Aus der Klinik für Pferde
und
dem Institut für Pharmakologie, Toxikologie und Pharmazie der Tierärztlichen Hochschule Hannover
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Untersuchung der Leukotrienwirkung am Pferdebronchus
mittels „precision-cut lung slices“ (PCLS)
INAUGURAL-DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer
Doktorin der Veterinärmedizin (Dr. med. vet.)
durch die
Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von Barbara Schwalfenberg
aus Velbert
Hannover 2007
Wissenschaftliche Betreuung: Univ.- Prof. B. Ohnesorge
Univ.- Prof. M. Kietzmann
1. Gutachter: Univ.- Prof. B. Ohnesorge Univ.- Prof. M. Kietzmann 2. Gutachter: Univ.- Prof. F.- J. Kaup
Tag der mündlichen Prüfung: 31.05.2007
Meiner lieben Familie
Inhaltsverzeichnis
I Einleitung 1
II Literaturübersicht 2
2.1 Anatomische Grundlagen 2
2.1.1 Anatomie der Lunge und des Bronchialbaumes 2
2.1.2 Histologischer Aufbau 2
2.1.3 Gefäßversorgung und Innervation des Atmungstraktes 4
2.1.4 Bronchokonstriktion 4
2.1.5 Physiologische Regulation des Bronchotonus 5
2.1.5.1 Nervale Regulation 5
2.1.5.1.1 Parasympathische Regulation 5
2.1.5.1.2 Sympathische Regulation 6
2.1.5.2 Nicht-adrenerges nicht-cholinerges System, Neuropeptide 7
2.1.5.2.1 eNANC 8
2.1.5.2.2 iNANC 9
2.1.5.3 Modulation durch das Atemwegsepithel 11 2.1.5.4 Modulation durch Entzündungsreaktionen 11
2.2 Obstruktive Atemwegerkrankungen 12
2.2.1 Humane COPD und Asthma bronchiale - Begrifflichkeiten 13 2.2.2 Chronisch obstruktive Bronchitis (COB) des Pferdes 13
2.2.2.1 Ätiologie 17
2.2.2.2 Pathogenese 17
2.2.2.3 Diagnostik und klinische Symptomatik 19
2.2.2.3.1 klinische Untersuchung 19
2.2.2.3.2 Bronchoskopie 20
2.2.2.3.3 Tracheobronchialsekret-Analyse 20
2.2.2.3.4 Blutgasanalyse 21
2.2.2.4 Pathologische Veränderungen bei COB 22
2.2.2.5 Therapie der equinen COB 23
2.2.2.5.1 Haltungsmanagement 23
2.2.2.5.2 Anti-inflammatorische Therapie 23
2.2.2.5.3 Bronchodilatatoren 24
2.2.2.5.4 Sekretolytika, Sekretomotorika, Mukolytika und 26
Hyperinfusionstherapie 2.3 Experimentelle Diagnostik 26
2.3.1 In-vivo-Untersuchungen 26
2.3.1.1 Provokationstests beim Menschen 26
2.3.1.2 Histamin-Inhalations-Provokationstest beim Pferd 27
2.3.1.3 Bronchoprovokation mittels Metacholin 28
2.3.2 In-vitro-Untersuchungen 29
2.3.2.1 Trachealmuskulatur 29
2.3.2.2 Isolierte Bronchien 29
2.3.2.3 Lungenparenchym 30
2.3.2.4 Präzisionslungenschnitten, precision-cut lung slices (PCLS) 30 2.4 Leukotriene 34
2.4.1 Stoffgruppe, Biosynthese, Stoffwechsel 34
2.4.2 Rezeptoren 37
2.4.3 Leukotriene und Entzündung 37
2.4.4 Leukotriene und Atemwege 39
2.4.4.1 In-vivo-Untersuchungen 39
2.4.4.2 In-vitro-Untersuchungen 41
2.5 Pharmakologische Beeinflussung der Leukotriene 44 2.5.1 Lipoxygenasehemmer 47
2.5.2 Leukotrienrezeptor-Antagonisten 48
III Eigene Untersuchungen 50
3.1 Material und Methode 50
3.1.1 Reagenzien und Geräte 50
3.1.1.1 Geräte 50
3.1.1.2 Verbrauchsmaterialien 50
3.1.1.3 Reagenzien 50
3.1.1.4 Medikamente 51
3.1.1.5 Medium und Lösungen 51
3.1.2 Probanden 51
3.1.3 Allgemeiner Versuchsablauf 53
3.1.3.1 Klinische Untersuchung 53
3.1.3.1.1 Klinische Allgemeinuntersuchung 53
3.1.3.1.2 Spezielle klinische Untersuchung 54
3.1.3.1.3 Endoskopie der Atemwege 54
3.1.3.1.4 Tracheobronchialsekret-Analyse 55
3.1.3.1.5 Blutgasanalyse 55
3.1.4 Euthanasie und Entnahme des Lobus accessorius 55
3.1.5 Herstellen der PCLS 56
3.1.5.1 Herstellen der Agarosemischung 56
3.1.5.2 Befüllen des Lobus accessorius 57 3.1.5.3 Schneiden der PCLS und Auswaschen der Agarose 57 3.1.6 Pharmakologische Versuche an equinen PCLS 58
3.1.6.1 Versuchsaufbau 58
3.1.6.2 Herstellung der Lösungen 59
3.1.6.3 Vorversuche zur Ermittlung der einzusetzenden MK-571-Konzentration 60
3.1.6.4 Versuchsdurchführung 63
3.1.6.5 Prüfung der Vitalität vor Versuchsbeginn 65
3.1.7 Statistische Auswertung 66
3.1.7.1 Untersuchung auf den Einfluss einer COB-Erkrankung 67 3.1.7.2 Vergleich der Leukotrienwirkung bei gesunden und 67 an COB erkrankten Pferden
3.1.7.3 Vergleich der MK-571-Wirkung gesunder und 68 an COB erkrankter Pferde
3.2 Ergebnisse 69
3.2.1 Probanden 69
3.2.2 Bronchokonstriktion durch Leukotrien C4 70
3.2.3 Hemmung der Bronchokonstriktion durch MK-571 71 3.2.4 Untersuchung auf Veränderung der Kontraktionsbereitschaft („Ermüdung“) 76 3.2.5 Einfluss einer COB-Erkrankung auf die Kontraktilität der Bronchien 79 3.2.5.1 Vergleich der Leukotrienwirkung bei gesunden und 79 an COB erkrankten Pferden
3.2.5.2 Vergleich der MK-571-Wirkung bei gesunden und 83 an COB erkrankten Pferden
IV Diskussion 85
4.1 Anwendung der PCLS-Methodik an equinen Lungen 85
4.1.1 Probandengut 86
4.1.2 Herstellung und Mikroskopie der PCLS 87
4.1.3 Auswahlkriterien und Vitalitätsbestimung 89
4.2 Pharmakologische Versuche 90
4.2.1 Leukotrien C4-Wirkung und MK-571-Wirkung 90
4.2.1.1 Leukotrien C4-Wirkung 90
4.2.1.2 MK-571-Wirkung 92
4.2.2 Zusammenhang zwischen klinischem COB-Erkrankungsgrad 96 und Reagibilität der Bronchien in PCLS
4.2.2.1 Diagnose der COB 97
4.2.2.2 Zusammenhang zwischen klinischem 99 COB-Erkrankungsgrad und Leukotrien C4-Wirkung
4.3 Ausblick 102
V Zusammenfassung 104
VI Summary 106
VII Literaturverzeichnis 108
VIII Anhang 128
Abkürzungsverzeichnis
Abb Abbildung
ACE Angiotensin-converting enzyme
ACh Acetylcholin
AHR Airway hyperreactivity AUC area under the curve
BALF Broncho-alveolar lavage fluid
cGMP cyclischen Guanosinmonophosphat COB chronische obstructive Bronchitis COPD chronic obstructive pulmonary disease
COX-1 Cyclooxygenase-1
CysLT1 Cystenyl-Leukotrien-Rezeptor 1 CysLT2 Cystenyl-Leukotrien-Rezeptor 2
EC50 effektive Konzentration, die zu 50%igem Effekt führt EDRF endothelium-derived relaxing factor
EFS elektrische Feldstimulation EpDRF epithelium-derived relaxing factor
eNANC excitatory non-adrenergic non-cholinergic system FEV1 forciertes exspiratorisches Volumen / 1Sekunde FLAP Five-lipoxygenase activating protein
HIPT Histamin-Inhalations-Provokationstest iNANC inhibitory non-adrenergis non-cholinergic system IAD Inflammatory airway disease
IAR immediate allergic response
IL-8 Interleukin-8
LTA4 Leukotrien A4
LTB4 Leukotrien B4
LTC4 Leukotrien C4
LTD4 Leukotrien D4
LTE4 Leukotrien E4
MCh Metacholin
MRP-1 multidrug resistance-associated protein-1 nCOB negative-COB (0-3 Score-Punkte)
NEP neutrale Endopeptidase NK-1 Neurokininrezeptor-1 NK-2 Neurokininrezeptor-2
NKA Neurokinin A
NKB Neurokinin B
NO Stickstoffmonoxid
NSAIDs nicht-steroidale Antiphlogistika PAD peripheral airway disease pCOB positive COB (>4 Score-Punkte) PCLS precision-cut lung slices PGE2 Prostaglandin E2
RAD Reactive airway disease RAO Recurrent airway obstruction SAD Small airway disease
TBS Tracheobronchialsekret TNF-α Tumornekrosefaktor-α
γ-GL γ-Glutamylleukotrienase γ-GT γ-Glutamyltranspeptidase
5-HPETE 5-Hydroperoxy-Eicosatetraenoic-Acid
I. Einleitung
Die chronisch obstruktiven Erkrankungen der Atemwege des Pferdes spielen durch ihre weite Verbreitung einerseits sowie durch den Mangel an erfolgreichen Behandlungsmöglichkeiten andererseits eine große Rolle. Sie weisen in vielen Merkmalen Ähnlichkeiten mit den chronischen Lungenerkrankungen des Menschen, wie dem Asthma bronchial und der chronic obstructive pulmonary disease (COPD), auf (SNAPPER 1986). Beim humanen Asthma bronchiale ist die Rolle der Leukotriene seit langem bekannt. Diese gehören als Metaboliten des Arachidonsäurestoffwechsels zu der Gruppe der Eicosanoide und agieren als lokal wirksame Gewebshormone. Als Entzündungsmediatoren verursachen sie im Lungen- bzw.
