktionelle Magnetresonanztomographie FOV: Field of view
FRD: False discovery rate GE: Gradienten-Echo GLM: General linear model HF: High frequency HGT: Hargreaves-Test
HRF: Haemodynamic response function Hth: Hypothalamus
IASP: International Association for the Study of Pain ITIS: Initiative tiermedizinische Schmerztherapie
KG: Körpergewicht
LD50: Letale Dosis, bei der 50% der Versuchstiere sterben LED: Light emitting diode
LS: Limbisches System LTh: Lateraler Thalamus
MotC: Motorischer Cortex
MRT: Magnetresonanztomographie Mth: Medialer Thalamus
NaCl: Natriumchlorid
NanZ: Notechis-ater-niger Zootoxin NhZ: Naja-haje-Zootoxin
NSAID`s: Non-steroidal antiinflammatory drugs OFT: Open-Field-Test
Pa: Parietaler Cortex PAG: Periaquäduktales Grau PaZ: Pseudonaja-affinis-Zootoxin PBS: Phosphate buffered saline PCA: Principle component analysis PC1: Principle component 1 PC2: Principle component 2 PFC: Präfrontaler Cortex p.i.: Post injectionem PIns: Posteriore Insula PLA2: Phospholipase A2
PNS: Peripheres Nervensystem PremotC: Prämotorischer Cortex PWL: Paw-withdrawal latency
RARE: Rapid acquisition with relaxation enhancement rCBV: Regionales cerebrales Blutvolumen
RRT: Rota-Rod-Test
S1: Primärer Somatosensorischer Cortex S2: Sekundärer Somatosensorischer Cortex SAR: Structure-activity relationship
SDHC: Secure digital high capacity
SE: Spinecho
SEM: Square error of the mean
SMA: Supplementäres Motorisches Areal STABW: Standardabweichung
TE: Echo time TEeff: Effective echo time TFT: Tail-Flick-Test tp: Time profile TR: Repetition time TurboSE: Turbo Spinecho TWL: Tail-withdrawal latency
UAW: Unerwünschte Arzneimittelwirkung WaeZ: Walterinnesia-aegyptia-Zootoxin ZNS: Zentrales Nervensystem
12 Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Strukturformel von Captopril ... 12
Abb. 2: Schematische Darstellung der Schmerzmatrix ... 20
Abb. 3: Pulssequenz eines Spinechos ... 23
Abb. 4: Pulssequenz eines Gradientenechos ... 24
Abb. 5: Pulssequenz einer EPI-Aufnahme ... 27
Abb. 6: Pulssequenz einer RARE-Aufnahme ... 28
Abb. 7: Konzept der Arbeit ... 30
Abb. 8: Ratte im Hargreaves-Test ... 38
Abb. 9: Rattenfixator für den Tail-Flick-Test ... 39
Abb. 10: Ratte im Rota-Rod-Test ... 40
Abb. 11: Aufbau für den Open-Field-Test ... 41
Abb. 12: Fixation des intraperitonealen Katheters am linken Hinterbein und Schwanz ... 44
Abb. 13: Linke Pfote der Ratte auf einem Peltier-Element ... 45
Abb. 14: Stimulationsprotokoll der BOLD-Messungen ... 46
Abb. 15: TriPilot-Aufnahme des Rattengehirns ... 47
Abb. 16: Positionierung der Schnittebenen in der coronaren RARE-Aufnahme ... 48
Abb. 17: EPI-Aufnahme des Rattengehirns in der Übersicht ... 49
Abb. 18: Zeitlicher Ablauf der BOLD-Experimente ... 51
Abb. 19: Auswertung des Open-Field-Tests ... 53
Abb. 20: Ergebnis der GLM-Analyse an einem Gehirnschnitt (15) eines Tieres (Nr. 094) .... 55
Abb. 21: Segmentierung am Beispiel eines Gehirnschnittes ... 57
Abb. 22: Rattenhirnatlas ... 58
Abb. 23: Definition der Parameter Peakhöhe und Peakzeit im BOLD-Aktivierungsprofil ... 60
Abb. 24: Hauptkomponentenanalyse ... 61
Abb. 25: Fig.1: Time schedule for fMRI experiments ... 71
Abb. 26: Fig. 2: Analgesic effects of crotoxin in behavioral tests ... 75
