Herz Pharmakologie Rhythmische Aktivität

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1 Herz Pharmakologie Rhythmische Aktivität Vorbemerkung: F Bitte informieren Sie sich über folgende Teilfunktionen des Herzens: Ø 1) Die Unterschiede zwischen offenen und geschlossenen Kreislaufsystemen Ø 2) Die Erregungsbildung und Erregungsleitung beim Säugerherzen Ø 3) Myogene und neurogene Herzen Ø 4) Die Mechanik des Säugerherzens Ø 5) Die Funktion der Herznerven Ø 6) Die Beziehung zwischen Herzfrequenz und Körpermasse Beeinflussung der Herzfrequenz einer Süßwasserschnecke durch die Temperatur Abb. 1 Schematische Darstellung des Versuchsaufbaus Eine Süßwasserschnecke (Planorbarius cornicus) wird auf einem Uhrglasschälchen mit etwas Vaseline in Seitenlage fixiert und mit Wasser bedeckt. Das Uhrglas wird in ein temperierbares Wasserbad gestellt (auf ein kleines Petrischälchen, damit 1

2 ausreichend Wasser in Behältnis ist, s. Abb. 1). Das Herz ist unter dem Binokular gut zu erkennen - die Herzfrequenz kann mit Hilfe einer Stoppuhr ermittelt werden. Ausgehend von Zimmertemperatur (Leitungswasser), wird die Temperatur schrittweise dann schrittweise erniedrigt, indem man zunächst eine etwa 3-4 C tiefere Temperatur einstellt und erneut die Frequenz bestimmt. Man wähle so zwischen 10 C und 22 C 5 Temperaturen aus, wobei man die Temperaturskala von oben nach unten (um Kälteschock zu vermeiden) durchläuft, pro Temperatur 4 Messungen mittelt und beachtet, dass während der Messung die Temperatur konstant bleibt. Aus den Herzfrequenzen (Systolen pro Min.) und der mittleren Temperatur lässt sich der Q 10 berechnen (Faktor, um den bei Temperaturerhöhung um 10 die Reaktionsgeschwindigkeit größer wird - Temperaturkoeffizient - entsprechend der RGT-Regel ist Q 10 = 2-3 bei biologisch-chemischen Reaktionen und gleich 1-1,5 bei physiologischen Prozessen). Entsprechend der van t Hoff schen Regel: Q 10 = V (t + 10 C) V t V = Reaktionsgeschwindigkeit (Systolen/min) Die mittleren Schlagfrequenzen werden in Abhängigkeit von der Temperatur auf Millimeterpapier aufgetragen. Die Punkte müssen auf einer Geraden liegen, wenn sie der obigen Formel entsprechen. Durch den Versuch lässt sich ermitteln, ob der Q 10 selbst von der Temperatur abhängig ist. Beeinflussung der Herzfrequenz einer Süßwasserschnecke durch Pharmaka (erregende und hemmende Neurohormone) Die Schlagfrequenz soll in Abhängigkeit von unterschiedlichen Konzentrationen erregender oder inhibierender Neurohormone ermittelt werden. Sie bekommen eine 2

3 Stammlösung einer der zu testenden Substanzen (1mg/ml) und stellen jeweils eine 1:10 (0,1mg/ml) sowie eine 1:100 (0, 01 mg/ml) Verdünnung in Leitungswasser her. a) Tyramin Konzentration: 0 mg/ml; 0,01 mg/ml; 0,1 mg/ml; 1mg/ml b) Octopamin Konzentration: 0 mg/ml; 0,01 mg/ml; 0,1 mg/ml; 1mg/ml c) Serotonin Konzentration: 0 mg/ml; 0,01 mg/ml; 0,1 mg/ml; 1mg/ml d) Acetylcholin Konzentration: 0 mg/ml; 0,01 mg/ml; 0,1 mg/ml; 1mg/ml a-c) sind bei relativ niedrigen Temperatur ( C) auszuführen, während d) bei Zimmertemperatur durchzuführen ist. Jede Gruppe verwendet nur einen Pharmakon - die Versuchsergebnisse werden ausgetauscht. Der Versuch ist so durchzuführen, dass sich eine aufsteigende Konzentrationsfolge ergibt. Wichtig ist, dass der gesamte Versuch bei konstanter Temperatur durchgeführt wird. Die zu testenden Substanzen sollten die gleiche Temperatur haben. Sie beginnen mit Wasser (ohne Pharmakon), messen und tauschen es dann gegen die 1:100 Verdünnung (0.01mg/ml) aus. Nachdem Sie einige Minuten gewartet haben, messen Sie wieder. Dann wird diese Lösung entfernt und die nächst höhere Konzentration auf die Schnecke gegeben, wieder einige Minuten gewartet, gemessen und dann so weiter verfahren, bis die höchste Konzentration gemessen wurde (1mg/ml). Verhaltenspharmakologie Eiablageverhalten von Caenorhabditis elegans Wir wollen das Handling und die einfachen experimentellen Ansätze am Beispiel eines sehr einfachen Versuches darstellen. Die Eiablage scheint ein sehr simpler Vorgang zu sein, es zeigt sich jedoch, dass eine Reihe unterschiedlicher Faktoren darauf einwirken. Das Elterntier muss sicherstellen, dass die Nachkommen in einer geeigneten Umgebung aufwachsen. Die einzige Möglichkeit, die es dafür hat, besteht darin, den Ort und die Zeit der Eiablage zu wählen. Diese Entscheidung wird durch den Zustand des Elterntiers reguliert ist es gut genährt, dann werden Eier abgelegt, ist das nicht der Fall und das Tier hungert, werden die Eier nicht abgelegt. Wenn das Tier hungert, ist in der näheren Umgebung 3