Trachealgewebe eine Kontraktion der glatten Muskulatur (WENZEL 2003, MARR et al.
1998 a). Im Rahmen des Asthma bronchiale wird die Leukotrienwirkung bereits erfolgreich mit spezifischen Leukotrienrezeptorantagonisten und Lipoxygenasehemmern bekämpft (DAHLEN 2006, HORWITZ et al. 1998).
Ziel der vorliegenden Studie war es, die Leukotrienwirkung am Pferdebronchus sowie ihre Beeinflussbarkeit durch einen spezifischen Leukotrienrezeptorantagonisten mit Hilfe von Präzisionslungenschnitten (precison-cut lung slices, PCLS) zu untersuchen. Die PCLS- Methodik wurde von VIETMEIER (2004) für die Pferdelunge etabliert, und bietet die Möglichkeit die Reaktion der kleinsten Atemwege im vitalen Gewebeverband ex vivo zu beobachten und zu quantifizieren.
Anhand der in den Versuchen gewonnenen Ergebnisse sollte anschließend auch überprüft werden, ob ein Zusammenhang zwischen der Leukotrienwirkung am Pferdebronchus ex vivo und dem Lungengesundheitsstatus der Probanden hinsichtlich einer chronisch obstruktiven Bronchitis besteht. Die so gewonnenen Erkenntnisse könnten dazu beitragen, neue Ansätze für die Therapie der chronisch obstruktiven Bronchitis aufzuzeigen.
II Literaturübersicht
2.1 Anatomische Grundlagen
2.1.1 Anatomie der Lunge und des Bronchialbaumes
Die Lunge des Pferdes stellt sich durch nur wenige kurze Einschnitte relativ ungegliedert dar.
An der linken sowie der rechten Lunge lassen sich den Aufzweigungen des Bronchialbaumes entsprechend lediglich der Lobus cranialis und der Lobus caudalis unterscheiden. Dem rechten Lobus caudalis entspringt medial zusätzlich der ins Mediastinum ragende Lobus accessorius. Innerhalb der Lungenlappen sind die durch Bindegewebssepten von einander getrennten Lungenläppchen (Lobi pulmonales) nur schwach zu erkennen (WAIBL 1999). Der Bronchialbaum (Arbor bronchialis) nimmt seinen Anfang an der Gabelung der Trachea (Bifurcatio tracheae) in die Hauptbronchien (Bronchi principales), die sich sogleich in die Lappenbronchien (Bronchus cranialis dexter und sinister, Bronchus caudalis dexter und sinister) aufzweigen. Der Bronchus cranialis jeder Seite geht nun über in einen weit verzweigten, cranialen Segmentbronchus (Bronchus cranialis segmentalis) und einen weniger verzweigten, dorsalen Segmentbronchus (Bronchus dorsalis segmentalis). Dem Bronchus caudalis jeder Seite entspringen mehrere kurze dorsale (Bronchi dorsales segmentales) und einige ventrale Segmentbronchien (Bronchi ventrales segmentales). Zusätzlich entspringt dem Bronchus caudalis der rechten Lunge der den Lobus accessorius belüftende Bronchus accessorius. Auch dieser gabelt sich anschließend in einen dorsalen und ventralen Segmentbronchus (WAIBL 1999). Alle Segmentbronchien verjüngen sich im weiteren Verlauf zu Bronchuli, Bronchuli terminales und Bronchuli respiratorii bis sie schließlich über die Alveolengänge (Ductuli alveolares) in die Alveolen (Alveoli pulmonis) münden (LIEBICH 2004, OTTO et al. 2002).
2.1.2 Histologischer Aufbau
Die Lunge besteht grundsätzlich aus zwei Kompartimenten, dem Interstitium und dem Parenchym. Das Interstitium geht aus der die Lungenoberfläche bedeckenden Pleura
pulmonalis, bestehend aus einschichtigem Plattenepithel und Lamina propria mucosae hervor. Von der Pleura ausgehende Fasern durchdringen gleichmäßig das Parenchym und untergliedern es in die einzelnen Lungenläppchen. Am Parenchym selbst lassen sich ebenfalls zwei Anteile unterscheiden. Das luftleitende System, ausgehend von der Trachea bis hin zu den Bronchuli terminales, und das System des Gasaustausches, das von den Bronchuli respiratorii bis in die Alveolen reicht. Prinzipiell ist der Aufbau der luftleitenden Wege an allen Abschnitten des Bronchialbaumes sehr ähnlich. Die Auskleidung besteht aus einem einschichtigen, mehrreihigen, hochprismatischen Epithel, dem respiratorischen Epithel. In dieses sind schleimproduzierende Becherzellen eingebettet und es ist mit kinozilientragenden Flimmerzellen besetzt. In der darunter liegenden fibroelastischen Bindegewebsschicht findet man seromuköse Drüsen. Umgeben wird das Bronchiallumen außerdem von glatter Muskulatur, einem ausgeprägten Gefäßnetz, sowie Spangen und Ringen aus hyalinem Knorpel. Modifiziert ist dieser Aufbau lediglich im letzten Anteil der luftleitenden Wege, den Bronchuli terminales. Hier liegt der Durchmesser des Bronchiallumens unter 1mm, woraufhin das einschichtige, mehrreihige Epithel abflacht und isoprismatisch wird. Im Epithel selbst findet man Clara-Zellen, die proteolytische und muzinlösende Enzyme freisetzen, um den Bronchialschleim in dem engen Bronchiallumen zu verflüssigen. Des Weiteren fehlen die Drüsen im fibroelastischen Bindegewebe. Auch die knorpeligen Anteile der Bronchialwand sind nicht mehr vorhanden; im Gegensatz dazu hat sich der Anteil an glatter Muskulatur erhöht. Auch die Bronchuli respiratorii weisen diesen Bau auf. Allerdings treten hier erstmalig mit Alveolarepithel ausgekleidete Ausbuchtungen der Bronchialwand auf, so dass diese schon zum System des Gasaustausches gehören. Über die Alveolengänge münden die Bronchuli respiratorii schließlich in die Alveolen. Die Alveolen sind mit zwei Typen von Epithelzellen ausgekleidet. Die Pneumozyten des Typs I (95%) liegen der Basalmembran auf und sind Teil der Blut-Luft-Schranke. Die Pneumozyten des Typs II (5%) stellen sich als große runde Zellen dar, die Surfactant produzieren und so die Spannung auf der Alveolenoberfläche herabsetzen, um den Gasaustausch zu ermöglichen (LIEBICH 2004).
2.1.3 Gefäßversorgung und Innervation des Atmungstraktes
Die Lunge wird von zwei voneinander zu unterscheidenden Gefäßsystemen versorgt - dem funktionellen und dem nutritiven System. Das funktionelle System beginnt mit dem aus der rechten Herzkammer entspringenden Truncus pulmonalis, setzt sich über die Arteria pulmonalis dexter und sinister fort, verzweigt sich dem Bronchialbaum entsprechend und führt das oxigenierte Blut über die Venae pulmonales zum linken Vorhof des Herzens zurück.
Zusätzlich übernimmt das funktionelle System im distalen Bereich des Parenchyms auch nutritive Aufgaben. Das eigentliche nutritive System beginnt mit der unpaaren, in Höhe des 6.
Brustwirbels aus der Aorta entspringenden Arteria broncho-oesophagea. Aus dieser gehen drei Gefäße hervor: die paarigen Arteriae bronchiale dexter und sinister, die die Lobi craniales und die Lymphonodii tracheobronchiale versorgen und die Arteria bronchiale media, die Blut zu den beiden Lobi caudales leitet. Im weiteren Verlauf folgen die Arterien der Aufzweigung des Bronchialbaumes. Im Gegensatz dazu verlaufen die Venae pulmonales intersegmental und führen das Blut aus zwei benachbarten Segmenten in die Vena azygos ab (WAIBL 1999, OTTO et al. 2002).
Die Innervation der Lunge erfolgt parasympathisch über die Ramii bronchiales des Nervus vagus, sowie sympathisch durch Nervenfasern des Ganglion cervicothoracicum und des Brustteiles des Truncus sympathicus. Gemeinsam bilden diese Anteile den dorsal und ventral der Stammbronchien gelegenen Plexus pulmonalis. Von ihm ausgehend verzweigen sich die Nervenfasern mit den Bronchien und Blutgefässen. Im Zusammenspiel mit peripheren und zentralen Chemorezeptoren, sowie peripheren Dehnungs- und Pressorezeptoren kann so die Atmung zentral reguliert werden (WAIBL 1999, SILBERNAGEL und DESPOPOULOS 2001).
2.1.4 Bronchokonstriktion
Der Tonus der glatten Muskulatur der Atemwege wird hauptsächlich von der intrazellulären Calcium-Konzentration bestimmt. Durch Bindung eines Bronchokonstriktors an den G- Protein-gekoppelten Rezeptor kommt es zur Aktivierung der membranassoziierten Phospholipase C (PLC). Das Enzym katalysiert die Umsetzung von Phosphoinositid-
biphosphat (PI) zu Inositoltriphosphat (IP3) und Diacylglycerol (DAG). IP3 bindet an einen spezifischen Rezeptor am endoplasmatischen bzw. sarkoplasmatischen Retikulum und führt so zu einer Calcium-Freisetzung aus intrazellulären Speichern. Die intrazelluläre Calcium- Konzentration steigt rapide an und aktiviert die myosin-light-chain-kinase (MLCK). Das Enzym veranlasst die Phosphorylierung der regulatorisch wirkenden leichten Myosinkette, und damit die Bindung eines Aktin- an einen Myosinkomplex. Diese wiederum aktiviert die Myosin-ATPase, die durch Spaltung des Adenosintriphosphates (ATP) schließlich zum
„Umkippen“ der Myosinköpfe, und damit zur Kontraktion des Muskels führt (BARNES 1998, SILBERNAGEL und DESPOPOULOS 2001, EHRLEIN 2000).
