Motilität und enterales Nervensystem des normalen Ösophagus von Ratten und Hunden sowie von Hunden mit idiopathischem Megaösophagus

Abstract

Zur Überprüfung von Motilität und enteralem Nervensystem (ENS) des Ösophagus wurden Vollschichtpräparate der Speiseröhre von 12 Ratten, 15 Hunden einer Kontrollgruppe und 5 Hunden mit idiopathischem Megaösophagus isometrischen Kontraktionsmessungen unterzogen. Im Rahmen einer orientierenden Studie kamen an 64 Vollschichtpräparaten aus unterschiedlichen Ösophagusabschnitten (Lokalisation 1-4) elektrische Feldstimulation (EFS), das Acetylcholinanalogon Carbachol und der Stickstoffdonor Natriumnitroprussid zum Einsatz. In einer weiteren Studie zur Wirkungsweise von Stickoxid wurde an 44 Präparaten aus 4 Ösophaguslokalisationen der Effekt einer Hemmung der endogenen Stickoxidsynthese mittels L-Nitroarginin und die Wirkung von Natriumnitroprussid nach Vorbehandlung der Proben mit Tetrodotoxin überprüft.Zur besseren Interpretierbarkeit der Ergebnisse erfolgte bei 3 Ratten, 2 Hunden der Kontrollgruppe und einem Hund der Megaösophagusgruppe eine histologische Untersuchung von Vollschichtpräparaten aus verschiedenen Ösophaguslokalisationen. Dabei zeigte sich, dass bei Ratten und Hunden bereits im thorakalen Ösophagus glatte Muskelzellen vorkommen. Ratten zeigten in der Lokalisation 2 einen Anteil glatter Muskulatur von 2%, in der Lokalisation 3 von 23% und in der Lokalisation 4 von 88%. Hunde hatten in der Lokalisation 3 einen Anteil glatter Muskelzellen von 1 % und in der Lokalisation 4 von 50 %. Nach Literaturangaben wurde glatte Muskulatur bei der Ratte nur im abdominalen Ösophagus, beim Hund bis zu 12 cm proximal des unteren Ösophagussphinkters gefunden. Es besteht jedoch eine hohe individuelle Varianz im Anteil an glatten Muskelzellen.Isometrische Kontraktionsmessungen der Ösophaguspräparate zeigten, dass EFS bei beiden Spezies tonische Kontraktionen der längsverlaufenden Muskulatur auslöst. Allerdings war dies bei den nur beim Hund untersuchten querverlaufenden Proben nicht der Fall. Dies deutet auf eine überwiegend exzitatorische Innervation der Längsmuskulatur durch das ENS hin, wohingegen die Quermuskulatur entweder gar keine oder gleichermaßen exzitatorische und inhibitorische Innervation erfährt. Carbachol bewirkte eine konzentrationsabhängige tonische Kontraktion, Stickoxid eine konzentrationsabhängige tonische Relaxation, wobei der Effekt von Stickoxid auf die quergestreifte Muskulatur anscheinend ausschließlich über das ENS vermittelt wird.Die Motilität verschiedener Ösophagusabschnitte von Ratte und Hund unterschied sich trotz vergleichbarem histologischen Aufbau der Tunica muscularis. Bei der Ratte blieben die Reaktionen (DF) auf EFS von proximal nach distal gleich (Mittelwert von DF in Lokalisation 1 = 0,03 g, Lokalisation 4 = 0,05 g), die Reaktionen auf Carbachol nahmen tendenziell ab (Mittelwert von DF in Lokalisation 1 = 1,09 g, Lokalisation 4 = 0,14 g), ebenso die Reaktionen auf Stickoxid (Mittelwert von DF auf Stickoxid in Lokalisation 1 = 0,32 g, Lokalisation 4 = 0,04 g). Beim Hund hingegen bestand die Tendenz zu kleineren Reaktionen der proximalen Abschnitte sowohl bei EFS (Mittelwert von DF in Lokalisation 1 = 0,05 g, Lokalisation 4 = 0,24 g), als auch Carbachol (Mittelwert von DF in Lokalisation 1 = 0,13 g, Lokalisation 4 = 0,77 g) und Stickoxid (Mittelwert von DF in Lokalisation 1 = 0 g, Lokalisation 4 = 0,32 g). Diese Speziesunterschiede müssen in den intrinsischen Regelkreisen begründet sein. Beim Hund hatte endogenes Stickoxid im Gegensatz zur Ratte in Einzelfällen Einfluss auf den Ruhetonus des Ösophagus. Beim idiopathischen Megaösophagus des Hundes war die Kontraktionsfähigkeit der Muskulatur nicht beeinträchtigt. Die Reizung mittels elektrischer Feldstimulation ergab jedoch Hinweise auf eine Funktionsstörung des enteralen Nervensystems. Im Gegensatz zur Kontrollgruppe waren bei den erkrankten Hunden keine tonischen Kontraktionsreaktionen zu beobachten. Die Vermittlung der Stickoxid-induzierten Relaxation durch das ENS ist jedoch nicht gestört. Es scheint demnach ein Ungleichgewicht von inhibitorischen und exzitatorischen Anteilen zu bestehen. Da Stickoxid beim Hund Einfluss auf den Ruhetonus des Ösophagus hat, könnte