Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Gewebsreaktionen auf Injektion des Flagellaten Trypanoplasma borreli in die Muskulatur genetisch verschiedener Karpfen

Borchardt, Martina

In order to observe tissue reactions on injection of the flagellate Trypanoplasma borreli into skeletal muscle of genetically different common carp, fish of a highly susceptible and a resistant carp line were inoculated with 5000 trypanoplasms per fish by intra muscular injection. This induced an infection with the blood flagellate. Previous studies showed that carp producing parasite specific antibodies were protected from infection with T. borreli. Specific antibodies are not determined in the serum of highly susceptible carp and infected fish died about three weeks after injection of the flagellate at a mortality rate of 100%. At this point of time however resistant carp show an increase in antibody production. These fish might be able to kill the parasite during the early phase of infection by unspecific cellular mechanisms. In order to monitor local cellular responses in muscle tissue of carp under T. borreli-infection, tissue samples from skeletal muscle of infected susceptible and resistant carp were collected at 4 hours, 1, 2, 4, 7, 10, 14, 18 and 22 days post infection (p.i.). In addition to infected carp tissue samples were taken from carp of both strains inoculated with PBS as well. Imprints from freshly collected muscle samples were prepared on microscope slides for differentiation and characterisation of leukocytes infiltrating the inflamed tissue. After that collected tissue samples were fixed for histology. In blood samples the number of parasites was determined. In contrast to infected carp of the resistant line, every fish of the susceptible carp line developed a parasitemia with a peak at day 22 after infection, at the end of the observation period. In histological preparations of muscle tissue from carp of both strains hyaline degeneration of traumatised muscle fibers caused by injection of T. borreli or PBS was observed at about four hours p.i.. Macrophages showed phagocytosis of necrotic tissue. At four days p.i. initial sarcoplasmic sprouting and proliferation of fibroblasts was found which led to a completely regenerated intact muscle tissue after 18 days following the injury. Neither the genetic difference of carp, nor the kind of injected pathogen showed influence on the capability of muscle regeneration. Concerning inflammation caused by intramuscular injection of the parasite or PBS, histopathological observations varied between infected and uninfected carp. After i.m.-injection of PBS carp of both strains showed similar kinetics of a developing local acute inflammation of low to medium grade. Initially high numbers of granulocytes were infiltrating the inflamed tissue, followed by monocytes and macrophages. At about four days p.i. lymphocytes were the prominent cells of leukocytic infiltration. These observations correlated with the distribution of leukocyte sub sets identified on imprints of muscle tissue. After eliminating of the noxious agents by unspecific cellular immune response, 18 days after infection signs of inflammation were no longer detected. Until the fourth day p.i. the kinetics of inflammation of susceptible and resistant carp infected with T. borreli were comparable with those found in carp inoculated with PBS. Seven days p.i. however infected resistant carp showed a manifestation of a general inflammation of low to medium grade, which declined at the end of investigation. It is likely that these fish were able to control the infection by temporal activation of pro- and anti-inflammatory cytokines, as described in mammals infected with trypanosoms. Infected highly susceptible carp developed a general inflammation of medium to high grade that was persisting until day 22 p.i.. These carp might have been incapable to switch the cytokine pattern from proinflammatory mediators to anti-inflammatory molecules during the subacute phase of infection, resulting in a persisting subacute inflammation.  