4 offensichtlich nicht ausreichend Futter vorhanden, was für die frisch geschlüpften Nachkommen ausgesprochen nachteilig wäre. Aus diesem Grund scheint die Eiablage mit dem Nahrungshaushalt des Elterntieres gekoppelt zu sein (unabhängig von der Eiproduktion). Das erfolgt, auch bei C. elegans, über hormonelle Signale. Serotonin (5-HT, 5 Hydroxytryptamin), bei uns ein Hormon das mit positiven Emotionen assoziiert ist, signalisiert dem Tier einen generell guten Zustand. Auf der anderen Seite gibt es ein Hormon, das Stress signalisiert. Es handelt sich um das sog. Octopamin (das Äquivalent de Adrenalins), das offensichtlich in Stresssituationen (z.b. Hunger) ausgeschüttet wird. Um dieses System zu analysieren werden Sie Würmer unterschiedlichen Bedingungen aussetzen und die Eiablage quantifizieren (Zählen der Eier). Dazu werden jeweils 5 adulte Würmer auf Platten mit Bakterien und 5 Würmer auf Platten ohne Bakterien übertragen. Dabei werden jeweils Tiere ausgewählt, die schon reife Eier haben. Dieser einfache Ansatz wird etwas erweitert, indem auch Würmer (je 5) auf Platten übertragen werden, die mit dem relevanten Hormon versetzt sind (Serotonin). Das Zählen der Eier erfolgt nach 30 min und nach 60 min. 4

5 Abb. 2 Lebenszyklus des Fadenwurms Caenorhabditis elegans 5

6 Ergebnis-Protokoll für den Versuch Herz Pharmakologie Rhythmische Aktivität Abhängigkeit der Herzschlagfrequenz von der Temperatur Temperatur ( C) Frequenz (1/min) Abb. 3: Abhängigkeit der Herzschlagfrequenz von der Umgebungstemperatur 6

7 Abhängigkeit der Herzschlagfrequenz von der Temperatur - Gruppenergebnisse Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3 Gruppe 4 Gruppe 5 Gruppe 6 Gruppe 7 Gruppe 8 Gruppe 9 Gruppe 10 Temp 1 Temp 2 Temp 3 Temp 4 Temp 5 7

8 Frage: Ist die Q 10 -Regel in diesem System anwendbar? Pharmakologische Beeinflussung der Herzschlagfrequenz Untersuchte Substanz: Konzentration (mg/ml) Herzschlagfrequenz (1/min) Frage: Wirkt die untersuchte Substanz inhibitorisch oder exitatorisch? Einfluss unterschiedlicher Pharmaka auf die Herzschlagfrequenz - Gruppenergebnisse Substanz 0 mg/ml 0,01mg/ml 0,1 mg/ml 1mg/ml Tyramin Octopamin Serotonin Acetylcholin 8

9 Eiablageverhalten von C. elegans Beeinflussung der Eiablage durch das Vorhandensein von Bakterien sowie durch der Hormon Serotonin (5HT) Eiablage in Abhängigkeit von Bakterien Platten ohne Bakterien Platten mit Bakterien Anzahl Eier (30 min) Anzahl Eier (60 min) Eiablage in Abhängigkeit vom Hormon Serotonin Eier (30 min) Eier (30 min) Eier (60 min) Eier (60 min) +5-HT +5-HT Platten ohne Bakterien Platten mit Bakterien Frage: Welche Faktoren beeinflussen die Eiablage von C. elegans? Datum, Unterschrift des Dozenten 9