Dissertation

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

Darling Giyett Josefina Méndez Vivas

Density and subtypes of mast cells in the morphologically intact lower respiratory tract of subadult and adult cattle

and in lungs of calves with pneumonia after experimental infection with Mycoplasma bovis

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-108324a3

title (ger.)

Anzahl und Subtypen von Mastzellen im morphologisch unveränderten distalen Respirationstrakt subadulter und adulter Rinder und in der Lunge von Kälbern mit Pneumonie nach experimenteller Infektion mit Mycoplasma bovis

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2016

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/mendezvivasd_ss16a.pdf

abstract (deutsch)

Bei Vertebraten sind Mastzellen (MC) in den vaskularisierten Geweben weit verbreitet, und zwar insbesondere auf gegenüber der Umwelt exponierten Oberflächen einschließlich Haut, Luftwege und Gastrointestinaltrakt. MC können eine Reihe von Bakterien erkennen und auf selbige reagieren. Es wird postuliert, dass MC zu den wichtigsten Schutzinstrumenten in der Lunge sowohl bei angeborenen als auch erworbenen Immunreaktionen gehören. MC können im Gewebe mittels metachromatischer Färbungen wie kresylechtviolett- oder Toluidinblau-Färbung oder mittels enzym- oder immunhistochemischer Techniken zum Nachweis von Tryptase und Chymase dargestellt werden. Im Gegensatz zu umfangreichen Untersuchungen  von MC bei Mensch und Nagern gibt es nur wenige Studien, in denen die Verteilung von MC sowie deren Anzahl und Subtypen im Respirationstrakt oder anderen Geweben von Rindern beschrieben wurden. Diese Untersuchungen haben gezeigt, dass bei Rindern, wie beim Menschen und anderen Spezies, drei verschiedene MC-Subtypen unterschieden werden können: MC die entweder nur Tryptase (MCT) oder nur Chymase (MCC) enthalten oder beides zusammen (MCTC). Es wird postuliert, dass MC in der Lunge eine wichtige Rolle als Modulatoren zum Schutz des Wirtes spielen. Bei Kälbern mit Infektion durch das Bovine Respiratorische Synzytial Virus (BRSV) wurde darüber berichtet, dass die Degranulation von MC und MC-Mediatoren nachweislich an der Pathogenese der durch das BRSV induzierten Lungenläsionen beteiligt sind. Des Weiteren haben Untersuchungen bei Kälbern mit experimenteller respiratorischer Infektion durch Mannheimia haemolytica gezeigt, dass MC zur akuten Entzündungsantwort beitragen. Mycoplasma (M.) bovis ist die für Rinder pathogenste Mykoplasmenspezies. Der Erreger ist eine wichtige Ursache für respiratorische Erkrankungen und Arthritis bei Mastrindern sowie jungen Saug- und Mastkälbern. M. bovis kann im Respirationstrakt von Rindern durchaus akute respiratorische Erkrankungen hervorrufen, ist jedoch mehr bekannt als Verursacher chronischer Bronchopneumonien mit verkäsender Nekrose und manchmal Koagulationsnekrose, die durch eine persistierende Infektion gekennzeichnet ist. Bislang gibt es keine Untersuchungen, in denen die Subtypen und die Anzahl von MC in der Lunge von mit M. bovis infizierten Rindern charakterisiert wurden. In den vorliegenden Untersuchungen wurden eine metachromatische Färbung (kresylechtviolett, KEV) und eine kombinierte enzym- und immunhistochemische Doppelfärbungsmethode für Tryptase-positive (MCT), Chymase-positive (MCC) und für beide Proteasen positive MC (MCTC) durchgeführt, um die Anzahl und die verschiedenen MC-Subtypen in formalinfixierten und in Paraffin eingebetteten Tracheal- und Lungenschnitten von Rindern drei verschiedener Altersgruppen (Kälber, 6-7 Monate alte Tiere, adulte Tiere) ohne morphologische Alterationen des Respirationstraktes und in Lungen von Kälbern nach experimenteller Infektion mit M. bovis zu untersuchen. In dieser Studie wurden zwischen den Tieren der verschiedenen Altersgruppen, die keine morphologischen Alterationen des Respirationstraktes aufwiesen (Gruppe 1-3), keine statistisch signifikanten Unterschiede hinsichtlich der Anzahl KEV-positiver trachealer MC festgestellt. Adulte Rinder (Gruppe 3) hatten signifikant mehr KEV-positive MC in den kranialen Lungenlappen als die jüngeren Tiere der Gruppen 1 und 2. Sowohl in der Trachea als auch in der Lunge von Rindern ohne morphologische Alterationen des Respirationstraktes (Gruppen 1-3) wurde eine höhere Zahl an MC mit der Doppelfärbetechnik als mit der metachromatischen Färbetechnik (KEV-Färbung) nachgewiesen. In Trachea und Lungen von Tieren der Gruppen 1-3 wurden mit der Doppelfärbetechnik mehrheitlich MCC und MCT nachgewiesen, während nur einzelne MCTC bei wenigen Tieren gefunden wurden. In der Trachea waren bei den Tieren der Gruppe 2 signifikant (p > 0,05) mehr MCC vorhanden als bei denen der Gruppen 1 und 3. Die niedrige Zahl von MCT in Trachea und Lunge aller Tiere ohne morphologische Alterationen (Gruppen 1-3) steht im Gegensatz zu Berichten anderer Untersucher. Im Vergleich mit den Ergebnissen für Lungen von Tieren ohne morphologische Alterationen wurde eine statistisch signifikant niedrigere Anzahl von KEV-gefärbten MC in den Lungen der M. bovis-infizierten Kälber aller drei untersuchten Gruppen (4-6) festgestellt. Bei den infizierten Kälbern aller drei untersuchten Gruppen waren signifikant höhere Zahlen insbesondere von MCC als in den Lungen von Tieren ohne morphologische Alterationen vorhanden. Die Kälber der Gruppe 5 (kraniale Lungenlappen) und die Kälber der Gruppe 6 (kraniale und kaudale Lungenlappen) wiesen eine signifikant höhere Zahl von MCT auf. In den Lungen der Kälber der Gruppe 4 war jedoch eine signifikant niedrigere Zahl von MCT vorhanden.