2.1.5 Physiologische Regulation des Bronchotonus
Der Bronchotonus wird sowohl durch die direkte Innervation, als auch durch die lokale Produktion von Gewebshormonen und zirkulierende humoralen Mediatoren gesteuert (BARNES 1991, MATERNA et al. 2002). Im Folgenden soll ein Überblick über die Beeinflussung der Atemwege des Pferdes durch die verschiedenen Systeme gegeben werden.
2.1.5.1 Nervale Regulation
Die nervale Beeinflussung der equinen Atemwege besteht aus drei Komponenten: der cholinergen Innervation durch den Parasympathikus, der adrenergen Innervation durch den Sympathikus, sowie dem nicht-adrenergen und nicht-cholinergen System (BARNES 1991) (s.
Abbildung 1).
2.1.5.1.1 Parasympathische Regulation
Der Parasympathikus wird repräsentiert vom Nervus vagus, der ausgehend von seinen Verzweigungen lokale Ganglien in der Alveolarwand bildet, um von diesen postganglionäre Fasern in die glatte Atemwegsmuskulatur und submuköse Drüsen zu entsenden. Als Neurotransmitter fungiert das Acetylcholin (ACh), das präganglionär über nikotinerge, postganglionär über muskarinerge Rezeptoren wirkt (BARNES 1991, CANNING and
UNDEM 1994). Fünf verschiedene Subtypen der muskarinergen Rezeptoren sind bekannt (M1 bis M5), wobei diese sich in Lokalisation und Aufbau unterscheiden (ABRAHAM 2003). Ihre unterschiedliche Rolle in den equinen Atemwegen ist noch nicht vollständig geklärt. Als wichtigster Vermittler der Bronchokonstriktion kann jedoch der M3-Rezeptor angesehen werden, der über den gesamten Bronchialbaum bis hin zu den kleinen Bronchuli vorhanden ist (YU et al. 1992). Durch seine Aktivierung kommt es zu einer schnellen Calciumfreisetzung aus intrazellulären Speichern und so zur Kontraktion der glatten Muskulatur. Der M1- sowie der M2-Rezeptor befinden sich auf parasympathischen Ganglien.
Der M2-Subtyp stellt bei verschiedenen Spezies einen muskarinergen Autorezeptor dar, der bei ACh-Freisetzung für eine negative Rückkopplung und somit zur Hemmung der weiteren ACh-Freisetzung sorgt. Auch im equinen Gewebe sind diese Autorezeptoren vorhanden.
WANG et al. (1995) konnten an Trachealstreifen von gesunden und an chronisch obstruktiver Bronchitis (COB-) erkrankten Pferden zeigen, dass die ACh-Freisetzung unter Einwirkung des nicht selektiven muskarinergen Antagonisten Atropin nach elektrischer Feldstimulation (EFS) erhöht war. Dieses Phänomen kann auf den Wegfall der negativen Rückkopplung zurückgeführt werden und zeigt außerdem, dass der muskarinerge Autorezeptor bei COB- Patienten keiner Dysfunktion unterliegt. Durch einen selektiven M2-Rezeptorantagonisten konnte diese Reaktion allerdings nicht ausgelöst werden, was darauf schließen lässt, dass der Autorezeptor beim Pferd einem anderen Subtyp angehört (YU et al. 1992). Die Funktion des M1-Subtyps ist nicht vollständig geklärt. Er ist eventuell ebenfalls an der Kontraktion der glatten Muskulatur beteiligt (MATERNA et al. 1993).
2.1.5.1.2 Sympathische Regulation
Zum sympathischen System gehört sowohl die direkte Innervation, bestehend aus Fasern des Ganglion cervicothoracicum und Fasern des Brustteiles des Truncus sympaticus, als auch die humorale Beeinflussung durch die Nebennierenrinde. Im nervalen System dient dabei Noradrenalin als Neurotransmitter, als zirkulierendes Hormon wird Adrenalin von der Nebennierenrinde freigesetzt (BARNES 1991). Man geht davon aus, dass der Einfluss des Sympathikus auf die equinen Atemwege geringer ist als der des Parasympathikus (MATERNA et al. 2002). Begleitet von den cholinergen bilden die adrenergen Nervenfasern
ein Netzwerk um Gefäße, Drüsen und glatte Muskulatur. Dabei werden vor allem die großen Bronchien und die Blutgefäße adrenerg innerviert (SONEA et al. 1993). Die Wirkung erfolgt hier über die Aktivierung von α- und β-Adrenorezeptoren. Drei Subtypen der β- Adrenorezeptoren (β1-β3) sind bekannt, von denen der β2-Rezeptor unter anderem auf der glatten Bronchialmuskulatur lokalisiert ist, und so für den Bronchotonus die wichtigste Rolle unter den verschiedenen Subtypen einnimmt. Durch seine Aktivierung kommt es zur Erniedrigung des intrazellulären Calciumgehaltes und zur Bronchodilatation (JOHNSON 1998). Außerdem spielt die Aktivierung der β2-Rezeptoren bei der adrenergen Modulation der cholinergen Innervation eine Rolle (s. unten, ZHANG et al. 1995). Auch β1-Rezeptoren konnten auf der glatten Muskulatur von COB-erkrankten Ponies nachgewiesen werden, deren Aktivierung jedoch nicht zur Relaxation der Muskulatur führt (SCOTT et al. 1991).
Funktionell und immunhistochemisch lassen sich die zwei Subtypen α1 und α2 der α- Adrenorezeptoren unterscheiden (BARNES and BASBAUM 1983). An der Bronchialmuskulatur des Meerschweinchens konnte gezeigt werden, dass über eine Aktivierung der α1-Rezeptoren eine Bronchokonstriktion ausgelöst wird. Die Aktivierung des gleichen Subtypes bei COB-erkrankten Ponies hat jedoch nur eine minimale Verengung des Bronchiallumens zur Folge (SCOTT et al. 1988). Der α2-Subtyp befindet sich, genau wie Rezeptoren vom β2-Subtyp, auf cholinergen Nervenfasern, wobei der α-Rezeptor weitaus häufiger vorkommt (ZHANG et al. 1995). Durch Aktivierung dieses präganglionären Adrenorezeptors kommt es zu einer Verminderung der ACh-Freisetzung und somit zur Minderung des parasympathischen Tonus (LeBLANC et al. 1993, ZHANG et al. 1995, YU et al. 1993). Wird dagegen der equine β2-Rezeptor angesprochen, erhöht dieser die ACh- Freisetzung, im Gegensatz zu Beobachtungen bei vielen anderen Spezies. An cholinergen Nervenfasern verstärkt er also die Wirkung des parasympathischen Systems (ZHANG et al.
1995, ZHANG et al. 1996 b).
2.1.5.2 Nicht-adrenerges nicht-cholinerges System, Neuropeptide
Im Atmungstrakt des Pferdes und vieler anderer Spezies gibt es Reaktionen, die nicht durch Adreno- oder Cholinorezeptorantagonisten aufgehoben werden können. Dieses nicht- adrenerge nicht-cholinerge System umfasst zwei gegensätzlich wirkende Anteile - das
exzitatorische (excitatory non-adrenergic non-cholinergic system, eNANC) und das inhibitorische System (inhibitory non-adrenergic non-cohlinergic system, iNANC) (SONEA et al. 1993, BARNES 1991).
2.1.5.2.1 eNANC
Neben dem Parasympathikus ist die eNANC-Innervation das zweite System, dessen Aktivierung zur Verengung der Atemwege führt. Histologische und pharmakologische Studien haben gezeigt, dass eNANC-Nerven submuköse Drüsen, Gefäße und glatte Muskulatur innervieren. Sie bilden ein Netzwerk direkt unterhalb des respiratorischen Epithels, das sie mit einigen Fasern durchbrechen (BARNES et al. 1990). Der Hauptanteil dieser sensorischen Fasern findet sich allerdings nicht in der glatten Bronchialmuskulatur selbst, sondern in dem direkt umgebenden Gewebe (SONEA et al. 1994 a). Als Transmitter dieser Nerven dienen Neuropeptide, die in verschiedenen Organellen der Ganglien synthetisiert werden und anschließend, zumeist in chemosensitiven C-Fasern, gespeichert werden. Zu diesen Neuropeptiden, oder auch Tachykininen genannt, gehören Substanz P (SP), Neurokinin A (NKA) und Neurokinin B (NKB). Es sind drei verschiedene Tachykininrezeptoren bekannt: NK1, NK2 und NK3. SP wirkt über Aktivierung des NK1- Rezeptors, während NKA und NKB jeweils den NK2- oder NK3-Rezeptor aktivieren können (BARNES et al. 1991). Auffällig ist, dass die Rezeptoren für SP beim Neonaten weit stärker ausgeprägt sind als beim adulten Pferd, was die Vermutung nahe legt, dass dieser Transmitter pränatal oder direkt postnatal eine Rolle bei der Atmungsanpassung spielt (SONEA et al.
1994 b).
Die Freisetzung der Neuropeptide führt unter anderem zu einer Kontraktion der glatten Muskulatur, zur Vasodilatation, zur Aktivierung von Entzündungszellen und zur Steigerung der Mukussekretion (BARNES et al. 1990, SONEA et al. 1993). Im Gegensatz zu der geringen direkten Wirkung an der glatten Muskulatur stehen die verstärkte Sekretion und die starke Schleimhautschwellung bei der Verengung des Bronchiallumens im Vordergrund (SPINA 1998 a). Einen weiteren Wirkungsweg der Tachykinine stellt die Modulation der cholinergen Innervation dar. Beim Kaninchen sowie beim Meerschweinchen kann eine erhöhte Freisetzung von ACh nach Aktivierung präganglionärer Neuropeptid-Rezeptoren
beobachtet werden (JOHN et al. 1993). Beim Pferd befinden sich ebenfalls SP- immunoreaktive Fasern in verschiedenen parasympathischen Ganglien, so dass man auch hier von einer Beeinflussung der cholinergen Regulation ausgehen kann (SONEA et al. 1994 a).
Auch auf das Immunsystem nehmen die Tachykine Einfluss. SPINA et al. (1998) zeigten, dass sie zu einer Akkumulation und Aktivierung verschiedener Entzündungsmediatoren führen (SPINA et al. 1998).
