Interstitielles Lungenödem:
Für die verschiedenen Versuchsgruppen ist der prozentuale Anteil der unterschiedlichen Schweregrade des interstitiellen Lungenödems, welches sich in einer Verdickung der interlobulären Septen ausdrückt, in Abbildung 14 dargestellt.
In allen drei Gruppen zeigte der größte Anteil der Tiere ein geringgradiges Lungenödem. Bei der Schädelhirntrauma-Gruppe war keines der Tiere unauffällig.
Der geringste Anteil mittel- bis hochgradiger Veränderungen und der größte Anteil an Tieren ohne besonderen Befund befand sich in der Fraktur-Schock-Gruppe, während in der Polytrauma-Gruppe der größte Anteil mittel- bis hochgradig ödematisierter Lungen zu finden war (n.s.). Abbildung 16 und Abbildung 17 zeigen beispielhafte Darstellungen dieser histologischen Befunde.
Abbildung 14: Interstitielles Lungenödem. Dargestellt sind die prozentualen Anteile folgender Bewertungskategorien bezüglich des Lungenödems pro Versuchsgruppe: 0 = ohne besonderen Befund, 1 = geringgradige Veränderungen, 2 = mittel- bis hochgradige Veränderungen; SHT = Schädelhirntrauma (n = 9), F+S = Fraktur und Schock (n = 10), PT = Polytrauma (n = 10)
Infiltration neutrophiler Granulozyten in die Lunge:
In Abbildung 15 sind die prozentualen Anteile der verschiedenen Schweregrade der Infiltration von neutrophilen Granulozyten in das Lungengewebe der drei Versuchsgruppen dargestellt. Alle Lungen waren wenigstens geringgradig mit neutrophilen Granulozyten infiltriert, so dass in keiner Versuchsgruppe eine Lunge mit dem Wert „0“ (ohne besonderen Befund) beurteilt wurde. Bei der Polytrauma-Gruppe wies die Hälfte der Lungen sogar eine mittel- bis hochgradige Granulozyteninfiltration auf, während der geringste Anteil mittel- bis hochgradig granulozyteninfiltrierter Lungen in der Fraktur-Schock-Gruppe zu finden war (n.s.). In Abbildung 16 und Abbildung 17 sind histologische Präparate von in unterschiedlichem Grad mit Granulozyten infiltrierten Lungen beispielhaft dargestellt.
Abbildung 15: Granulozyteninfiltration in die Lunge. Dargestellt sind die prozentualen Anteile folgender Bewertungskategorien pro Versuchsgruppe: 0 = ohne besonderen Befund, 1 = geringgradige Granulozyteninfiltration, 2 = mittel- bis hochgradige Granulozyteninfiltration;
SHT = Schädelhirntrauma (n = 9), F+S = Fraktur und Schock (n = 10), PT = Polytrauma (n = 10)
Abbildung 16: Histologisches Präparat einer Lunge: geringgradiges Lungenödem, geringgradige Infiltration von neutrophilen Granulozyten (Fraktur-Schock-Gruppe);
H.E.-Färbung, 200fache Vergrößerung, Messbalken: 100 µm
Abbildung 17: Histologisches Präparat einer Lunge: hochgradiges Lungenödem, hochgradige Infiltration von neutrophilen Granulozyten (Polytrauma-Gruppe); H.E.-Färbung, 200fache Vergrößerung, Messbalken: 100 µm
5.4.2 Leber Leberödem:
Abbildung 18 zeigt die prozentualen Anteile der verschiedenen Schweregrade des interstitiellen Leberödems innerhalb der Versuchsgruppen, welches sich als Erweiterung der Lebersinusoide darstellte. In allen drei Gruppen überwogen die Lebern mit geringgradiger Ödematisierung. Der größte Anteil an unauffälligen Lebern befand sich in der Schädelhirntrauma-Gruppe. Die meisten mittel- bis hochgradig veränderten Lebern waren in der Fraktur-Schock-Gruppe zu finden. Innerhalb der Polytrauma-Gruppe gab es ausschließlich veränderte Lebern (n.s.).