eine Überaktivität der inhibitorischen Elemente die vermehrte Dehnbarkeit der Speiseröhre beim idiopathischen Megaösophagus bedingen. Denkbar wäre ferner, dass abnorme Aktivität inhibitorischer Neurone die vagusvermittelte Kontraktion behindert. Diese Annahmen müssten in Folgestudien untersucht werden. The isometric contractions of full-thickness preparations of the esophagus of 12 rats, 15 dogs of a control group, and 5 dogs with megaesophagus were recorded in order to study esophageal motility and the enteric nervous system (ENS). For survey electrical field stimulation (EFS), acetylcholine-analogue carbachol and nitrogen-donor sodium-nitroprusside were applied to 64 preparations from 4 esophageal segments (localisations 1-4). To further study the mechanism of action of nitric oxide, 44 preparations from 4 esophageal localisations were examined by blocking the synthesis of endogenous nitric oxide using L-nitroarginine and by applying sodium nitroprusside after blocking the enteric nervous system with tetrodotoxin.The histological examination of different esophageal localisations were carried out on full-thickness preparations from three rats, two dogs of the control group and one dog with megaesophagus. Smooth muscle cells were found as far proximal as the thoracic esophagus in both species. In the rat smooth muscle cells comprised 1% of localisation 3, and 50% of localisation 4; in the dog smooth muscle cells comprised 2% of localisation 2, 33% of localisation 3, and 88% of localisation 4. The literature indicates that smooth muscle cells have been found only in the abdominal part of the esophagus of the rat, and as far as 12 cm proximal to the lower esophageal sphincter in the dog. The number of smooth muscle cells varied greatly between individuals.The measurement of isometric contractions showed that EFS provokes tonic contractions in longitudinal esophageal muscle in both species; transverse sections examined only in the dog failed to respond, indicating that excitatory innervation predominates in longitudinal muscle, whereas in transverse muscle there is no enteric innervation or equality of excitatory and inhibitory elements exists. Carbachol yielded concentration-dependent tonic contraction and nitric oxide concentration-dependent tonic relaxation. The effect of nitric oxide on striated esophageal muscle appears to be mediated by the ENS.The motility of different esophageal localisations of the rat and dog differed despite the similar structure of the tunica muscularis. In the rat, reactions (DF) to EFS remained the same along the esophagus (mean DF = 0.03 g in localisation 1; 0.05 g in localisation 4). Reactions to carbachol appeared to decrease from proximal to distal localisations (mean DF = 1.09 g in localisation 1; 0.14 g in localisation 4), as did the reactions to nitric oxide (mean DF = 0.32 g in localisation 1; 0.04 g in localisation 4). In the dog reactions to EFS (mean DF = 0.05 g in localisation 1; 0.24 g in localisation 4) as well as to carbachol (mean DF = 0.13 g in localisation 1; 0.77 g in localisation 4) and to nitric oxide (mean DF = 0 g in localisation 1; 0.32 g in localisation 4) appeared to be smaller in the proximal localisations. These differences between species stem from the intrinsic regulation of esophageal motility. In the dog, endogenous nitric oxide influenced the baseline tone of esophageal preparations.The contractile function of the esophageal muscle was unimpaired in dogs with idiopathic megaesophagus. The electrical stimulation of intrinsic nerves revealed a functional disorder of the esophageal enteric nervous system in these animals. Unlike in the control group, electrical field stimulation failed to provoke tonic contractions. Consequently, inhibitory and excitatory influences appear to be imbalanced. Because endogenous nitric oxide influences the esophageal tone of the dog, the abnormal activity of intrinsic inhibitory elements could result in increased esophageal compliance which is known to be part of the pathogenesis of canine idiopathic megaesophagus. Furthermore, the abnormal activity of inhibitory neurons could interfere with vagal excitatory impulses. Investigating such theories, however, would require follow-up studies.