Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchungen von Lunge und Pleura der mit Litomosoides sigmodontis infizierten Mastomys coucha

Abstract

24 weibliche Mastomys coucha (M. coucha) Stamm GRA Gießen mit einem Alter von fünf Wochen wurden auf natürlichem Weg durch eine Blutmahlzeit infizierter Milben mit der Filarie Litomosoides sigmodontis (L. sigmodontis) infiziert. Die Untersuchung von jeweils vier Tieren erfolgte zu den Zeitpunkten 25, 45, 73, 142, 247 und 345 beziehungsweise 352 Tage p.i. Als Kontrollen dienten je vier nicht infizierte M. coucha mit einem Alter von drei, sechs und 12 Monaten.

Die Blutentnahme zur Bestimmung der Höhe der Mikrofilarämie fand zu jedem angegebenen Untersuchungszeitpunkt statt. Die Tiere wurden im Anschluß getötet und die Lunge mit Pleura pulmonalis für die elektronenmikroskopische Untersuchung präpariert. Bei den infizierten M. coucha wurden die larvalen und adulten Filarien L. sigmodontis aus der Pleurahöhle gewonnen, ausgezählt und das Geschlecht bestimmt.

Die semiquantitative Auswertung von Lunge und Pleura erfolgte licht- und transmissionselektronenmikroskopisch, bei der Lunge getrennt nach den verschiedenen morphologischen Einheiten. Die morphologischen Befunde entsprechen weitgehend den Angaben in der Literatur.

Mikrofilarien konnten erstmals im Blut und in den Organen von Tieren nachgewiesen werden, die 73 Tage p.i. seziert wurden. Eine große Anzahl war bis 247 Tage p.i. zu beobachten; danach nahm die Anzahl der Mikrofilarien ab. Alle infizierten Tiere enthielten lebende Larven oder Adulte von L. sigmodontis in der Pleurahöhle. Die Anzahl variierte entsprechend der natürlichen Infektion. Der arithmetische Mittelwert und die Standardabweichung der Wurmbürde betrugen 38 +/- 55.

Erste morphologische Veränderungen fanden sich 25 Tage p.i. in Form einer Aktivierung des Mesothels mit Hypertrophie der Zellen, Vermehrung von rauhem endoplasmatischen Retikulum und Mitochondrien sowie deutlicherem Besatz von Mikrovilli. Die maximale Aktivierung des Mesothels war nach dieser Untersuchung entgegen den Angaben in der Literatur 25 und 45 Tage p.i. erreicht. Zum Versuchsende zeigten die Mesothelzellen die ursprüngliche Morphologie.

Der Hauptbefund bestand in einer hochgradigen villösen Pleuritis, die ab 73 Tagen p.i. festgestellt werden konnte. Sie erreichte ihr Maximum 247 Tage p.i. Entgegen früherer Angaben im Schrifttum entwickelte sich im Verlauf der Infektion keine Mehrschichtigkeit des Mesothels. Die Verdickung der Pleura basierte stattdessen auf bandartigen Plasmazellinfiltraten sowie einer ausgedehnten Fibrosierung. Daneben konnte eine geringe Anzahl von lymphohistiozytären Zellen beobachtet werden. Die Pleuraproliferate enthielten, beginnend 73 Tage p.i., im gesamten weiteren Untersuchungszeitraum zusätzlich Mastzellen. Zeitgleich ließen sich in den Pleurazotten morphologisch den Alveolarepithelzellen Typ II gleichende Zellen darstellen, bei denen es sich um die in der Literatur beschriebenen Schaumzellen handeln dürfte. Wahrscheinlich haben diese Zellen ihren Ursprung im Lungenparenchym, vielleicht waren sie durch wandernde Larven von L. sigmodontis in die Pleura verschleppt worden. Die in der Literatur beschriebene überwiegende Beteiligung von eosinophilen Granulozyten an der Infiltration der Pleura ließ sich an diesem Untersuchungsmaterial nicht belegen. In Ergänzung zu den bisher bekannten Befunden war durch die ultrastrukturelle Untersuchung erstmals nachgewiesen worden, daß die ab 45 Tagen p.i. beobachtete Vaskularisation der Pleurazotten auf einer Proliferation und Dilatation der Lymphgefäße beruhte. Die chronische Fibrose dürfte zu einer pulmonalen Insuffizienz führen.

Die sowohl in der Pleura als auch im Parenchym ab 25 Tagen p.i. vorhandene Hämosiderose weist auf Blutungen hin, die durch parasitäre Wanderungen ausgelöst worden sein können.

Das Lungenparenchym zeigte geringgradigere Veränderungen in Form von überwiegend perivaskulären Infiltraten von Makrophagen, Plasmazellen und unterschiedlich ausgereiften Fibroblasten, die ab 73 Tagen p.i. anzutreffen waren. Größe und Anzahl der Infiltrate erreichten 247 Tage p.i. ihr Maximum.Im Rahmen der eigenen Untersuchung konnte weder die in der Literatur beschriebene Ausbildung von Granulomen noch eine eosinophile Pneumonie beobachtet werden. Eine geringgradige Hyperplasie von Alveolarepithelzellen Typ II, bei der es sich um die Folge einer Dystelektase handeln dürfte, war 73 und 142 Tage p.i. erstmals nachweisbar.