Abbildung 18: Leberödem. Dargestellt sind die prozentualen Anteile folgender Bewertungskategorien bezüglich des Leberödems pro Versuchsgruppe: 0 = ohne besonderen Befund, 1 = geringgradige Veränderungen, 2 = mittel- bis hochgradige Veränderungen;
SHT = Schädelhirntrauma (n = 9), F+S = Fraktur und Schock (n = 10), PT = Polytrauma (n = 10)
Eine beispielhafte Darstellung einer Leber ohne besonderen Befund befindet sich in Abbildung 19, während Abbildung 20 den histologischen Befund eines hochgradigen Leberödems zeigt.
Abbildung 19: Histologisches Präparat einer Leber: ohne besonderen Befund (Schädelhirntrauma-Gruppe); H.E.-Färbung, 200fache Vergrößerung, Messbalken: 100 µm
Abbildung 20: Histologisches Präparat einer Leber: hochgradiges Leberödem (Polytrauma-Gruppe); H.E.-Färbung, 200fache Vergrößerung, Messbalken: 100 µm
Infiltration neutrophiler Granulozyten in die Leber:
Eine graphische Darstellung der Infiltration neutrophiler Granulozyten in das Lebergewebe befindet sich in Abbildung 21.
In keiner der Versuchsgruppen konnte eine mittel- bis hochgradige Granulozyteninfiltration festgestellt werden. Sowohl bei der Fraktur-Schock-Gruppe als auch bei der Polytrauma-Gruppe war jedoch die Hälfte der Lebern geringgradig mit neutrophilen Granulozyten infiltriert. In der Schädelhirntrauma-Gruppe war der Anteil geringer (n.s.).
Abbildung 21: Granulozyteninfiltration in das Lebergewebe. Dargestellt sind die prozentualen Anteile folgender Bewertungskategorien pro Versuchsgruppe: 0 = keine Granulozyteninfiltration, 1 = geringgradige Granulozyteninfiltration, 2 = mittel- bis hochgradige Granulozyteninfiltration; SHT = Schädelhirntrauma (n = 9), F+S = Fraktur und Schock (n = 10), PT = Polytrauma (n = 10)
Ins Lebergewebe infiltrierte Granulozyten sind exemplarisch in Abbildung 23 histologisch dargestellt.
Hydropische Degeneration:
Abbildung 22 zeigt die prozentuale Verteilung der Schweregrade der hydropischen Degeneration der Lebern in den verschiedenen Versuchsgruppen, die sich als Zellschädigung mit vermehrter Flüssigkeitsansammlung im Zytoplasma darstellt. Es wurde ein signifikanter Unterschied festgestellt (p = 0,017). In der Schädelhirntrauma-Gruppe und der Polytrauma-Gruppe gab es keine mittel- bis hochgradigen Veränderungen, Lebern mit geringgradigen Veränderungen überwogen über unauffällige Lebern, wobei in der Polytrauma-Gruppe mehr Lebern eine geringgradige Degeneration aufwiesen als in der Schädelhirntrauma-Gruppe. In der Fraktur-Schock-Gruppe hingegen war die Hälfte der Lebern mittel- bis hochgradig hydropisch degeneriert. Eine beispielhafte Darstellung einer hochgradigen hydropischen Degeneration der Leber eines der Tiere der Fraktur-Schock-Gruppe befindet sich in Abbildung 24.
Abbildung 22: Hydropische Degeneration der Leber. Dargestellt sind die prozentualen Anteile der folgenden Bewertungskategorien bezüglich der hydropischen Leberdegeneration pro Versuchsgruppe: 0 = ohne besonderen Befund, 1 = geringgradige Veränderungen, 2 = mittel- bis hochgradige Veränderungen, SHT = Schädelhirntrauma (n = 9), F+S = Fraktur und Schock (n = 10), PT = Polytrauma (n = 10); (p = 0,017)
Abbildung 23: Histologisches Präparat einer Leber: Granulozyteninfiltration (Polytrauma-Gruppe); H.E.-Färbung, 400fache Vergrößerung, Messbalken: 50 µm
Abbildung 24: Histologisches Präparat einer Leber: hochgradige hydropische Degeneration (Fraktur-Schock-Gruppe); H.E.-Färbung, 200fache Vergrößerung, Messbalken: 100 µm
5.4.3 Milz Nekrose:
Nekrotische Veränderungen wurden in der Milz bei keinem der Tiere festgestellt.
