Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Katharina Maria Kling

Strukturelle und funktionelle Untersuchungen des Alterseinflusses auf den akuten Lungenschaden bei der Maus

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-109223

title (engl.)

Structural and functional analysis of the impact of age in mice with acute lung injury

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2016

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/klingk_ws16.pdf

abstract (deutsch)

Durch den stetig wachsenden Anteil älterer Menschen und Haustiere, erhält die Geriatrie in der Human- und Tiermedizin einen immer größeren Stellenwert. Schwere Lungenerkrankungen sind die vierthäufigste Todesursache bei älteren Patienten. Die Gründe, die zur schlechteren Prognose älterer Patienten mit akutem Lungenschaden führen, sind dennoch nicht vollständig geklärt, u.a. weil grundlegende, systematische Arbeiten hierzu nur in geringer Zahl vorliegen. Hauptcharakteristika des akuten Lungenschadens sind eine Hypoxämie, eine erhöhte Permeabilität der Blut-Luft-Schranke und ein pulmonales Ödem. Die Hypothesen, welche in dieser Studie überprüft werden sollten, waren: Alte Tiere entwickeln beim akuten Lungenschaden (i) eine stärkere Entzündungsreaktion und (ii) eine stärkere strukturelle Schädigung der Alveolarsepten mit (iii) entsprechender Auswirkung auf die Lungenfunktion.

Um den Einfluss des Alters beim akuten Lungenschaden darzustellen, wurde jungen (2-3 Monate) und alten (18-19 Monate) C57bl/6 Mäusen, intranasal 2,5 mg LPS/kg KG appliziert, während Kontrolltiere ein gleich großes Volumen steriler NaCl-Lösung erhielten. 24 Stunden später wurde die Lungenfunktion der Tiere gemessen und die Lungen anschließend für stereologische Histopathologie oder inflammatorische Analysen weiterverarbeitet. Die Messung inflammatorischer Parameter erfolgte einerseits durch BALF-Zytometrie und Bestimmung der BALF-Gesamtproteinkonzentration oder durch Analyse der Genexpression der Lungen mittels real-time PCR.

Sowohl die alten als auch die jungen LPS-Tiere entwickelten innerhalb des Beobachtungszeitraums Veränderungen im Sinne eines akuten Lungenschadens. Alte LPS-Tiere zeigten jedoch (i) doppelt so viele neutrophile Granulozyten und eine sechsfach höhere BALF-Proteinkonzentration. Die proinflammatorische Genexpression (Icam-1, Cxcl1, Mmp-9) war ebenfalls signifikant höher als bei jungen LPS-Tieren. (ii) Die Septen alter LPS-Tiere waren dicker und wiesen ein höheres Volumen interstitieller Zellen bei einem geringen Volumen von intraseptalen elastischen Fasern auf. (iii) Auf Ebene der Lungenfunktion wurde bei der Tissue-Resistance und der Compliance (normalisiert zum Körpergewicht) bei alten Tieren ein signifikanter LPS-Effekt gemessen, der in jungen Tieren nicht vorkommt.

Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass das Alter einen Einfluss auf die Lungenfunktion und die Pathologie beim akuten Lungenschaden hat, welche mit hoher Wahrscheinlichkeit zur schlechteren Prognose älterer Patienten beitragen.

abstract (englisch)

Nowadays there is a continuous demographic shift towards an increased life expectancy in both human and pets. Accordingly, treating age-related disorders will be a challenge for human and veterinary geriatric medicine in future. Severe pulmonary diseases are the fourth overall cause of mortality in the elderly. However, the reasons why acute lung injury is associated with higher morbidity and mortality in the elderly are still poorly understood. Acute lung injury is characterized by hypoxemia, enhanced permeability of the air-blood barrier and pulmonary edema. Therefore, this study aimed at identifying structural, functional and inflammatory characteristics of the lung parenchyma in acute lung injury and aging. The hypotheses leading to this study were: old mice in comparison to young mice (i) develop a more severe inflammation and (ii) more serious structural changes of the air-blood barrier, (iii) reflected by a decreased lung function in acute lung injury.

In the current study acute lung injury was induced in young (2 months) and old (18 months) male C57bl/6 mice by intranasal application of 2.5 mg lipopolysaccharide (LPS)/kg body weight or NaCl-solution (control mice) to investigate age-related differences. After 24 h, lung function was assessed and lungs were either processed for stereological or inflammatory analysis such as bronchoalveolar lavage fluid (BALF) cytometry, and qPCR.

Both young and old mice developed severe signs of acute lung injury within 24 hours. However, the pathology of acute lung injury was more pronounced in old compared to young mice (i) with twice the number of neutrophils, a 6-fold higher BALF protein concentration, and significantly higher proinflammatory gen-expression (Cxcl1, Icam-1, Mmp-9). (ii) The old LPS-mice had thicker alveolar septa, higher volumes of interstitial cells and a decreased volume of elastic fibers. (iii) Lung function measurements resulted in LPS-effects in tissue-resistance and compliance normalized to bodyweight, which were not detected in young mice.

In summary, the results of this thesis provide evidence that the pathology of acute lung injury is more severe with progressing age. The inflammatory and structural changes with advanced age most likely contribute to a worse prognosis in acute lung injury of the elderly.

keywords

Akuter Lungenschaden, Alterung, Blut-Luft-Schranke; Acute lung injury, aging, air-blood barrier

kb

2.759