Stamm- und geschlechtsspezifische Unterschiede der Lungenarchitektur sowie der Ultrastruktur der Alveolarsepten bei C3H/HeJ- und JF1/Msf-Mäusen

Die Maus ist aufgrund ihrer guten Züchtbarkeit und leichten Handhabbarkeit eines der wichtigsten Labortiere in der pneumologischen Forschung. Die Inzuchtstämme bieten als Modellorganismus durch eine geringe genetische Variabilität eine wichtige experimentelle Quelle zur Untersuchung physiologischer, pathophysiologischer und biochemischer Prozesse von Säugetieren (Paigen K 2000). Es ist notwendig, die jeweiligen Phänotypen der zunehmend verwendeten transgenen Tiere und Mutanten sowie der häufig genutzten Inzucht Stämme zu charakterisieren. Das Wissen über spezifische phänotypische Eigenschaften einzelner Stämme erleichtert die Auswahl von geeigneten Versuchstieren (Reinhard C 2002). Reinhard et al. (2002; 2005) und Schulz et al. (2002) zeigten in mehreren Studien, dass zwischen den Mäusen der Inzucht-Stämme C3H/HeJ und JF1/Msf geschlechtsspezifische Unterschiede in Körpergewicht, Lungenvolumen und Funktionsparametern der Lungen bestehen. Zudem wiesen sie nach, dass die C3H Mäuse das größere Körpergewicht und Lungenvolumen haben und fanden Hinweise darauf, dass JF1 Mäuse bei einer sehr niedrigen Compliance bezogen auf das Körpergewicht eine größere alveoläre Diffusionskapazität besitzen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es zu überprüfen, ob für die festgestellten Unterschiede zwischen Funktionsparametern der Lungen der Inzucht Stämme C3H und JF1 und zwischen den Geschlechtern der beiden Stämme morphologische Korrelate in der Ultrastruktur zu finden waren. Dazu wurden sowohl die Stämme als auch die Geschlechter miteinander verglichen. Durch die Erhebung von grundlegenden Daten über den Aufbau des Alveolarseptums sollte die Auswahl passender Versuchstiere in der zukünftigen pneumologischen Forschung erleichtert werden. An Lungen männlicher und weiblicher Mäuse beider Stämme (n=6 pro Gruppe) wurden auf stereologischen Verfahren basierende transmissionselektronen- sowie lichtmikroskopische Untersuchungen durchgeführt. Die Lungen wurden über die Trachea fixiert. Die Gewebeblöckchen wurden osmiert, mit Tanninsäure und Uranylacetat en bloc kontrastiert, in Araldit bzw. Technovit eingebettet und gefärbt. An Richardson gefärbten Schnitten wurden die Volumina von Parenchym, Septen und Luftraum bestimmt. An Orcein gefärbten Schnitten wurde der Luftraum differenziert, die Alveolaroberfläche sowie die Mean Chord Length als Indikator für die Weite von Ductal- und Alveolarraum und die Mean Face Length als Indikator für die Anzahl der Alveolen bestimmt. Die Ultrastruktur der Alveolarsepten wurde elektronenmikroskopisch analysiert, die relativen Volumenanteile der Komponenten (Alveolarepithelzellen I und II, Kapillarendothel, Interstitium mit Elastin und Kollagen) quantifiziert und die absoluten Volumina berechnet. Die Ergebnisse dieser Arbeit haben Erklärungen geliefert für die in vorausgegangenen Studien festgestellten stamm- und geschlechtsspezifischen Unterschiede in den Funktionsparametern der Lungen der beiden untersuchten Mausstämme. Die JF1-Mäuse kompensieren die im Vergleich zu den C3H-Mäusen eher ungünstigen Bedingungen für die Atemarbeit, bedingt durch niedrige spezifische Compliance und hohen Atemwegswiderstand, durch eine größere Gasaustauschfläche, eine dünnere Blut-Luft-Schranke und eine höhere pulmonale Diffusionskapazität. Auf ultrastruktureller Ebene haben sich keine Korrelate für die Unterschiede in der Atemmechanik gefunden. Es besteht ein am ehesten allometrischer Zusammenhang zwischen den Unterschieden in den Lungenvolumina und in den Volumina der Kompartimente des Alveolarseptums. Nur bei den elastischen und kollagenen Fasern zeigte der Stammvergleich, dass die C3H Mäuse im Verhältnis mehr Kollagen, bzw. weniger Elastin besitzen als die JF1 Mäuse. Zur plausiblen Erklärung der niedrigeren spezifischen Compliance und des höheren Atemwegswiderstands der JF1 Mäuse hätte das Verhältnis aber umgekehrt sein müssen. Die weiblichen Tiere verfügen über einen größeren Gasaustauschbereich als die männlichen Tiere. Besonders im C3H Stamm wurde dies deutlich, im JF1 Stamm waren die Geschlechtsunterschiede kaum ausgeprägt. Ursächlich für die, bezogen auf ihr Körpergewicht, größere Gasaustauschfläche weiblicher Individuen gegenüber männlichen ist am ehesten ein evolutionärer Vorteil, der die Reproduktion unterstützt. Während Schwangerschaft und Stillperiode wird vermehrt Energie in Form von Sauerstoff benötigt. Ein Unterschied in den strukturellen Parametern ist vorhanden, obwohl die Mäuse dieser Arbeit nie getragen oder gestillt haben. In Schwangerschaft und Stillperiode muss also nicht ausschließlich zusätzliches Lungengewebe geschaffen werden, die Nutzung des vorhandenen Lungengewebes wird auch optimiert. Eine wichtige Motivation dieser Arbeit war, die Auswahl von Versuchstieren in der pneumologischen Forschung zu erleichtern. Gerade die erfassten Daten über Volumina von Elastin und Kollagen können für die zukünftige Emphysemforschung hilfreich sein, wenn die hier untersuchten Mausstämme dort Verwendung finden