Abgrenzung der weißen von der roten Milzpulpa:
Hinsichtlich der Abgrenzbarkeit der weißen von der roten Milzpulpa ergaben sich hochsignifikante Unterschiede zwischen den verschiedenen Versuchsgruppen (p = 0,006). Sie sind in Abbildung 25 graphisch dargestellt. Lediglich in der Schädelhirntrauma-Gruppe gab es Tiere, bei denen die weiße Milzpulpa von der roten abgrenzbar war. Sowohl in der Fraktur-Schock-Gruppe als auch in der Polytrauma-Gruppe zeigten alle Tiere einen Verlust dieser Abgrenzung.
Abbildung 25: Abgrenzbarkeit der weißen von der roten Milzpulpa. Dargestellt sind die prozentualen Anteile der folgenden Bewertungskategorien pro Versuchsgruppe:
0 = abgrenzbar, 1 = nicht abgrenzbar; SHT = Schädelhirntrauma (n = 9), F+S = Fraktur und Schock (n = 10), PT = Polytrauma (n = 10), (p = 0,006)
Beispielhafte histologische Präparate der Milz, die in Abbildung 26 und Abbildung 27 dargestellt sind, zeigen eine gute Abgrenzbarkeit der weißen von der roten Milzpulpa bzw. deren Verlust.
Abbildung 26: Histologisches Präparat einer Milz: gut Abgrenzung der weißen von der roten Milzpulpa, weiße Pulpa gefüllt (Schädelhirntrauma-Gruppe); H.E.-Färbung, 40fache Vergrößerung, Messbalken: 500 µm
Abbildung 27: Histologisches Präparat einer Milz: Verlust der Abgrenzbarkeit der weißen Milzpulpa (Polytrauma-Gruppe); H.E.-Färbung, 40fache Vergrößerung, Messbalken: 500 µm
Fülle der weißen Milzpulpa:
Parallel zum Verlust der Abgrenzbarkeit der weißen Milzpulpa ist diese bei der Fraktur-Schock-Gruppe als auch bei der Polytrauma-Gruppe nicht gut gefüllt. Wie in Abbildung 28 graphisch dargestellt, war normal gefüllte weiße Milzpulpa nur bei Tieren der Schädelhirntrauma-Gruppe zu finden. Diese Unterschiede sind zwar nicht signifikant, zeigen jedoch eine Tendenz (p = 0,092).
Abbildung 28: Fülle der weißen Milzpulpa. Dargestellt sind die prozentualen Anteile der folgenden Bewertungskategorien bezüglich der Fülle der weißen Milzpulpa pro Versuchsgruppe: 0 = normal gefüllt, 1 = wenig gefüllt; SHT = Schädelhirntrauma (n = 9), F+S = Fraktur und Schock (n = 10), PT = Polytrauma (n = 10)
5.4.4 Niere
Fülle der Glomeruli und Infiltration von neutrophilen Granulozyten in die Niere:
Es konnten bei keinem Tier Veränderungen bezüglich der Fülle der Glomeruli und der Infiltration von Granulozyten in die Niere festgestellt werden.
5.4.5 Gehirn
5.4.5.1 H.E.-Färbung
Anhand der Übersichtsfärbung mit H.E. wurde der entstandene Hirnschaden morphologisch untersucht. Es ließen sich bei den Tieren, bei denen ein Schädelhirntrauma induziert worden war (Schädelhirntrauma-Gruppe und Polytrauma-Gruppe), regelmäßig Kavitäten oder ein aufgelockerter geschädigter Gewebebereich in der Gehirnrinde nachweisen, die zumeist auf die oberen Cortexschichten beschränkt waren. Dabei wurden die größten Schädigungen bis hin zu Substanzverlusten in den medialen und lateralen Randgebieten im Bereich der maximalen Traumaausprägung, die sich etwa bei Bregma -1,8 mm befand, beobachtet (Abbildung 29). Vereinzelt kamen auch Kavitäten vor, die bis in die tiefen Cortexschichten hinein reichten. Diese waren regelmäßig über die beiden Versuchsgruppen verteilt. In der Anterior-Posterior-Ausdehnung erstreckte sich das Trauma etwa von Bregma -0,7 mm bis Bregma -2,9 mm.