Der Abbau der Neuropeptide erfolgt über im Epithel lokalisierte Enzyme. Die neutrale Endopeptidase (NEP) ist in der Lage SP und NKA zu metabolisieren, während das Angiotensin-Converting-Enzym (ACE) ausschließlich SP abbauen kann (BARNES et al.
1990).
2.1.5.2.2 iNANC
In vielen Spezies konnte die Existenz eines iNANC-Sytemes nachgewiesen werden. Dabei ist es wahrscheinlich, dass die iNANC-Innervation überlappend mit der cholinergen Innervation erfolgt, und dass die Transmitter beider Systeme gleichzeitig freigesetzt werden (BARNES et al. 1990). Zwischen den einzelnen Spezies bestehen jedoch Unterschiede in der Ausprägung und Lokalisation der iNANC-Nerven (BELVISI et al. 1994). In equinen Atemwegen findet sich die iNANC-Innervation vor allem an Trachea und großen Bronchien, in den tiefen Atemwegen fehlt sie (BROADSTONE et al. 1991, LeBLANC et al. 1991). Als Überträgerstoff in diesem System dient das Stickstoffmonoxid (NO). Alle Epithelzellen sind in der Lage, NO über Aktivierung einer von drei bekannten NO-Synthasen zu produzieren.
Dabei ist seine Wirkung zumeist cGMP abhängig. Zu den Effekten des NO gehören:
Relaxierung der glatten Muskulatur, Hemmung der Proliferation der glatten Muskulatur und Hemmung der Plättchenaggregation und –adhäsion (BARNES et al. 1990, MATERNA et al.
2002, YU et al. 1994 a).
Glatte Muskulatur
Atemwegsepithel
m β2
Parasympatikus Sympathikus
Bronchiallumen ACh NA
ACh
ACh
Präganglionäre Neurone
Postganglionäre Neurone
iNANC eNANC
NK
Neuro- peptide NO
?
Abb.1: Regulation des Bronchotonus (modifiziert nach Robinson 1992, Löscher 2002)
Abk.: iNANC= nicht-adrenerges nicht-cholinerges inhibitorisches System, eNANC= nicht- adrenerges nicht-cholinerges excitatorisches System Ach= Acetylcholin, NA =
Noradrenalin, NO= Stickstoffmonoxid, m= muskarinerger Rezeptor, β2= β2-adrenerger Rezeptor
2.1.5.3 Modulation durch das Atemwegsepithel
Zwei vom Epithel produzierte Stoffe bzw. Stoffgruppen stehen bei der Modulation der Innervation im Vordergrund: der epithelium-derived-relaxing-factor (EpDRF) und verschiedene Prostaglandine (SPINA 1998 a). An Trachealringen vom Meerschweinchen erkannte man, dass EpDRF einen ähnlich relaxierenden Effekt an der glatten Bronchialmuskulatur hat, wie der endothelium-derived-relaxing-factor (EDRF) am Gefäßendothel. Die Prostaglandine üben am Epithel physiologischerweise ebenfalls eine inhibitorische Funktion aus und beugen der Kontraktion der glatten Muskulatur und Bronchospasmus vor (MATERNA et al. 2002, BARNES et al. 1990, SCHMIDT und RABE 2004, GRAY et al. 1992 a). An Epithelstreifen von gesunden und COB-erkrankten Pferden zeigten GRAY et al. (1992 a), dass die Produktion dieser protektiven Faktoren, insbesondere von PGE2, bei COB-Patienten erniedrigt ist. Zusätzlich konnte man an isolierten Bronchien von COB-Patienten nachweisen, dass die hemmende Funktion der synthetisierten Prostaglandine reduziert ist (YU et al. 1994 b). Da auch NO im Epithel produziert wird, fällt auch seine Wirkung bei Epithelschäden schwächer aus (BELVISI et al. 1994). Zusätzlich sind im Atemwegsepithel einige Enzyme lokalisiert, z.B. die Acetylcholinesterase, Histaminase und verschiedene Peptidasen, die die kontraktilen Wirkstoffe inaktivieren. Auch ihre Funktion ist bei Schädigung des Epithels abgeschwächt.
Daneben stellt das Epithel eine physikalische Barriere gegen verschiedene Noxen dar.
Epithelschäden, die im Rahmen der COB regelmäßig auftreten (KAUP et al. 1990 a,b) und zur Lösung der tight junctions führen, können die Aktivierung der darunter liegenden Nervenbahnen auch für hochmolekulare Stoffe, wie einige Allergene, erleichtern. Die Freisetzung bronchokonstriktorisch wirkender Botenstoffe erfolgt schneller und kann so zur Entwicklung der Hyperreagibilität beitragen (SPINA 1998 a, HOLGATE et al. 2000).
2.1.5.4 Modulation durch Entzündungsreaktionen
Die nervale Kontrolle der Atemwege ist während einer akuten oder chronischen Entzündung fast immer verändert (MATERNA et al. 2002) (s. Kapitel 2.2.2.). Da die folgende Studie die Rolle der Leukotriene genauer beleuchten soll, wird auf diese in einem eigenen Kapitel (s.
Kapitel 2.4) näher eingegangen. An dieser Stelle soll lediglich ein kurzer Überblick über die verschiedenen beteiligten Mediatoren gegeben werden.
Als wichtige Botenstoffe bei der Entzündung der Atemwege gelten Histamin, Serotonin und Leukotriene, die direkt oder indirekt bronchokonstriktorisch wirken. Histamin führt zu einer Kontraktion der Atemwege in vivo (KLEIN und DEEGEN 1986), ebenso zeigen Leukotriene in vitro einen kontrahierenden Effekt auf das Lungenparenchym (DOUCET et al. 1990).
GRAY et al. (1992 b) untersuchten die Wirkung der Stoffwechselprodukte von Thromboxan- A und Prostaglandinen auf die equinen Atemwege und stellten lediglich einen Anstieg der Thromboxan-B-Bildung nach Antigenchallenge fest. Diesem kann zwar durch Gabe von Cyclooxygenaseblockern vorgebeugt werden, allerdings verändert sich dadurch der Funktionszustand der Atemwege nicht, so dass die Autoren davon ausgehen, dass diese Cyclooxygenaseprodukte hier keine Rolle spielen (GRAY et al. 1992 b).
Neben der direkten Wirkung auf die glatte Muskulatur beeinflussen die Mediatoren auch die ACh-Freisetzung aus parasympathischen Nerven. An isoliertem Trachealgewebe gesunder Pferde konnte gezeigt werden, dass Histamin und Serotonin die ACh-Freisetzung stark ansteigen lassen. Der Effekt des Histamins wird dabei über einen H1-Rezeptor vermittelt (OLSZEWSKI et al. 1999 b). Obwohl die Mediatoren bei Entzündungen massenhaft vorhanden sind, reagieren die Atemwege von COB-Patienten in vitro weniger stark auf ACh, als die gesunder Tiere (BROADSTONE et al. 1991, LeBLANC et al. 1991).
Das iNANC-System unterliegt ebenfalls einer Modulation durch Entzündungszellen, wie von YU et al. (1994 b) an Bronchialringen COB-erkrankter Pferde demonstriert wurde. Besonders die Freisetzung von Sauerstoff-Radikalen führt hier zur Zerstörung des Neurotransmitters NO und so zur Abschwächung des iNANC-Einflusses (BROADSTONE et al. 1991, BELVISI et al. 1994).
2.2 Obstruktive Atemwegserkrankungen
Die obstruktiven Atemwegserkrankungen von Mensch und Pferd weisen einige Gemeinsamkeiten auf. Um diese, und auch ihre Unterschiede darzustellen, sollen im Folgenden die Krankheitsbegriffe der humanen chronic obstructive pulmonary disease
(COPD), des humanen Asthma bronchiale und der equinen chronischen obstruktiven Bronchitis (COB) vorgestellt werden (s. Tabelle 1).
2.2.1 Humane COPD und Asthma bronchiale - Begrifflichkeiten
Unter der humanen COPD versteht man eine allmählich fortschreitende, nicht-allergische Atemwegserkrankung vor allem älterer Menschen, die nach mehrjähriger Inhalation von Umweltnoxen (meist Zigarettenrauch) auftritt. Klinisch ist sie gekennzeichnet durch persistierenden Husten; lungenfunktionell lässt sich eine wenig reversible, chronische Obstruktion der Atemwege nachweisen. Das histologische Bild ist durch Parenchymzerstörung, Epithelzellmetaplasie, Becherzellhyperplasie, Muskelhypertrophie und Schleimhautödem gekennzeichnet. Unter den Entzündungszellen dominieren Makrophagen, neutrophile Granulozyten und CD8-Lymphozyten. Als Mediatoren treten vor allem Acetylcholin, IL-8, Leukotrien B4, TNF-α und verschiedene Proteasen in Erscheinung (CELLI et al. 2004, NATIONAL COLLABORATORY CENTRE FOR CHRONIC CONDITIONS 2004, NATIONAL INSTITUTES OF HEALTH, NATIONAL HEART, LUNG AND BLOOD INSTITUTE 2003). Die chronisch-entzündliche Atemwegserkrankung Asthma bronchiale dagegen ist charakterisiert durch anfallsartige Dyspnoe- oder Hustenattacken, die häufig saisonal oder situationsbedingt auftreten, und so mit einer allergischen Diathese in Verbindung gebracht werden. Durch bronchiale Überempfindlichkeit wird dabei eine reversible Bronchialobstruktion ausgelöst. Histologisch sind lediglich Epithelzellschädigungen nachzuweisen, jedoch keine Zerstörung des Parenchyms. Im entzündlichen Infiltrat findet man vor allem Mastzellen, eosinophile Granulozyten und CD4+- Lymphozyten. Unter den Entzündungsmediatoren dominieren Histamin, Tryptase, Leukotriene, IL-4, IL-5 sowie Proteasen (BOULET et al. 1999, BRITISH THORACIC SOCIETY 2003, GILLISSEN et al. 2003, SAETTA et al. 2001).