Um Gewebsreaktionen auf Injektion des Blutflagellaten Trypanoplasma borreli in die Muskulatur genetisch verschiedener Karpfen (Cyprinus carpio L.) beobachten zu können, wurden Tieren einer hochempfänglichen sowie einer resistenten Zuchtlinie jeweils 5.000 Trypanoplasmen intramuskulär injiziert und so eine Infektion induziert. Vorangegangene Studien ergaben, daß Karpfen, die parasitenspezifische Antikörper produzieren, vor T. borreli-Infektionen geschützt sind. Bei hochempfänglichen Karpfen können keine Antikörper im Serum nachgewiesen werden; diese Tiere sterben ab der dritten Woche nach einer Infektion bei einer Mortalitätsrate von 100%. Resistente Fische weisen dagegen zu diesem Zeitpunkt einen Anstieg des Antikörperspiegels auf. Vermutlich sind sie in der Lage, in der frühen Phase der Infektion ein Abtöten des Erregers durch unspezifische zelluläre Mechanismen zu bewirken. Um lokale zelluläre Reaktionen in der Muskulatur im Verlauf der Infektion verfolgen zu können, wurde jeweils 4 Stunden, 1, 2, 4, 7, 10, 14, 18 und 22 Tage post infectionem im Bereich der Injektionsstelle Muskelgewebe der infizierten Karpfen beider Zuchtlinien entnommen. Parallel dazu erfolgte die Entnahme von Muskulatur PBS-inokulierter Kontrollkarpfen. Vor der weiteren Aufbereitung für lichtmikroskopische histologische Untersuchungen wurden Tupfpräparate der frischen Schnittflächen des Muskelgewebes angefertigt und sowohl eine semiquantitative Bestimmung differenzierter Leukozyten, die an einer zellulären Infiltration des Gewebes beteiligt waren, sowie deren Charakterisierung durchgeführt. An den jeweiligen Stichtagen wurde außerdem die Parasitenzahl im Blut der Karpfen ermittelt. Im Gegensatz zu den infizierten Fischen der resistenten Linie entwickelten alle infizierten Tiere des empfänglichen Stammes eine Parasitämie, deren Maximum an Tag 22 p.i. zu Versuchsende erreicht war. Alle untersuchten Karpfen zeigten etwa vier Stunden p.i. eine hyaline Degeneration der durch die Injektion traumatisierten Muskelfasern. Nach Phagozytose nekrotischen Muskelgewebes durch Makrophagen begannen etwa vier Tage p.i. erste regenerative Prozesse, die nach 18 Tagen zu einer nahezu vollständigen Wiederherstellung der geweblichen Kontinuität führten. Weder die genetische Differenz der Karpfen noch die Art des injizierten Agens hatten somit einen Einfluß auf das gute Regenerationsvermögen des Muskelgewebes. Abweichende histopathologische Befunde waren hinsichtlich der Entzündung zu verzeichnen, die sich im Verlauf der Infektion in unterschiedlichem Grad und Ausmaß im Muskelgewebe der Karpfen entwickelte. Bei den Kontrollfischen beider Zuchtlinien konnte nach intramuskulärer Injektion von PBS eine ähnliche Kinetik der lokalen gering- bis mittelgradigen akuten Entzündung festgestellt werden. Hyperämisches und ödematisiertes Gewebe war durch eine leukozytäre Infiltration gekennzeichnet, bei der initial Granulozyten, dann Monozyten / Makrophagen und ab etwa dem vierten Tag p.i. überwiegend Lymphozyten dominierten. Eine Übereinstimmung mit diesen Verhältnissen ließ sich anhand differenzierter Leukozyten auf den Tupfpräparaten nachvollziehen. Nach Eliminierung der entzündungsauslösenden Noxen durch unspezifische zelluläre Immunreaktionen war bereits 18 Tage p.i. kein Anzeichen einer entzündlichen Veränderung mehr festzustellen. Bis Tag 4 p.i. konnte ein weitgehend identischer Verlauf bei Kontrollen und infizierten Karpfen beider Zuchtlinien beobachtet werden. Ab Tag 7 p.i. jedoch manifestierte sich bei den infizierten resistenten Tieren eine generalisierte gering- bis mittelgradige Entzündung, die sich zum Tag 22 p.i. hin verringerte. Vermutlich gelang es den Karpfen, die Infektion durch temporäre Aktivierung pro- und anti-inflammatorischer Zytokine, wie sie bei Trypanosomeninfektionen der Säugetiere beschrieben ist, zu kontrollieren. Empfängliche Fische, die bis zum Ende des Untersuchungszeitraumes eine persistierende, generalisierte mittel- bis hochgradige Entzündung zeigten, waren möglicherweise nicht in der Lage, diese Umstellung des Zytokinmusters zu koordinieren und somit weder die Parasitämie noch eine Ausdehnung der Entzündung zu kontrollieren.  

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Borchardt, Martina: Gewebsreaktionen auf Injektion des Flagellaten Trypanoplasma borreli in die Muskulatur genetisch verschiedener Karpfen. Hannover 2002. Tierärztliche Hochschule.

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