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Kiessling, Maren (2013): Mehr als 85% aller Granularzellen im menschlichen Kleinhirn entstehen postnatal - ohne Unterschied zwischen plötzlichem Kindstod und Kontrollfällen. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät
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Abstract

Ziel der Hauptuntersuchung der vorliegenden Arbeit war die Überprüfung der Hypothese, dass sich beim plötzlichen Kindstod („sudden infant death syndrome“; SIDS) im Vergleich zu alters- und geschlechtsgematchten Kontrollen (d.h. bei Kindern, die innerhalb des ersten Lebensjahres nicht an SIDS verstorben waren), im Kleinhirn veränderte Gesamtzahlen von Purkinjezellen und Granularzellen finden. Hintergrund dieser Hypothese waren (i) Spekulationen in der Literatur über eine mögliche Rolle des Kleinhirns in der Pathogenese von SIDS sowie (ii) wiederholte Berichte in der neuropathologischen Literatur über mögliche Veränderungen der oben genannten Parameter bei SIDS. Diese neuropathologischen Berichte widersprechen sich jedoch gegenseitig teilweise erheblich, d.h. manche dieser Studien berichteten Veränderungen der oben genannten Parameter bei SIDS, andere Studien hingegen nicht. Wichtig ist dabei, dass keine dieser Untersuchungen in der Literatur mit „design-based“ stereologischen Methoden (d.h. dem „state of the art“ der quantitativen Histologie) durchgeführt wurde. Dementsprechend muss unklar bleiben, ob (und wenn ja, in welchem Ausmaß) die beschriebenen Widersprüche in der neuropathologischen Literatur zur Beteiligung des Kleinhirns an der Pathogenese von SIDS auf die verwendeten Methoden zurückzuführen sind. Dies machte eine Neuauswertung der genannten Parameter im Kleinhirn bei SIDS mit design-based stereologischen Methoden notwendig. Darüber hinaus wurde in einer Nebenuntersuchung der Frage nachgegangen, ob im menschlichen Kleinhirn von den Purkinjezellen im ersten Lebensjahr Sonic hedgehog exprimiert wird, dem bei Labortieren (Maus, Ratte, Huhn) bei der Entstehung der inneren Granularzellschicht im Kleinhirn eine zentrale Steuerfunktion zukommt. Die Beantwortung dieser Frage bezog sich auf einen Bericht in der jüngeren Literatur, nach dem dies bei der Entwicklung des menschlichen Kleinhirns anders sein sollte. Für die Hauptuntersuchung wurden insgesamt n=23 Kleinhirnhälften (je eine Kleinhirnhälfte pro Fall) von Kindern untersucht, die im ersten Lebensjahr verstorben waren. Von diesen n=23 Kleinhirnhälften stammten n=9 von SIDS-Fällen (im Alter zwischen zwei und zehn Monaten verstorben), n=9 von alters- und geschlechtsgematchten Kontrollen, sowie n=5 weitere von Kontrollen, die entweder in einem früheren oder einem späteren Alter als die SIDS-Fälle gestorben waren (sowie ein Kind, das im Alter von 8 Monaten gestorben war). Die Nebenuntersuchung erfolgte an insgesamt n=6 Kleinhirnhälften (davon n=4 SIDS-Fälle und n=2 Kontrollen, die im Alter zwischen einem und zehn Monaten gestorben waren). Alle Kleinhirnhälften stammten aus einer Sammlung des Instituts für Rechtsmedizin der Ludwig-Maximilians-Universität München und wurden dort in den Jahren 1999 bis 2001 durch Herrn Univ.Prof. Dr.med. Andreas Büttner (heute: Direktor des Instituts für Rechtsmedizin, Universitätsklinikum Rostock) im Rahmen von Autopsien gesammelt. Die Verwendung dieser Kleinhirnhälften für die vorliegende Arbeit wurde von der Ethikkommission der Medizinischen Fakultät der Universität Rostock unter der Nummer A2012-0053 genehmigt. Bei der Hauptuntersuchung wurden für jede Kleinhirnhälfte an mit Nissl gefärbten 100 µm dicken parasagittalen Serienschnitten die folgenden Parameter mittels „high-precision design-based stereology“ bestimmt: (i) Volumen der Molekularschicht; (ii) Volumen der inneren Granularzellschicht (einschliesslich der Purkinjezellschicht); (iii) Volumen der weißen Substanz; (iv) Gesamtzahl von Purkinjezellen; (v) Gesamtzahl von Granularzellen (in der inneren Granularzellschicht); und (vi) Anzahl von Granularzellen pro Purkinjezelle. Die Bestimmung der Volumina erfolgte mit dem sogenannten Cavalieri-Prinzip, und die Bestimmung der Gesamtzahlen von Purkinjezellen und Granularzellen mit dem sogenannten „optical fractionator“. Bei der Nebenuntersuchung erfolgte ein immunhistochemischer Nachweis von Sonic hedgehog und Calbindin in den Purkinjezellen. Keiner der beschriebenen Parameter zeigte in der Hauptuntersuchung einen statistisch signifikanten (p<0,05) Unterschied zwischen den n=9 SIDS-Fällen und den n=9 alters- und geschlechtsgematchten Kontrollen. Darüber hinaus