Nitric oxide in central nervous structures associated with water balance and micturition

Abstract

The role of nitric oxide (NO) in the central control of water balance and micturition has not yet been established. In the present thesis, where female rats were used, neuronal NO synthase (nNOS) distribution was studied in structures of the central nervous system known to be associated with the above mentioned control. Moreover, the concert action of a NOS inhibitor and oxytocin (OT), intrathecally (i.t.) administered, on cystometry was studied. In rostral circumventricular organs, nNOS-immunoreactive (IR) neurons were observed. In some of these cell bodies, 8-arginine vasopressin (AVP)-immunoreactivity was also found. In the supraoptic nucleus (SON) seven different populations of neuronal cell bodies containing all combinations of nNOS, AVP and OT were demonstrated. The populations in the SON containing either nNOS, but lacking AVP and OT, or nNOS together with AVP and OT, constituted each 2-3% of all observed cell bodies. In the hypothalamic paraventricular nucleus (PVN), about 30% of all nNOS-IR cell bodies were OT-IR. In contrast, around 3% of all nNOS-IR cell bodies were AVP-IR. Further, in the PVN, about 10% of all nNOS-IR neuronal cell bodies were labelled by the retrograde tracer True Blue (TB) injected in the spinal cord. About 40% of these neurons were magnocellular. TB/nNOS cell bodies were most abundant in the caudal PVN, with a clear ipsilateral dominance. OT were found to mediate bladder contractions both in vitro and in vivo. However, when a NOS inhibitor, inactive per se, was injected i.t. prior to OT, the effect of OT was reduced or completely prevented. Moreover, all rats developed overflow incontinence and hindlimb paralysis. The above data suggest a possible interaction between NO and AVP/OT at hypothalamic/suprapontine and spinal levels in the control of water balance and micturition.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

I min avhandling har jag valt att studera kväveoxid (nitric oxide, NO) i de delar av det centrala nervsystemet (CNS), dvs hjärna och ryggmärg, som är inblandade i styrningen av vattenbalans och vattenkastning (miktion). NO, en gas och 1987 identifierad som en fysiologisk signalmolekyl bla i CNS, kan dock ej studeras i nervceller pga sin korta livslängd. Den molekyl jag istället valt att studera i min avhandling är neuronalt kväveoxidsyntas (neuronal nitric oxide synthase, nNOS) bestående av c:a 1400 aminosyror och är ett enzym som tillverkar NO. Det försöksdjur jag valt är råtthona, då denna använts mycket i de heldjursmodeller som utnyttjas för att farmakologiskt påverka miktionen. Jag har främst använt mig av immunohistokemi där antikroppar utnyttjas. Dessa sk primära antikroppar är riktade mot specifika molekyler i hjärnan. Frysta formaldehyd-fixerade hjärnor har snittats på en mikrotom och hjärnsnitt med en tjocklek på en hundradels millimeter har använts. Till de primära antikropparna som appliceras på hjärnsnitten binder sedan sekundära antikroppar specifikt. De sekundära antikropparna innehåller en fluorescerande del som kan lysa röd, grön eller blå om man bestrålar dem i ett fluorescensmikroskop. Jag har observerat att NO finns i de cirkumventrikulära organen (CVOs), ett antal områden i hjärnan som saknar blodhjärnbarriär, det mekaniska skydd hjärnan har mot bla gifter och bakterier. CVOs är inblandade i kroppens vattenbalans. NO verkar endast finnas i de CVOs som finns rostralt dvs, närmast nosen. I vissa av dessa CVOs verkar NO dela cell med 8-arginin-vasopressin (AVP), ett hormon känt för sin antidiuretiska (återabsorption av urin) och blodtryckshöjande effekt. Jag har även studerat en kärna i hypothalamus som kallas supraoptikus-kärnan (supraoptic nucleus, SON). Här samexisterar NO både med AVP och oxytocin (OT), ett hormon som bla sammandrar livmodern vid förlossning och pressar modersmjölk ur mjölkkörtlarna. SON är liksom AVP och OT inblandad i kroppens vattenbalans. Då jag speciellt studerade nNOS, AVP och OT fann jag allt från singelexistens till trippelexistens av dessa i SONs stora nervceller. Till skillnad från SON är paraventrikularis-kärnan (paraventricular nucleus, PVN) i hypothalamus mycket komplicerat organiserad med flera underkärnor innehållande både små och stora nervceller. Här observerade jag nNOS främst i stora celler. I PVN såg jag också en samexistens av främst nNOS och OT i både stora och små nervceller, men också i ett fåtal celler även en samexistens av nNOS och AVP. En del av nervcellerna i PVN ger till skillnad från de i SON impulser till det autonoma nervsystemet via ryggmärgen. Genom att injicera en fluorescerande markör, vilken färdas i motsatt riktning till denna nervimpuls, i ryggmärgen på råttor, fann jag celler vilka både producerade NO och skickade impulser till ryggmärgen. Dessa celler utgjorde en tiondel av alla nNOS-celler och fanns främst i den del av PVN som är närmast svansen (den kaudala). CNS kommunicerar med de nedre urinvägarna via den del av ryggmärgen som ligger närmast svansen (sakral ryggmärg). Genom att injicera OT i ryggmärgen observerades en överaktivitet i råttans miktionsmönster vilket gav mindre urinvolym. Genom att använda ett in vitro system såg jag att urinblåse-vävnad drog ihop sig (kontraherade) i organbad då OT tillsattes. Denna effekt både in vitro och in vivo kunde förhindras med CAP, en inaktiv substans som blockerar OT´s inbindning till specifika mottagare (receptorer). Genom att först ge L-NAME, en molekyl som blockerar produktionen av NO och som i sig själv inte hade någon miktions-effekt, och därefter ge OT avstannade miktionen helt. Djuren fick dessutom en ökad andningsfrekvens och bakbensförlamning, vilken släppte inom två timmar. Dessa resultat tyder på att NO har en funktion att fylla både vid vattenbalans och kommunikation mellan hjärna och urinblåsa, även om det är svårt att uttala sig om nivå och omfattning av denna påverkan.

• author: Nylén, Anders
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Kanje, Martin
• organization: Faculty of Medicine
• publishing date: 2001
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Medicinal Chemistry; Pharmacology and Toxicology
• keywords: Pharmacological sciences, spinal projections, True Blue, cystometry, circumventricular organs, paraventricular nucleus, supraoptic nucleus, NADPH diaphorase, immunohistochemistry, oxytocin, 8-arginine-vasopressin, hypothalamus, rat, micturition, nitric oxide, water balance, neuronal nitric oxide synthase, pharmacognosy, pharmacy, toxicology, Farmakologi, farmakognosi, farmaci, toxikologi
• pages: 140 pages
• defense location: F-sal 1, Lund University Hospital
• defense date: 2001-05-16 09:00:00
• ISBN: 91-628-4767-8
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 155c3c4e-6136-4d22-8828-7c71248191e9 (old id 41499)
• date added to LUP: 2016-04-04 09:57:22
• date last changed: 2018-11-21 20:55:50