Die Kapillaren wiesen im Untersuchungszeitraum keine morphologischen Veränderungen auf. Kleinere arterielle Gefäße zeigten ab 45 Tagen p.i. eine perivaskuläre Infiltration von Lymphozyten. Ab 73 Tagen p.i. kam es durch Lymphozyten und Plasmazellen zu einer manschettenartigen Umlagerung größerer arterieller und venöser Gefäße. Diese blieb bis zum Versuchsende bestehen, wobei sich das Maximum 247 Tage p.i. fand. Die perivaskulären Zellansammlungen sind als Anzeichen immunologischer Auseinandersetzung des Wirtes mit parasitärem Antigen zu verstehen.

Die Bronchioli entwickelten durch die Infektion mit L. sigmodontis keine morphologischen Veränderungen. Peribronchiolär fanden sich ab 247 Tagen p.i. geringgradig vermehrt Lymphozyten, Plasmazellen, Mastzellen und unterschiedlich ausgereifte Fibroblasten als Zeichen immunologischer Reaktionen. Die in der Literatur beschriebene Beteiligung von eosinophilen Granulozyten an teils manschettenartigen Infiltraten in der Umgebung der Bronchioli kann in dieser Untersuchung nicht nachvollzogen werden.

Histopathological and electron microscopical studies of lung and pleura in Litomosoides sigmodontis infected Mastomys coucha

Female Mastomys coucha (strain GRA Giessen) at an age of five weeks were infected with the filarial parasite Litomosoides sigmodontis on the natural route by infected mites (Bdellonyssus bacoti), which were allowed to suck blood. Four animals each were necropsied 25, 45, 73, 142, 247, 345 and 352 days p.i., respectively. Three groups (n = 4) of uninfected M. coucha were used as controls at an age of three, six and 12 months.

Microfilaraemia levels were determined before killing. Lungs were isolated immediately after death and prepared for electron microscopy. Larval and adult L. sigmodontis were isolated from the pleural cavity, sexed and counted.

Semiquantitative investigations of the lungs and visceral pleura were carried out by light- and electron microscopy considering the various morphological subunits of the lung. The morphological findings are basically consistent with reports from literature.

Microfilariae were first detected in the blood and in the organs of animals necropsied 73 days p.i. High levels were usually observed until 247 days p.i.; thereafter numbers of microfilariae declined. All infected animals carried life larval or adult stages of L. sigmodontis in the pleural cavity. The numbers varied according to natural infection. The arithmetic mean worm burden was 38 +/- 55.

Morphological changes were observed already 25 days p.i. The mesothelium was activated, showed cellular hypertrophy and prominent microvilli. Inside cells the rough endoplasmatic reticulum and the number of mitochondria were increased. In contrast to descriptions in the literature in this study the mesothelium was 25 and 45 days p.i. maximally activated. The picture tended to normal at the end of the observation period.

Major alterations consisted of a severe villous pleuritis first seen at 73 days p.i., which reached a maximum in animals investigated 247 days p.i. In contrast to earlier data a multilayered mesothelium could not be demonstrated during the infection. Instead thickening of the pleura was based on ribbon-like plasma cell infiltrations and extensive fibroses. Additionally few lymphocytes and macrophages were observed. From day 73 p.i. onwards the proliferating pleura contained mast cells. In addition, cells with morphology of alveolar epithelial cells type II were present, which seem to be the foamy cells as reported in the literature. The origin of these cells is most likely the lung parenchyma. Perhaps they were carried off into the pleura by migrating larvae of L. sigmodontis. The presence of eosinophilic granulocytes in pleural infiltrates, as reported in the literature, was not demonstrated in this material.In addition to so far known findings the ultrastructural study showed that the vascularisation of pleural proliferations, which could be observed from 45 days p.i. onwards, was based on proliferated and dilatated lymphatic vessels. Chronic fibrosis may result in pulmonary insufficiency.

Haemosiderosis in lung parenchyma and pleura occured and was first detected 25 days p.i. These are indicative for parasitic migration.

From 73 days p.i. onwards there was a mild parenchymal lung lesion, characterized by predominantly perivascular infiltrates of macrophages, plasma cells and fibroblasts of varying maturity. Numbers and sizes of infiltrates peaked in animals investigated 247 days p.i. In this study there were no hints at neither formation of granulomas nor eosinophilic pneumonia as described in the literature. A moderate hyperplasia of alveolar epithelial cells type II was observed at 73 and 142 days p.i. Possibly this was a result of dystelectasis.

Morphological alterations of the capillaries could not be detected during the evaluation period. Smaller arteries showed perivascular infiltrates of lymphocytes from 45 days p.i. onwards. From 73 days p.i. onwards lymphocytes and plasma cells surrounded larger arterial and venous vessels like a cuff, particularly in animals investigated 247 days p.i. These perivascular cell accumulations indicate an immunological reaction between parasitic antigen and host.

The bronchioli were free of morphological alterations due to the filarial infection. M. coucha necropsied 247 days p.i. showed mild peribronchiolar infiltrates of lymphocytes, plasma cells, mast cells and fibroblasts of different maturity. This can be interpreted as a sign of immunological activity. The participation of eosinophilic granulocytes on cuff-like peribronchiolar infiltrates, which was reported in the literature, could not be demonstrated in this study.