Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Retrospective clinical and pathomorphological evaluation of pneumonias in foals with selected immunohistochemical investigations

Retteg Pauls, Stephanie

In the present study pathomorphological characterization of pneumonias was performed in 37 foals 1 to 218 days of age from a German horse breeding farm. Post mortem examination was performed at the Department of Pathology from the University of Veterinary Medicine Hannover. In addition to the pathomorphological evaluation and microbiological investigations, immunohistochemistry for the detection of Pneumocystis (P.) carinii and Rhodococcus (R.) equi was performed. Furthermore clinical symptoms in foals with diffuse and focal to multifocal lung consolidation were described. Finally, ultrasonographical findings of the lung of the foals were compared with pathomorphological findings. Archive material from 37 foals with pneumonia was evaluated and the type of pneumonia was characterized. Lung tissue sections were evaluated histologically and were immunostained. The evaluation of the histological and immunostained tissue sections was performed independently by the author and an experienced pathologist (Diplomate of the EuropeanCollege of Veterinary Pathologists) and findings were discussed. Furthermore, the pathomorphological findings of 20 of these foals were additionally compared with the ultrasonographical and clinical findings. From the other 17 foals clinical and ultrasonographical data were not available. Paraffin embedded lung sections were stained with Periodic acid-Schiff’s (PAS) stain, Gram stain, Elastica van Gieson’s (EvG) stain and Grocott’s methenamine silver (GMS) stain. Results of GMS stain were compared with the immunolabelling for P. carinii. Furthermore an immunohistochemical method using a monoclonal antibody against a 15-17 kDa antigen of virulent R. equi and a fluorescein (FITC)-labelled monoclonal antibody for P. carinii was used on formalin-fixed and paraffin-embedded lung tissue sections. The findings were later compared to the clinical and ultrasonographical findings of each of the 20 foals for which clinical and ultrasonographical findings were available. Interstitial, suppurative, granulomatous, pyogranulomatous pneumonia and suppurative bronchopneumonia were the most common pneumonias affecting the foals in this study. Most of the foals presented more than one type of pneumonia. From the 37 foals, 29 foals presented an interstitial pneumonia. In 24 out of these 29 foals, interstitial lesions were combined with other types of pneumonias. From these 24 foals with different types of pneumonia, P. carinii was detected in interstitial lesions and R. equi, Sc. equi ssp. zooepidemicus and some gram negative bacteria were isolated from suppurative, granulomatous or pyogranulomatous lesions. Eleven foals presented a granulomatous or pyogranulomatous pneumonia. 26 foals presented a suppurative bronchopneumonia. P. carinii was identified as dark to light brown staining of cysts and trophozoites attached to the alveolar walls, in alveolar, and occasionally in bronchiolar lumina by immunohistochemistry in 13 foals and as typical spherical to crescent-shaped small round cysts, some of which had thickened cyst walls and parenthesis-like bodies by GMS in eleven foals. R. equi was isolated intra vitam from two out of ten TBA samples and post mortem from ten out of 23 lung tissue samples. At immunohistochemistry for R. equi, twelve out of 37 foals (32%) showed pale to dark brown granular deposits in macrophages, multinucleated giant cells and some neutrophils localized in granulomatous, pyogranulomatous and suppurative to necrotizing lesions. By means of immunochemistry for P. carinii, 13 of the 29 (45%) foals with interstitial pneumonia were associated to a P. carinii infection. From these 13 foals with interstitial pneumonia, eight cases had a combined infection with R. equi by immunolabelling and five by microbiological isolation. From the eleven foals presenting granulomatous and/or pyogranulomatous pneumonia, in five foals R. equi was isolated and in seven foals a positive immunolabelling was observed. From the 26 foals presenting suppurative pneumonia and/or suppurative bronchopneumonia, R. equi was isolated and detected by immunohistochemistry in seven foals. In six foals the granulomatous, pyogranulomatous or suppurative to necrotizing pneumonia and/or suppurative bronchopneumonia was observed with no other kind of pneumonia and in 20 cases, these types of pneumonia were combined with a diffuse interstitial pneumonia. Sc. equi ssp. zooepidemicus was also commonly isolated from tracheobronchial aspirate (TBA) (in 4 out of 10 samples taken) and lung tissue samples (in 9 out of 23 samples taken), and was also associated in 11 foals with suppurative to necrotizing pneumonia or suppurative bronchopneumonia. In six foals Sc. equi ssp. zooepidemicus and R. equi were identified in lung tissue samples. In the foals of the present study it could not be discarded a viral infection, because virus were not investigated. An additional goal in this study was to determine whether clinical findings are useful to differentiate a diffuse lung consolidation interpreted as an interstitial pneumonia from a focal or multifocal lung consolidation interpreted as a granulomatous, pyogranulomatous, suppurative to necrotizing pneumonia or suppurative bronchopneumonia. Foals with interstitial pneumonia showed an acute onset of respiratory disorders and were often febrile with few clinical findings except for a frequent severe dyspnea. Most of the foals with nodular pneumonia presented nasal discharge, crackles and wheezes at lung auscultation, rattle at trachea auscultation, enlarged lymph nodes, cough and 42% also presented an acute dyspnoea. Comparison of ultrasonographical and histological findings showed that all foals presenting comet tails artifacts presented an interstitial pneumonia. All foals presenting nodular hypo- to hyperechoic areas at ultrasonography presented granulomatous, pyogranulomatous or suppurative to necrotizing pneumonia and/or suppurative bronchopneumonia at the pathomorphological evaluation and in most of them, R. equi was observed. Though ultrasonographical findings did not always match the pathomorphological findings, they can facilitate an early diagnosis of diffuse or of focal to multifocal lung consolidation in foals with respiratory disorders.

