Spurensuche in der Veterinärmedizin

Einige Ferkel des Betriebs waren bereits in den letzten Tagen auf rätselhafte Weise verstorben. Die Symptome: Krämpfe, stereotypes „Gegen-die-Wand-Drängen“, Ruderbewegungen in Seitenlage und torkelnder Gang durch den Stall. Alarmiert entschieden der Tierhalter und der betreuende Tierarzt, einige der erkrankten Tiere zur Untersuchung an die Universitätsklinik für Schweine zu bringen – nicht zuletzt, um auszuschließen, dass sich weitere Stallgenossen anstecken könnten. Als die drei Schweine mit der Tierrettung an die Veterinärmedizinische Universität Wien gebracht wurden, war unklar, woran die Tiere genau erkrankt waren. Man ging von einer infektiösen Ursache aus. Fest stand, dass eine rasche Aufklärung hermusste. Jeder Spur sollte nachgegangen werden.

Veterinärpathologie: Der Weg zum Befund

„VeterinärpathologInnen stellen mit Hilfe von Proben-untersuchungen und Sektionen die Auslöser von Krankheiten und Todesfällen bei Tieren fest“, sagt Herbert Weissenböck, Leiter des Instituts für Pathologie und Professor an der Vetmeduni Vienna, und fasst damit ein riesiges Themengebiet zusammen. Angeordnet werden diese Untersuchungen und Obduktionen der Tierkörper entweder von behandelnden TierärztInnen, LandwirtInnen oder von TierhalterInnen selbst. Auch Züchter bringen verstorbene Tiere an die Vetmeduni Vienna, um zu erfahren, ob es sich etwa um eine ansteckende oder genetische Erkrankung handelt. „Im Grunde genommen kann jede Privatperson die Sektion eines verstorbenen Tiers bei uns in Auftrag geben“, so Weissenböck. Zum Schutz der anderen Tierpatienten und Menschen am Campus der Universität sei jedoch gerade bei Groß- und Nutztieren eine Anmeldung mit einer kurzen Fallbeschreibung notwendig. Auf Grund der Seuchengefahr ist insbesondere die Untersuchung von Klauentieren nur auf Überweisung durch behandelnde TiermedizinerInnen oder über die Universitätskliniken möglich.

Arbeit mit Sezierbesteck und Mikroskop

Die einzelnen Untersuchungsschritte erfolgen in der Pathologie nach Standardabläufen und werden akribisch dokumentiert: „Dabei handelt es sich etwa um die Dokumentation der Identität des Tiers oder das Festhalten von Verdachtsmomenten. Bei Sektionen kommen die sogenannte äußere Leichenschau, insbesondere der Schleimhäute, Extremitäten und Körperöffnungen, sowie die innere Leichenschau der Organe und die Probenentnahme zu geweblichen oder toxikologischen Untersuchungen hinzu. Die histologische Untersuchung ist dadurch immer Teil einer Sektion“, so Weissenböck. Eine strenge Ein-haltung von Regeln während der Untersuchungsschritte ist auch für die Studierenden, die an der Vetmeduni Vienna vom Anfang bis zum Ende des Studiums immer wieder Lehrveranstaltungen im Institut haben, Pflicht: Insbesondere bei Verdachtsmomenten zu zwischen Mensch und Tier übertragbaren Infektionskrankheiten (Zoonosen) gilt neben der schützenden standardisierten Arbeitskleidung bestehend aus fester Plastikschürze, weißen Gummi-stiefeln und Handschuhen oft die Devise „Nur schauen, nichts anfassen“ – auch wenn das Angreifen von Organen und Geweben normalerweise Routinebestandteil der Untersuchungen ist. „In solchen Fällen müssen wir zum Schutz der Studierenden oder auf Grund der Seuchenprävention speziell agieren“, sagt Weissenböck.

Ein erster Verdacht?

Rund ein Viertel der am Institut durchgeführten Sektionen erfolgt an Nutztieren, der Rest teilt sich zwischen Heimtieren, zu denen auch Exoten gehören, sowie Wild- und Versuchstieren auf. Untersuchungen an Nutzgeflügel und Fischen werden direkt von der Universitätsklinik für Geflügel und Fische übernommen, Wildtiere im Pathologischen Labor des Forschungsinstituts für Wildtierkunde und Ökologie untersucht. Die Diversität der analysierten Tiere ist ein großer Gewinn für die Studierenden, die anhand der Fälle lernen. „Die Lehre ist unser Hauptaugenmerk“, erklärt Institutsleiter Weissenböck. Neben der Forschung ist sie der Grund für die diagnostischen Dienstleistungen des Instituts für Pathologie – und die geringen Kosten, mit denen die AuftraggeberInnen von Untersuchungen und Sektionen zu rechnen haben. Welche Spezies die Studierenden in ihren Praxiskursen und Seminaren untersuchen werden, hängt vom jeweiligen Tag und der Auftragslage in der Pathologie ab. Das zwingt auch die Lehrenden zu Flexibilität.

