Formation einer Katarakt bei Mäusen unter Allgemeinanästhesie: Untersuchung von Einflussfaktoren und möglichen Präventionsmethoden

Klausmann, Jenny (2023): Formation einer Katarakt bei Mäusen unter Allgemeinanästhesie: Untersuchung von Einflussfaktoren und möglichen Präventionsmethoden. Dissertation, LMU München: Tierärztliche Fakultät

Abstract

Ziel: Das Ziel dieser Arbeit war es, beeinflussende Faktoren und möglicherweise präventive Massnahmen der Kataraktformation anästhesierter Mäuse vergleichend zu untersuchen. Methodik: 98 Mäuse wurden für jeweils eine Stunde anästhesiert und die Kataraktformation per Spaltlampenuntersuchung und Swept-Source optischer Kohärenztomographie (=SS-OCT) untersucht. In verschiedenen Versuchsgruppen wurde jeweils einer der folgenden Faktoren variiert: Das Corneabefeuchtungsprotokoll (Applikationmethode per Pipette oder Feindosierungsspritze; Einsatz verschiedener Substanzen (Hypromellose- und Natriumchloridlösung oder Natriumhyaluronat-Augengel oder alleiniger Natriumchloridlösung)), die Mydriatika (Tropicamid oder Tropicamid-Atropin-Kombination), das Anästhesieprotokoll (Medetomidin-Midazolam-Fentanyl (=MMF) oder Xylazin-Ketamin), der Mausstamm (C57BL/6J oder BALB/c) sowie die externe Wärmezufuhr (mit oder ohne zusätzlichem Temperaturmanagementsystem (=TMS) neben einer elektrischen Wärmematte). Jene C57BL/6J Versuchsgruppe mit topikaler Corneabefeuchtung in Form einer einmaligen Hypromellose- sowie wiederholt per Pipette aufgetragener Natriumchloridlösung, einer Verabreichung von Tropicamid, MMF-Anästhesie und ohne zusätzlichem TMS diente als Kontrollgruppe. Bewertet wurden bezüglich der Kataraktformation der Schweregrad und die prozentuale Ausdehnung der Trübung bei frontaler Betrachtung per Spaltlampe (=AKfB) sowie quantitativ die Grösse hyperreflektiver Bereiche auf den OCT B-Scans. Zudem erfolgte auf den B-Scans eine quantitative Ausmessung des Linsendurchmessers, der Augenkammertiefe, der Corneadicke, des Flüssigkeitsfilms auf der Corneaoberfläche und der Pupillenweite. Zudem wurde die Körpertemperatur der Mäuse kontinuierlich überwacht und dokumentiert. Nach Beenden der Anästhesie wurden die Linsen entweder unmittelbar oder nach 22-26 Stunden infolge einer Untersuchung der Rückentwicklung der Katarakt entnommen und eine histologische Untersuchung durchgeführt. Ergebnisse: Variationen des Corneabefeuchtungprotokolls äusserten sich in signifikanten Unterschieden der Kataraktformation: Die Verwendung einer Pipette und wiederholte Applikation des Natriumhyaluronat-Augengels resultierte in einer milderen Kataraktformation gegenüber dem Einsatz einer Feindosierungsspritze oder des Hypromellose-/Natriumchloridlösung-Protokolls. Die alleinige, wiederholte Applikation von Natriumchloridlösung auf die Corneaoberfläche hingegen zeigte eine vergleichsweise schwerwiegendere Kataraktformation gegenüber der Verwendung des Hypromellose-/Natriumchloridlösung-Protokolls. Des Weiteren konnte bei den BALB/c Mäusen, sowie bei höherer Körpertemperatur infolge des verwendeten TMS eine signifikant schwerwiegendere Kataraktformation festgestellt werden. Eine Beeinflussung der Katarakt während der Anästhesie infolge verschiedener Mydratika oder Anästhesieprotokolle konnte in dieser Arbeit nicht nachgewiesen werden. Eine schwerwiegendere Kataraktformation ging mit einer signifikant gravierenderen Abnahme der Augenkammertiefe einher. Zudem konnte mit schwerwiegenderer Kataraktformation eine tendentiell stärkere Abnahme der Corneadicke und des Linsendurchmessers beobachtet werden. Einzig infolge des Natriumhyaluronat-Augengels wurden während der Anästhesie Komplikationen in Form von Corneaödemen festgestellt. In allen Versuchsgruppen wurde eine vollständige Reversibilität der Katarakt beobachtet. Infolge des Anästhesieprotokolls Xylazin-Ketamin wurde eine signifikant langsamere Rückentwicklung gegenüber der Verwendung des MMF-Protokolls und nach Einsatz von BALB/c Mäusen eine signifikant schnellere Rückentwicklung verglichen mit den C57BL/6J festgestellt. Schlussfolgerung: Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit wird der Einsatz des Natriumhyaluronat-Augengels zur Corneabefeuchtung, sowie die Verwendung einer Pipette zur Kataraktreduktion empfohlen. Allerdings wurde im Zusammenhang mit der Natriumhyaluronatapplikation die Entwicklung eines Corneaödemes beobachtet. Aufgrund dieses Nachteils ist das Natriumhyaluronat-Protokoll für ophthalmologische Studien auch nicht optimal. Bei der Planung von Studien müssen zudem stammspezifische Unterschiede berücksichtigt werden. Trotz fehlender Unterschiede während der Kataraktformation ist aufgrund der schnelleren Reversibilität der Katarakt der Einsatz des MMF-Anästhesieprotokolls anstelle des Xylazin-Ketamin-Protokolls empfehlenswert. Die Verwendung verschiedener Mydriatika lässt kein zu bevorzugendes Protokoll erkennen. Da bei Verwendung eines TMS gegenüber einer alleinigen elektrischen Wärmematte eine verbesserte externe Wärmezufuhr durch eine höhere Körpertemperatur aber auch eine schwerwiegendere Kataraktformation beobachtet werden konnte, ist dessen zusätzlicher Einsatz zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur, jedoch nicht bezüglich der Kataraktformation ratsam. Eine wiederholte Beurteilung der Formation einer reversiblen Katarakt wird während und nach der Durchführung ophthalmologischer Studien mit anästhesierten Mäusen dringend empfohlen, um kataraktbedingte Effekte auf Studiendaten bestimmen und von andersweitigen Befunden abgrenzen zu können.

