Abstract
Pulmonary hypoplasia and persistent pulmonary hypertension are the main causes of
mortality and morbidity in congenital diaphragmatic hernia (CDH). Prenatal tracheal
occlusion accelerates lung growth, but the mechanism remains unknown. In order to
be able to establish the accuracy of our experimental model for further molecular
biological examinations, we evaluated the histologic structure of 1. fetal lungs subjected
to tracheal occlusion compared to 2. normal fetal lungs, 3. hypoplastic lungs in CDH,
and 4. normal neonatal lungs. One group of Sprague-Dawley rat fetuses were subjected
to intrauterine tracheal ligation (TL) on gestational day 19 (n = 7). Control fetuses
were obtained from the same litters as those subjected to TL (n = 8). Another group
of pregnant Sprague-Dawley rats were given 100 mg nitrofen on gestational day 9.5
to create CDH (n = 8). All fetuses were delivered by cesarean section on day 21. Lungs
from 1-day-old, healthy, non-operated, newborn Sprague-Dawley rats were also examined
(n = 6). Lung weight to body weight ratio was significantly higher in the TL lungs
(5.0 ± 0.36 %), compared to control lungs (2.8 ± 0.15 %), CDH lungs (1.9 ± 0.12 %),
and normal neonatal lungs (4.2 ± 0.18 %). Volume density of alveolar air space and
radial alveolar count (RAC) in TL lungs (52 ± 1.4 %) (3.3 ± 0.25) were significantly
higher than in control lungs (34 ± 3.4 %) (2.2 ± 0.17) and in CDH lungs (16 ± 1.7
%) (1.7 ± 0.07). No significant differences were found between the TL and the normal
neonatal group (59 ± 1.4 %) (3.6 ± 0.11). Fetal lungs after TL showed evidence of
growth stimulation with increased volume density of alveolar air space and increased
RAC, comparable to findings in normal neonatal lungs.
Résumé
Buts: L'hypoplasie pulmonaire et l'hypertension pulmonaire persistante sont les causes
principales de la mortalité et de la morbidité dans les hernies congénitales du diaphragme
(CDH). L'occlusion trachéale prénatale accélère la croissance pulmonaire mais le mécanisme
demeure inconnu. Dans le but d'établir la fiabilité de notre modèle expérimental pour
des études en biologie moléculaire ultérieures, nous évaluons la structure histologique
premièrement de poumons fœtaux soumis à une occlusion trachéale, deuxièmement de poumons
fœtaux normaux, troisièmement de poumons hypoplasiques avec CDH, et quatrièmement
des poumons néonataux normaux. Un groupe de fœtus de rats Sprague-Dawley a été soumis
à une ligature intra-utérine de la trachée au 19ème jour de la gestation (n = 7). Les fœtus contrôle sont de la même race que ceux qui
avaient été soumis à la ligature trachéale (n = 8). Un autre groupe de rats Sprague-Dawley
enceintes recevaient 100 mg de Nitrofen au jour gestationnel 9,5 pour créer une hernie
de coupole diaphragmatique (n = 8). Tous les fœtus étaient obtenus par césarienne
au jour 21. Les poumons de rats nouveaux-nés non opérés Sprague-Dawley étaient aussi
examinés (n = 6). Le rapport du poids pulmonaire au poids du corps était significativement
plus élevé chez les poumons soumis à une ligature trachéale (5,0 ± 0,36 %), comparé
au poumon contrôle (2,8 ± 0,15 %), aux poumons avec hernie de coupole diaphragmatique
(1,9 ± 0,12 %), et aux poumons néonataux normaux (4,2 ± 0,18 %). Le volume de l'alvéole
et le compte radial alvéolaire (RAC) chez les poumons soumis à une ligature trachéale
(52 ± 1,4 %) était significativement plus élevé dans le groupe contrôle (34 ± 3,4
%) (2,2 ± 0,17) et dans les poumons avec hernies de coupole diaphragmatique (16 ±
1,7 %) (1,7 ± 0,07). Aucune différence significative n'a été trouvée entre les ligatures
trachéales et le groupe néonatal normal (59 ± 1,4 %) (3,6 ± 0,11). Les poumons fœtaux
après ligature trachéale montraient à l'évidence une stimulation de la croissance
avec une augmentation du volume alvéolaire et du compte radial alvéolaire comparable
à ceux trouvés chez un poumon néonatal normal.
Resumen
La hipoplasia pulmonar y la hipertensión pulmonar persistente son las causas principales
de mortalidad y morbilidad en la hernia diafragmática congénita (CDH). La obstrucción
traqueal prenatal acelera el crecimiento del pulmón por mecanismos aún desconocidos.
