PMC

Das Gehirn und die Blase müssen kommunizieren, um sicherzustellen, dass wir nur urinieren, wann und wo es angebracht ist. Der Urinierungsprozess wird teilweise durch Reflexe gesteuert und teilweise bewusst kontrolliert (de Groat et al., 2015). Wenn sich die Blase füllt, sendet sie sensorische Informationen an das zentrale Nervensystem, und wenn die Blase voll ist, zeigen diese Signale an, dass sie bald geleert werden muss.

Eines der Signale, die in die andere Richtung gehen, vom Gehirn zur Blase, ist die Aktivierung eines Teils des Hirnstamms, der PMC genannt wird, kurz für Pontine Miktionszentrum. (Das Wort Miktion bezog sich ursprünglich auf den Harndrang, wird aber heute oft verwendet, um auch den Prozess des Wasserlassens zu beschreiben). Das PMC verbindet sich mit anderen Zentren im zentralen und peripheren Nervensystem, um zu koordinieren, wann Wasserlassen auftritt (Fowler et al., 2008). Viele Studien haben die wichtigsten Gehirnzentren identifiziert und untersucht, die an der Kontrolle des Wasserlassens beteiligt sind. Die Verbindungen zwischen diesen verschiedenen Zentren, einschließlich wann und wie lange sie aktiv werden, bleiben jedoch schwer fassbar. Es ist auch unklar, wie der Kortex – der Teil des Gehirns, der für höhere Denkprozesse verantwortlich ist – das Wasserlassen beeinflusst.

Nun berichten Rita Valentino vom Children’s Hospital of Philadelphia und Mitarbeiter – darunter Anitha Manohar als Erstautorin – in eLife, wie neuronale Aktivität vor, während und nach dem Urinieren bei Ratten orchestriert wird (Manohar et al., 2017). Die Forscher bewerteten, wann und wo Neuronen in nicht betäubten Ratten feuerten, während sich ihre Blasen füllten und dann entleerten, indem sie die neuronale Aktivität in drei Regionen des Gehirns aufzeichneten, die am Urinieren beteiligt sind: dem PMC, dem Locus coeruleus und dem medialen präfrontalen Kortex (mPFC; Abbildung 1). Gleichzeitig maßen sie sowohl den Druck in der Blase als auch die Häufigkeit der Urinausscheidung.

Die Neurowissenschaft des Urinierens.

Der mediale präfrontale Kortex (mPFC) befindet sich hinter der Stirn an der Vorderseite des Kortex (grün), während sich das pontine Miktionszentrum (PMC) und der Locus coeruleus (LC) in einem Teil des Hirnstamms befinden, der als Pons bekannt ist (blau). Die ungefähren Positionen dieser Regionen im menschlichen Gehirn sind im Cartoon links schattiert. Diese drei Hirnregionen senden und empfangen Signale (dargestellt durch Pfeile) zueinander und voneinander. Signale von der Blase werden über das Rückenmark an das LC und dann an andere Zentren im Gehirn einschließlich des PMC weitergeleitet. Der PMC sendet Signale über das Rückenmark an die Blase. Die PMC enthält verschiedene Arten von Neuronen. Neuronen, die Corticotropin-Releasing-Hormon exprimieren, sind mit Crh + gekennzeichnet und sind bekanntermaßen am Beginn des Wasserlassens beteiligt. Neuronen, die dieses Hormon nicht exprimieren, sind mit Crh- markiert. Die Rolle dieser Neuronen ist weniger klar, aber es ist möglich, dass sie an der Urinspeicherung beteiligt sind. Glut + und GABA + zeigen Neuronen an, die Glutamat bzw. Bestätigte Verbindungen mit unklaren Auswirkungen sind mit einem roten Fragezeichen gekennzeichnet.

