Dissertation

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

Henning Otzen

Narrow Band Imaging hysteroscopy: Evaluation of anew diagnostic technique for determining fertilityprognosis in the mare

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-108364

title (ger.)

Zur optischen Chromohysteroskopie der Stute: Evaluierung einer neuen diagnostischen Technik zur Ermittlung der Fertilitätsprognose

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2016

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/otzenh_ss16.pdf

abstract (deutsch)

Die Fertilitätsprognose ist bei Zuchtstuten wichtig für ein erfolgreiches Management. Bei bekannter Fertilitätsprognose können Adaptionen im reproduktionsmedizinischen Management gemacht werden, um die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Trächtigkeit auch von Stuten mit ungünstiger Fertilitätsprognose zu erhöhen. Die aussagekräftigste Fertilitätsprognose beruht auf der Entnahme und histologischen Untersuchung einer Biopsie aus dem Endometrium. In der Probe können akute wie chronische Endometritiden ebenso wie eine auf degenerativen Prozessen beruhende Endometrose nachgewiesen werden. Nachteilig ist dabei zum einen die Dauer der Aufbereitung und Untersuchung der Probe und zum anderen, dass eine Aussage ausgehend von einem relativ kleinen Bereich (eine Biopsie repräsentiert nur etwa 0,2% des Endometriums) für das gesamte Endometrium getroffen wird. Endometriale Pathologien, die sich nicht in der Biopsie befinden, werden nicht erfasst.

Die Hysteroskopie ist eine optische Methode, bei der das gesamte Endometrium unmittelbar visuell begutachtet werden kann, wobei die Bilder der zu evaluierenden Gebärmutterschleimhaut sofort verfügbar sind. Die Hysteroskopie erfolgt im Rahmen der klinischen Untersuchungsroutine mit Weißlicht, die mit Hilfe einer besonderen Geräteausstattung um das Narrow Band Imaging (NBI) erweitert werden kann und so die Möglichkeit einer NBI Hysteroskopie bietet. Der Vorteil der NBI Illumination liegt vor allem in der optisch deutlicheren Darstellung der Blutgefäße der Mukosa. Bisher liegen nur Berichte aus der Humanmedizin über den NBI Einsatz vor. Hier wird diese Technik z.B. eingesetzt, um gastrointestinale Tumoren anhand ihrer Gefäßmuster zu klassifizieren.

Da bisher keine Berichte über die NBI Hysteroskopie zur Beurteilung des Gesundheitszustandes des equinen Endometriums publiziert wurden, gingen wir in der vorliegenden klinisch experimentellen Studie der Hypothese nach, dass die NBI Illumination im Gegensatz zur Weißlicht Illumination zu einer verbesserten Visualisierung der Blutgefäße des Endometriums (z.B. durch einen erhöhten Kontrast zwischen Gefäß und Hintergrund) führen würde. Weiterhin wurde angenommen, dass die Gefäßmuster, die man auf den mit Hilfe der NBI Technik dokumentierten Endometriumsbildern erkennen kann, auf den Schweregrad degenerativer Veränderungen hindeuten. Somit könnte über die Evaluation der Gefäßmuster eine Fertilitätsprognose erstellt werden.

Dazu wurden in einer ersten Untersuchung NBI Hysteroskopien bei 6 Stuten an den Zyklustagen 0 (Tag der Ovulation), 6 und 11 durchgeführt. Zusätzlich wurden in einer zweiten Studie während hysteroskopischer Untersuchungen NBI Bilder vom Endometrium angefertigt und Biopsien von genau denselben Lokalisationen entnommen (n=32). Die Ergebnisse der histologischen Untersuchung wurden dann mit den exakt korrespondierenden NBI Bildern verglichen. In diesen Studien konnte demonstriert werden, dass die NBI Hysteroskopie im Vergleich zu einer Hysteroskopie mit weißem Licht zu einer verbesserten Erkennbarkeit von Blutgefäßen im equinen Endometrium führte. Dadurch war eine bessere Visualisierung des endometrialen Blutgefäßmusters möglich. Es wurden dem Stand des Rossezyklus entsprechende Ausprägungen der Gefäßmuster beobachtet. Die Gefäßdichte erschien dabei an Tagen im Diöstrus (Tag 6 und 11) höher als im Östrus (Tag 0). Interessanterweise konnten durch eine softwaregestützte Analyse keine signifikanten Veränderungen der durchschnittlichen Gefäßdurchmesser festgestellt werden. Aufgrund dessen wurde zunächst vermutet, dass der Anstieg der Gefäßdichte durch eine zunehmende Anzahl von Gefäßen bedingt war. In der daraufhin durchgeführten immunhistochemischen Untersuchung endometrialer Biopsien zur Ermittlung der Gefäßdichte und von Angiogeneseindikatoren konnte jedoch keine zyklusbedingte Angiogenese im Endometrium der Stute für die untersuchten Zyklustage (0, 5, 10) zweifelsfrei verifiziert werden. Der Anstieg der Gefäßdichte wurde somit auf zyklusbedingte Veränderungen des Endometriums (Abnahme der Schleimhauthöhe und Verschwinden des endometrialen Ödems) zurückgeführt. Hinsichtlich der klinisch-biologischen Bedeutung wurde die Hypothese formuliert, dass der Anstieg der Gefäßdichte im Diöstrus entscheidend für das Überleben des equinen Konzeptus sein könnte. Die erhöhte Gefäßdichte könnte vermehrt Lokalisationen schaffen, an denen es zu einem engen Kontakt zwischen maternaler Zirkulation und Konzeptus kommen kann.

