Stereologische Untersuchungen der Gas-Austauschregion der Lunge und der Innervation der Trachea bei der tumorkachektischen Maus

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden Trachea und Lunge von C57Bl6-Mäusen untersucht, bei denen durch subkutane Injektion eines definierten Depots von Lewis-Lung-Carcinoma-Zellen in die Nackenregion eine Tumorkachexie erzeugt wurde. Diese war durch Gewichtsverlust, Anämie und pro-inflammatorische Stoffwechsellage charaterisiert. Im Vergleich mit der Kontrollgruppe sollten folgende Fragestellungen überprüft werden: 1. Da es verschiedene Arbeiten gibt, die bei ausgeprägter Kalorienreduktion einen emphysemähnlichen Zustand der Lunge beschrieben haben, sollte untersucht werden, ob bei Tumorkachexie ebenfalls eine Verminderung der Alveolaroberfläche im Sinne eines Emphysems auftritt. 2. In der Literatur ist außerdem beschrieben, dass Kalorienreduktion zu einer Verminderung der Menge und Funktion des pulmonalen Surfactants führt. Es wurde daher die Hypothese untersucht, ob Tumorkachexie ebenfalls zu Veränderungen des intra-alveolären und intrazellulären Surfactants führt. 3. In demselben Tiermodell wurde gezeigt, dass die Innervation des linksventrikulären Myokards bei Tumorkachexie verringert ist. Hier sollte am Beispiel der Trachea untersucht werden, ob eine solche Hypoinnervation auch bei den Atemwegen auftritt. 4. Zusätzlich sollte explorativ der trophische Zustand der Trachea analysiert werden. Im Vordergrund der verwendeten Methodik standen stereologische und immunhistochemische licht- und elektronenmikroskopische Techniken, die durch andere Methoden wie quantitative RT-PCR und differentielle Surfactant-Zentrifugation ergänzt wurden. Die Ergebnisse der Arbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen:1. Anders als bei Kalorienreduktion konnte in der vorliegenden Arbeit kein Hinweis auf einen emphysemähnlichen Zustand bzw. eine Verminderung der dem Gasaustausch dienenden Alveolaroberfläche gefunden werden. Dies lässt sich möglicherweise auf vom Tumor gebildete und sezernierte Wachstumsfaktoren zurückführen, die einen Abbau der Alveolaroberfläche verhindern.2. Analog zur Kalorienreduktion konnte eine Verminderung der intrazellulären Surfactantspeicher dargestellt werden bei gleichzeitig unverändertem Gleichgewicht zwischen aktiven und inaktiven intra-alveolären Surfactantformen. 3. Die Innervation der Trachea war auf etwa die Hälfte der Kontrollwerte reduziert, was in etwa den Befunden am Herzen entspricht. Da die meisten Nervenfasern des linken Ventrikels dem sympathischen Nervensystem zuzuordnen sind, während bei der Trachea die meisten Nervenfasern parasympathisch oder sensorisch sind, spricht dies für einen systemischen Effekt der Tumorkachexie auf das periphere Nervensystem. 4. Mit Ausnahme der rasterelektronenmikroskopischen Darstellung des Trachealepithels ließ sich kein quantitativer Unterschied hinsichtlich der Morphologie der einzelnen am Wandaufbau der Trachea beteiligten Gewebe feststellen. Ein sicheres morphologisches Korrelat für die klinisch bei kachektischen Patienten beobachtete Dyspnoe ließ sich in der vorliegenden Arbeit nicht darstellen. Allerdings könnte eine Verminderung des Surfactants durchaus mit einer erhöhten Atemarbeit vergesellschaftet sein und eine verminderte Innervation der Atemwege zu einer Fehlregulation des normalen Atmungsvorgangs und dessen subjektiver Wahrnehmung im Sinne einer Dyspnoe beitragen. Die Ergebnisse können daher Grundlage für weitere Untersuchungen der für Tumorpatienten quälenden Dyspnoe sein und helfen, neue Ansatzpunkte für zukünftige Therapien dieses Symptoms zu finden. In the present work, the trachea and lungs of C57Bl6 mice were studied, in which, by subcutaneous injection of a defined depot of Lewis lung carcinoma cells in the neck region, a tumor cachexia was produced. This was charaterised by weight loss, anemia, and pro-inflammatory metabolism. Compared with a control group, the following questions should be examined:1. Because there are several works that describe an emphysema like condition of the lungs in a situation of pronounced reduction in caloric intake, it should be examined whether under conditions of cancer cachexia alveolar surface area reduction with emphysema like conditions can be observed.2. In the literature it is also described that caloric reduction leads to a reduction in the amount and function of pulmonary surfactant. Therefore, the hypothesis was investigated whether tumor cachexia also leads to changes of the intra-alveolar and intracellular surfactant.3. In the same animal model it has been shown that the innervation of the left ventricular myocardium is decreased in cancer cachexia. It should be examined, whether hypoinnervation also occurs in the tracheal airways.4. Moreover, the trophic state of the trachea should be analyzed exploratively.In the middle of the methodology stereological and immunohistochemical light and electron microscopy techniques were used, which were supplemented by other methods such as quantitative RT-PCR and surfactant differential centrifugation.The results of this work can be summarized as followed:1. Unlike in reduced caloric intake an emphysema-like state or a reduction in the gas exchange serving alveolar surface could not be found in the present study. This may possibly be attributed to by the tumor formed and secreted growth factors which prevent the degradation of the alveolar surface.2. Similar to the calorie reduction a decrease in intracellular surfactantorganell could be shown. At the same time the natural balance between active and inactive intra-alveolar surfactant was maintained.3. The innervation of the trachea was reduced to about half of the control group, which corresponds approximately to the findings of the heart. Since most nerve fibers of the left ventricle are attributable to the sympathetic nervous system, while at the trachea most nerve fibers are parasympathetic or sensory, this indicates a systemic effect of cachexia on the peripheral nervous system.4. With the exception of the scanning electron microscope view of the tracheal epithelium no quantitative difference in the morphology of the different tissues involved in the wall structure of the trachea could be ascertained.An unambiguous morphological correlate for the clinically observed dyspnea cachectic patients could not be shown in the present work. However, a reduction of the surfactant may well be associated with an increased respiratory work and a reduced innervation of the airways may contribute to a dysregulation of the normal breathing process and its subjective perception in the sense of dyspnea. The results could be the basis for further investigations of the dyspnea of tumor patients and help to find new targets for future therapies of this symptom.