Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Effekte skrotaler Hyperthermie auf die Perfusion sowie auf histologische und immunhistochemische Merkmale des caninen Hodens und Nebenhodens

Herr, Annika

The aim of the present study was to evaluate the effect of a mild hyperthermia induction for a period of 48 hours on the canine testis and epididymidis. Therefore, testes of seven dogs were heated using a jockstrap which resulted in an increase of the temperature up to 35.8°C in the first period respectively up to 35.9°C in the second period of hyperthermia. For four weeks, all dogs underwent a control period in which ultrasound was performed once a week. The parameters measured included systolic peak velocity (SPV), resistance index (RI), and pulsatility index (PI). Morphological examinations of the testes were performed twice within these four weeks. After this control period the first hyperthermia of the testes was induced in the seven dogs. In the following nine weeks ultrasound and morphological examinations were performed more frequently. At the end of this period two of the seven dogs were castrated. The residual five dogs underwent a second period of hyperthermia induction (48 hours) and were castrated after ten (three dogs) and 40 days (two dogs), respectively. Additionally, a control group of three dogs was castrated after four weeks without undergoing any period of hyperthermia. Immediately after castration the testes and epididymidis were dissected into three pieces (cranial, midst, caudal) and fixed in formalin (4%). DNA fragmentation during apoptosis was identified by TUNEL method and apoptotic cells were detected immunohistochemically by activated caspase-3. Furthermore, H.E. staining was used to identify signs of degeneration in the tissue. Proliferation was determined by the Ki-67 method. Immediately after removal of the jockstrap a mild scrotal edema was detected for a time period of maximum 24 hours. Additionally, some dogs showed redness and excoriation. Morphological parameters of testis and epididymidis did not reveal any changes due to hyperthermia induction. Based on the detection of physiological intra- and interindividual variability of blood flow by dopplersonography a temperature-depending change in SPV, RI, and PI could not be verified. HE-staining of the testis revealed dead cell material and cells with vacuoles. All other signs of degeneration were barely found. This leads to the assumption that those cells underwent vacuolic degeneration which can finally end up in necrosis. An increase of apoptotic cells was found in the testes of the seven dogs using TUNEL and caspase-3. The highest amount of caspase-3 positive cells was found nine weeks after the first period of hyperthermia, whereas more TUNEL-positive cells were found ten and 40 days after the second period of hyperthermia. Thus, following the second period of hyperthermia more cells died due to necrosis rather than apoptosis. Furthermore, the counting of apoptotic cells per seminiferous tubules seemed to be more reliable than counting per sertoli cells. Using the Ki-67 method it could be shown that counting cells per 50 tubules respectively per 100 sertoli cells revealed divergent results. Counting per 50 tubules showed an increase in proliferating spermatogonia in all animals with induced hyperthermia. After counting per 100 sertoli cells the control group and all animals which underwent hyperthermia twice showed nearly identical results whereas the dogs castrated nine weeks after one period of hyperthermia showed a decreased proliferation. The results of the present study demonstrate that dogs tolerate a mild heat stimulus over a period of 48 hours without any changes in the scrotal morphology and perfusion. In contrast to this, certain signs of histological changes including an increase of apoptotic cells as well as a decrease of the proliferation rate were evident. Those histological changes seem to be reversible.

