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Volumen-computertomographische in-vivo-Untersuchung zum Schweregrad des Elastase-induzierten Lungenemphysems im Mausmodell

dc.contributor.advisorAndreas, Stefan Prof. Dr.de
dc.contributor.authorSchmonsees, Inade
dc.date.accessioned2012-04-16T17:26:27Zde
dc.date.available2013-01-30T23:50:44Zde
dc.date.issued2011-10-18de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B288-6de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-1093
dc.description.abstractZiel der vorliegenden Studie war die Erzeugung von Emphysemen unterschiedlichen Schweregrades im Mausmodell und deren anschließende Beurteilung mittels Flächendetektor-basierter Volumen-Computertomographie (fpVCT). Als Vergleichswerte dienten histologisch und biomechanisch erhobene Daten zu Dichte, Volumen und statischer Compliance der einzelnen Lungen. Die Emphyseminduktion gelang durch intratracheale Instillation von unterschiedlich hoch dosierter Pankreaselastase vom Schwein (Hochdosisgruppe: 1,2 U/100g Körpergewicht). Zu Beginn der Studie wurden 32 weibliche NMRI-Mäuse zufällig einer von vier Gruppen (Kontrollgruppe, ⅓-Dosis-Gruppe, ⅔-Dosis-Gruppe, Hochdosisgruppe) zugeteilt. Der Behandlungszeitraum erstreckte sich über 4 Wochen, in denen den Elastase-Mäusen fünfmal die jeweilige Dosis Pankreaselastase verabreicht wurde, während die Mäuse der Kontrollgruppe fünfmal mit reiner, Phosphat-gepufferter Salzlösung behandelt wurden. Für jede Behandlungseinheit mussten die Tiere zunächst mittels Isofluran anästhesiert und dann intubiert und beatmet werden, bevor die Elastase-Instillation über den Tubus erfolgen konnte. Nach einem behandlungsfreien Zeitraum von einer Woche wurden von allen Mäusen Flächendetektor-basierte Volumen-computertomographische Aufnahmen des Thorax angefertigt. Dies geschah ebenfalls unter Intubation und Beatmung, wobei eine Aufnahme mit einer am Tubus angebrachten Klemme und eine Aufnahme ohne Klemme (in Exspiration) erfolgte. Die rekonstruierten Datensätze wurden anschließend mit Hilfe eines digitalen Bildbearbeitungsprogrammes so segmentiert, dass lediglich das Lungenparenchym ohne knöchernen Thorax oder mediastinale Organe übrig blieb. Anhand dieser Daten wurde die Röntgenabschwächung des Gewebes, welche als Dichteäquivalent gelten soll, und das Volumen der Lungen berechnet. Wenige Tage nach den CT-Aufnahmen wurden die Tiere getötet. Die heraus-präparierten, noch vollständig entfalteten Lungen wurden zur ex-vivo-Volumenbestimmung in ein auf einer Waage stehendes Becherglas getaucht. Anschließend wurde durch Messung der entweichenden Luft die statische Compliance berechnet. Als letzter Schritt erfolgte die histologische Aufarbeitung des Gewebes mit nachfolgender Bestimmung des mean linear intercept (Lm) als histopathologisches Dichtekorrelat. Bei gemeinsamer Betrachtung aller für die Studie ermittelten Parameter zeigt sich eine deutliche Abhängigkeit der Ergebnisse von der applizierten Elastasedosis. Während sich für die Lungenvolumina eine positive Abhängigkeit zum Schweregrad des Emphysems ergab, wies die Dichte ein reziprokes Verhalten auf. Die zu erwartenden Dichteabnahmen konnten in der histologischen Bestimmung der mittleren Alveolarseptenabstände und durch die Messung der elastischen Rückstellkräfte bestätigt werden. Das Studienziel, Emphyseme unterschiedlicher Schweregrade zu erzeugen, wurde somit erreicht. Hinsichtlich Aussagekraft und Effizienz der Beurteilung von emphysematisch veränderten Mäuselungen durch Flächendetektor-basierte Volumen-Computertomographie soll zunächst die klare Bevorzugung der Aufnahmeform ohne am Tubus angebrachte Klemme (in Exspiration) herausgestellt werden. Diese wiesen eine insgesamt geringere Streuung der Messwerte auf und korrelierten hoch signifikant mit den histopathologisch ermittelten Daten. Zusammenfassend betrachtet, hat sich die fpVCT im Rahmen der hier vorgestellten Studie im direkten Vergleich zu etablierten, invasiven Standardverfahren als verlässliche Methode zur in-vivo-Emphysembeurteilung herausgestellt. Dringend benötigte, präklinische Langzeitstudien könnten mit Hilfe des hier vorgestellten Verfahrens ermöglicht werden. Die Limitierungen der Studie sind vor allem in der ungenügenden Geräteauflösung zu sehen, wodurch lediglich relative Dichte- und Volumenangaben gemacht werden können. Ferner wurden lediglich Volumen und Dichte der Lungen bestimmt, was dem heterogenen Krankheitsbild nur teilweise gerecht wird. Zur Mitbeurteilung der inflammatorischen Komponente könnte daher in Folgestudien eine zusätzliche Messung der Dicke der Atemwegswände erfolgen.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isogerde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de
