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Der Einfluss von Sevofluran auf das thalamokortikale Netzwerk. in vitro Untersuchungen mittels optogenetischer Stimulation
Der Einfluss von Sevofluran auf das thalamokortikale Netzwerk. in vitro Untersuchungen mittels optogenetischer Stimulation
Sevofluran stellt eines der wichtigsten Inhalationsanästhetika dar. Trotz des routinemäßigen Einsatzes sind die genauen Mechanismen, über die Sevofluran zum Anästhetika-induzierten Bewusstseinsverlust führt, weiter ungeklärt. Das thalamokortikale Netzwerk ist eine äußerst wichtige neuronale Struktur, über deren Modulation Anästhetika den Bewusstseinsverlust hervorrufen. In diesem Promotionsvorhaben wurde der Einfluss von Sevofluran auf Teile des thalamokortikalen Netzwerks in vitalen Hirnschnitten von Mäusen untersucht. Um die Wirkungen von Sevofluran möglichst detailliert zu erfassen, wurde nicht nur die „klassische“ elektrische Stimulation vitaler Hirnschnitte eingesetzt, sondern auch die Methode der optogenetischen Stimulation etabliert. Sevofluran verminderte die intrinsische Erregbarkeit thalamokortikaler Schaltneurone sowie kortikaler Neurone der Lam. IV. Sevofluran hemmte die exzitatorische, glutamaterge synaptische Transmission von thalamokortikalen Projektionsfasern zum Kortex. Darüber hinaus verminderte das Anästhetikum auf intrakortikaler Ebene die exzitatorische Signalübertragung und verstärkte die inhibitorische Neurotransmission. Trotz dieser Effekte verstärkte Sevofluran die, durch einen thalamischen Stimulus hervorgerufene, Depolarisation kortikaler Neurone. Dies wird wahrscheinlich über eine Hemmung der Feed-Forward-Inhibition, also eine kortikale Disinhibition, vermittelt. Die Wirkungen von Sevofluran auf das thalamokortikale Netzwerk sind multifaktoriell. Entgegen vorbestehender Annahmen, sprechen die Ergebnisse dieses Promotionsvorhabens für eine durch Sevofluran hervorgerufene Verstärkung der Weiterleitung von Informationen aus dem Thalamus in den Kortex. Die sekundäre intrakortikale Weiterleitung dieser Informationen scheint durch Sevofluran allerdings gehemmt zu werden. Dies steht im Einklang mit in vivo erhobenen Daten, die ein Fortbestehen kortikaler evozierter Potentiale unter Narkose zeigen konnten. Somit leisten die vorliegenden Ergebnisse einen Beitrag zum Verständnis der neuronalen Mechanismen, über die Sevofluran den Bewusstseinsverlust herbeiführt., Sevoflurane is one of the major volatile anesthetics. Despite the routine use the exact mechanisms leading to sevoflurane-induced loss of consciousness still remain unclear. The thalamocortical network is an extremely important neuronal structure. Anesthetics cause modulation of this network, which lead to anesthetic-induced loss of consciousness. In this doctoral thesis acute brain slices of mice were used to study the influence of sevoflurane on parts of the thalamocortical network. To record the effects of sevoflurane in detail, an optogenetic approach was established in addition to electrical stimulation of acute brain slices. Sevoflurane reduced intrinsic excitability of thalamocortical relay neurons and cortical layer IV neurons. Sevoflurane also diminished excitatory glutamatergic synaptic transmission from thalamocortical projection fibres to cortex. Furthermore, it attenuated excitatory intracortical signal propagation and enhanced inhibitory intracortical transmission. Despite these effects, sevoflurane increased the depolarisation of cortical neurons caused by a thalamic stimulus. This may be mediated by inhibition of feedforward inhibition, therefore cortical disinhibition. The effects of sevoflurane on the thalamocortical network are multifactorial. Contrary to previous assumption the results of this dissertation suggest, that sevoflurane causes enhancement of signal propagation from thalamus to cortex. However, the secondary cortical computation seems to be affected by sevoflurane. This is in accordance with data from in vivo studies, which showed persistence of evoked cortical potentials under anesthesia. Therefore, the present data contribute to the knowledge of neuronal mechanisms leading to sevoflurane-induced loss of consciousness.
Not available
Kopp, Claudia
2018
German
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Kopp, Claudia (2018): Der Einfluss von Sevofluran auf das thalamokortikale Netzwerk: in vitro Untersuchungen mittels optogenetischer Stimulation. Dissertation, LMU München: Faculty of Veterinary Medicine
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Abstract

