Ulm, Univ., Diss., 2007.

Zusammenfassung Kerstin Gmeiner Ultrasonographische Charakterisierung der gesunden und kranken Harnblase bei der Sau Ambulatorische und Geburtshilfliche Tierklinik der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig 86 Seiten, 27 Abbildungen, 16 Tabellen, 167 Literaturangaben, 1 Anhang mit 2 Tabellen Infektionen der Harnblase bei Sauen sind häufig. Die Harnblase wird als Reservoir für Bakterien angesehen, welche Nieren- und Genitalerkrankungen gleichermaßen verursachen kann. Deren Diagnostik gestaltet sich jedoch schwierig, da klinische Symptome häufig fehlen oder zu spät bemerkt werden. In der Kleintiermedizin ist die sonographische Untersuchung der Harnblase ein routinemäßig eingesetztes diagnostisches Mittel zur Erkennung von Harnblasenerkrankungen. Beim Schwein wird die Sonographie bei gynäkologischen Fragestellungen routinemäßig eingesetzt. Obwohl die Harnblase dabei regelmäßig und in der Regel problemlos darstellbar ist, wurde die Sonographie bisher nicht oder nur ansatzweise zur Diagnostik von Harnblasenerkrankungen bei dieser Tierart eingesetzt. Grund dafür mag unter anderem sein, dass sonographische Referenzparameter für die gesunde Harnblase fehlen. Ziel dieser Arbeit war es einerseits gesunde Harnblasen bei Sauen sonographisch anhand ausgewählter Parameter zu charakterisieren (Versuch 1). Andererseits sollte eruiert werden, ob sich diese Parameter eignen, kranke von gesunden Harnblasen zu unterscheiden (Versuch 2). Die sonographische Darstellung der Harnblase erfolgte in beiden Versuchen transrektal unter manueller Kontrolle mit Hilfe des Ultraschallgerätes HS 2000 und eines 5 MHz Linearschallkopfes. Im Versuch 1 wurden die Harnblasen von 10 harngesunden Sauen (≤ 103 KbE/ml Harn, makroskopische und physikalisch-chemische Harnuntersuchung ohne besonderen Befund) mittels eines Ballonkatheters entleert, anschließend sukzessive mit definierten Mengen an isotoner NaCl-Lösung (200, 400, 600 bzw. 800 ml) gefüllt und jeweils sonographisch untersucht. Dabei wurden nachfolgende Parameter beurteilt: ventrodorsaler Durchmesser, Dicke der dorsalen und ventralen Blasenwand, Blasenwandregelmäßigkeit, Schleimhautrelief, Echogenität und Echotextur der Blasenwand. Es konnte dabei gezeigt werden, dass die Dicke der dorsalen bzw. ventralen Blasenwand mit zunehmender Blasenfüllung signifikant abnimmt (r = 0,83 bzw. r = 0,86; p < 0,01). Bei leerer Harnblase betrug die ventrale Wanddicke im Mittel 6,7 mm, während sie bei 800 ml Füllung eine Dicke von 2,7 mm aufwies. Der ventrodorsale Durchmesser nahm mit zunehmender Füllung signifikant zu (r = 0,91; p < 0,01). Ventrodorsaler Durchmesser und ventrale Blasenwanddicke korrelierten miteinander (r = 0,76). Aus beiden Werten wurde eine Regressionsfunktion (y = 0,0008x2 – 0,1576x + 10,828; r = 0,76) erarbeitet, die es erlaubt, die physiologische Blasenwanddicke auch bei unbekanntem Füllungszustand der Harnblase mit Hilfe des ventrodorsalen Durchmessers zu berechnen. Blasenwandregelmäßigkeit, Schleimhautrelief, Echogenität und Echotextur wiesen eine Abhängigkeit vom Blasenvolumen auf. Es kann geschlussfolgert werden, dass vor allem die Blasenwanddicken nur dann zu beurteilen sind, wenn der