Aus der Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin (Deutsches Schwindel- und Gleichgewichtszentrum) der Ludwig-Maximilians-Universität München Direktor: Prof. Dr. med. Peter Bartenstein Darstellung und therapeutische Modulation der zerebralen Plastizität nach bilateraler audio-vestibulärer Schädigung im Rattenmodell: Eine vergleichende [18F]FDG-pPET-Verhaltensuntersuchung Dissertation zum Erwerb des Doktorgrades der Humanbiologie an der Medizinischen Fakultät der Ludwig-Maximilians-Universität zu München vorgelegt von Eva Katharina Elisabeth Eilies Aus Würzburg 2016
In h a l t sv e r z e ic h n is I. EINLEITUNG...1 II. LITERATURÜBERSICHT...3 1. Das Gleichgewichtssystem...3 1.1. Aufbau... 3 1.2. Physiologie...4 1.2.1. Winkelbeschleunigung...4 1.2.2. Translationsbeschleunigung... 6 1.2.3. Neuronale Verarbeitung des Gleichgewichtsorgans... 7 2. Schwindel... 8 2.1. Definition und Ursachen...8 2.2. Vestibulärer Schwindel... 10 2.2.1. Zentraler vestibulärer Schwindel... 11 2.2.2. Peripherer vestibulärer Schwindel... 11 2.2.2.1. Benigner paroxysmaler Lagerungsschwindel... 12 2.2.2.2. Neuritis vestibularis...13 2.2.2.3. Morbus Meniere... 13 2.2.2.4. Vestibularisparoxysmie... 13 2.2.3. Das Vestibularsyndrom in der Tiermedizin...14 2.2.3.1. Zentrales Vestibularsyndrom... 14 2.2.3.2. Paradoxes Vestibularsyndrom...14 2.2 3.3. Peripheres Vestibularsyndrom...15 3. Bilaterale Vestibulopathie...16 3.1. Bilaterales Vestibularsyndrom in der Tiermedizin... 18 4. Vestibuläre Kompensation...19 4.1. Definition... 19 4.2. Kompensation der bilateralen Vestibulopathie... 20 4.3. Therapie...20 5. Galvanische Stimulation...20 5.1. Historisches...20 5.2. Galvanische Stimulation...21 5.3. White-noise galvanische Stimulation...22
6. Positronen-Emissions-T omographie... 23 6.1. Grundlagen der Positronen-Emissions-Tomographie...23 6.1.1. Physikalische Grundlagen... 23 6.1.2. Radioaktivität...24 6.1.3. Herstellung künstlicher Radioaktivität... 24 6.1.3.1. Kernreaktor...24 6.1.3.2. Zyklotron... 25 6.1.4. Positronenstrahler...25 6.1.4.1. ß-Zerfall... 25 6.1.4.2. Arten von Positronenstrahlern...26 6.1.5. Annihilation... 27 6.2. PET: Funktion und Aufbau... 27 6.3. 18Fluor-2-desoxy-D-Glukose ([18F]FDG)...29 6.3.1. Verhalten in der Zelle... 29 6.3.2. Neuroimaging... 30 6.3.3. Regionaler Glukosestoffwechsel (rcmrglu)...30 7. Tiermodell der chemischen Labyrinthektomie... 31 8. Zielstellung... 32 III. MATERIAL UND METHODEN... 34 1. Material... 34 1.1. Chemikalien... 34 1.2. Lösungen... 35 1.3. Geräte...37 1.4. Datenverarbeitung...37 2. Tiermodell... 38 2.1. Versuchstiere und Haltung... 38 2.2. Anästhesie und Analgesie... 39 2.3. Chemische bilaterale Labyrinthektomie... 39 2.4. Tötung und Gewebeentnahme...41 2.4.1. Euthanasie... 41 2.4.2. Transkardiale Perfusion... 41 3. Verhaltensanalyse... 42 3.1. V erhaltenstest...42
3.1.1. Open-Field... 42 3.1.2. Ganganalyse... 44 4. Galvanische white-noise Stimulation... 46 5. Positronen-Emissions-T omographie... 48 6. Datenanalyse... 49 7. Statistische Auswertung... 53 IV. ERGEBNISSE...54 1. Vestibuläre Kompensation nach bilateraler Labyrinthektomie... 54 1.1. Untersuchung des ungerichteten Lokomotionsverhaltens im Open-Field. 55 1.2. Untersuchung des gerichteten Ganges im CatWalk...60 1.3. Ergebnisse der Untersuchung des regionalen zerebralen Glukosestoffwechsels (rcmrglu)... 65 2. Galvanische white-noise Stimulation nach bilateraler Labyrinthektomie...68 2.1. Untersuchung des ungerichteten Lokomotionsverhaltens im Open-Field.69 2.1.1. Untersuchung des ungerichteten Lokomotionsverhaltens im longitudinalen Verlauf...70 2.1.2. Untersuchung des ungerichteten Lokomotionsverhaltens prae/post Stimulation... 72 2.1.2.1. Ergebnisse der Baseline-Messung prae/post Stimulation...72 2.1.2.2. Ergebnisse GVS versus Sham-GVS prae/post Stimulation...73 2.2. Untersuchung des gerichteten Ganges im CatWalk... 74 2.2.1. Untersuchung des gerichteten Ganges im longitudinalen Verlauf... 74 2.2.2. Untersuchung des gerichteten Ganges prae/post Stimulation... 77 2.2.2.1. Ergebnisse der Baseline-Messung prae/post Stimulation... 78 2.2.2.2. Ergebnisse GVS versus Sham-GVS prae/post Stimulation... 78 2.3. Ergebnisse der Untersuchung des regionalen zerebralen Glukosestoffwechsels (rcmrglu)... 80 3. Unterschied zwischen ungerichteter und gerichteter Bewegung...82 3.1. Vergleich Open-Field und CatWalk: BL versus Sham...83 3.2. Vergleich Open-Field und CatWalk: GVS versus Sham-GVS... 83
V. DISKUSSION... 85 1. Evaluation der Methodik der bilateralen chemischen Labyrinthektomie...85 2. Ungerichtetes Lokomotionsverhalten im Open-Field...86 3. Gerichtete Ganganalyse im CatWalk... 91 4. Untersuchung des regionalen zerebralen Glukosemetabolismus...94 4.1. Erniedrigung des regionalen zerebralen Glukosemetabolismus in den Nuclei vestibuläres... 94 4.2. Erniedrigung des regionalen zerebralen Glukosemetabolismus in den Colliculi inferiores... 95 4.3. Erhöhung des regionalen zerebralen Glukosemetabolismus im Hippocampus...95 5. Korrelation von Open-Field, CatWalk und [18F]FDG-pPET in Hinblick auf die vestibuläre Kompensation... 96 6. Therapie der bilateralen Vestibulopathie: Galvanische white-noise Stimulation... 98 6.1. Effekt der galvanischen white-noise Stimulation auf das ungerichtete Lokomotionsverhalten... 99 6.2. Effekt der galvanischen white-noise Stimulation auf die gerichtete Ganganalyse...100 6.3. Auswirkungen galvanischer white-noise Stimulation auf den regionalen zerebralen Glukosemetabolismus... 101 6.4. Therapeutischer Effekt galvanischer white-noise Stimulation...103 VI. ZUSAMMENFASSUNG... 104 VII. SUMMARY... 107 VIII. LITERATURVERZEICHNIS...109 IX. EIDESTATTLICHE VERSICHERUNG... 125 X. DANKSAGUNG...126