dc.titleVolumen-computertomographische in-vivo-Untersuchung zum Schweregrad des Elastase-induzierten Lungenemphysems im Mausmodellde
dc.typedoctoralThesisde
dc.title.translatedIn vivo examination of the severity of elastase-induced emphysema in a mouse model by using volume computed tomographyde
dc.contributor.refereeMenke, Jan PD Dr.de
dc.date.examination2011-11-21de
dc.subject.dnb610 Medizin, Gesundheitde
dc.description.abstractengThe aim of the current study was to create lung emphysemas of different severities in a mouse model and their subsequent assessment using flat panel-based volume computed tomography (fpVCT). For comparison, histologic and biomechanical data density, volume, and static compliance were used, with each lung serving as its own reference. Induction of emphysema was achieved by intratracheal instillation of porcine pancreatic elastase at three different doses (maximum dose: 1,2 U/100 g bodyweight). At the beginning of the study, 32 female mice were randomized into 4 groups (control group, ⅓-dose-group, ⅔-dose-group, maximum dose-group). The treatment period covered 4 weeks in which elastase-treated mice received 5 instillations of the respective dose of pancreatic elastase, whereas control mice were treated with phosphate-buffered saline. For each treatment, the animals had to be anaesthetized with isoflurane, intubated intratracheally and ventilated before elastase installation into the trachea could occur via the tube. After a treatment-free period of one week, flat panel-based volume computed tomography scans of the thorax of all mice were taken. That occurred also following intubation and ventilation under two distinct conditions: One scan was taken with a clip on the tube and another was taken without (in expiration). The reconstructed data sets afterwards were segmented with a digital image-processing program in order to restrict the analysis to the lung parenchyma only, without osseous chest or mediastinal organs being left. On the basis of this data, the X-ray absorption by the tissue (which was to be regarded as an equivalent of the density) as well as the lung volume were calculated. A few days after the CT scans the animals were sacrificed. The dissected and still unfolded lungs were submersed in a water-filled beaker positioned on scales to determine the ex-vivo lung volume. Afterwards static lung compliance was determined by measuring the pressure fall upon allowing the air to escape following inflation of the lung. As a last step, histologic analysis of the tissue was performed by measuring the mean linear intercept (Lm) as a histologic equivalent for tissue density. Considering all parameters determined in this study, a clear dependence of the results on the applied elastase dose is obvious. Whereas lung volumes were positively related to the severity of the lung emphysema, the density showed a reciprocal relationship. The expected reduction in tissue density could be confirmed by determination of the mean linear intercept and by measurement of the elastic recoil. Thus, the study aim of creating emphysemas of different severities was achieved. With regard to the meaningfulness and efficacy of the assessment of the emphysematous mouse lungs by flat panel-based volume computed tomography, the clear superiority of the scans without clip on the tube should be pointed out. These scans showed less variance and correlated highly significantly with histopathologic data. In summary, in this study fpVCT has emerged as a reliable method for in-vivo assessment of emphysema in mice when compared with established invasive standard methods. Urgently needed preclinical long-term studies could become possible with the presented method. Limitations of the study can be found in the lack of resolution quality of the equipment which result in density- and volume data that can only be quoted as relative values. Furthermore, limiting the assessment to only lung volume and density only partially meets the requirements of the heterogeneous illness. For co-assessment of the inflammatory component, follow up studies could additionally assess, e.g., airway wall thickness.de
dc.contributor.coRefereeVirsik-Köpp, Patricia Prof. Dr.de
dc.subject.topicMedicinede
dc.subject.gerLungenmphysemde
dc.subject.gerfpVCTde
dc.subject.gerElastasede
dc.subject.englung emphysemade
dc.subject.engfpVCTde
dc.subject.engelastasede
dc.subject.bk44.61 und 44.64de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3187-8de
dc.identifier.purlwebdoc-3187de
dc.affiliation.instituteMedizinische Fakultätde
dc.subject.gokfullMED 410: Innere Medizin - Allgemein- und Gesamtdarstellungende
dc.subject.gokfullMED 371: Radiologiede
dc.identifier.ppn684527472de


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