Abbildung 29: Histologisches Präparat des linken Cortex (Traumaseite), H.E.-Färbung, 12,5fache Vergrößerung, Messbalken: 1000 µm; Schnitt durch den Bereich der maximalen Traumaausprägung; größte morphologische Veränderungen in den medialen und lateralen Randgebieten (Pfeile)
Für die weitere histopathologische Beurteilung wurden nun Gehirne ausgewählt, die durch einen weitgehend intakten Cortex gekennzeichnet waren, was eine vollständige Auswertung des Cortex ermöglichte. Jeweils drei Schnitte pro Tier aus
dem Zentrum der Kontusionszone wurden einer Messung der relativen Cortexdicke unterzogen.
Relative Cortexdicke:
Mit Hilfe der relativen Veränderung der Cortexdicke der linken Seite (Traumaseite) in Bezug zur Gegenseite sollte eine mögliche durch das Trauma ausgelöste ödematöse Cortexverdickung erfasst werden. Es lagen hochsignifikante Unterschiede zwischen den Versuchsgruppen vor, die in Abbildung 30 dargestellt sind (p = 0,008).
Abbildung 30: relative Cortexdicke der linken Seite im Vergleich zur rechten Seite. Dargestellt sind der Median, die 25%- und 75%-Quantile und die Spannweite. SHT = Schädelhirntrauma (n = 4), F+S = Fraktur und Schock (n = 4), PT = Polytrauma (n = 4). Zwischen folgenden Gruppen ergaben sich Signifikanzen: F+S und SHT (p = 0,037), F+S und PT (p = 0,010)
Die relative Cortexdicke betrug bei der Fraktur-Schock-Gruppe 1,00 ± 0,01, bei der Schädelhirntrauma-Gruppe 1,09 ± 0,03 und bei der Polytrauma-Gruppe 1,12 ± 0,06.
Daraus ergeben sich signifikante Unterschiede sowohl zwischen der Fraktur-Schock-Gruppe und der Polytrauma-Gruppe (p = 0,010) als auch zwischen der Fraktur-Schock-Gruppe und der Schädelhirntrauma-Gruppe (p = 0,037).
5.4.5.2 Nissl-Färbung
Bei der qualitativen Auswertung der Nissl-gefärbten Präparate des Cortex in der Region der maximalen Traumaausprägung wurden bei den Tieren, bei welchen ein Schädelhirntrauma induziert worden war (Schädelhirntrauma- und Polytrauma-Gruppe), teilweise deutliche Veränderungen hinsichtlich der kortikalen Zellstruktur festgestellt. So wurde ein Verlust der vertikalen Zellsäulenstruktur und ein ödematös aufgelockerter bis aufgelöster Zellverband beobachtet. Außerdem fiel eine deutliche Abnahme der Dichte vital erscheinender Neurone auf. Degenerative Veränderungen in Form einer tigrolytischen Rückbildung der Nissl-Schollen und pyknotische Zellkernverdichtungen konnten beobachtet werden. Verluste vital erscheinender Neurone waren auch in der Fraktur-Schock-Gruppe zu sehen.
Abbildung 31: Histologische Präparate des Cortex eines der Tiere der Polytrauma-Gruppe;
A: kontralaterale Seite mit gut erkennbarer vertikaler Zellsäulenstruktur, B: Die Traumaseite zeigt hochgradige Veränderungen hinsichtlich der Zellstruktur mit einem deutlich aufgelockerten Zellverband und Abnahme vital erscheinender Neurone. Nissl-Färbung, 100fache Vergrößerung, Messbalken: 100 µm
Bei der Beurteilung des Hippocampus wurde das Hauptaugenmerk auf hypoxie- und traumaempfindliche Regionen des Cornu amonis (CA) gerichtet. In der CA3-Region der Traumaseite konnten Veränderungen in Form von teilweise hochgradig geschädigten Neuronen beobachtet werden (Abbildung 32).