In einer zweiten Studie, die auf einer in vivo (n=10 Stuten) und einer ex vivo (n=3 Uteri) Untersuchung basierte, wurde die mögliche Korrelation der NBI Befunde und der korrespondierenden Biopsieproben eingehender analysiert. Die Gefäßdichte wurde als Indikator für Endometrose (degenerative Erkrankung des Endometriums) und Angiose (degenerative Angiopathien) identifiziert. In dieser Studie wiesen Endometrien, welche frei von Endometrose und Angiose waren (definitionsgemäß gesunde Endometrien), eine höhere Gefäßdichte auf. Gleichzeitig gab es zwischen den unterschiedlich stark von Endometrose/Angiose betroffenen Endometrien keine Unterschiede bezüglich der durchschnittlichen Gefäßdurchmesser. Dadurch konnte eine höhere Gefäßdichte auf Grund einer Vergrößerung des Gefäßdurchmessers ausgeschlossen werden. Diese Beobachtungen führten zur der Schlussfolgerung, dass die höhere Gefäßdichte durch eine vermehrte Zahl von Gefäßen bedingt war.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die NBI Hysteroskopie eine im Vergleich zur Weißlicht Hysteroskopie deutlich verbesserte Gefäßdarstellung in der Gebärmutterschleimhaut erlaubt. Mit Hilfe dieser neuen Technik konnte im Verlaufe eines Rossezyklus eine verringerte Gefäßdichte im Östrus dokumentiert werden. Reduzierte Gefäßdichten im Diöstrus weisen dagegen auf degenerative Prozesse im Endometrium hin, die die Fertilitätsprognose in hohem Maße beeinflussen.

abstract (englisch)

Predicting the fertility of a broodmare is of importance for its successful management. The fertility prognosis allows for adaptations in the stud management so that a mare with a poor prognosis receives a chance to come into foal. The most advanced method for a fertility prognosis is the collection and histological analysis of an endometrium biopsy, which allows the diagnosis of acute and chronic endometritis as well as endometrosis. Disadvantages of this method are the time needed to process the sample and the endometrial pathologies not being localized within the biopsy sample (an endometrial biopsy is only about 0.2% of the whole endometrial surface).

Hysteroscopy is a method which allows for visualization of the entire surface of the endometrium as well as having the images immediately available. Furthermore, Narrow Band Imaging (NBI) can be added towards hysteroscopy resulting in a NBI hysteroscopy. Narrow Band Imaging is an illumination technique that enhances the appearance of mucosal vessels. In human medicine, it was possible to characterize tumors in the gastrointestinal tract by the appearance patterns in the mucosal vessels.

Although the optical method has never been used before to evaluate the soundness of equine endometrium, it was assumed that NBI resulted in a better visualization of the vascular pattern (i.e. increased contrast of vessels versus background) compared to white light. Furthermore, it was expected that the vascular features as derived from NBI images could be used as indicators for the degree of degenerative changes of the endometrium and its vascular patterns enabling the investigator to predict a mare´s future fertility.

Therefore, an investigative NBI hysteroscopy was performed on six mares on day 0 (day of ovulation), day 6 and day 11. During hysteroscopies, NBI images were taken of the endometrium and a biopsy of that respective localization was collected (n=32) in mares showing diestrus. Results of the histological evaluation of the biopsies were compared with the respective NBI images.

As a result, it was demonstrated that the NBI technique enhanced the contrast of vascular features in endoscopic images of the equine endometrium compared to white light, thereby allowing an improved visualization of mucosal vascular patterns.

Estrous cycle stage specific appearances of vascular patterns were observed. Vascular densities were higher during diestrus days 6 and 11, compared to estrus (day 0). Nevertheless, computerized analysis of vessel diameter of NBI images revealed no significant changes during diestrus and estrus. It was assumed that the increase in vascular density was due to increased numbers of vessels. However, immunohistochemical analysis of endometrial biopsies for vascular density and angiogenesis indicated that in the equine endometrium no angiogenesis occurred throughout course of the investigated days (0, 5, 10). It was concluded that the increase in vascular density was the result of changes within the endometrium (decrease of mucosal height and disappearance of endometrial edema during diestrus). It was hypothesized that the rise in vascular density in diestrus might be important for the survival of the equine conceptus, as it provides additional sites of close contact between maternal circulation and conceptus.

The second investigation (encompassing an in vivo study of 10 mares and an ex vivo study of 3 uteri from slaughtered mares) focused on a possible correlation of NBI images and corresponding biopsies of the endometrium, which would allow the clinician to use the NBI technique instead of the elaborate biopsy. Vascular density was considered to be predictive of endometrosis (endometrial fibrosis, degenerative changes of the equine endometrium) as well as angiosis (degenerative angiopathy). The study revealed that endometrosis and angiosis free endometria (considered healthy) had a higher vascular density. On the other hand, average vascular diameters had no significant differences among degrees of endometrosis/angiosis, thereby excluding the option that the increased vascular density was the result of increased vessel diameters. Therefore, it was concluded that an increase in vessel numbers was causal for the increased vascular density.

In conclusion, a NBI hysteroscopy allowed the visualization of a lower vascular density during estrus. Furthermore, a decreased endometrial vascular density, visualized by NBI hysteroscopy, indicated degenerative endometrial alterations, which in turn highly affect the fertility prognosis of a mare.

keywords

Endometrium, Narrow Band Imaging, Blood vessel / Gebärmutterschleimhaut, Narrow Band Imaging, Blutgefäß

kb

905