Sevofluran stellt eines der wichtigsten Inhalationsanästhetika dar. Trotz des routinemäßigen Einsatzes sind die genauen Mechanismen, über die Sevofluran zum Anästhetika-induzierten Bewusstseinsverlust führt, weiter ungeklärt. Das thalamokortikale Netzwerk ist eine äußerst wichtige neuronale Struktur, über deren Modulation Anästhetika den Bewusstseinsverlust hervorrufen. In diesem Promotionsvorhaben wurde der Einfluss von Sevofluran auf Teile des thalamokortikalen Netzwerks in vitalen Hirnschnitten von Mäusen untersucht. Um die Wirkungen von Sevofluran möglichst detailliert zu erfassen, wurde nicht nur die „klassische“ elektrische Stimulation vitaler Hirnschnitte eingesetzt, sondern auch die Methode der optogenetischen Stimulation etabliert. Sevofluran verminderte die intrinsische Erregbarkeit thalamokortikaler Schaltneurone sowie kortikaler Neurone der Lam. IV. Sevofluran hemmte die exzitatorische, glutamaterge synaptische Transmission von thalamokortikalen Projektionsfasern zum Kortex. Darüber hinaus verminderte das Anästhetikum auf intrakortikaler Ebene die exzitatorische Signalübertragung und verstärkte die inhibitorische Neurotransmission. Trotz dieser Effekte verstärkte Sevofluran die, durch einen thalamischen Stimulus hervorgerufene, Depolarisation kortikaler Neurone. Dies wird wahrscheinlich über eine Hemmung der Feed-Forward-Inhibition, also eine kortikale Disinhibition, vermittelt. Die Wirkungen von Sevofluran auf das thalamokortikale Netzwerk sind multifaktoriell. Entgegen vorbestehender Annahmen, sprechen die Ergebnisse dieses Promotionsvorhabens für eine durch Sevofluran hervorgerufene Verstärkung der Weiterleitung von Informationen aus dem Thalamus in den Kortex. Die sekundäre intrakortikale Weiterleitung dieser Informationen scheint durch Sevofluran allerdings gehemmt zu werden. Dies steht im Einklang mit in vivo erhobenen Daten, die ein Fortbestehen kortikaler evozierter Potentiale unter Narkose zeigen konnten. Somit leisten die vorliegenden Ergebnisse einen Beitrag zum Verständnis der neuronalen Mechanismen, über die Sevofluran den Bewusstseinsverlust herbeiführt.

Abstract

Sevoflurane is one of the major volatile anesthetics. Despite the routine use the exact mechanisms leading to sevoflurane-induced loss of consciousness still remain unclear. The thalamocortical network is an extremely important neuronal structure. Anesthetics cause modulation of this network, which lead to anesthetic-induced loss of consciousness. In this doctoral thesis acute brain slices of mice were used to study the influence of sevoflurane on parts of the thalamocortical network. To record the effects of sevoflurane in detail, an optogenetic approach was established in addition to electrical stimulation of acute brain slices. Sevoflurane reduced intrinsic excitability of thalamocortical relay neurons and cortical layer IV neurons. Sevoflurane also diminished excitatory glutamatergic synaptic transmission from thalamocortical projection fibres to cortex. Furthermore, it attenuated excitatory intracortical signal propagation and enhanced inhibitory intracortical transmission. Despite these effects, sevoflurane increased the depolarisation of cortical neurons caused by a thalamic stimulus. This may be mediated by inhibition of feedforward inhibition, therefore cortical disinhibition. The effects of sevoflurane on the thalamocortical network are multifactorial. Contrary to previous assumption the results of this dissertation suggest, that sevoflurane causes enhancement of signal propagation from thalamus to cortex. However, the secondary cortical computation seems to be affected by sevoflurane. This is in accordance with data from in vivo studies, which showed persistence of evoked cortical potentials under anesthesia. Therefore, the present data contribute to the knowledge of neuronal mechanisms leading to sevoflurane-induced loss of consciousness.