Abbildung 32: Histologische Präparate des Hippocampus (CA3-Region), A) ohne besonderen Befund (Fraktur-Schock-Gruppe) B) hochgradige Neuronenschäden (Polytrauma-Gruppe);
Nissl-Färbung, 200fache Vergrößerung, Messbalken: 50 µm
Auch auf der kontralateralen Seite und bei den Tieren der Fraktur-Schock-Gruppe wurden geringgradige Veränderungen dieser Art gesehen. In der CA1-Region konnten lediglich bei einem Tier der Polytrauma-Tiere Abweichungen festgestellt werden, die beide Seiten betrafen, während im Gyrus dentatus ein Großteil der Tiere beidseitige geringgradige Veränderungen zeigte.
5.4.5.3 GFAP-Färbung
Die spezifische Anfärbung des sauren Gliafaserproteins, das einen der Hauptbestandteile des Zytoskeletts differenzierter Astrozyten darstellt und in reaktiven Astrozyten deutlich hochreguliert ist, diente der Beurteilung der Astrogliose im Cortex und im Hippocampus.
Bei der qualitativen Betrachtung fiel eine deutliche Hyperplasie und Hypertrophie der Astrozyten auf. Diese war im Cortex besonders an den medialen und lateralen Randzonen der Kontusion und in der darunter liegenden weißen Substanz entlang der Kraftlinien zu beobachten. Im Zentrum der Kontusion („contusion core“) erschien die reaktive Gliose deutlich schwächer und in den Gehirnen bzw. Gehirnhälften, bei denen kein Trauma induziert worden war, konnte man diesbezüglich fast keine abweichenden Befunde feststellen. Lediglich in der weißen Substanz waren GFAP-positive Astrozyten zu erkennen. Im Hippocampus dagegen zeigte sich sowohl in der Schädelhirntrauma-Gruppe als auch in der Polytrauma-Gruppe zum Teil eine deutliche beidseitige reaktive Gliose.
Um diese Veränderungen in Form einer astrozytären Gliareaktion zu quantifizieren, machte man sich zunutze, dass Astrozyten auf ein Trauma außer mit einer Hypertrophie auch mit einer Proliferation reagieren. In jeweils drei Schnitten je Versuchstier wurden im Bereich der maximalen Traumaausprägung in jeweils drei definierten Bereichen des Cortex bzw. vier definierten Regionen innerhalb des Hippocampus die GFAP-positiven Astrozyten pro Fläche in beiden Gehirnhälften ausgezählt. Die so erhaltene Astrozytendichte diente zur Quantifizierung der Hyperplasie der Astrozyten und somit der Beurteilung der posttraumatischen Schädigung. Abbildung 35 und Abbildung 38 zeigen beispielhaft die Ausprägungen und Verteilungsmuster der astrozytären Reaktionen im Seitenvergleich.
Astrozytendichte im Cortex:
Die Dichte der reaktiven Astrozyten im linken Cortex (Traumaseite) ist in Abbildung 33 dargestellt. Sie zeigte hochsignifikante Unterschiede zwischen den verschiedenen Gruppen (p < 0,001). Die größte Astrozytendichte wies mit 437 ± 28 Astrozyten/mm2 die Polytrauma-Gruppe auf. Es folgte die Schädelhirntrauma-Gruppe mit 345 ± 43 Astrozyten/mm2. In der Fraktur-Schock-Gruppe betrug sie 79 ± 16 Astrozyten/mm2.
Abbildung 33: Astrozytendichte im linken Cortex. Dargestellt sind der Median, die 25%- und 75%-Quantile und die Spannweite. SHT = Schädelhirntrauma (n = 4), F+S = Fraktur und Schock (n = 4), PT = Polytrauma (n = 4). Zwischen folgenden Gruppen ergaben sich signifikante Unterschiede: SHT und F+S (p < 0,001), SHT und PT (p = 0,007), F+S und PT (p < 0,001).
Aus der Astrozytendichte im linken Cortex ergaben sich hochsignifikante Unterschiede sowohl beim Vergleich der Schädelhirntrauma-Gruppe als auch der Polytrauma-Gruppe mit der Fraktur-Schock-Gruppe (p < 0,001). Die Unterschiede zwischen der Schädelhirntrauma-Gruppe und der Polytrauma-Gruppe waren ebenfalls hochsignifikant (p = 0,007).
