Morphologische Veränderungen am Dünndarm von Ratten nach Ganzkörperbestrahlung bei verschiedenen osmotisch induzierten Zuständen der Resorption und Sekretion (elektronenmikroskopische Untersuchungen)

Zusammenfassung

Mit einer speziellen In-vivo-Perfusionstechnik wird an wachen Ratten ein ca. 10 cm langes Stück des oberen Jejunums extrakorporal im geschlossenen System mit Wasser, isotoner (0,9%) und hypertoner (1,8%) Kochsalzlösung durchströmt. Die jeweiligen Nettovolumen-flüsse für Wasser werden bestimmt. Diese Messungen erfolgen 15 bzw. 40 Stunden nach einer Ganzkörperbestrahlung mit einer einmaligen Dosis von 1500 R. Anschließend wird das untersuchte Darmstück zur elektronenmikroskopischen Beurteilung in vivo fixiert und nach Tötung entnommen.

Die Epithelzellen des Jejunums zeigen — zunehmend vom Bestrahlungszeitpunkt an — deutliche strahlenbedingte Veränderungen. Diese bestehen vorwiegend in Einwässerung und Schwellung der Zellen und ihrer Bestandteile, später zusätzlich im Untergang der Kerne und Zerfall der Zellmembran, insbesondere der vesi-kulären Ablösung des Bürstenbesatzes in das Darm-lumen. Die Zerstörungseffekte überwiegen zunächst innerhalb der Krypten (strahlensensible Mitosen), um dann am Zottengipfel ihr Maximum zu erreichen.

Die in den Flüssigkeitstransport einbezogenen, sich normalerweise analog den bewegten Volumina erweiternden Zwischenzellräume sind lediglich zu Anfang in Bereichen intakter Epithelien noch geöffnet. In späteren Stadien nach Bestrahlung bleibt der Interzellularraum auch während starker Flüssigkeitsbewegung geschlossen. ATPase, ein an der Zellmembran lokalisiertes und wahrscheinlich mit dem aktiven Elektrolyttransport (und damit auch der Wasserbewegung) zusammenhängendes Ferment, läßt sich wenige Stunden nach Bestrahlung noch in Spuren, später nicht mehr nachweisen. Der letztere Befund könnte die Annahme stützen, daß der aktive Anteil der Zellarbeit während Resorption bzw. Sekretion nach Bestrahlung bereits zu einem frühen Zeitpunkt vollständig geschädigt wird. Das funktionelle Verhalten ist hier schon empfindlich gestört, obwohl die Zelle selbst elektronenoptisch noch „normal” imponiert. Der sogenannte intestinale Strahlentod mit seinen exzessiven Wasser- und insbesondere Natriumverlusten über den Darm wäre dann die Folge von rein passiven Vorgängen an und durch die zerstörten Membranbarrieren.

Summary

A ten centimetre long piece of the upper jejunum was perfused by an extra-corporeal closed system, using nonanaesthetised rats. Water, isotonic (0.9%) and hypertonic (1.8%) saline were employed for perfusion. The total flow was determined. Measurements were carried out at 15 and 40 hours, following total body irradiation with a single dose of 1.500 R. Following this, the piece of gut was fixed for electron-microscopic study and removed after sacrificing the animal.

The epithelial cells in the jejunum show definite radiation induced changes, beginning at the time of irradiation and increasing subsequently. These consist predominantly of oedema and swelling of the cells and their components; later there is destruction of the nucleus and disintegration of the cell membrane, particularly vesicular separation of the brush border of the gut lumen. The destructive effect at first predominates within the crypts (radiation-sensitive mitoses), but eventually reaches its maximum at the tips of the villi.

The inter-cellular spaces used in fluid transport and dilated at this period remain open only in the early stages near intact epithelium. In the later stages, after irradiation, the inter-cellular spaces remain closed even during marked fluid movement. ATPase, an enzyme localized in the cell membrane and concerned with electrolyte transport (and consequently also of water) is found only in traces several hours after irradiation, and at a later time, not at all. This finding suggests that cellular activity during resorption or secretion is seriously damaged soon after irradiation. Function is seriously disturbed, although the cell at this stage appears “normal” on electron-microscopy. So-called intestinal radiation death, with its excessive loss of water and sodium through the gut, is the result of purely passive events at a destroyed membran barrier.