Abstract

Purpose: To compare influencing factors and possible preventive methods on cataract formation in anesthetized mice. Methods: A total of 98 mice were anesthetized for one hour and cataract formation was monitored by slit lamp examination and swept-source optical coherence tomography (SS-OCT). Different experimental groups varied by one of the following parameters: The corneal lubrication protocol (application method and use of different substances (hypromellose- and sodiumchloride-solution versus sodiumhyaluronate ophthalmic gel versus sodiumchloride-solution)), the type of mydriatics used (tropicamide versus tropicamide-atropine combination), the anesthesia protocol (medetomidine-midazolam-fentanyl (=MMF) versus xylazine-ketamine), mouse strain (C57BL/6J versus BALB/c), as well as external heat supply (with or without additional temperature-management-system (=TMS) to electric heating pad). Incidence and severity of cataract formation were assessed by slit lamp biomicroscopy as well as optical coherence tomography (OCT). In addition, ocular parameters such as lens diameter, anterior chamber depth, corneal thickness, fluid amount on corneal surface and pupil size were assessed. Histopathologic examinations were performed. Results: The following parameters were shown to significantely impact cataract incidence and severity: Variations of corneal lubrication protocol resulted in significant alterations of cataract formation. The use of a pipette and sodiumhyaluronate ophthalmic gel to moisten the corneal surface resulted in milder cataract formation compared with the use of a fine-dose-syringe or hypromellose/sodiumchloride-solution-protocol. In contrast application of sodiumchloride-solution alone showed a more severe cataract formation compared to the use of hypromellose/sodiumchloride-solution protocol. Furthermore, a significant more severe cataract formation was observed in BALB/c compared to C57BL/6 mice, as well as due to a higher body temperature, after additional external heat supply using a TMS to an electric heating pad used as standard in all experimental groups. An influence on cataract formation due to different mydratics and anesthetic protocols was not observed in this study. A more severe cataract formation was associated with a significant more severe decrease of anterior chamber depth. In addition, a tendentially greater decrease of corneal thickness and lens diameter was observed with more severe cataract formation. It should be noted, that corneal edema occurred as a result of sodiumhyaluronate ophthalmic gel application. All cataracts observed were fully reversible. A significantly slower regression was detected after using the xylazine-ketamine anesthetic protocol compared to the MMF protocol and a significantly faster regression after using BALB/c instead of C57BL/6J mice. Conclusion: Based on the results of this work the use of sodiumhyaluronate ophthalmic gel, as well as the use of a pipette for corneal lubrication is recommended in context of cataract reduction. However, corneal edema was observed with sodium hyaluronate application. Because of this disadvantage, the sodium hyaluronate protocol is also suboptimal for ophthalmic studies. In addition strain-specific differences must be taken into account when planning studies. Although there is no difference of cataract formation during anesthesia, the use of MMF anesthesia rather than xylazine-ketamine is recommended due to the faster reversibility of the cataract. The use of different mydriatics does not indicate a protocol to be preferred. Since a higher body temperature but also a more severe cataract formation was observed when using a refined external heat supply by additional TMS compared with the electrical heating pad alone, its additional use is advisable only for the maintenance of body temperature but not regarding cataract formation. Repeated assessment of reversible cataract formation is strongly recommended during and after performance of ophthalmologic studies with anesthetized mice to determine and distinguish cataract-related effects on study data from other findings.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: Katarakt, Maus, Linse, Anästhesie
• Themengebiete: 500 Naturwissenschaften und Mathematik ; 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 590 Tiere (Zoologie)
• Fakultäten: Tierärztliche Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Deutsch
• Datum der mündlichen Prüfung: 11. Februar 2023
• 1. Bericht­erstatter:in: Wolf, Eckhard