Füllungszustand der Harnblase bekannt ist. Sind die Volumina unbekannt bzw. nicht definiert, ist der ventrodorsale Duchmesser, der sonographisch immer zu erfassen ist, ein ausreichend genaues Äquivalent. Im Versuch 2 wurden 50 Sauen untersucht und dabei 31 Tiere als „harnblasengesund“, 15 als „harnblasenkrank“ und 4 als „fraglich“ hinsichtlich der Harnblasengesundheit beurteilt. Die Harnblasen wurden anhand der im Versuch 1 beschriebenen Parameter sonographisch untersucht. In keinem der beurteilten Parameter unterschieden sich kranke von gesunden Harnblasen. Selbst die ventrale Blasenwanddicke war gleich. Jedoch waren mittel- bis hochgradige Mengen an Sediment häufiger bei harnblasenkranken als bei -gesunden Sauen zu beobachten. Dabei ist es erforderlich, die Harnblase zur Beurteilung von Sediment zu ballotieren. Es ist zu schlussfolgern, dass die Harnblase beim Schwein sonographisch transrektal darstellbar und charakterisierbar ist. Alle in dieser Arbeit beurteilten Parameter veränderten sich füllungsabhängig, so dass der Füllungszustand der Harnblase bei deren Beurteilung immer zu berücksichtigen ist. Keiner der beurteilten Parameter war geeignet, kranke von gesunden Harnblasen zu unterscheiden. Einzig mittel- bis hochgradig sonographisch darstellbare Mengen an Sediment können als Indikator für eine Harnblasenerkrankung genutzt werden.

Zugl.: Giessen, Univ., Diss., 2008

Strahlentherapie im Beckenbereich, wie bei einer Tumortherapie häufig nötig, führt zur Mitbestrahlung der Harnblase. Dieses Normalgewebe zeigt hierbei eine akute und eine späte Strahlenreaktion. Während die akute Strahlenreaktion vollständig reversibel ist, ist die späte Reaktion irreversibel und progradient. Die Strahlenreaktion wurde mittels intravesikaler Zystometrie über das Blasenvolumen ermittelt. Getestet wurden Heparin und PPS als Glykosaminoglykane. Im Rahmen der Arbeit konnte gezeigt werden, dass die akute Strahlenreaktion durch intravesikale Applikation von Glykosaminoglykanen beeinflusst werden kann, und zwar im Sinne einer Reduktion der Reaktion. Die späte Reaktion selbst dagegen nicht. Dafür konnte aber gezeigt werden, dass eine starke konsekutive Komponente der späten Reaktion vorhanden ist. Damit beeinflusst das Maß der akuten Strahlenreaktion die Schwere der späten Reaktion. Eine Verringerung der Reaktionshäufigkeit in der akuten Phase führt zu einer Reduktion der Reaktionshäufigkeit in der Spätphase. / Radiation therapy in the pelvic region leads to a radiation of the bladder too. This normal tissue shows an acute and a late reaction. Whereas the acute one is completely reversible the chronic one is irreversible an progradient. The radiation reaction was measured as a reduction of the volume of the bladder by intravesical cystotonometry. Heparin and PPS were tried as GAG’s. In these examinations could be shown that it is possible to influence the acute reaction by intravesical application of GAG’s . In contrast the chronic phase an influence was impossible. Otherwise it could be proved that there is a high consecutive component in the chronic reaction. That means that a reduction in the frequency of the acute reaction leads to a reduction of the frequency of the chronic reaction.