Para establecer un modelo experimental para ulterior estudio biológico molecular evaluamos
la estructura histológica de 1.- Pulmones fetales con tráquea ocluída en comparación
con 2.- Pulmones normales, 3.- Pulmones hipoplásicos procedentes de CDH y 4.- Pulmones
neonatales normales. Un grupo de fetos de rata Sprague-Dawley se sometió a ligadura
traqueal intrauterina (TL) en el día 19 de gestación (n = 7). Los controles (n = 8)
se obtuvieron de las mismas camadas. Otro grupo de ratas gestantes fue tratado con
100 mg. de Nitrofen en el día 9.5 para producir CDH (n = 8). Todos los fetos se obtuvieron
por cesárea en el día 21. También fueron estudiados pulmones de ratas recién nacidas
sanas (n = 6). El peso pulmonar en relación con el peso corporal fue significativamente
más alto en los pulmones TL (5,0 ± 0,36 %) en comparación con los controles (2,8 ±
0,15 %), con los pulmones CDH (1,9 ± 0,12 %) y con los pulmones neonatales normales
(4,2 ± 0,18 %). La densidad de volumen del espacio aéreo alveolar y el recuento alveolar
radial en los pulmones TL (52 ± 1,4 %, 3,3 ± 0,25) fueron significativamente más altos
que los de los controles (34 ± 3,4 %, 2,2 ± 0,17) y los CDH (16 ± 1,7 %, 1,7 ± 0,07).
No hubo diferencias significativas entre los pulmones TL y los de grupo neonatal sano
(59 ± 1,4 %, 3 ± 0,11). Era evidente que los pulmones fetales tras TL sufrieron estimulación
del crecimiento con aumento de la densidad de volumen de los espacios alveolares y
aumento del RAC siendo comparables a los pulmones neonatales normales.
Zusammenfassung
Zielsetzung: Lungenhypoplasie und persistierender pulmonaler Hochdruck sind die häufigsten Mortalitäts-
und Morbiditätsursachen der angeborenen Zwerchfellhernien (CDH). Ein pränataler Trachealverschluss
beschleunigt das Lungenwachstum, aber der pathophysiologische Mechanismus ist unklar.
Um jedoch die Genauigkeit unseres experimentellen Modells für weitere molekularbiologische
Untersuchungen zu überprüfen, untersuchten wir die feingewebliche Struktur von 1.
fetalen Lungen nach Verschluss der Trachea im Vergleich zu 2. normalen fetalen Lungen,
3. hypoplastischen Lungen bei angeborener Zwerchfellhernie und 4. normalen Lungen
von reifen Neugeborenen. Methode: Bei einer Gruppe von Sprague-Dawley-Ratten-Föten (n = 7) wurden am 19. Gestationstag
intrauterine Trachealligaturen (TL) vorgenommen. Kontrolltiere (n = 8) wurden ohne
Operation genauso versorgt und gepflegt wie die operierten Föten. Eine weitere Gruppe
von Sprague-Dawley-Ratten (n = 8) erhielten am 9,5. Gestationstag 100 mg Nitrofen,
um eine Zwerchfellhernie zu induzieren. Alle Tiere wurden am 21. Gestationstag per
Kaiserschnitt entbunden. Darüber hinaus wurden die Lungen von gesunden, nicht operierten,
1 Tag alten neugeborenen Sprague-Dawley-Ratten untersucht (n = 6). Ergebnisse: Das Verhältnis von Lungengewicht zu Körpergewicht war bei den TL-Tieren (5,0 ± 0,36
%) signifikant höher als bei den Kontrolltieren (2,8 ± 0,15 %), den CDH-Lungen (1,9
± 0,12 %) und den normalen Lungen der Neugeborenen (4,2 ± 0,18 %). Die Volumendichte
des alveolären Luftraums und die radiale Zahl der Alveolen (RAC) war bei den TL-Lungen
(52 ± 1,4 %; 3,3 ± 0,25) ebenfalls signifikant höher als bei den Lungen der Kontrolltiere
(34 ± 3,4 %; 2,2 ± 0,17) und bei den CDH-Lungen (16 ± 1,7 %; 1,7 ± 0,07). Keine signifikanten
Unterschiede fanden sich zwischen den TL-Tieren und den normalen neugeborenen Ratten
(59 ± 1,4 %; 3,6 ± 0,11). Schlussfolgerungen: Fetale Lungen zeigen nach Trachealligatur eine Wachstumsstimulation mit Zunahme der
Volumendichte des Alveolarraumes und Zunahme der RAC im Vergleich zu normalen Lungen
von neugeborenen Ratten.
Key words
CDH - lung morphology - nitrofen - tracheal ligation
Mots-clés
Hernie de coupole diaphragmatique - morphologie pulmonaire - nitrofen - ligature trachéale
Palabras clave
Morfología pulmonar - nitrofen - ligadura traqueal
Schlüsselwörter
Angeborene Zwerchfellhernie - Nitrofen - Trachealligatur - Lungenwachstum - Histologie