In der vorliegenden Studie wurden Pneumonien von 37 Fohlen eines Gestüts in Norddeutschland im Alter von einem bis 218 Tagen pathomorphologisch charakterisiert. Die pathologisch-anatomische Untersuchung der Tierkörper erfolgte im Institut für Pathologie der Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover. Neben der makroskopischen und histologischen Beurteilung wurden die Gewebeproben mikrobiologisch untersucht. Des Weiteren erfolgte ein immunhistologischer Nachweis von Pneumocystis (P.) carinii und Rhodococcus (R.) equi. Darüber hinaus wurden die klinischen Symptome bei Fohlen mit interstitieller und nodulärer Pneumonie ausgewertet. Anschließend wurden die sonographischen und pathomorphologischen Untersuchungsergebnisse gegenübergestellt. Für die Evaluation von Archivaufnahmen standen sonographische Bilder von 20 Fohlen mit Lungenentzündung zur Verfügung, bei denen eine Charakterisierung der Pneumonieart vorgenommen wurde. Die restlichen 17 Fohlen wurden lediglich pathologisch, histologisch und immunhistologisch untersucht, weil die sonographischen Untersuchung fehlte. Die Auswertung der histologischen und immunhistologischen Gewebeschnitte wurde unabhängig von der Autorin und einem erfahrenen Pathologen (Diplomate of the European College of Veterinary Pathologists) durchgeführt. Anschließend wurden die Ergebnisse diskutiert. Das in Paraffinwachs eingebettete Lungenmaterial wurde weiterhin mittels Spezialfärbungen, wie Periodic acid-Schiff (PAS)-, Gram- und Elastica van Gieson (EVG)-Färbung, sowie Grocott's Methenamin Silber-Imprägnation (GMS) untersucht. Es erfolgte ein Vergleich der Silber-Imprägnation mit der Immunhistoschemie für P. carinii. Darüber hinaus wurde mittels eines monoklonalen Antikörpers an Formalin-fixierten und Paraffin-eingebetteten Lungenproben ein 15-17 kDa-Antigen eines virulenten R. equi-Stammes nachgewiesen. Ein weiterer Fluorescein (FITC)-markierter, monoklonaler Antikörper wurde zum Nachweis für P. carinii verwendet. Die immunhistologischen Ergebnisse wurden anschließend mit den klinischen und sonographischen Daten von 20 Fohlen (ultrasonographische und klinische Daten waren nur von 20 Tieren verfügbar) verglichen. In dieser Studie wurden am häufigsten interstitielle, eitrige, granulomatöse oder pyogranulomatöse Lungenentzündungen, sowie eitrige Bronchopneumonien diagnostiziert. Die meisten der vorgestellten Fohlen präsentierten mehr als eine Art von Lungenentzündungen. Zusätzlich zur interstitiellen Pneumonie fanden sich bei 24 von 29 Tieren zusätzlich andere Pneumoniearten. Bei diesen 24 Tieren wurde in elf Fällen P. carinii in Verbindung mit R. equi, Sc. equi ssp. zooepidemicus oder einigen gramnegativen Bakterien nachgewiesen. Eine granulomatöse oder pyogranulomatöse Lungenentzündung fand sich bei elf Fohlen und 26 Tiere wiesen eine eitrige Bronchopneumonie auf. P. carinii wurde als hell braune zu dunkel Färbung von Zysten und Trophozoiten in Alveolarsepten, und in alveolären und bronchiolären Lumina identifiziert durch Immunhistochemie in 13 Fohlen. Kleine runde Zysten und typisch halbmondförmige Klammer-ähnliche Einrichtungen in alveolar Wänden, waren identifiziert mithilfe GMS-Färbung in alveolar Wänden in elf Fohlen. R. equi wurde intra vitam aus zwei von zehn Proben Trachiobronchialsekreten und post mortem aus zehn von 