2.2.2 Chronisch obstruktive Bronchitis (COB) des Pferdes
Für den Begriff der chronisch obstruktiven Bronchitis (COB) des Pferdes findet man in der Literatur unterschiedliche Bezeichnungen. Der von SASSE (1971) eingeführte Begriff der
COPD (chronic obstructive pulmonary disease) wird dabei ebenso verwand, wie SAD (small airway disease), RAD (reactive airway disease), IAD (inflammatory airway disease), RAO (recurrent airway obstruction), PAD (peripheral airway disease), sowie das im englischen Sprachraum gebräuchliche „heaves“, das dem deutschen Begriff der Dämpfigkeit entspricht (ROBINSON 2001, LEGUIELETTE 2003, FREY 2006).
Bei der Vielzahl der oben genannten Bezeichnungen scheint die Festlegung eines Begriffes und damit auch eine genauere Benennung des Krankheitsbildes aus mehreren Gründen sinnvoll. Eine Abgrenzung von dem in der Humanmedizin verwandten Begriff COPD, ist aufgrund der unterschiedlichen Ätiologie, Pathogenese und Prognose der humanen und der equinen Erkrankungen nötig (s. Kapitel 2.1.) (ROBINSON 2001). Auch von der Verwendung des Begriffes „heaves“ bzw. „Dämpfigkeit“ sollte Abstand genommen werden. Dieser rein deskriptive Begriff geht auf die kaiserliche Verordnung von 1899 zur Definition der Gewährsmängel zurück und beschreibt einen chronischen, unheilbaren Krankheitszustand mit starken Atembeschwerden und Leistungseinbußen. Unter diese Beschreibung würden allenfalls hochgradig an COB erkrankte Pferde fallen (FREY 2006). Mit der Bezeichnung IAD, die teilweise ebenfalls synonym verwendet wird, bezeichnet man eine Erkrankung, die vor allem junge Pferde betrifft. Hier liegen zwar entzündliche Veränderungen der Atemwege vor, es fehlen jedoch im Gegensatz zur COB klinische Anzeichen einer Dyspnoe. Aus einer IAD soll unter Umständen eine COB hervorgehen können (LEGUILETTE 2003).
In einem Symposium wurde vorgeschlagen, mit der Bezeichnung RAO eine
„Atemwegsobstruktion erwachsener Pferde, die sich nach Umgebungswechsel oder nach Gabe von Bronchodilatatoren als reversibel erweist“, zu definieren (ROBINSON 2001). Der Zustand eines RAO-erkrankten Tieres muss sich bei einer Provokation mit Umweltantigenen deutlich verschlechtern. Eine solche Exazerbation liegt definitionsgemäß dann vor, wenn die funktionelle Beeinträchtigung durch eine maximale Interpleuraldruckdifferenz von >15 cm H2O gekennzeichnet ist, und wenn der Gehalt der neutrophilen Granulozyten am Gesamtzellgehalt der BALF- (bronchoalveolare-lavage fluid) Zellen mindestens 25% beträgt (ROBINSON 2001). Nach Verbesserung der Umweltbedingungen des Tieres und dem Wegfall der provozierenden Noxe muss sich definitionsgemäß eine Phase der Remission anschließen, deren Eintritt jedoch mehrere Wochen dauern kann (THOMSON and McPHERSON 1984).
Andere Autoren schlagen vor, im deutschen Sprachgebrauch den Begriff der COB als übergeordneten Begriff weiter zu verwenden, da in vielen Studien histologisch belegt wurde, dass stets eine Bronchitis bzw. Bronchiolitis bei den betroffenen Pferden vorliegt (FREY 2006, SCHOON und DEEGEN 1983, WINDER und v. FELLENBERG 1987, 1988, KAUP et al. 1990 a, b). Auch klinisch lässt sich die Diagnose der Bronchitis stellen, die laut WHO beim Menschen lediglich über die Symptome Husten, vermehrte Sputumproduktion, so wie deren Dauer definiert ist. Für die Verwendung dieses Begriffes im deutschen Sprachraum spricht auch, dass bei der RAO lediglich die Exazerbationen definiert sind (ROBINSON 2001, FREY 2006). Zusätzlich zur Exazerbation wird die Remission als Kriterium der RAO gefordert. Um die Erkrankung also definitionsgetreu zu diagnostizieren, müsste jeder Patient einer Provokation mit anschließend beobachteter Remission unterzogen werden (FREY 2006). Im Folgenden soll hier also der Begriff der COB Verwendung finden.
Tab. 1: Zusammenfassung der Merkmale obstruktiver Lungenerkrankungen des Menschen und des Pferdes
Humane COPD Humanes Asthma
bronchiale Equine COB
anamnestisch Mehrjährige Inhalation von Umweltnoxen (meist
Zigarettenrauch)
Anfallsartig auftretendes/
allergisches Geschehen Leistungsminderung (evtl.
persistierend),
saisonal/phasenweise bei Konfrontation mit Umweltantigenen auftretend
klinisch Persistierender Husten
evtl. mit Dyspnoe Anfallsartige Dyspnoe/
Hustenattacken Evtl. Husten, (exspiratorische) Dyspnoe, Vergrößerung des Lungenfeldes, Giemen, Rasseln lungenfunktionell Chronische, wenig
reversible, persistierende Atemwegsobstruktion
Reversible
Bronchialobstruktion in unterschiedlichen Schweregraden
Reversibilität der
Obstruktion abhängig vom Schweregrad der
Erkrankung pathophysiologisch Hyper-/ Dyskrinie,
Parenchymzerstörung mit Reduktion der
Gasaustauschfläche
Hyperreagibilität ohne Beeinflussung der Gasaustauschfläche
Hyperreagibilität, Beeinflussung der Gasaustauschfläche abhängig vom Schweregrad histopathologisch Epithel-/
Becherzellmetaplasie, Muskelhypertrophie, Atemwegsverdickung, Zerstörung des Lungenparenchyms
Epithelzellschäden, peribronchiale Fibrose ohne Parenchymschäden
Epithelzellschäden und -metaplasie,
Atemwegsfibrose, Muskelhypertrophie, Ödematisierung, Pneumozytennekrose dominierende
Entzündungszellen Neutrophile Granulozyten, CD8+-Lymphozyten, Makrophagen
Eosinophile
Granulozyten, CD4+- Lymphozyten, Mastzellen
Neutrophile Granulozyten, CD4-Lymphozyten, Makrophagen,
dominierende
Mediatoren Acetylcholin, IL-8, LTB4,
TNF, Proteasen Histamin, Tryptase.
Leukotriene, IL-4, IL-5, Proteasen
Acetylcholin, Histamin, Leukotriene, Interleukin, die Bedeutung der einzelnen Mediatoren ist nicht vollständig geklärt
(nach CELLI et al. 2004, NATIONAL COLLABORATORY CENTRE FOR CHRONIC CONDITIONS 2004, NATIONAL INSTITUTES OF HEALTH, NATIONAL HEART, LUNG AND BLOOD INSTITUTE 2003, BOULET et al. 1999, BRITISH THORACIC SOCIETY 2003, GILLISSEN et al. 2003, SAETTA et al. 2001) Abk.: IL-4=Interleukin 4, IL-5=Interleukin 5, IL-8=Interleukin 8, LTB4=Leukotrien B4, TNF=Tumornekrosefaktor)
2.2.2.1 Ätiologie
Unter der COB des Pferdes versteht man eine multifaktoriell bedingte Erkrankung, bei der die Bedeutung der einzelnen Faktoren sowie ihre Interaktion noch nicht vollständig geklärt sind (McGORUM 2001). Die wichtigste Komponente stellt wohl die dauerhafte Exposition zu verschiedenen Umweltantigenen dar, die in Form von Staub, Sporen und Pilzen in der direkten Umgebung sowie im Futter der Pferde vorhanden sind (WOODS et al. 1993).
DERKSEN et al. (1985) zeigten an COB erkrankten Tieren eine sofortige Verschlechterung des Krankheitsbildes bei Exposition zu diesen Noxen; bei Entfernung derselben kommt es zur baldigen Remission. Haben die Patienten bereits eine Hyperreagibilität der Atemwege entwickelt, so können auch unspezifische Reize, wie z.B. kalte Luft, eine Verschlechterung provozieren (DERKSEN et al. 1985).
Ein direkter Einfluss von Infektionen konnte bisher nicht nachgewiesen werden (DIXON et al. 1995 a). Allerdings wird vermutet, dass sie durch eine Vorschädigung des Epithels die Entwicklung einer COB erleichtern könnten und somit als Wegbereiter fungieren (GERBER 1973).
Auch Endotoxine konnten nicht eindeutig für die Entwicklung der Erkrankung verantwortlich gemacht werden. McGORUM et al. (1998) zeigten jedoch, dass zwischen endotoxinbedingten Erkrankungen anderer Spezies und der equinen COB Ähnlichkeiten bestehen, so dass man ihre schädigende Wirkung nicht ausschließen kann.
GERBER (1989) belegte, dass es einige Pferdefamilien mit einer sehr hohen Prävalenz für COB gibt. Den Verdacht einer genetischen Prädisposition konnten MARTI et al. (1991) schließlich bestätigen.
2.2.2.2 Pathogenese
Viele Untersuchungen haben sich mit der Entstehung der COB befasst, allerdings bleiben die Wechselwirkungen der einzelnen Faktoren bisher unklar. Im Mittelpunkt der COB steht die Entzündung der tiefen Atemwege (SCHOON und DEEGEN 1983, KAUP et al. 1990 a, b).
Setzt man COB erkrankte Tiere Umweltantigenen aus, so kann innerhalb von drei bis fünf Stunden ein massiver Einstrom von neutrophilen Granulozyten in die Lunge beobachtet
werden (FAIRBAIRN et al. 1993). Die Entzündungszellen werden dabei von unspezifischen (Komplementaktivierung, direkte chemotaktische Wirkung von Partikeln) und spezifischen Faktoren (Zytokine, IgE) angelockt (ROBINSON et al. 1996) und erscheinen fünf Stunden nach Antigenexposition im BALF (McGORUM et al. 1993). Durch die Freisetzung von Proteasen, Sauerstoff-Radikalen und Mediatoren führen die neutrophilen Granulozyten zur fortschreitenden Zellschädigung (ROBINSON et al. 1996).