Die Astrozytendichte im rechten (kontralateralen) Cortex, die in Abbildung 34 dargestellt ist, wies dagegen mit 89 ± 20 Astrozyten/mm2 bei der Fraktur-Schock-Gruppe, 90 ± 45 Astrozyten/mm2 bei der Schädelhirntrauma-Gruppe und 109 ± 27 Astrozyten/mm2 bei der Polytrauma-Gruppe keine signifikanten Unterschiede zwischen den Versuchsgruppen auf.
Abbildung 34: Astrozytendichte im rechten Cortex. Dargestellt sind der Median, die 25%- und 75%-Quantile und die Spannweite. SHT = Schädelhirntrauma (n = 4), F+S = Fraktur und Schock (n = 4), PT = Polytrauma (n = 4)
Der t-Test für Korrelationskoeffizienten (Pearson) ergab keine Korrelation zwischen der linken und rechten Seite des Cortex.
Abbildung 35: Histologische Präparate des rechten (A) und linken (B) Cortex (Bereich des Cingulums) der Schädelhirntrauma- (1), Fraktur-Schock- (2) und Polytrauma-Gruppe (3):
Dargestellt sind beispielhaft die unterschiedlichen Ausprägungen der Astrogliose im Seitenvergleich; Nissl-Färbung, 100fache Vergrößerung, Messbalken: 200 µm
Astrozytendichte im Hippocampus:
Im Hippocampus (CA1-, CA2- CA3-Region und Gyrus dentatus) traten bezüglich der Astrozytendichte auf der linken Seite (Traumaseite) hochsignifikante Unterschiede zwischen den Versuchsgruppen auf (p = 0,001). Die Ergebnisse sind in Abbildung 36 dargestellt. Die Astrozytendichte war in diesem Bereich in der Polytrauma-Gruppe mit 538 ± 70 Astrozyten/mm2 am höchsten, gefolgt von der Schädelhirntrauma-Gruppe mit 429 ± 65 Astrozyten/mm2 und der Fraktur-Schock-Gruppe mit 306 ± 26 Astrozyten/mm2.
Abbildung 36: Astrozytendichte im linken Hippocampus (Traumaseite). Dargestellt sind der Median, die 25%- und 75%-Quantile und die Spannweite. SHT = Schädelhirntrauma (n = 4), F+S = Fraktur und Schock (n = 4), PT = Polytrauma (n = 4). Zwischen folgenden Gruppen ergaben sich Signifikanzen: F+S und SHT (p = 0,040), F+S und PT (0,001).
Die Unterschiede bezüglich der Astrozytendichte im linken Hippocampus waren zwischen der Fraktur-Schock-Gruppe und der Schädelhirntrauma-Gruppe signifikant (p = 0,040) und zwischen der Fraktur-Schock-Gruppe und der Polytrauma-Gruppe hochsignifikant (p = 0,001). Der Vergleich der Schädelhirntrauma-Gruppe mit der Polytrauma-Gruppe ergab eine Tendenz (p = 0,068).
Auf der rechten Seite des Hippocampus (kontralaterale Seite) zeigte sich beim Vergleich der verschiedenen Versuchsgruppen bezüglich der Astrozytendichte eine Tendenz (p = 0,078). In der Polytrauma-Gruppe wurden 404 ± 54 Astrozyten/mm2 gezählt, in der Schädelhirntrauma-Gruppe 339 ± 67 und in der Fraktur-Schock-Gruppe 307 ± 31 Astrozyten/mm2. Eine graphische Darstellung befindet sich in Abbildung 37.
Abbildung 37: Astrozytendichte im rechten Hippocampus. Dargestellt sind der Median, die 25%- und 75%-Quantile und die Spannweite. SHT = Schädelhirntrauma (n = 4), F+S = Fraktur und Schock (n = 4), PT = Polytrauma (n = 4)
Es konnte eine enge Korrelation zwischen der linken und rechten Seite des Hippocampus festgestellt werden (Korrelationskoeffizient r = 0,861, p < 0,001)
Abbildung 38: Histologische Präparate der CA3-Region des rechten (A) und linken (B) Hippocampus der Schädelhirntrauma- (1), Fraktur-Schock- (2) und Polytrauma-Gruppe (3):
Dargestellt sind beispielhaft die unterschiedlichen Ausprägungen der Astrogliose;
GFAP-Färbung, 100fache Vergrößerung, Messbalken: 200 µm