23 Lungenproben isoliert. In der Immunohistochemie zeigten zwölf von 37 Fohlen blass bis dunkelbraune körnige Einlagerungen in Makrophagen, mehrkernige Riesenzellen und Neutrophilen in einigen lokalisierten granulomatösen, pyogranulomatöse und eitrige nekrotisierende Läsionen. Durch Immunhistochemie für P. carinii, wurde bei 13 der 29 (45%) Fohlen mit interstitieller Pneumonie mit einer P. carinii Infektion assoziiert. Von diesen 13 Fohlen mit einer interstitiellen Pneumonie, hatten acht Fälle eine kombinierte Infektion mit R. equi durch Immunogoldmarkierung und fünf durch mikrobiologische Isolation. Von den elf Fohlen, die eine granulomatöse und/oder pyogranulomatöse Pneumonie präsentierten, wurde R. equi in fünf Fohlen isoliert und eine positive Immungoldmarkierung in sieben Fohlen beobachtet. Von den 26 Fohlen mit eitriger Lungenentzündung und / oder eitriger Bronchopneumonie wurde R. equi isoliert und immunhistochemisch erkannt in sieben Fohlen. Die in sechs Fohlen festgestellten granulomatösen, pyogranulomatösen oder eitrig bis nekrotisierenden Pneumonien und / oder eitrigen Bronchopneumonien wurden nicht in Kombination mit anderen Art von Lungenentzündung festgestellt. Darüber hinaus war in 20 Fällen diese Art von Lungenentzündung mit einer diffusen, interstitiellen Pneumonie kombiniert. Sc. equi ssp. zooepidemicus wurde häufig aus Tracheobronchialsekreten (4 von 10 Proben) und Lungenproben (9 von 23 Proben) isoliert. Dieser Nachweis gelang bei elf Fohlen mit einer eitrigen, granulomatösen und/oder pyogranulomatösen bis nekrotisierenden Pneumonie oder einer eitrigen Bronchopneumonie verbunden. In sechs Fohlen war der Sc. equi ssp. zooepidemicus-Nachweis mit einer R. equi-Infektion kombiniert. Ein weiteres Ziel dieser Studie war es, festzustellen, ob die klinischen Befunde die Unterscheidung von interstitiellen und nodulären Pneumonien ermöglichen. Fohlen mit interstitieller Pneumonie zeigten neben einem akuten Auftreten hochgradiger Dyspnoe und Fieber wenig klinische Befunde. Bei Fohlen mit nodulärer Pneumonie traten Nasenausfluss, bei Auskultation Knistern und Rasseln der Lunge, sowie Rasseln in der Luftröhre, vergrößerte Lymphknoten, Husten und bei 42% der Tiere akute Atemnot auf. Die Auswertung der sonographischen Untersuchung zeigte, dass Fohlen, bei denen Kometenschweife-Artefakte beobachtet wurden, eine interstitielle Pneumonie zeigen, in denen meistens P. carinii identifiziert wurde. Fohlen mit nodulären, hypo- bis hyperechoreichen Lungen-Areale bei der Ultraschalluntersuchung der Lunge wiesen pathomorphologisch eine eitrige, granulomatöse und/oder pyogranulomatöse bis nekrotisierende Lungenentzündung oder eine eitrige Bronchopnuemonie auf, in denen meistens R. equi nachgewiesen werden konnte. Obwohl die Ultraschall-Ergebnisse nicht immer dem pathomorphologischen Befund entsprechen, stellt diese Untersuchung eine sehr gute Methode zur frühzeitigen Diagnose interstitieller Pneumonien und nodulärer Veränderungen der Atemwege des Fohlens dar.

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Retteg Pauls, Stephanie: Retrospective clinical and pathomorphological evaluation of pneumonias in foals with selected immunohistochemical investigations. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

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