Zusätzlich zu der physiologischen, reflektorischen Verengung der Atemwege als Reaktion auf inhalierte Antigene tragen Entzündungsmediatoren über direkte und indirekte Effekte zur Bronchialobstruktion bei (siehe auch Kapitel 1.4.). Die Rolle der einzelnen Mediatoren ist dabei ebenfalls nicht eindeutig geklärt. In ihrer Gesamtheit tragen diese durch Erhöhung der Gefäßpermeabilität, Ödembildung und Steigerung der Sekretion zur Reduktion des Bronchiallumens bei (ROBINSON et al. 1996). Durch Mukusakkumulation im Bronchus kommt es zur verminderten Clearence, zur Verfestigung des Bronchialschleimes und somit zur weiteren Schädigung der Epithelzellen.
Für den Bronchospasmus ist außerdem die Entwicklung einer Atemwegshyperreagibilität (AHR) von großer Bedeutung, die durch eine überschießende Reaktion der Bronchien auch auf unspezifische Reize gekennzeichnet ist (KLEIN und DEEGEN 1986, DOUCET et al.
1991, DERKSEN et al. 1985). Was genau die AHR auslöst, ist nicht geklärt. BROADSTONE et al. (1991) zeigten, dass in vitro keine Hyperreagibilität der Atemwege auf appliziertes Acetylcholin besteht (BROADSTONE et al. 1991, LeBLANC et al. 1991). Der muskarinerge Autorezeptor, der für die negative Rückkopplung bei der ACh-Freisetzung sorgt, ist im Gegensatz zu Beobachtungen bei anderen Spezies intakt (WANG et al. 1995 b). Auch eine Dysfunktion der inhibitorisch wirkenden β-Adrenorezeptoren kann ausgeschlossen werden (SCOTT et al. 1991). α-Adrenorezeptoren, die physiologischerweise hemmend auf die ACh- Freisetzung wirken, sind zwar geschädigt, allerdings ist ihr Einfluss nicht genau bekannt (ZHANG et al. 1999, WANG et al. 1995 b).
Die Schädigung des Epithels und die damit verbundene erleichterte Erregung der darunter liegenden Nervenenden, sowie die Modulation des Bronchotonus durch die Entzündungsmediatoren (siehe auch Kapitel 1.4.) tragen ebenfalls zur Entstehung der AHR bei (SPINA 1998 b). ROBINSON et al. (1996) schließen daraus, dass die AHR durch die lokalen Atemwegsstrukturen oder deren direkte Umgebung bedingt sein muss und durch die
entzündlichen Veränderungen, insbesondere durch die Schwellung der Schleimhaut, verstärkt wird (ROBINSON et al. 1996). Dieser Sachverhalt ist bereits beim humanen Asthma bronchiale und bei der COPD beschrieben. Auch hier besteht keine Korrelation zwischen Reaktionen der Bronchien in vivo und in vitro. Auch beim Menschen geht man also davon aus, dass strukturelle Veränderungen zusammen mit Faktoren in der direkten Umgebung der glatten Muskulatur hier eine entscheidende Rolle spielen (GROOTENDORST und RABE 2004, SPINA und PAGE 2004).
2.2.2.3 Diagnostik und klinische Symptomatik
Zur Diagnosefindung stehen verschiedene Untersuchungsmöglichkeiten zur Verfügung. Da die Variationsbreite der klinischen Symptome abhängig vom Schweregrad der Erkrankung und den Umweltbedingungen des Tieres sehr groß ist (MAIR und DERKSEN 2000), sollen im Folgenden typische klinische Befunde aufgezeigt werden. Um die untersuchten Parameter aus klinischer Allgemeinuntersuchung und spezieller klinischer Untersuchung, einschließlich Bronchoskopie, Tracheobronchialsekret- und Blutgasanalyse, ihrer Bedeutung entsprechend zu gewichten, wurde ein Score-System entwickelt (OHNESORGE et al. 1998). Nach diesem ist es möglich, alle Befunde abschließend zusammenfassend zu bewerten und zu objektivieren. Der Zustand des Pferdes hinsichtlich seiner Lungengesundheit kann so konkret beurteilt werden.
2.2.2.3.1 Klinische Untersuchung
Aus dem Vorbericht lassen sich bereits einige Hinweise auf eine COB entnehmen. Die Pferde fallen zumeist mit einer Leistungsschwäche auf (ROBINSON et al. 1996). Die Symptomatik verstärkt sich unter dem Einfluss verschiedener Umweltantigene, bzw. bei Verbesserung der Umweltbedingungen verbessert sich auch der Zustand des Patienten (DIXON et al. 1995 b, THOMSON und McPHERSON 1984).
Das COB-erkrankte Pferd zeigt bei der klinischen Untersuchung typischerweise eine erhöhte Atemfrequenz, der Atemtyp ist vermehrt abdominal und der Rhythmus eventuell doppelschlägig. Hinweise auf eine inspiratorische Dyspnoe ergeben sich aus einer
verlängerten Einatmung, dem Einsinken der Intercostalräume, sowie Nüsternblähen. Auf eine expiratorische Dyspnoe lässt sich durch verlängerte Ausatmung, Doppelschlägigkeit, Dampfrinnenbildung und Afteratmung schließen (DEEGEN 1970). Beim COB-Patienten liegt häufig mukopurulenter Nasenausfluss vor und die Mandibularlymphknoten sind unter Umständen vergrößert. Husten ist auslösbar oder tritt spontan auf. Auskultatorisch lässt sich oft ein Rasseln oder Giemen vernehmen, das sich nach Atemstimulation verstärkt. Bei der Perkussion stellt sich das Lungenfeld vergrößert dar, und es schließt sich eine Zone überlauten Schalls an (LEGUILETTE 2003, BEECH 1991).
2.2.2.3.2 Bronchoskopie
Durch die Technik der Endoskopie der Atemwege ist es möglich, Einblick in große Teile des Atmungstraktes zu erlangen (FISCHER 1980). Dabei lassen sich die Schleimhaut (Farbe, Gefäßzeichnung, Oberflächenbeschaffenheit) und das Sekret beurteilen. Hinsichtlich Menge und Viskosität des Bronchialschleimes nehmen beide Parameter beim COB-Patienten mit steigender Krankheitsschwere zu (DIECKMANN und DEEGEN 1990). Bei schweren Erkrankungen liegt zusätzlich eine Ödematisierung der Schleimhaut vor, was während der Bronchoskopie besonders durch eine Verbreiterung der Carina trachea deutlich wird.
2.2.2.3.3 Tracheobronchialsekret-Analyse
Die Analyse des während der Bronchoskopie entnommene Tracheobronchialsekretes (TBS) kann Hinweise auf eine COB bei Tieren geben, die lediglich unter einer Leistungsschwäche leiden (BEECH 1975, MAIR 1987), bzw. kann helfen, das Entzündungsgeschehen genauer zu charakterisieren (FISCHER et al. 1982). Kritisch zu sehen ist jedoch die Bestimmung des Schweregrades einer Erkrankung. DERKSEN et al. (1989) verglichen die TBS-Ergebnisse von 50 an COB erkrankten Pferden, mit denen einer BALF-Analyse und konnten keine Übereinstimmung der Ergebnisse feststellen. Die TBS-Analyse kann also nur einen Hinweis auf die Zusammensetzung der Zellpopulation geben; in Qualität oder Quantität repräsentiert sie jedoch nicht die Verhältnisse der tiefen Atemwege.
DIECKMAN und DEEGEN zeigten 1990, dass beim gesunden Pferd lediglich einige Epithelzellen, Makrophagen, sowie wenige neutrophile Granulozyten im TBS vorhanden sind. Bei COB-Patienten dominieren die neutrophilen Granulozyten die Entzündungsreaktion und sind massenhaft nachweisbar. Auch Mastzellen und Makrophagen kommen gehäuft vor.
Letztere nehmen bei mittelgradigen Erkrankungen zunehmend schaumiges Aussehen an, was sich auf vermehrte Phagozytose von nicht abtransportiertem Surfactant zurückführen lässt (DIECKMANN und DEEGEN 1988). Neben den Entzündungszellen finden sich Curschmann-Spiralen, die als Folge von Sekretstase aus Schleimausgüssen der terminalen Bronchien entstehen (DIECKMANN und DEEGEN 1990). Vermehrt abgestoßene Basalzellverbände deuten auf eine Schleimhautmetaplasie hin (DECONTO 1983), während verstärkt nachgewiesene Becherzellen einen Hinweis auf eine Dyskrinie geben (BRUNNER und DIX 1987). Bei hochgradigen Erkrankungen ist der Anteil des Bronchialschleimes so hoch, dass im Ausstrich keine Differenzierung der Zellen mehr möglich ist.
2.2.2.3.4 Blutgasanalyse
Die Analyse der Blutgase gibt Auskunft darüber, ob der Gasaustausch in den Lungenalveolen gestört ist. Bei mittel- bis hochgradig erkrankten COB-Patienten kommt es aufgrund von Hypoventilation durch Bronchialobstruktion, sowie aufgrund von Diffusions- und Perfusionsstörungen durch Umbauprozesse in der Alveolarwand häufig zu einer respiratorischen Partialinsuffizienz (arterielle Hypoxämie). Diese kann im weiteren Krankheitsverlauf in eine Globalinsuffizienz (arterielle Hypoxämie und Hyperkapnie) übergehen (VERTER und HAMANN 1999). WEIDLI (1981) stellte anhand von 162 Pferden, die untergliedert wurden in Gesunde, COB-Patienten ohne und mit Lungenerweiterung fest, dass die deutlichsten Unterschiede zwischen den drei Gruppen beim Sauerstoffpartialdruck, sowie bei der Sauerstoffsättigung des Hämoglobins in Ruhe gemessen werden konnten. Die Blutgasanalyse kann also sinnvoll eingesetzt werden, um Hinweise auf die Schwere der Erkrankung zu erlangen (WEIDLI 1981).
2.2.2.4 Pathologische Veränderungen bei COB
Die Schwere der klinischen Symptomatik von COB erkrankten Tieren lässt keinen sicheren Rückschluss auf das Maß der pathologischen Veränderungen zu, da der Zusammenhang zwischen auslösenden Faktoren, Atemwegsentzündung, Hyperreagibilität und strukturellen Veränderungen noch unzureichend bekannt ist (SLOCOMBE 2001).