Die Strahlenbehandlung gewinnt zunehmend an Bedeutung bei der Tumorbehandlung in der Tiermedizin. Dabei führen Bestrahlungen im Beckenbereich häufig zu Nebenwirkungen an der Harnblase. Die akute Strahlenreaktion ist reversibel und wird von einer symptomlosen Latenzzeit gefolgt. Die chronische Phase ist irreversibel und progressiv. In beiden Phasen basieren die Funktionsstörungen auf einer verminderten Speicherkapazität der Harnblase. In der vorliegenden Arbeit wird die Beeinflussung der chronischen Strahlenreaktion der Harnblase durch nichtsteroidale Antiphlogistika untersucht. Die Speicherkapazität wird mittels transurethraler Zystotonometrie erfasst. Nach der Entleerung der Blase wird durch eine Infusionspumpe über einen Katheter 0,9%ige Kochsalzlösung instilliert. Die Speicherkapazität wird durch das Harnblasenvolumen bei einem Druck von 10 mm Hg bestimmt. Als positiver Strahleneffekt wird eine Verminderung des Blasenvolumens um 50 % vom individuellen Ausgangswert vor der Bestrahlung definiert. Die Bestrahlung erfogt als Einzeitbestrahlung in einem exakt definerten Bestrahlungsfeld. Zur Behandlung der Strahlenreaktionen werden die nichtsteroidalen Antiphlogistika Acetylsalicylsäure und Indomethazin, lokal oder systemisch, verabreicht. Eine Verminderung der chronischen Strahleneffekte an der Harnblase ist durch verschiedene Behandlungsprotokolle in der Akut- bzw. in der Latenzphase möglich. Es wird ein indirekter Nachweis erbracht, dass eine veränderte Prostaglandinsynthese an der Pathogenese der strahleninduzierten Funktionsstörungen beteiligt ist. Die akuten Veränderungen der Prostaglandinsynthese haben Einfluss auf die Entwicklung chronischer Strahlenfolgen an der Harnblase im Sinne einer starken konsekutiven Komponente.

Zusammenfassung Kerstin Gmeiner Ultrasonographische Charakterisierung der gesunden und kranken Harnblase bei der Sau Ambulatorische und Geburtshilfliche Tierklinik der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig 86 Seiten, 27 Abbildungen, 16 Tabellen, 167 Literaturangaben, 1 Anhang mit 2 Tabellen Infektionen der Harnblase bei Sauen sind häufig. Die Harnblase wird als Reservoir für Bakterien angesehen, welche Nieren- und Genitalerkrankungen gleichermaßen verursachen kann. Deren Diagnostik gestaltet sich jedoch schwierig, da klinische Symptome häufig fehlen oder zu spät bemerkt werden. In der Kleintiermedizin ist die sonographische Untersuchung der Harnblase ein routinemäßig eingesetztes diagnostisches Mittel zur Erkennung von Harnblasenerkrankungen. Beim Schwein wird die Sonographie bei gynäkologischen Fragestellungen routinemäßig eingesetzt. Obwohl die Harnblase dabei regelmäßig und in der Regel problemlos darstellbar ist, wurde die Sonographie bisher nicht oder nur ansatzweise zur Diagnostik von Harnblasenerkrankungen bei dieser Tierart eingesetzt. Grund dafür mag unter anderem sein, dass sonographische Referenzparameter für die gesunde Harnblase fehlen. Ziel dieser Arbeit war es einerseits gesunde Harnblasen bei Sauen sonographisch anhand ausgewählter Parameter zu charakterisieren (Versuch 1). Andererseits sollte eruiert werden, ob sich diese Parameter