Histomorphologische und ultrastrukturelle Untersuchungen an klinisch relevanten Blutgefäßen des Pferdes

Histomorphological and ultrastructural examination of clinically relevant equine blood vessels

The objective of the study was to examine micro-morphometric data of the arterial wall of clinically relevant equine distal limb arteries as a function of localization, age, body mass, gender and breed. Furthermore, we aimed to investigate micromorphological characteristics of the endothelial lining within the external jugular vein of healthy horses, which might explain the high propensity of this vein to develop thrombophlebitis. Cellular and extracellular components of equine distal limb arteries were examined in 35 horses. Samples of the A. digitalis palmaris communis II and two distal branches were taken immediately post mortally at a slaughter house. Vessel 1 (G1) represents the proximal (A.palmaris com. II) and Vessel 3 (G3) the distal (A. dorsalis phalangis med.) sample. Vessel 2 (G2) corresponds to the A. digitalis dorsalis media in the middle between G1 and G3. To clarify a possible impact of body mass or age to the micro-morphometric data, we divided the total number of horses (n=35) into different groups of age (AG): AG 1 (n=14, 0-7 years), AG 2 (n=11, 8-16 years), AG 3 (n=10, 17-24 years) and groups of weight (WG): WG 1 (n=4, 100-200 kg), WG 2 (n=16, 201-400 kg), WG 3 (n=15, 401-700 kg).
Quantitative analysis of different parameters was based on light microscopic evaluation. To analyze the ultrastructure of the Tunica interna of the distal limb arteries and the jugular vein, transmission electron microscopic evaluation was used.
New Results of the present study are as follows:
• The equine medial palmar artery belongs to a type of very thick-walled muscular arteries.Wall thickness of thigh arteries increases with rising age and weight, resulting in vessel lumen reduction
• orientation of smooth muscle cells of the Tunica media of distal limb arteries changes at branching points from originally circular into a longitudinal orientation along the new branch
• Intimal plaques and thickening of the Tunica interna were found in the distal limb arteries of 3 horses. These intimal thickenings showed notable differences in their morphological structure.
• In individual cases, the elastic membrane of the distal limb arteries appeared discontinuous and multilayered.
• Vasa vasorum were located mainly in the Tunica externa (9.3 Vasa vasorum/mm2) and their amount decreases towards the Tunica media (4.2 Vasa vasorum/mm2 ) by more than half (54.84%).
• Only the area of the Tunica media and Tunica externa determines the number (density) of supplying Vasa vasorum in the Tunica media and Tunica externa.
• The inner part of the Tunica media of the distal limb arteries represents an avascular zone, which is supplied only by diffusion from the lumen of the vessel. The avascular zone measured 0.467mm on average and a minimum of 0.29mm.
• Vater-Pacini-lamellar corpuscles where regular found close to the Tunica externa of the distal limb arteries.
• There is a notable difference in the expression of the glycocalix from the distal limb arteries (high expression) to the jugular vein (few or complete loss of glycocalix).
• Solitary endothelial cells of the jugular vein could be observed in between flat endothelial cells, which protrude into the lumen.
• Adjacent endothelial cells of arteries clearly show more interdigitations, compared to the endothelial cells of the jugular vein.
• The expression of tight- and adherent junctions between endothelial cells of distal limb arteries is more frequently compared to the jugular vein.
In summary, there are significant differences between the endothelial layer of the distal limb arteries and the jugular vein regarding the contact area of adjacent endothelial cells, the number of overlapping endothelial cells, the amount of cell contacts and the expression of the glycocalix. The interaction of these factors possibly leads to a high propensity of the jugular vein to develop thrombophlebitis. Additionally, protruding endothelial cells of the jugular vein may be important in developing phlebitis. This study has also shown that age and weight of the horses have an impact on the vascular architecture of the arteries. The distal limb arteries react with thickening of the vessel wall, resulting in lumen reduction as an adaptive process under different hemodynamic conditions. Histomorphologische und ultrastrukturelle Untersuchungen an klinisch relevanten Blutgefäßen des Pferdes