Makroskopisch stellt sich die Lunge vieler COB-Patienten oft unverändert dar (MAIR und DERKSEN 2000). In einigen Fällen kollabiert die Lunge nach Eröffnen des Thorax jedoch nicht und behält eine puffige Konsistenz (BEECH 1991). Da die Luft durch die Obstruktion der Atemwege nicht entweichen kann verbleibt sie in den Alveolen („air-trapping“), es handelt sich also nicht um ein tatsächliches Emphysem (LOWELL 1964).
Die histologischen Veränderungen sind nicht an allen Stellen des Atmungstraktes in gleicher Weise ausgeprägt (SCHOON und DEEGEN 1983). Vor allem die kaudo-dorsalen Anteile der Lunge sind stark betroffen und alle Veränderungen sind fokal anzutreffen (KAUP et al. 1990 a, b, BEECH 1991, NYMANN et al. 1991). Das dominierende Merkmal der COB ist eine Bronchitis bzw. Bronchiolitis. In der Submukosa der Atemwege finden sich zahlreiche neutrophile Granulozyten, aktivierte Mastzellen, Plasmazellen und einige eosinophile Granulozyten (GERBER 1973, BREEZE 1979, KAUP et al. 1990 a, b, NYMAN et al. 1991).
Besonders bei stark betroffenen Gewebeanteilen lassen sich Immunglobulin-produzierende Zellen nachweisen (WINDER und v.FELLENBERG 1987). Die am häufigsten vertretenen Entzündungszellen im Lumen stellen ebenfalls die neutrophilen Granulozyten dar.
Auch die strukturellen Veränderungen treten im kaudo-dorsalen Lungenbereich am deutlichsten in Erscheinung. In den Atemwegen befindet sich Bronchialschleim, die Epithelzellen und Zilien sind zerstört, die Clara-Zellen abgeschilfert und es kommt zu einem submukösen und intrazellulären Ödem (GERBER 1973, KAUP et al. 1990 a). In Fibrozyten und glatten Muskelzellen finden sich häufig Charcot-Leyden-Kristall-ähnliche Einschlüsse (DAMSCH 1988). Die Submukosa der Atemwege ist fibrotisch durchbaut und die glatte Muskulatur zeigt eine Hypertrophie (SLOCOMBE 2001).
Auch an den Alveolen sind Anzeichen von Obstruktion, Entzündung und Fibrose nachweisbar (KAUP et al. 1990 b, GERBER 1973, BREEZE 1979). Die Alveolarsepten sind ödematisiert und weisen einen erhöhten Gehalt an kollagenen und elastischen Fasern auf (IREGUI 1985).
In den Lungenblässchen selbst kommt es zur Nekrose der Pneumozyten vom Typ I, diese werden teilweise durch Typ II-Pneumozyten ersetzt (KAUP et al. 1990 b).
2.2.2.5 Therapie der equinen COB
2.2.2.5.1 Haltungsmanagement
Obwohl die Ätiologie der equinen COB bisher nicht vollständig geklärt ist, geht man davon aus, dass die dauerhafte Konfrontation mit Umweltantigenen, wie Staub, Sporen und Pilzen den wichtigsten auslösenden Faktor darstellt (s. Kapitel 2.2.2.1.) (WOODS et al. 1993, DERKSEN et al. 1985, FAIRBAIRN et al. 1993, McGORUM 2001). Deshalb steht vor der Einleitung einer medikamentösen Therapie stets die Verbesserung der Haltungsbedingungen des Tieres. Eine staubarme Umgebung, vor allem die Verwendung von staubarmem Futter (z.B. Silage statt Heu) und Einstreu (z.B. Sägespäne statt Stroh), kombiniert mit Bewegung an frischer Luft (z.B. Offenstallhaltung), führen häufig schon zu einer deutlichen Verbesserung der klinischen Symptomatik (HAMANN 1999, WOODS et al. 1993, THOMSON und McPHERSON 1984). Das Haltungsmanagment ist somit auch immer Grundlage für eine weitere medikamentöse Therapie, wie sie bei schwerer Erkrankung oder in akuten Exazerbationen indiziert ist. Da die COB im fortgeschrittenen Stadium durch Epithelzellschäden, Pneumozytennekrose und Fibrosierung der Lunge gekennzeichnet ist (s.
Kapitel 2.2.2.4.) gestaltet sich die Therapie in erster Linie symptomatisch und palliativ (HAMANN 1999).
2.2.2.5.2 Anti-inflammatorische Therapie
Oberste Priorität bei der pharmakologischen Beeinflussung der COB hat die Bekämpfung der ihr zugrunde liegenden Entzündung. Kortikosteroide erweisen sich hier im Gegensatz zu nicht-steroidalen Antiphlogistika und Antihistaminika als gut wirksam (RUSH 2001). Im Gegensatz zu nicht-steroidalen Antiphlogistika hemmen die Glucocorticoide bereits die Freisetzung der Arachidonsäure, indem sie die Synthese des Phospholipase A2-inhibierenden Protein Lipocortin induzieren. Neben der durch nicht-steroidalen Antiphlogistika gehemmten
Prostaglandinsynthese wird auch die Bildung der lipoxygenase-abhängigen Produkte, und somit auch der Leukotriene unterdrückt (UNGEMACH 2003). Des Weiteren mindern die Glucocorticoide die Entzündung indem sie die Anzahl der zirkulierenden Lymphozyten verringern, die Zytokinproduktion hemmen und die IgE-abhängige Histaminfreisetzung stoppen (MAIR und DERKSEN 2000). Bei systemischer Applikation tritt ihre Wirkung erst bis zu sieben Tagen nach Therapiebeginn ein. Die Wirkungsdauer der Medikamente schwankt zwischen drei Tagen (z.B. Dexamethason, RUSH et al. 1998 a, b) und vier Wochen (z.B.
Triamcinolon, LaPOINT et al. 1993). Als Folge des Steroideinsatzes können schwere Nebenwirkungen, wie Lahmheiten, cushing-ähnliche Erscheinungen und Immunosuppression in Erscheinung treten (MAIR und DERKSEN 2000). Auch die adrenosuppressive Wirkung hält bis zu mehreren Tagen nach Einsatz des Medikamentes an (RUSH et al. 1998 c), wodurch der Steroideinsatz deutlich limitiert wird.
Um die Nebenwirkungen der Glucocorticoide zu minimieren, können diese auch inhalativ verabreicht werden. Auch hier ist kein sofortiger Arzneimitteleffekt zu beobachten. Nach Inhalation führen die Glucocorticoide innerhalb ein bis drei Tagen zu einer Verbesserung der Lungenfunktion, Reduktion der neutrophilen Granulozyten und Verminderung der Atemwegshyperreagibilität (RUSH et al. 1998 a, RUSH 2001, HAMANN 1999, VIEL et al.
1999, VARNER und BUSSE 1996). Auch bei dieser schonenden Form der Applikation bleibt zu berücksichtigen, dass Pferde sensibler auf den adrenosuppressiven Effekt der inhalierten Glucocorticoide reagieren als der Mensch, so dass die endogene Kortisolproduktion auch nach Inhalation für einige Tage unterdrückt wird (RUSH et al. 1998 c, RUSH et al. 1999).
2.2.2.5.3 Bronchodilatatoren
Neben der anti-inflammatorischen Therapie stellt die Bekämpfung der Bronchokonstriktion ein weiteres Therapieziel dar. Als Bronchodilatatoren stehen hier drei Medikamentengruppen zur Verfügung: Anticholinergika, Sympathomimetika und Phosphodiesterase-Hemmer (MAIR und DERKSEN 2000, FOREMAN 1999). Sie wirken als direkte Bronchodilatatoren und kommen deshalb vor allem bei der Behandlung von akuten Bronchialobstruktionen zum Einsatz.
Unter den Anticholinergika ist Atropin das am stärksten wirksame, da es direkt parasympatholytisch wirkt (BROADSTONE et al. 1988). Allerdings ist der Effekt nicht auf die glatte Bronchialmuskulatur beschränkt, so dass der Einsatz wegen schwerer Nebenwirkungen (Tachykardie, Ileus, Mydriasis) nicht befürwortet werden kann (HAMANN 1999). Dagegen ist das aus der Humanmedizin stammende und inhalativ zu verabreichende Ipratropium bromid gut wirksam und weist kaum Nebenwirkungen auf, da es selektiv an den M1 und M3 Rezeptoren wirkt (ROBINSON et al. 1993).
Auch die ß2-Adrenorezeptor-Agonisten zeigen eine gute Wirksamkeit (ERICHSEN et al.
1994, TESAROWSKI et al. 1994, DERKSEN et al. 1996, 1999, FOREMAN 1999). Der einzige für das Pferd in Deutschland zugelassene ß2-Rezeptoragonist ist das Clenbuterol (Ventipulmin®). Nachteil dieses Wirkstoffes ist jedoch, dass er in kürzester Zeit zu einer down-Regulation der ß-Rezeptoren, und somit zu einer schnellen Desensibilisierung der Bronchialmuskulatur führt. Durch die gleichzeitige Applikation von Dexamethason kann dieser Effekt jedoch aufgehoben werden, so dass auch hier die Kombination von Glucocorticoiden und Bronchodilatatoren sinnvoll erscheint (ABRAHAM et al. 2001).
Daneben bleibt beim Einsatz dieses Medikamentes zu berücksichtigen, dass die Dosierung interindividuell stark schwanken kann und bei einigen Patienten nach erforderlicher Erhöhung der Dosis Nebenwirkungen, wie Schwitzen, Unruhe und Zittern beobachtet wurden (ERICHSEN et al. 1994, DERKSEN et al. 1992). Neben dem bronchodilatatorischen Effekt des Clenbuterols wirkt dieses zusätzlich sekretomotorisch. Durch die Aktivierung des Flimmerepithels der Bronchialschleimhaut wird der Abtransport des Bronchialschleimes stimuliert, was zusätzlich dazu beiträgt, die Bronchialobstruktion zu vermindern (HAMANN 1999).