Résumé

C'est à l'aide d'une technique de perfusion spéciale in vivo que les auteurs ont pu faire circuler dans une anse de 10 cm. du jéjunum supérieur extériorisé du rat non endormi en circuit fermé de l'eau isotonique (0,9%) et une solution hypertonique de chlorure de sodium (1,8%). Chaque mesure du flux d'eau en volume a été déterminée. Ces mesures ont eu lieu 15 et 40 heures après une irradiation de tout le corps avec une dose unique de l'500 R. A la suite de ces mesures le segment intestinal est fixé in vivo pour une observation au microscope électronique, elle est en outre excisée après la mort de l'individu.

Les cellules épithéliales du jéjunum montrent des lésions actiniques nettes qui augmentent à partir du moment de l'application des rayons. Ces altérations sont caractérisées principalement par une hydratation et une tuméfaction des cellules et de ses constituants et plus tardivement par une nécrose des noyaux et une destruction de la membrane cellulaire, en particulier par une dissociation vésiculaire des cils dans la lumière intestinale. Les processus de destruction sont tout d'abord plus nombreux à l'intérieur des cryptes (mitoses sensibles aux rayons) pour présenter les lésions les plus importantes à la partie supérieure des villosités. Les espaces inter-cellulaires qui participent au transport des liquides que l'on peut comparer à des volumes en mouvement sont dilatés et restent ouverts seulement dans les régions où les cellules epitheliales sont intactes. Dans les stades tardifs, à la suite de l'irradiation, l'espace intercellulaire reste fermé même en présence de mouvements importants de l'eau. L'ATPase est un ferment localisé dans la membrane de la cellule et qui vraisemblablement joue un rôle dans le transport actif des electrolytes (et bour cette raison également dans le transport de l'eau) il peut être encore décelé sous forme de traces quelques heures après l'irradiation, il disparait par la suite. Cette observation pourrait confirmer l'hypothèse que la part active du travail cellulaire comme la résorption ou la sécrétion à la suite de l'irradiation est totalement détruite dans un stade précoce. Le comportement fonctionnel est donc déjà nettement troublé bien que la cellule paraisse encore normale au microscope électronique. La «mort intestinale par les rayons» avec ses déperditions excessives en eau et tout particulièrement en sodium par l'intestin résulterait ainsi de processus purement passifs et de la destruction des barrières des membranes cellulaires.

Resumen

Con una técnica especial de perfusión in vivo se irriga en ratas despabiladas un trozo de unos 10 cm de longitud del yeyuno superior extracorporalmente en sistema cerrado con agua, solución de cloruro sódico hipertónica (1,8%) e isotónica (0,9%). Cada flujo de volumen neto se determina respecto al agua. Estas medidas tienen lugar 15 o bien 40 horas después de una irradiación de todo el cuerpo con una dosis única de 1500 R. A continuación se fija in vivo el trozo de intestino investigado para el dictamen elec-tronomicroscópico y se extrae después de la muerte.

Las células del epitelio del yeyuno muestran — en forma creciente a partir del momento de la irradiación — claras alteraciones provocadas por la irradiación. Estas constan primordialmente de humedeci-miento y tumefacción de las células y de sus partes constituyentes, después, adicionalmente, de descomposición de los núcleos y destrucción de la membrana celular, en especial el desprendimiento vesicular de la micro vellosidad en la luz del intestino. Los efectos de destrucción predominan en principio dentro de las criptas (mitosis sensibles a los rayos), para lograr entonces su máximo en las cimas vellosas.

Los espacios intercelulares que se dilatan normalmente en forma análoga a los volúmenes transportados incluidos en el transporte de líquido, al principio en las zonas de los epitelios intactos están todavía abiertos. En fases posteriores, después de la irradiación, el espacio intercelular permanece cerrado incluso con un movimiento más fuerte de líquido. La ATPasa, un fermento que depende probablemente del transporte de electrolitos activos (y así, pues, también del movimiento del agua) y localizado en la membrana celular se le puede encontrar todavía en forma de vestigios pocas horas después de la irradiación, y más tarde ya no se le puede hallar. El último hallzgo podría apoyar la suposición de que la parte activa del trabajo celular se dañe por completo ya en un momento anterior durante la resorción o secreción después de la irradiación. El comportamiento funcional está aquí ya sensiblemente perturbado, si bien las células se muestran incluso como “normales” desde el punto de vista óptico-electrónico. La llamada muerte por irradiación intestinal con sus pérdidas excesivas de agua y sobre todo de sodio en el intestino sería entonces la consecuencia a partir de ahora de procesos puramente pasivos y debido a barreras de membranas destruidas.