eignen, kranke von gesunden Harnblasen zu unterscheiden (Versuch 2). Die sonographische Darstellung der Harnblase erfolgte in beiden Versuchen transrektal unter manueller Kontrolle mit Hilfe des Ultraschallgerätes HS 2000 und eines 5 MHz Linearschallkopfes. Im Versuch 1 wurden die Harnblasen von 10 harngesunden Sauen (≤ 103 KbE/ml Harn, makroskopische und physikalisch-chemische Harnuntersuchung ohne besonderen Befund) mittels eines Ballonkatheters entleert, anschließend sukzessive mit definierten Mengen an isotoner NaCl-Lösung (200, 400, 600 bzw. 800 ml) gefüllt und jeweils sonographisch untersucht. Dabei wurden nachfolgende Parameter beurteilt: ventrodorsaler Durchmesser, Dicke der dorsalen und ventralen Blasenwand, Blasenwandregelmäßigkeit, Schleimhautrelief, Echogenität und Echotextur der Blasenwand. Es konnte dabei gezeigt werden, dass die Dicke der dorsalen bzw. ventralen Blasenwand mit zunehmender Blasenfüllung signifikant abnimmt (r = 0,83 bzw. r = 0,86; p < 0,01). Bei leerer Harnblase betrug die ventrale Wanddicke im Mittel 6,7 mm, während sie bei 800 ml Füllung eine Dicke von 2,7 mm aufwies. Der ventrodorsale Durchmesser nahm mit zunehmender Füllung signifikant zu (r = 0,91; p < 0,01). Ventrodorsaler Durchmesser und ventrale Blasenwanddicke korrelierten miteinander (r = 0,76). Aus beiden Werten wurde eine Regressionsfunktion (y = 0,0008x2 – 0,1576x + 10,828; r = 0,76) erarbeitet, die es erlaubt, die physiologische Blasenwanddicke auch bei unbekanntem Füllungszustand der Harnblase mit Hilfe des ventrodorsalen Durchmessers zu berechnen. Blasenwandregelmäßigkeit, Schleimhautrelief, Echogenität und Echotextur wiesen eine Abhängigkeit vom Blasenvolumen auf. Es kann geschlussfolgert werden, dass vor allem die Blasenwanddicken nur dann zu beurteilen sind, wenn der Füllungszustand der Harnblase bekannt ist. Sind die Volumina unbekannt bzw. nicht definiert, ist der ventrodorsale Duchmesser, der sonographisch immer zu erfassen ist, ein ausreichend genaues Äquivalent. Im Versuch 2 wurden 50 Sauen untersucht und dabei 31 Tiere als „harnblasengesund“, 15 als „harnblasenkrank“ und 4 als „fraglich“ hinsichtlich der Harnblasengesundheit beurteilt. Die Harnblasen wurden anhand der im Versuch 1 beschriebenen Parameter sonographisch untersucht. In keinem der beurteilten Parameter unterschieden sich kranke von gesunden Harnblasen. Selbst die ventrale Blasenwanddicke war gleich. Jedoch waren mittel- bis hochgradige Mengen an Sediment häufiger bei harnblasenkranken als bei -gesunden Sauen zu beobachten. Dabei ist es erforderlich, die Harnblase zur Beurteilung von Sediment zu ballotieren. Es ist zu schlussfolgern, dass die Harnblase beim Schwein sonographisch transrektal darstellbar und charakterisierbar ist. Alle in dieser Arbeit beurteilten Parameter veränderten sich füllungsabhängig, so dass der Füllungszustand der Harnblase bei deren Beurteilung immer zu berücksichtigen ist. Keiner der beurteilten Parameter war geeignet, kranke von gesunden Harnblasen zu unterscheiden. Einzig mittel- bis hochgradig sonographisch darstellbare Mengen an Sediment können als Indikator für eine Harnblasenerkrankung genutzt werden.