Die Lehre der Pathologie

Gegen Ende des Studiums, kurz vor den Spezialmodulen, sind die Studierenden sogar eine ganze Woche in der „Patho“. „Das ist mitunter der effizienteste Teil der Pathologieausbildung, denn in dieser einen Woche können sie Fälle von Anfang bis Ende mitverfolgen. Sie nehmen selbst die Sektion, die histologische Untersuchung der Gewebe und die Erstellung des Befunds vor“, sagt Weissenböck. Auch die Verzahnungen der Untersuchungsschritte und Disziplinen werden bei diesen Fällen besonders klar. Fixer Bestandteil der Ausbildung sind Bilder aus dem umfangreichen Archiv des Instituts, anhand derer gängige Krankheiten und deren Merkmale erarbeitet werden. Ein weiterer, nicht zu unterschätzender Aspekt in der Ausbildung angehender TierärztInnen besteht darin, zu lernen, wie sie in der Praxis Informationen und Proben für die Analysen vielfältigster Krankheitssymptome aufbereiten.

Breites Spektrum an Fragestellungen

Die drei von rätselhaften Symptomen betroffenen Schweine wurden zunächst in der Universitätsklinik für Schweine eingehend untersucht, die Befunde dokumentiert. Auf Grund der Notwendigkeit, Organproben zu entnehmen, entschieden die VeterinärmedizinerInnen, die Tiere zu euthanasieren und sie für weitere Analysen in die Pathologie zu bringen. „Wenn, wie in diesem Fall, einige Tiere eines gesamten Bestands unter ähnlichen Symptomen leiden und von einer bisher nicht identifizierten Erkrankung betroffen sind, dann gilt es, schnell zu handeln“, erklärt Veterinärpathologe René Brunthaler. „Im Zentrum steht dabei das Überleben des Bestands beziehungsweise die Verhinderung einer Ausbreitung von Krankheiten oder Seuchen. Auch die Prävention von weiteren Vergiftungen, wenn ein Verdacht in diese Richtungen besteht, kann ein Grund für die Anordnung einer Sektion sein.“ Brunthalers Aufgabe ist es, erste Verdachtsmomente und Indizien der KollegInnen aus der Klinik aufzunehmen und anhand unterschiedlicher Untersuchungsschritte und Analysen – wie der makroskopischen und histologischen Beurteilung des Tierkörpers beziehungsweise der inneren Organe – zu überprüfen.

„Fingerabdrücke“ der Krankheiten im Gewebe

An hüfthohen Seziertischen untersuchen die VeterinärpathologInnen im geräumigen Seziersaal des Instituts die Tierkörper. An jedem der Edelstahltische sind ein Wasser-anschluss sowie ein Abfluss, zu dem die leicht abschüssige Oberfläche hinleitet. Für besonders große Tiere steht ein Kran zur Verfügung, der mühelos Nutztiere oder Pferde transportieren kann.  Hier untersuchen die VeterinärpathologInnen eingehend die angelieferten Tiere, gehen Verdachtsmomenten nach, präparieren Gewebe und Organe. Ihre Werkzeuge sind medizinische Instrumente wie Pinzetten oder diverse Schneidegeräte, um feinste Strukturen zu separieren und diese später unter dem Mikroskop zu analysieren.  Anschließend werden die Arbeitsplätze wieder sorgfältig gereinigt und sind bereit für den nächsten Fall. Fünf bis sechs Sektionen werden pro Tag am Institut durchgeführt: darunter alles von der Amsel bis zum Bison.