Unter den Phosphodiesterase-Hemmern ist das Theophyllin am weitesten verbreitet. Durch die Hemmung des intrazellulären cAMP-Abbaus in der glatten Bronchialmuskulatur führt es indirekt zur Bronchodilatation (MAIR und DERKSEN 2000). Der Einsatz des Theophyllins gestaltet sich jedoch schwierig, da es eine geringe therapeutische Breite besitzt und so ebenfalls Nebenwirkungen, wie Unruhe und Nervosität auftreten können (McKIERNAN et al.
1990).
2.2.2.5.4 Sekretolytika, Sekretomotorika, Mukolytika und Hyperinfusionstherapie
Bei vorliegen von großen Mengen viskösen Schleims in den Atemwegen kann der Einsatz von Sekretolytika, Sekretomotorika und Mukolytika, in Kombination mit Bronchodilatatoren sinnvoll sein (MAIR und DERKSEN 2000, HAMANN 1999, FOREMAN 1999).
Sekretolytika (z.B. anorganische Salze) fördern nach Resorption über den Gastrointestinaltrakt reflektorisch über Stimulation parasympathischer Nervenfasern die Sekretion der schleimproduzierenden Zellen und führen so zu einer Verflüssigung des zähen Bronchialschleimes. Auch Mukolytika setzten über Spaltung von Disulfidbrücken (z.B. ACC) oder Aktivierung von Enzymen und daraus folgenden Abbau von Polysacchariden (z. B.
Bromhexin, Ambroxol) die Viskosität des Bronchialschleimes herab (HAMANN 1999).
Zusätzlich kann der Abtransport des Schleimes über das Flimmerepithel der Atemwege durch Sekretomotorika (z.B. Clenbuterol) erleichtert werden (s.o.) (HAMANN 1999).
Eine besondere Form der Beeinflussung der Hypersekretion stellt die Hyperinfusionstherapie dar. Nach initialer Clenbuterolapplikation werden dem Tier 30 Liter NaCl-Lösung (10 l/
Stunde) intravenös verabreicht und das Pferd anschließend schonend bewegt. Die Behandlung wird an den beiden darauf folgenden Tagen wiederholt (DEEGEN 1981). Durch die Hyperinfusion wird ein leichtes Lungenödem induziert, das zur Verflüssigung des hochviskösen Bronchialschleimes führen soll. Die Weitstellung der Bronchien und die Anregung des Flimmerepithels durch Clenbuterol, sowie die schonende Bewegung des Patienten nach der Infusion, sollen anschließend den Abtransport des Sekretes stimulieren (DEEGEN et al. 1981). Limitierend für den Einsatz der Hyperinfusionstherapie wirken sich jedoch jegliche Formen von Herz-Kreislauf-Erkrankungen aus.
2.3 Experimentelle Diagnostik
2.3.1 In-vivo-Untersuchungen
2.3.1.1 Provokationstests beim Menschen
Bronchoprovokationstests werden in der Humanmedizin schon lange in den Bereichen Forschung, Diagnostik und bei epidemiologischen Studien eingesetzt. Zur Diagnostik werden gut standardisierbare pharmakologische Substanzen wie Histamin, Methacholin, Acetylcholin, Carbachol, Pilocarpin, Serotonin oder Leukotriene eingesetzt, von denen Histamin und Methacholin am häufigsten Verwendung finden (BEWTRA und TOWNLEY 1984). Die durch die eingesetzte Noxe provozierte Reaktion wird als unspezifische, bronchiale Reagibilität bezeichnet (JUNIPER et al. 1978). Eines der Definitionskriterien des Asthma bronchiale ist die unspezifische Hyperreagibilität (KROEGEL et al. 2005), die im Provokationstest als Überschiessen der Challengereaktion deutlich wird. Diese korreliert gut mit dem Schweregrad der Erkrankung (COCKCROFT et al. 1977). Bronchoprovokationstests erweisen sich also als hilfreiches Diagnostikum, chronische Lungenerkrankungen des Menschen zu erkennen und hinsichtlich ihrer Manifestation näher zu charakterisieren.
2.3.1.2 Histamin-Inhalations-Provokationstest beim Pferd
Der Histamin-Inhalations-Provokationstests (HIPT) wurde von OBEL und SCHMITTERLÖW 1948, MIRBAHAR et al. 1985, KLEIN und DEEGEN 1986, ARMSTRONG et al. 1986, sowie DOUCET et al. 1991 für das Pferd etabliert. KLEIN und DEEGEN (1986) zeigten, dass der HIPT beim Pferd in ähnlicher Weise wie beim Menschen durchführbar ist. Allerdings korreliert beim Pferd nicht der Atemwegswiderstand (Resistance) wie beim Menschen am besten mit der inhalierten Histaminkonzentration, sondern die Dehnbarkeit (dynamische Compliance), weshalb diese als Maß für die Hyperreagibilität genutzt wird. Diesen Sachverhalt führen die Autoren auf die hohe Variabilität des Atemzugvolumens beim Pferd zurück, von dem die Resistance stärker abhängig ist als die Compliance. Vergleicht man die unspezifische Atemwegsreagibilität von gesunden,
geringgradig und mittel- bis hochgradig an COB erkrankten Pferden, stellt sich heraus, dass unter Gesunden kein Pferd eine Hyperreagibilität aufweist; unter den geringgradig Erkrankten leiden dagegen 25%, und unter den hochgradig Erkrankten alle Pferde an einer unspezifischen Hyperreagibilität (KLEIN und DEEGEN 1986). KLEIN und DEEGEN (1986) hielten außerdem fest, dass die Atemwegshyperreagibilität unabhängig von einer zuvor vorhandenen Bronchokonstriktion auftritt. Sie konnten keine Korrelation zwischen den Basiswerten der Lungenfunktion und einer definierten Veränderung der dynamischen Compliance feststellen.
Gesunde und kranke Tiere weisen zu Beginn eines Inhalationschallenges also das gleiche Reaktionspotential auf (KLEIN und DEEGEN 1986). DOUCET et al. kamen 1991 zu ähnlichen Schlüssen. Sie zeigten zusätzlich, dass mittels HIPT auch bei COB-Patienten, die sich in Remission befinden eine unspezifische Hyperreagibilität nachgewiesen werden kann, und so auch diese Patienten mit der Methode erfasst werden können. Neben der dynamischen Compliance wurden auch die Parameter transpulmonaler Druck, Resistance, Atemfluß und Atemfrequenz sowie exspiratorische Atemarbeit untersucht. Die gesunden Tiere reagieren auf die Histamininhalation mit einer verringerten dynamischen Compliance und erhöhten Resistance. Die Parameter transpulmonaler Druck und exspiratorische Atemarbeit sind ebenfalls leicht erhöht. Die Erkrankten zeigen dagegen eine um das Vielfache verringerte dynamische Compliance, einen starken Anstieg der exspiratorischen Atemarbeit, sowie einen geringen Anstieg der Atemfrequenz und des Atemflusses. Die Resistance ändert sich im Vergleich zur Gruppe der gesunden Pferde weniger (DOUCET et al. 1991). Die Untersuchungen zeigen, dass es im Vergleich zwischen gesunden und an COB-erkrankten Tieren mehrere Parameter gibt, die sich während des HIPT unterschiedlich entwickeln. Der HIPT kann also beim Pferd angewandt werden, um eine bronchiale Hyperreagibilität auch bei Tieren in Remission nachzuweisen.
2.3.1.3 Bronchoprovokation mittels Methacholin
FAIRBAIRN et al. (1993) unterzogen gesunde, sowie an allergischen Atemwegserkrankungen leidende Tiere in Remission einer Antigenkonfrontation. Die anschließend durch zerstäubtes Methacholinhydrochlorid ausgelöste Bronchokonstriktion wurde über Feststellung der interpleuralen Druckdifferenz quantifiziert. Messungen wurden
vor und 24, 48 und 72 Stunden nach Antigenkonfrontation durchgeführt. Dabei reagieren die Atemwege erkrankter Tiere bis zu 72 Stunden nach Antigenexposition stärker auf das applizierte Methacholin als die Atemwege gesunder Probanden (FAIRBAIRN et al. 1993).
Die Autoren vermuten einen Zusammenhang mit der initial, durch Bronchoobstruktion erhöhten interpleuralen Druckdifferenz.
2.3.2 In-vitro-Untersuchungen
Das Prinzip der Bronchoprovokation kann auf In-vitro-Modelle übertragen werden. Dabei kann die Provokation durch elektrische Feldstimulation (EFS) oder durch ein bronchokonstriktorisches Agenz (Methacholin, Histamin u.a.) ausgelöst werden (MASON et al. 1989). Versuche an der Pferdelunge wurden an verschiedenen In-vitro-Modellen durchgeführt. Im Folgenden sollen die Vor- und Nachteile der Methoden, mit besonderem Hinblick auf ihre Eignung zur Untersuchung der distalen Atemwege, dargelegt werden.
2.3.2.1 Trachealmuskulatur
Um die Trachealmuskulatur zu untersuchen, werden freipräparierte Streifen des Musculus trachealis an beiden Enden fixiert und in einem Organbad aufgespannt. Nach EFS über zwei im Organbad platzierte Elektroden oder nach Applikation einer muskelkonstriktorischen Substanz wird über einen Spannungsmesser die Kontraktion aufgezeichnet (OLZIEWSKI et al. 1999 b, ZHANG et al. 1996 b, ZHANG et al. 1999, MASON et al. 1989, DOUCET et al.
1990, BROADSTONE et al. 1991). DOUCET et al. (1990) kamen zu dem Schluss, dass beobachtete Spontankontraktionen der Trachealmuskulatur vernachlässigbar seien. MASON et al. (1989) registrierten ebenfalls spontane phasische Kontraktionen der glatten Muskulatur, die sie aber auf eventuell ungenaue Präparation zurückführten. Einen weiteren Vorteil der Methode stellt die relativ einfache Präparation des Untersuchungsmaterials dar (MASON et al. 1989). Als nachteilig ist jedoch die Diskrepanz der Ergebnisse zwischen Versuchen an Trachealstreifen und kleinen Bronchien zu nennen. Der Rückschluss auf die Verhältnisse in den distalen Atemwegen ist nur eingeschränkt möglich (MASON et al. 1989).
