Lung Growth and Maturation in the Rat Model of Experimentally Induced Congenital Diaphragmatic Hernia*

 

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Abstract

This paper explores whether, in addition to the previously described lung hypoplasia with arteriolar hypermuscularization present in the nitrofen-induced foetal rat model of congenital diaphragmatic hernia (CDH), there are changes in the respiratory exchange epithelium, consistent with the hypothesis that abnormal surfactant production and/or release could account in part for the respiratory insufficiency in this condition.

Foetal lungs from nitrofen-treated rats were obtained on the 21 st day of gestation, weighed and processed for light and electron-microscopic studies and compared to controls of the same age. Tissues from 29 control and 26 CDH foetuses were examined. In addition, lungs from 19 foetuses born to nitrofen-treated dams but without CDH were also studied.

The lungs from CDH animals were hypoplastic by weight in comparison with control ones and so were those from treated foetuses without CDH. Airway branching was arrested in CDH at the pseudo-glandular stage of development, corresponding to the 16th day of gestation and the very narrow air spaces were lined by generally mature type II pneumocytes rich in glycogen and lamellar bodies corresponding to the 19th day of gestation. This pattern was in constrast to that of the control foetuses which had a normal terminal sac pattern with flat type I pneumocyte lining corresponding to their gestational age. Nitrofentreated animals without CDH had intermediate patterns.

These findings support the hypothesis that the surfactant-producing system has the same lesions in this experimental model as in other less-affordable ones, like the foetal lamb one. Further studies on the contribution of this factor to the altered respiratory physiology in CDH using this model are warranted.

Zusammenfassung

Diese Studie stützt die Hypothese, daß es zusätzlich zur bereits beschriebenen Lungenhypoplasie mit Muskularishypertrophie der Arteriolen, bei der durch Nitrofen induzierten kongenitalen Zwerchfellhernie (CDH) des Fetus der Ratte, auch Veränderungen der Produktionen und Freisetzung des Surfactants gibt, die zu einer respiratorischen Insuffizienz beitragen könnten.

Am 21. Gestationstag wurden die Lungen der mit Nitrofen behandelten Ratten entnommen und nach geeigneter Vorbereitung gewogen und licht- und elektronenmikroskopisch untersucht. Eine Kontrollgruppe von gleichaltrigen unbehandelten Feten diente zum Vergleich.

Die Lungen von 29 normalen Feten und 26 Feten mit CDH konnten untersucht werden, ebenso die Lungen von 19 Feten, die ohne CDH von mit Nitrofen behandelten Müttern geboren wurden.

< Die Lungen der Ratten mit CDH waren hypoplastisch in bezug auf das Gewicht, verglichen mit der Kontrollgruppe, ebenso die der behandelten Ratten ohne CDH.

Die Entwicklung der Atemwege hatte im pseudoglandulären Abschnitt, dem 16. Gestationstag entsprechend, angehalten und die stark reduzierten Lufträume waren ausschließlich ausgekleidet von Pneumozysten Typ II, die genügend gereift und reich an Glycogen und Lamellarkörpern waren und dem 19. Entwicklungstag entsprachen. Dieses Aussehen unterschied sich deutlich von dem normaler Feten, deren Lungen ein fortgeschrittenes Entwicklungsstadium erreicht hatten, in dem die terminalen Alveolen dilatiert und mit flachen Pneumozysten Typ I ausgekleidet waren. Die Lungen der mit Nitrofen behandelten Feten ohne CDH befanden sich in einem intermediären Entwicklungsstadium.

Diese Ergebnisse stimmen mit der Hypothese überein, daß die Surfactantproduktion in diesem experimentellen Modell ebenso beeinträchtigt ist, wie in anderen, weniger zugänglichen Modellen, wie z. B. beim Feten des Schafes. Aufbauend auf diesem Modell sind weitere Studien möglich zur Klärung des eventuellen Mitwirkens dieses Faktors an der gestörten Atmungsphysiologie bei der CDH des Menschen.