 

abstract (englisch)

In vertebrates, mast cells (MC) are widely distributed throughout the vascularised tissues, particularly near surfaces exposed to the environment, including skin, airways and gastrointestinal tract. MC are capable of recognising and reacting to a wide range of bacteria. It has been postulated that MC represent one of the most important means of defence in the lung in both innate and acquired immune responses.  MC can be visualised in tissues applying metachromatic stains such as kresylecht-violet or toluidine blue staining or using enzyme-histochemical or immunohistochemical techniques for demonstration of tryptase and chymase. In contrast to the extended investigations of MC in humans and rodents, few studies exist in cattle in which the distribution of MC and their numbers and subtypes in the respiratory tract or other tissues have been described. Those studies revealed that in bovines, as in humans and other species, three different MC subtypes can be distinguished: MC that contain either tryptase (MCT) or chymase (MCC) alone or combined in one cell (MCTC). It has been postulated that MC play an important role as modulator of host defence in the lung. In calves infected with bovine respiratory syncytial virus (BRSV) evidence for the involvement of MC degranulation and MC mediators in the pathogenesis of BRSV-induced lung lesions was reported. Furthermore, studies in calves with experimental respiratory infection with Mannheimia haemolytica have shown that MC contribute to the acute inflammatory response. Mycoplasma (M.) bovis is the most pathogenic mycoplasma for bovines. It is an important cause of respiratory disease and arthritis in feedlot cattle, young dairy and veal calves. M. bovis is certainly capable of causing acute respiratory disease in the respiratory tract of cattle, although it is more accepted as a cause of chronic bronchopneumonia with caseous and sometimes coagulative necrosis characterised by a persistent infection. To date, investigations in which the subtypes and number of MC in the lung of cattle infected with M. bovis were characterised are not available. In the present study, a metachromatic staining method (kresylecht-violet, KEV) and a combined enzyme- and immunohistochemical double-labelling technique for tryptase-positive MC (MCT), chymase-positive MC (MCC), and both proteases-bearing MC (MCTC) were performed to determine the density and variety of KEV-stained MC and of different MC subtypes (MCT, MCC, MCTC) in formalin-fixed and paraffin-embedded sections of tracheae and lungs from cattle of three different age groups (calves, 6-7 months-old animals, adult animals) without morphological alterations of the respiratory tract and in lungs of calves after experimental infection with M. bovis. In this study, no statistically significant differences were found concerning the density of tracheal KEV-positive MC between the different age groups of animals without morphological alterations of the respiratory tract (group 1-3).  Adult cattle (group 3) had significantly more KEV-positive MC in their cranial lung lobes than the younger animals of groups 1 and 2.  Both in tracheae and lungs of cattle without morphological alterations (groups 1-3) a higher MC density was detected with the double-labelling technique than with the metachromatic staining method (KEV staining). In tracheae and lungs of animals of groups 1-3, mainly MCC and MCT were detected with the double-labelling technique, while only single MCTC were seen in few animals. In the trachea statistically significant (p > 0.05) more MCC were found in animals of group 2 than in those of group 1 and 3. The low MCT density in trachea and lungs of all animals without morphological alterations (group 1-3) contrasts with the reports of other investigators. In comparison with the results for lungs of animals without morphological alterations, a statistically significant lower number of KEV-stained MC was found in the lungs of M. bovis-infected calves of all three examined groups (groups 4-6).  In the infected calves of all 3 groups significantly higher numbers especially of MCC were present than in lungs of animals without histological alterations. The calves of group 5 (cranial lung lobes) and calves of group 6 (both cranial and caudal lung lobes) had a significantly higher number of MCT. In the lungs of calves of group 4, however, a significantly lower number of MCT was found.

keywords

Lunge, Mastzellen, Mycoplasma bovis, Lungs, Mast cells,  Mycoplasma bovis

kb

5.267