Zuerst, Manohar et al. es wurde festgestellt, dass alle Neuronen im PMC die gleichen Zündmuster aufweisen, die durch langsame Hintergrundaktivität und schnelle Ausbrüche in den Intervallen zwischen den Urinierungen gekennzeichnet sind. Diese Ausbrüche wurden vor dem Wasserlassen selten, während des Wasserlassens stärker ausgeprägt und dauerten einige Sekunden an, nachdem die Blase entleert worden war. Dieses Timing der neuronalen Aktivität legt nahe, dass PMC-Neuronen wahrscheinlich eine komplexere Rolle bei der Regulierung der Blasenentleerung spielen als ein einfacher Ein-Aus-Schalter. Die Aktivitätsausbrüche im PMC während der Intervalle zwischen den Urinierungen waren ebenfalls faszinierend. Es wurde bisher angenommen, dass PMC-Neuronen nur beim Wasserlassen aktiv waren (Betts et al., 1992).

In den Sekunden vor dem Urinieren zeigten Neuronen im Locus coeruleus anhaltende niederfrequente Bursts mit stärkeren Theta-Oszillationen (Aktivitätswellen, die sich etwa sieben Mal pro Sekunde wiederholen). Gleichzeitig begann die Aktivität im Locus coeruleus enger mit der im mPFC übereinzustimmen, obwohl die Aktivität über den mPFC hinweg weniger synchronisiert wurde. Es ist wahrscheinlich, dass einige dieser Veränderungen dazu beitragen, den Prozess des Wasserlassens zu beginnen, indem sie die Erregung erhöhen und die Aufmerksamkeit auf die volle Blase lenken (Michels et al., 2015).

Interessant ist auch die Beziehung zwischen dem Locus coeruleus (LC) und dem PMC. Diese Zentren sind nahe genug, dass die neuronale Aktivität von beiden Regionen gleichzeitig aufgezeichnet werden könnte. Die Ergebnisse zeigten, dass LC-Neuronen vor PMC-Neuronen aktiviert wurden, was darauf hindeutet, dass erstere indirekte Eingaben von der Blase erhalten, bevor der Stimulus die PMC erreicht. Dies steht im Einklang mit früheren Beobachtungen mit fMRT bei Ratten (Tai et al., 2009).

Die neuen Ergebnisse von Manohar et al. werfen Sie ein paar Fragen auf. Die Rolle des Hirnstamms und des Kortex bei der Verarbeitung von Informationen aus der Blase und bei der Koordination des Wasserlassens bleibt unklar. Es ist auch nicht offensichtlich, warum PMC-Neuronen in den Intervallen zwischen den Urinierungen Aktivitätsausbrüche zeigen. Neuere Daten deuten darauf hin, dass es verschiedene Arten von Neuronen in der PMC gibt (Abbildung 1), so dass es möglich ist, dass eine bestimmte Population von PMC-Neuronen Signale sendet, die der Blase helfen, Urin zu speichern, indem sie verschiedene Arten von Neurotransmittern freisetzen (Hou et al., 2016). Frühere Studien zeigten auch, dass Urinspeicherreflexe hauptsächlich im Rückenmark organisiert sind (Drake et al., 2010). Eine Gruppe von Neuronen im Hirnstamm könnte jedoch auch eine Rolle bei der Urinspeicherung spielen. Wenn diese Neuronen aktiviert wurden, wurde der äußere Harnröhrenschließmuskel – der Muskel, der es uns ermöglicht, mit dem Wasserlassen zu beginnen – aktiver (Blok und Holstege, 1999).

Wir brauchen mehr Daten über die Wege, über die der Locus coeruleus Informationen von der Blase erhält, bevor er an das PMC übertragen wird. Zukünftige Experimente sollten auch untersuchen, welche anderen Regionen des Kortex während des Urinierens synchronisiert oder desynchronisiert werden. In: Manohar et al. spekulieren Sie in diesen Bereichen, basierend auf der veröffentlichten Literatur, aber weitere Studien sind eindeutig gerechtfertigt, um definitivere Antworten zu geben.