Für die histomorphologische und ultrastrukturelle Analyse klinisch relevanter Blutgefäße wurden zelluläre und extrazelluläre Komponenten der distalen Arterien der Vordergliedmaße und der Vena jugularis externa von 35 Pferden untersucht. Dabei wurde das Alter und die Körpermasse der Pferde und deren Einfluss auf die Gefäßwandarchitektur berücksichtigt. Es sollten Hinweise über mögliche Ursachen von Hämatombildung nach Gefäßpunktion sowie zur Empfindlichkeit von Pferden für die Ausbildung von Thrombophlebitiden der Vena jugularis gewonnen werden. Es wurden Abschnitte der A. palmaris com. II in ihrem distalen Verlauf an 3 definierten Stellen entnommen. Gefäß 1 (G1) entspricht der proximalsten (A. palmaris com. II) und Gefäß 3 (G3) der distalsten (A. dorsalis phalangis med.) Entnahmestelle. Gefäß 2 (G2) entspricht der A. digitalis dorsalis med., welche sich im Verlauf zwischen G1 und G3 befindet. Die Pferde (n=35) wurden sowohl in unterschiedliche Altersklassen (AK) AK 1 (n=14, 0-7 Jahre), AK 2 (n=11, 8-16 Jahre), AK 3 (n=10, 17-24 Jahre) als auch Gewichtsklassen (GK) GK 1 (n=4, 100-200 Kg), GK 2 (n=16, 201-400 Kg), GK 3 (n=15, 401-700 Kg) unterteilt um einen möglichen Einfluss dieser Parameter auf die Gefäßarchitektur zu verdeutlichen.
Die quantitative Analyse verschiedener Parameter wie z.B. Lumendurchmesser, Dicke der Tunica interna und der Tunica externa, Intimaverdickungen, Anzahl und Dichte von Vasa und Nervi vasorum in der Tunica media und Tunica externa sowie die prozentuale Verteilung von glatten Muskelzellen, elastischen und kollagenen Fasern in der Tunica media, erfolgte mit Hilfe verschiedener Färbungen und einer immunhistochemischen Markierung an Formalin-fixierten Schnittpräparaten. Eine qualitative Betrachtung der Tunica interna der Vena jugularis, der distalen Gliedmaßenarterien und deren Vasa vasorum erfolgte am Elektronenmikroskop.
Die in der vorliegenden Arbeit erstmals beschriebenen Ergebnisse bei der Spezies Pferd sind:
• Die distalen Schultergliedmaßenarterien der Pferde gehören zum muskulären Typ und zeigen eine Alters- und gewichtsabhängige Gefäßwanddickenzunahme mit resultierender Lumenreduktion.
• An Gefäßabzweigungen erfahren die glatten Muskelzellen der distalen Arterien eine Verlaufsänderung von ursprünglich zirkulär in einen longitudinalen Verlauf entlang des abzweigenden Gefäßes.
• Es konnten Intimaverdickungen und Intimapolster an den distalen Arterien nachgewiesen werden, welche sich morphologisch deutlich voneinander unterscheiden.
• Der Hauptanteil der Vasa vasorum befindet sich in der Tunica externa (9,3 Vasa vasorum /mm2 ) und fällt zur Tunica media (4,2 Vasa vasorum / mm2) um mehr als die Hälfte (54,84%) ab.
• Ausschließlich die zur Verfügung stehende Fläche (Fläche der Tunica externa oder Tunica media) entscheidet über die Anzahl (Dichte) an Vasa vasorum.
• Die Tunica media der distalen Arterien zeigt eine durchschnittliche (0,467 mm) und eine minimale (0,29 mm) avaskuläre Zone, welche ausschließlich über Diffusion vom Lumen versorgt wird.
• Vater-Pacini-Lamellenkörperchen konnten regelmäßig in unmittelbarer Umgebung zur Tunica externa der distalen Arterien nachgewiesen werden.
• Die Ausprägung der Glykokalix variiert zwischen Arterien und der Vena jugularis beträchtlich. Arterien zeigen eine deutliche Glykokalix, welche bei der Jugularvene teilweise vollständig fehlt.
• Ausschließlich bei der Vena jugularis konnten Protrusionen equiner Endothelzellen aufgezeigt werden.
• In Einzelfällen konnte an den distalen Arterien Mehrlagigkeit und Diskontinuität der Membrana elastica interna nachgewiesen werden.
• Benachbarte Endothelzellen von Arterien zeigen gegenüber den Endothelzellen der Vena jugularis deutlich mehr Interdigitationen.
• Lumennahe Haftkomplexe (tight- und adherens junctions) zwischen Endothelzellen der distalen Arterien sind entgegen denen der Vena jugularis gehäuft anzutreffen.
Zusammenfassend ist bei der Betrachtung des Endothels der Vena jugularis festzustellen, dass im Vergleich zu den distalen Arterien, die Kontaktfläche benachbarter Endothelzellen, das Ausmaß an Überlappungen, die Anzahl an Zellkontakten, insbesondere der tight junctions und die Glykokalix deutlich schwächer ausgeprägt sind als bei den Arterien. Das Zusammenspiel dieser Faktoren führt möglicherweise zur gesteigerten Neigung der Jugularvene eine (Thrombo)- Phlebitis zu entwickeln. Die Protrusionen der Endothelzellen können bei der Entwicklung einer Phlebitis eine Rolle spielen.
Es konnte zusätzlich gezeigt werden, dass sowohl das Gewicht der Pferde als auch das Alter der Tiere Einfluss auf die Gefäßarchitektur ausübt. Die distalen Blutgefäße der Schultergliedmaße reagieren mit einer Gefäßwandverdickung und entsprechender Lumenreduktion und zeigen somit ein adaptives Verhalten auf veränderte hämodynamische Verhältnisse.