zeigten die insgesamt n=14 Kontrollen – bis auf die Gesamtzahl von Purkinjezellen – einen statistisch signifikanten (p<0,05) altersabhängigen Anstieg aller beschriebenen Parameter, wobei die jüngsten Kontrollen (am Tag der Geburt gestorben) im Vergleich zu den ältesten Kontrollen (im Alter von zehn bzw. elf Monaten gestorben) die folgenden relativen Mittelwerte aufwiesen: (i) Volumen der Molekularschicht: 6,4% (0,8 cm3 gegenüber 12,9 cm3); (ii) Volumen der Granularzellschicht: 26,7% (4,0 cm3 gegenüber 14,9 cm3); (iii) Volumen der weißen Substanz: 35,8% (2,5 cm3 gegenüber 7,1 cm3); (iv) Gesamtzahl von Purkinjezellen: 84% (11,7x106 gegenüber 13,9x106); (v) Gesamtzahl von Granularzellen: 12,7% (4,8x109 gegenüber 37,6x109); und (vi) Anzahl von Granularzellen pro Purkinjezelle: 15,2% (411 gegenüber 2.692). Bei der Nebenuntersuchung gelang bei allen untersuchten Kleinhirnhälften der immunhistochemische Nachweis von Sonic hedgehog und Calbindin. Die in der vorliegenden Arbeit ermittelten Gesamtzahlen von Purkinjezelln und Granularzellen bei den Kontrollen stimmten gut mit Daten aus der Literatur überein; gleiches gilt für die ermittelten Volumenzunahmen der einzelnen Schichten des Kleinhirns in Abhängigkeit vom Alter. Die eingangs beschriebene Hypothese konnte nicht bestätigt werden. Somit können die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit dahingehend eingeordnet werden, dass die Suche nach möglichen, lichtmikroskopisch fassbaren morphologischen Veränderungen im Kleinhirn nach Färbung von Gehirnschnitten mit Routinefärbungen bei der Forschung zu SIDS als „dead end“ angesehen werden muss. Es erscheint auch unmöglich, aus den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit Empfehlungen für die weitere Forschung zu SIDS abzuleiten. Darüber hinaus zeigte der immunhistochemische Nachweis von Sonic hedgehog bei allen in der Nebenuntersuchung analysierten Kleinhirnhälften, dass Sonic hedgehog auch beim Menschen bei der Entstehung der inneren Granularzellschicht im Kleinhirn eine zentrale Steuerfunktion zukommen kann. Der entscheidende Aspekt der vorliegenden Arbeit war der Befund, dass mehr als 85% aller Granularzellen im menschlichen Kleinhirn postnatal entstehen. Es war in der Literatur bekannt, dass die Neurogenese der Granularzellen im menschlichen Kleinhirn sowohl prä- als auch postnatal stattfindet; das genaue Ausmaß der prä- und postnatalen Neurogenese der Granularzellen im menschlichen Kleinhirn war jedoch nicht bekannt. Die in der vorliegenden Arbeit erhobenen Daten zeigen, dass neben der Bildung der Granularzellen auch andere wichtige Aspekte der Kleinhirnentwicklung (Migration der Vorläuferzellen der Granularzellen aus der äußeren in die innere Granularzellschicht, synaptische Verschaltung der Granularzellen mit den Purkinjezellen sowie der Granularzellen mit den Moosfasern, etc.) im menschlichen Kleinhirn zum größten Teil postnatal stattfinden, und zwar während des gesamten ersten Lebensjahres. In Bezug auf diese zum größten Teil postnatal ablaufende Entwicklung unterscheidet sich das Kleinhirn höchstwahrscheinlich von sämtlichen anderen Regionen des menschlichen Zentralnervensystems. Der lange postnatale Zeitraum (erstes Lebensjahr) der menschlichen Kleinhirnentwicklung birgt die Gefahr vielfältiger (und bisher möglicherweise noch gar nicht bekannter) Schädigungsmöglichkeiten des Kleinhirns. So kann z.B. die kürzlich berichtete Volumenverminderung des Kleinhirns bei frühgeborenen Kindern, die früh-postnatal mit Glukokortikoiden behandelt wurden (im Vergleich zu nicht mit Glukokortikoiden behandelten frühgeborenen Kindern), durchaus auf einer (möglicherweise irreversiblen) Störung der oben genannten Aspekte der postnatalen Kleinhirnentwicklung beruhen, basierend auf einer gestörten Neurogenese der Granularzellen. Dabei ist von besonderer Bedeutung, dass das Kleinhirn nicht nur eine wichtige Rolle in der Bewegungskoordination, sondern auch massiven Einfluss auf diverse kognitive, emotionale und psychische Prozesse des täglichen Lebens und die Persönlichkeit eines Menschen hat (z.B. Aufmerksamkeit, die Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung, das Arbeitsgedächtnis, Lernprozesse, die Sprache sowie das räumliche Sehen). Umgekehrt bietet der lange postnatale Zeitraum der menschlichen Kleinhirnentwicklung jedoch auch vielfältige neue Möglichkeiten zur gezielten Prävention bzw. Therapie entsprechender Kleinhirnentwicklungsstörungen, z.B. durch gezielte Stimulation der motorischen Entwicklung. Dies sollte Gegenstand zukünftiger Forschung sein.

Abstract