Ziel der vorliegenden Studie war es, die Empfindlichkeit des caninen Hodens und Nebenhodens auf einen moderaten 48-stündigen Temperaturstimulus zu prüfen. Hierzu wurden die Hoden von sieben Hunden mit Hilfe eines Suspensoriums, bestehend aus einem äußeren Gehäuse aus thermoplastischem Kautschuk, einer Babysocke und Watte, umgeben. Es wurde eine Temperaturerhöhung um durchschnittlich 3,7°C auf 35,8°C in der ersten Hyperthermiephase sowie um 3,8°C auf 35,9°C in der zweiten Hyperthermiephase erreicht. Während einer vierwöchigen Kontrollperiode wurden zweimalig eine morphologische Untersuchung sowie einmal wöchentlich eine farbkodierte dopplersonographische Untersuchung (Messung der SPV, des RI und des PI) durchgeführt. Im Anschluss an den Temperaturstimulus wurde die Untersuchungsfrequenz erhöht. Die Kontrolltiere wurden nach vier Wochen kastriert. Bei 2 Tieren erfolgte die Kastration neun Wochen nach einmaliger Wärmeapplikation, sowie bei 3 und 2 Rüden zehn bzw. 40 Tage nach einer zweiten Wärmeapplikation. Drei weitere Hunde wurde als Kontrolltiere keinem skrotalen Temperaturstimulus ausgesetzt. Bei diesen Tieren erfolgt eine Kastration nach 4 Wochen. Die Hoden und Nebenhoden wurden in drei Segmente (kranial, Mitte, kaudal) unterteilt und in Formalin (4%) fixiert. Nach der histologischen Aufbereitung der Organe in Paraffinblöcke wurden diese auf 2 μm Dicke geschnitten und für histologische und immunhistochemische Untersuchungen gefärbt. Als Verfahren kamen die HE-Färbung, das TUNEL-Verfahren, der Nachweis aktivierter Caspase-3 und der Nachweis des Ki-67 Antigens zur Anwendung. Unmittelbar nach Entfernung des Suspensoriums war über einen Zeitraum von maximal 24 Stunden eine leichte Ödematisierung des Skrotums feststellbar. Einige Hunde zeigten zusätzlich Rötung und Scheuerstellen. Alle morphologischen Hoden- und Nebenhodenparameter wiesen in Bezug auf die Wärmeapplikation keine Veränderungen auf. Aufgrund der gemessenen physiologischen intra- und interindividuellen Variabilität des Blutflusses mittels Dopplersonographie ließ sich keine dem Temperaturstimulus zuzuordnende Veränderung nachweisen. Dies gilt sowohl für die SPV als auch für den RI und PI. In den HE-gefärbten Hodenpräparaten waren mit Ausnahme einzelner Tubulusepithelzellen mit vakuoliger Degeneration und Hodentubuli mit Zelldebris keine degenerativen Gewebeveränderungen mit Bezug zur skrotalen Hyperthermie  zu finden. Die vakuolige Degeneration stellt möglicherweise eine reversible Schädigung des Keimepithels durch den Temperaturstimulus dar, welche aber auch zur Nekrose einzelnen Zellen führen kann. Die beiden zur Darstellung von apoptotischen Zellen verwendeten Verfahren, TUNEL und Nachweis der aktivierten Caspase-3, lieferten unterschiedliche Ergebnisse mit einer klaren Tendenz vermehrt positiver Zellen bei behandelten Tieren im Gegensatz zur Kontrollgruppe. Auch die beiden verwendeten Auszählmethoden (pro 100 Sertolizellen und pro 50 Hodentubuli) lieferten nicht ganz übereinstimmende Ergebnisse. Der Auswertung pro 50 Hodentubuli ist der Vorzug zu geben, da diese genauer definierte Voraussetzungen bietet, als die Auswertung pro 100 Sertolizellen. Generell scheint es, dass ein einmaliger Temperaturstimulus neun Wochen nach diesem immer noch eine vermehrte Anzahl apoptotischer Zellen hervorbringt, es aber nach einem zweiten Stimulus eher zu nekrotischen Veränderungen im Keimepithel des Hundehodens kommt. Auch im Nebenhodenbereich zeigten sich hauptsächlich vakuolige Veränderungen, hier vor allem im Nebenhodentubulusepithel. Mithilfe der Ki-67-Methode konnte ebenfalls gezeigt werden, dass eine Auszählung pro 50 Tubuli und pro 100 Sertolizellen unterschiedliche Ergebnisse liefert. So stieg in der Auswertung pro 50 Tubuli die Proliferation kompensatorisch bei allen wärmebehandelten Tieren im Gegensatz zur Kontrollgruppe an. Nach Auszählung von 100 Sertolizellen hingegen zeigte sich eine reduzierte Proliferation neun Wochen nach einmaliger Wärmeappliaktion. Zusammenfassend konnte festgestellt werden, dass die Hoden und Nebenhoden des Hundes einen moderaten Temperaturstimulus während einer Periode von 48 Stunden ohne makromorphologische Auffälligkeiten im Bereich der Hoden kompensieren. Es kommt weder zu einer Schwellung noch zu von der Norm anweichenden Befunden hinsichtlich Lage, Form und Konsistenz. Auf histologischer Ebene zeigten sich reversiblen Veränderungen sowohl der Hoden, als auch der Nebenhoden.

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Herr, Annika: Effekte skrotaler Hyperthermie auf die Perfusion sowie auf histologische und immunhistochemische Merkmale des caninen Hodens und Nebenhodens. Hannover 2010. Tierärztliche Hochschule.

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