Strahlentherapie im Beckenbereich, wie bei einer Tumortherapie häufig nötig, führt zur Mitbestrahlung der Harnblase. Dieses Normalgewebe zeigt hierbei eine akute und eine späte Strahlenreaktion. Während die akute Strahlenreaktion vollständig reversibel ist, ist die späte Reaktion irreversibel und progradient. Die Strahlenreaktion wurde mittels intravesikaler Zystometrie über das Blasenvolumen ermittelt. Getestet wurden Heparin und PPS als Glykosaminoglykane. Im Rahmen der Arbeit konnte gezeigt werden, dass die akute Strahlenreaktion durch intravesikale Applikation von Glykosaminoglykanen beeinflusst werden kann, und zwar im Sinne einer Reduktion der Reaktion. Die späte Reaktion selbst dagegen nicht. Dafür konnte aber gezeigt werden, dass eine starke konsekutive Komponente der späten Reaktion vorhanden ist. Damit beeinflusst das Maß der akuten Strahlenreaktion die Schwere der späten Reaktion. Eine Verringerung der Reaktionshäufigkeit in der akuten Phase führt zu einer Reduktion der Reaktionshäufigkeit in der Spätphase. / Radiation therapy in the pelvic region leads to a radiation of the bladder too. This normal tissue shows an acute and a late reaction. Whereas the acute one is completely reversible the chronic one is irreversible an progradient. The radiation reaction was measured as a reduction of the volume of the bladder by intravesical cystotonometry. Heparin and PPS were tried as GAG’s. In these examinations could be shown that it is possible to influence the acute reaction by intravesical application of GAG’s . In contrast the chronic phase an influence was impossible. Otherwise it could be proved that there is a high consecutive component in the chronic reaction. That means that a reduction in the frequency of the acute reaction leads to a reduction of the frequency of the chronic reaction.

Die Strahlenbehandlung gewinnt zunehmend an Bedeutung bei der Tumorbehandlung in der Tiermedizin. Dabei führen Bestrahlungen im Beckenbereich häufig zu Nebenwirkungen an der Harnblase. Die akute Strahlenreaktion ist reversibel und wird von einer symptomlosen Latenzzeit gefolgt. Die chronische Phase ist irreversibel und progressiv. In beiden Phasen basieren die Funktionsstörungen auf einer verminderten Speicherkapazität der Harnblase. In der vorliegenden Arbeit wird die Beeinflussung der chronischen Strahlenreaktion der Harnblase durch nichtsteroidale Antiphlogistika untersucht. Die Speicherkapazität wird mittels transurethraler Zystotonometrie erfasst. Nach der Entleerung der Blase wird durch eine Infusionspumpe über einen Katheter 0,9%ige Kochsalzlösung instilliert. Die Speicherkapazität wird durch das Harnblasenvolumen bei einem Druck von 10 mm Hg bestimmt. Als positiver Strahleneffekt wird eine Verminderung des Blasenvolumens um 50 % vom individuellen Ausgangswert vor der Bestrahlung definiert. Die Bestrahlung erfogt als Einzeitbestrahlung in einem exakt definerten Bestrahlungsfeld. Zur Behandlung der Strahlenreaktionen werden die nichtsteroidalen Antiphlogistika Acetylsalicylsäure und Indomethazin, lokal oder systemisch, verabreicht. Eine Verminderung der chronischen Strahleneffekte an der Harnblase ist durch verschiedene Behandlungsprotokolle in der Akut- bzw. in der Latenzphase möglich. Es wird ein indirekter Nachweis erbracht, dass eine veränderte Prostaglandinsynthese an der Pathogenese der strahleninduzierten Funktionsstörungen beteiligt ist. Die akuten Veränderungen der Prostaglandinsynthese haben Einfluss auf die Entwicklung chronischer Strahlenfolgen an der Harnblase im Sinne einer starken konsekutiven Komponente.

