Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen zu Rückenmarkstraumata beim Hund: Einfluss von Mikrogliazellen und retrospektive Untersuchung der MRT-Befunde von Hunden mit thorakolumbalem Bandscheibenvorfall

Boekhoff, Theda Marie Anne

Thoracolumbar intervertebral disk herniations are a frequently found cause of paraplegia in dogs. Surgical decompression of the spinal cord is the most common treatment modality, when such clinical findings occur.  Furthermore, new therapeutical strategies deal with the implantation of olfactory ensheathing cells (OECs), which is known to promote functional recovery after spinal cord trauma due to support of injured neurons and angiogenesis. For selection of the best therapeutical approach a prior assessment of prognosis is useful. Therefore, the aim of the first study was to describe associations between the qualitative and quantitative magnetic resonance imaging (MRI) signal characteristics of T2-weighted (T2W) hyperintensity respectively spinal cord compression and clinical signs and functional outcome in paraplegic dogs with thoracolumbar disk herniation. Thus, medical records and MR images of 63 paraplegic dogs with a body weight < 20 kg and intact or absent deep pain perception (DPP) referred to and examined at the Department of Small Animal Medicine and Surgery, University of Veterinary Medicine, Hannover, Germany between January 2005 and June 2009 were reviewed and different clinical parameters were correlated. Statistically significant correlation was found between the neurological status before surgery and both, presence and extent of T2W hyperintensity in MRI sagittal planes. Moreover, dogs with a longer duration of clinical signs showed a significant increase in the degree of spinal cord compression. Furthermore, the extent of T2W hyperintensity and the degree of spinal cord compression presented a positive correlation. Improvement in the neurological score for one grade was faster with absence of T2W hyperintensity respectively with a smaller extent of this hyperintensity. In conclusion, a direct correlation between neurological status and MRI signal intensity and extent was shown. The presence and extent of T2W hyperintensity in the myelon may help to determine the prognosis before surgery to decide, if new therapeutical strategies such as implantation of OECs should be used in individual cases. To prepare further studies on transplantation of OECs, the function of microglia in spinal cord trauma has to be considered. In a potential activated state these immune effector cells could defend or phagocytose the implanted cells and therefore diminish the support of this therapeutical approach. In an effort to analyze this issue microglia of 15 dogs suffering from cervical respectively thoracolumbar spinal cord trauma was isolated using density gradient centrifugation and characterized using immunophenotyping and function by examining phagocytosis and generation of reactive oxygen species (ROS). Immunophenotypical characterization resulted in a significant upregulation of B7-1, B7-2, MHC II, CD1c, ICAM-1, CD45, CD14, and CD44, reflecting an activation of microglial cells due to trauma. Functional investigation revealed a significant increase in intensity of phagocytosis and ROS generation in case of spinal cord trauma. This detection of enhanced microglial defense mechanisms leads to the conclusion that repression of microglial activation previous to implantation of OECs should be considered to ensure the success of this approach.

Thorakolumbale Bandscheibenvorfälle stellen eine häufige Ursache für Paraplegien bei Hunden dar. Die chirurgische Dekompression des Rückenmarkes ist bei dieser Symptomatik die Therapie der Wahl. Des Weiteren beschäftigen sich neue Ansätze bei schwerster Schädigung des Rückenmarkes mit der Implantation von olfaktorischen Hüllzellen, welche die Heilung durch Unterstützung von verletzten Neuronen sowie Angiogenese positiv beeinflussen können. Um die richtige Entscheidung treffen zu können, welcher Therapieversuch herangezogen werden soll, ist eine vorherige Einschätzung der Prognose wichtig. Aus diesem Grund gehörte es zu den Zielen der ersten Studie dieser Arbeit, Beziehungen zwischen den qualitativen und quantitativen MRT-Befunden bezüglich intramedullärer Hyperintensität in der T2-gewichteten Sequenz und Kompression des Rückenmarkes und klinischen Parametern sowie Langzeiterfolg nach Dekompression des Rückenmarkes zu untersuchen. Hierfür wurden die Unterlagen und MRT-Befunde von 63 paraplegischen Hunden mit einem Körpergewicht < 20 kg mit und ohne Tiefensensibilität, welche vom Januar 2005 bis zum Juni 2009 in der Klinik für Kleintiere der Tierärztlichen Hochschule vorgestellt wurden, ausgewertet und verschiedene Parameter miteinander korreliert. Die Ergebnisse zeigten eine statistisch signifikante Korrelation zwischen dem Grad der neurologischen Ausfälle prä OP und sowohl dem Vorliegen einer Hyperintensität in T2-gewichteten MRT-Aufnahmen als auch deren Ausdehnung. Des Weiteren ergab sich bei Hunden mit längerer Krankheitsdauer ein signifikanter Anstieg im Grad der Rückenmarkskompression. Die Hyperintensität war umso ausgedehnter, je grösser sich der Kompressionsgrad des Rückenmarkes darstellte. Außerdem verlängerte sich der Zeitraum, in dem es  zur Besserung des jeweiligen neurologischen Grades um eine Stufe kam, bei Vorliegen einer Hyperintensität beziehungsweise bei deren größerer Ausdehnung. Somit konnte zusammenfassend eine direkte Korrelation zwischen neurologischem Grad prä OP und Hyperintensität und deren Ausdehnung im MRT nachgewiesen werden. Ein Vorliegen beziehungsweise die Ausdehnung einer Hyperintensität können außerdem zur Prognosefindung vor einem chirurgischen Eingriff im Hinblick auf den Einsatz verschiedener Therapiestrategien wie der Implantation olfaktorischer Hüllzellen herangezogen werden. Vor einer Implantation olfaktorischer Hüllzellen in das Rückenmark sollte das Verhalten von Mikrogliazellen bei Rückenmarkstraumata berücksichtigt werden. In ihrem aktivierten Zustand sind diese Immuneffektorzellen in der Lage, die implantierten Zellen zu schädigen oder zu phagozytieren und könnten somit den Erfolg der Implantation gefährden. Um diese Problematik einschätzen zu können, wurde in einer weiteren Studie Mikroglia aus dem Rückenmark von 15 Hunden mit zervikalem oder thorakolumbalen Trauma mittels Dichtegradientenzentrifugation gewonnen und immunphänotypisch sowie funktionell anhand ihrer Phagozytoseaktivität und ROS-Bildung charakterisiert. Die immunphänotypische Charakterisierung hatte eine Aufregulierung von B7-1, B7-2, MHC II, CD1c, ICAM-1, CD45, CD14 sowie CD44 zum Ergebnis, welche eine mikrogliale Aktivierung durch Rückenmarkstraumata widerspiegelte. Die funktionelle Untersuchung zeigte einen signifikanten Anstieg sowohl in der Phagozytoseintensität als auch in der Intensität der ROS-Bildung und somit eine Steigerung in der Ausübung mikroglialer Abwehrmechanismen. Aus diesem Grund sollte eine Hemmung aktivierter Mikrogliazellen vor einer Implantation olfaktorischer Hüllzellen in Betracht gezogen werden, um den Erfolg dieses Therapieansatzes zu gewährleisten.

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Boekhoff, Theda Marie Anne: Untersuchungen zu Rückenmarkstraumata beim Hund: Einfluss von Mikrogliazellen und retrospektive Untersuchung der MRT-Befunde von Hunden mit thorakolumbalem Bandscheibenvorfall. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

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