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Bauer, Achim (2015): Vergleichende Untersuchungen zur Morphologie der Hornhaut der Haussäugetiere, A comparative analysis of the morphology of the cornea in domestic animals: eine immunhistochemische und rasterelektronenmikroskopische Studie, an immunhistochemical and scanning electron microscopic study. Dissertation, LMU München: Tierärztliche Fakultät
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Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie sowie immunhistochemischen Methoden, die Morphologie der Hornhaut im tierartlichen Vergleich an Hand unserer Haussäugetiere detailliert zu beschreiben. Für die Untersuchungen wurden die Hornhäute von 28 Schweinen, 11 Rindern, 2 Ziegen, 6 Pferden, 4 Hunden und 5 Katzen verwendet. Speziesspezifische Besonderheiten wurden bildlich dokumentiert und zur Verdeutlichung tabellarisch dargestellt. Die Hornhaut unserer Haussäugetiere baut sich aus dem Hornhautepithel, dem Stroma, der Descemetschen Membran und dem Hornhautendothel auf. Eine Bowmansche Membran konnte nicht dargestellt werden. Die Fleischfresser besitzen verglichen mit den Huftieren eine deutlich dünnere Hornhaut. Insbesondere das dreischichtige Epithel (Stratum basale, Stratum intermedium und Stratum superficiale) besteht bei den Fleischfressern aus einer kleineren Anzahl an Zelllagen. Die Cytokeratine 1, 2 und 3, als Bestandteile des Zytoskeletts, konnten immunhistochemisch bei allen untersuchten Tierarten, insbesondere im Stratum superficiale des Hornhautepithels, nachgewiesen werden. Das vom Zentrum aus an Höhe abnehmende Hornhautepithel lässt unter dem Rasterelektronenmikroskop auf der Oberfläche der polygonalen Epithelzellen feine Membranausstülpungen erkennen, die sich beim Fleischfresser in Form von kurzen Microvilli darstellen. Das Pferd, Rind und Schwein weisen längere Microplicae auf, die bei der Ziege einzelne ringförmige Kringel bilden. Eine beim Pferd und bei den Wiederkäuern auch epithelial zu findende Pigmentierung, lässt sich im Stroma tierartenübergreifend im Bereich des Limbus erkennen. Mit Ausnahme des anterioren Bereichs weisen die im Stroma liegenden Keratozyten einen geordneten, parallelen Verlauf auf. Tierartliche Unterschiede liegen in der Ausbildung der Descemetschen Membran vor. Das Pferd besitzt die dickste Descemetsche Membran, wohingegen das Schwein die am schwächsten ausgebildete Membran vorweist. Endothelial produziertes Kollagen Typ VIII bildet einen Bestandteil der hexagonalen Gitterstruktur der Descemetschen Membran, wodurch die Elastizität der Hornhaut möglicherweise mitbestimmt wird. Der Nachweis von Elastin ist hingegen im Hornhautgewebe negativ verlaufen. Das einschichtige Hornhautendothel besteht aus Zellen von hexagonaler Form. Es konnte gezeigt werden, dass die Endothelzellen das Membranprotein AQP1 enthalten, das auch in den Keratozyten in tierartlicher Variation exprimiert wird. Hingegen kann das AQP5 ausschließlich im Hornhautepithel identifiziert werden. Durch APQ1 und APQ5 wird der für die Transparenz der Hornhaut wichtige relative Dehydratationszustand aufrecht erhalten. Mit Claudin-1 konnte im Hornhautepithel und -endothel ein tight junctions-bildendes Zellverbindungsprotein markiert werden. Mit Antikörpern gegen p63 sowie PCNA und PHH3 wurde untersucht, wie sich die Hornhaut erneuert. Die Ergebnisse machen deutlich, dass eine Zellerneuerung überwiegend epithelial stattfindet. Limbal befindet sich bei allen untersuchten Tierarten im Stratum basale ein Stammzellreservoir, das bei den Fleischfressern entlang des Hornhautepithels durch einzelne p63-positive Zellen ergänzt wird. Die mittels PCNA und PHH3 dargestellten mitotischen Zellen sind ebenfalls im Stratum basale lokalisiert.

Abstract

The goal of this study was to describe and compare the detailed morphology of the cornea in domestic animals using light and scanning electron microscopy as well as immunohistochemistry. Therefore corneas of 28 pigs, 11 cows, 2 goats, 6 horses, 4 dogs and 5 cats have been analyzed. Species-specific features have been illustrated and tabulated for clarification. The cornea of the domestic animals is composed of the corneal epithelium, the stroma, the Descemet´s membrane and the corneal endothelium. A Bowman´s layer was not detectable. The carnivores show the thinest cornea compared to the ungulate. In particular the three-layered epithelium (stratum basale, stratum intermedium and stratum superficiale) consists of a smaller number of cell deposits in carnivores. As a part of the cytoskeleton the cytokeratins 1, 2 and 3 could be demonstrated immunohistochemical in all probed species, especially in the stratum superficiale of the corneal epithelium. Decreasing from the center of the cornea, the corneal epithelium reveals by scanning electron microscopy surface projections on the polygonal epithelial cells which represent short microvilli in carnivores. In horse, cow and pig longer microplicae are visible creating ring-shaped crinkles in goats. An epithelial provided pigmentation in horse and ruminants is also recognizable in the limbal stroma in all species examined in that present study. Except of the anterior part the keratocytes are arranged regular and parallel within the stroma. There is a species-specific discrepancy in formation of the Descemet´s membrane. Exhibiting the thickest Descemet´s membrane in horse, the poorest membrane is developed in pig. The endothelial produced collagen VIII, shown as a component of the Descemet´s membrane´s hexagonal lattice, is potentially associated with cornea´s elasticity. However the detection of elastin in corneal tissue has been negative. The corneal monolayer endothelium consists of hexagonal-shaped cells. Furthermore corneal endothelium could be shown to contain AQP1 which is also present in keratocytes in a species-specific manner. In contrast AQP5 has been detected exclusively in the corneal epithelium. With the help of AQP1 and AQP5 the transparency giving state of relative stromal dehydration is sustainable. In the corneal epithelium and endothelium tight-junction-specific integral membrane protein claudin-1 was detectable. To investigate the corneal regeneration antibodies against p63 as well as against PCNA and PHH3 have been used. The results point out a predominant epithelial occurrence of cellular proliferation in the cornea. A stem cell compartment resides in the limbal stratum basale which is supplemented in carnivores by single p63-positive cells along the corneal epithelium. Mitotic cells labeled by PCNA and PHH3 are localized in the stratum basale as well.