Harnblase. Weiterhin bestärkt die beobachtete Kopplung die Hypothese, dass das Myofibroblastennetzwerk afferente Signale Verstärken und modulieren kann. Die Verbesserung des Verständnisses der Harnblasenfunktion ist von grundlegendem Interesse für die Behandlung von Miktionsstörungen. Eine Störung von mechanischer Stimulierbarkeit und Kopplung der suburothelialen Myofibroblasten kann eine Störung der Sensorik der Harnblase plausibel erklären und stellt einen neuen Therapieansatz dar.:1 Abkürzungsverzeichnis 2 Einführung 2.1 Hintergrund 2.2 Anatomische und physiologische Grundlagen der Harnblasenfunktion 2.2.1 Aufbau der Harnblasenwand 2.2.2 Terminologie und Klassifikation interstitieller Zellen der Harnblase 2.2.3 Phänotypisierung der suburothelialen Myofibroblasten 2.2.4 Funktionsweise der Myofibroblasten 2.2.5 Innervation des unteren Harntraktes und neuronale Kontrolle der Harnblasenfunktion 2.2.6 Lokale sensorische Netzwerke der Harnblase 3 Aufgabenstellung 4 Material und Methoden 4.1 Gewinnung und Zellkultur suburothelialer Myofibroblasten 4.2 Lösungen und Chemikalien 4.3 Calcium imaging 4.4 Datenanalyse 4.4.1 Erzeugung der FI-Ratio Datensätze 4.4.2 Automatische Fluoreszenz-Signal-Analyse 4.5 Aufbau und Anordnung der Experimente 4.5.1 Spontanaktivität 4.5.2 Mechanische Stimulation mittels Glasmikropipette 4.5.3 Mechanische Stimulation durch Scherstress 4.5.4 Hypoosmolare Stimulation 5 Ergebnisse 5.1 Spontane Kalziumaktivität humaner suburothelialer Myofibroblasten 5.2 Mechanische Stimulierbarkeit durch Druck mittels Glasmikropipette 5.2.1 Intrazelluläre Ausbreitung mechanisch induzierter Kalziumsignale 5.2.2 Interzelluläre Ausbreitung mechanisch induzierter Kalziumsignale in kultivierten humanen suburothelialen Myofibroblasten 5.3 Mechanische Stimulierbarkeit durch Scherstress 5.4 Mechanische Stimulierbarkeit durch osmotischen Stress 6 Diskussion 6.1 Beobachtete Kalziumsignale suburothelialer Myofibroblasten 6.2 Bedeutung der mechanischen Stimulierbarkeit 6.3 Identifikation der stretch-activated channels 6.4 Bedeutung der interzellulären Kopplung 6.5 Konzept zur Rolle der suburothelialen Myofibroblasten 6.6 Methodischer und experimenteller Ansatz 6.6.1 Selbst entwickelte Fluoresence Analysis Software 6.6.2 Methoden der mechanischen Stimulierbarkeit 6.7 Pathophysiologische Aspekte 7 Zusammenfassung der Arbeit 8 Literaturverzeichnis 9 Anlagen 9.1 Selbstständigkeitserklärung 9.2 Lebenslauf 9.3 Publikationen 9.4 Danksagung

Suburothelial myofibroblasts (sMF) are located underneath the urothelium in close proximity to afferent nerves and show spontaneous calcium activity in vivo and in vitro. They express purinergic receptors and calcium transients can be evoked by ATP. Therefore they are supposed to be involved in afferent signaling of the bladder fullness. Myofibroblast cultures, established from cystectomies, were challenged by exogenous ATP in presence or absence of purinergic antagonist. Fura-2 calcium imaging was used to monitor ATP (10-16 to 10-4 mol/l) induced alterations of calcium activity. Purinergic receptors (P2X1, P2X2, P2X3) were analysed by confocal immunofluorescence. We found spontaneous calcium activity in 55.18% ± 1.65 (mean ± SEM) of the sMF (N=48 experiments). ATP significantly increased calcium activity even at 10-16 mol/l. The calcium transients were partially attenuated by subtype selective antagonist (TNP-ATP, 1μM; A-317491, 1μM), and were mimicked by the P2X1, P2X3 selective agonist α,β-methylene ATP. The expression of purinergic receptor subtypes in sMF was confirmed by immunofluorescence. Our experiments demonstrate for the first time that ATP can modulate spontaneous activity and induce intracellular Ca2+ response in cultured sMF at very low concentrations, most likely involving ionotropic P2X receptors. These findings support the notion that sMF are able to register bladder fullness very sensitively, which predestines them for the modulation of the afferent bladder signaling in normal and pathological conditions.