Abb. 27: Fig. 3: Group separation between crotoxin and saline with PCA ... 77
Abb. 28: Fig. 4: Important brain structures for group separation: See legend on page 80 ... 79
Abb. 29: Fig. 5: Analgesic and antihyperalgesic effects of crotoxin in the brain ... 82
Abb. 30: Fig. 6: Antihyperalgesic effects of crotoxin in statistical parametric maps ... 83
Abb. 31: Fig. 1: Time schedule for fMRI experiments ... 96
Abb. 32: Fig 2.1; 2.2: Analgesic effects of NhZ and NanZ in behavioral tests ... 101
Abb. 33: Fig 2.3; 2.4: Effects of PaZ and WaeZ in behavioral tests ... 102
Abb. 34: Fig 3: Group separation between NhZ/NanZ and control with PCA ... 104
Abb. 35: Fig 4: Important brain structures for group separation ... 107
Abb. 36: Fig 5: Analgesic and antihyperalgesic effects of NhZ and NanZ in the brain ... 110
Abb. 37: Fig. 6: Analgesic/antihyperalgesic effects of NhZ in SPMs ... 114
Abb. 38: Fig. 7: Analgesic/antihyperalgesic effects of NanZ in SPMs ... 116
13 Tabellenverzeichnis
Tab. 1: Anzahl der Tiere in den Versuchsgruppen der Zootoxin-Studie ... 34Tab. 2: Konzentration der Zootoxine zur Dosis-Bestimmung ... 36
Tab. 3: Ermittelte Dosis der Zootoxine und Zeitraum zwischen Injektion und Messung ... 37
Tab. 4: Einstellungsparameter am Scanner für die Voreinstellungen ... 49
Tab. 5: Einstellungsparameter am Scanner für die BOLD- und anatomischen Messungen .... 50
Tab. 6: Kontraste der Baseline-Messung ... 56
Tab. 7: Kontraste der Challenge-Messung ... 56
Tab. 8: Table 1: Analgesic/antihyperalgesic effects of crotoxin in functional systems ... 81
Tab. 9: Table 1: Analgesic/antihyperalgesic effects of NhZ/NanZ in functional systems .... 112
14 Danksagung
An dieser Stelle möchte ich mich bei all denen bedanken, die zum Enstehen dieser Arbeit beigetragen haben.
Mein besonderer Dank gilt:
Meinem Doktorvater PD Dr. Karl-Heinz Esser für die Betreuung meiner Promotion und sein Vertrauen in mich und meine Arbeit.
Meinem externen Betreuer PD Dr. Andreas Hess für die Durchsicht der Manuskripte und die Unterstützung in den Bereichen fMRT und Neurobiologie.
Meinen Kollegen Sandra Strobelt, Dr. Silke Kreitz, Dr. Marina Sergejeva, Dr. Laura Konerth, Dr. Cornelia Heindl-Erdmann und Dr. Lubos Budinsky für ihre Hilfe in technischen und fachlichen Fragen sowie Jutta Prade, Johannes Käßer und Jana Schramm für ihren unermüdlichen Einsatz im Labor.
Meinen Kollegen Tanya Makarova und Isabel Wank für viele interessante Diskussionen.
Meinem Kollegen André Gaudnek für die Programmierung des Plug-ins für ImageJ.
Der Tierpflegerin Claudia Urbanger für die kompetente und liebevolle Betreuung meiner Versuchstiere.
Den Tierärzten der Auffangstation für Reptilien München, Dr. Markus Baur und Dr.
Tobias Friz, für ihren Einsatz bei der Gewinnung der Zootoxine.
John und Paul Reid von Celtic Biotech für die Überlassung der Crotoxin-Proben.
Peter Mirtschin von Venom Supplies für seine Hilfe mit Daten zu den intraperitonealen LD50-Werten von Notechis ater niger und Pseudonaja affinis.
Dem Institut für Biochemie der FAU Erlangen-Nürnberg für die Lyophilisation der Zootoxine.
Außerdem gilt mein herzlichster Dank meinem Mann Sebastian Richter und meiner Familie, die mich immer unterstützt und so zum Enstehen dieser Arbeit entscheidend beigetragen haben.