Fachgerechte Probenentnahme und -aufbereitung

Die enge Kooperation mit den fünf am Campus angesiedelten Universitätskliniken erleichtert den VeterinärpathologInnen die Arbeit.  „Tierkörper und Organproben sollten immer so schnell wie möglich in die Pathologie gebracht werden“, sagt Brunthaler. „Durch rasche und fachgerechte Probenaufbereitung können etwa sogenannte Fäulnisartefakte verhindert werden, das ist für uns enorm wichtig.“ Gemeint ist damit, dass nach dem Tod von Tieren Zersetzungsprozesse des Gewebes beginnen: Die Zellen im Körper, insbesondere im Magen-Darm-Trakt, lösen sich auf.  Bakterien beschleunigen den „Fäulnisprozess“, was wiederum die histologische Untersuchung der Zellen erschwert oder sogar unmöglich macht. „Vorsicht ist auch bei zu starker Kühlung geboten, denn dabei können Gefrierartefakte die Beurteilbarkeit hochgradig reduzieren“, fügt Weissenböck hinzu. Ganz genau genommen werden Organproben, im besten Fall unmittelbar nach der Entnahme, in zehnprozentigem Formalin fixiert und in einem gut verschließbaren Probengefäß mit weiter Öffnung verschickt.  „Wir empfehlen ein Verhältnis von mindestens 1:10 in Bezug auf Probengröße zu Formalinvolumen. Noch nicht fixierte Organe sollten – wenn möglich – unter Verwendung von Kühlelementen versandt werden. Diese Schritte werden inzwischen häufig direkt von den behandelnden TierärztInnen übernommen.“  Ein umfassender Vorbericht erleichtert zudem die Bewertung der pathologischen Befunde. Gegebenenfalls wird eine vorherige telefonische Absprache empfohlen.

Arbeit im Detail

Entnommene Gewebeproben und Organe werden in die Labore im ersten Stock des Instituts gebracht. Doch bevor diese analysiert werden können, müssen die Proben dementsprechend aufbereitet werden.  Im Labor deutet Brunthaler auf unterschiedliche Geräte, Behälter und Kassetten mit kleinen, quadratischen Wachsplättchen. Auf einer leicht hin-  und herschwingenden Platte stehen Präparate und Proben in Schraubgläsern, die sanft in der Flüssigkeit schaukeln, „damit das Gewebe gleichmäßig durchtränkt und so die natürliche Zersetzung gestoppt wird“, sagt Brunthaler. In einem kubusförmigen, weißen Apparat wird den Proben anschließend das Wasser entzogen, bevor sie in Paraffin gegossen werden.  Das abgekühlte und erstarrte Wachs ermöglicht es, hauchdünne Scheiben zu schneiden, sie einzufärben und anschließend unter dem Mikroskop zu betrachten und zu analysieren.  „Dadurch können wir Veränderungen an Organen und Geweben oder Entzündungsherde erkennen“, erklärt Brunthaler.  „Wenn Parasiten, Viren oder Bakterien im Spiel sind, übernehmen dies andere Institute an der Universität.“ Auf Wunsch der EinsenderInnen von Proben können so weitere bakteriologische, virologische, toxikologische oder auch parasitologische Untersuchungen vorgenommen werden, um etwa bestimmte Erreger oder Giftstoffe nachzuweisen. „Die Proben dafür werden von uns in der Pathologie entnommen und seuchensicher an die jeweiligen Institute weitergeleitet. Die Ergebnisse fließen dann in unsere Befunde mit ein.“

Der Lösung auf der Spur

Eine der größten Herausforderungen für VeterinärpathologInnen ist, sich mit verschiedensten Anatomien und Erkrankungen der Tierarten von Heimtier bis Exot, von Maus bis Großtier, auszukennen. Nicht immer geben die ersten Spuren Hinweise in die richtige Richtung, denn Krankheiten treten selten nach Schema F auf oder sehen wie im Lehrbuch aus. „Manchmal sind es auch Kombinationen aus unterschiedlichen Erkrankungen, die einen ganzen Symptomkomplex hervorrufen“, so Brunthaler. Bei den eingelieferten Schweinen nahmen die TierärztInnen der Universitätsklinik für Schweine sterile Tupfer- und Gewebeproben für bakteriologische Untersuchungen, bevor die Organe von den VeterinärpathologInnen makroskopisch beurteilt und weitere Proben für die histologischen Analysen entnommen wurden. Die ersten Verdachtsmomente in Richtung einer infektiösen Ursache und die negativen bakteriologischen Untersuchungen gingen augenscheinlich auseinander. Eine neue Vermutung der VeterinärpathologInnen bestätigte sich schließlich anhand einer histologischen Untersuchung des Gehirns. „Dort ließen sich ganz typische Kennzeichen für eine sogenannte ‚Kochsalzvergiftung‘, in der Fachsprache ‚Wasserentzugsenzephalopathie‘ genannt, erkennen“, so Brunthaler. Die KlinikerInnen glichen daraufhin diesen Befund mit anderen Proben ab und auch das Zentrallabor der Universität konnte im Serum und im Liquor der betroffenen Tiere einen erhöhten Natrium-, Chlorid- und Osmolalitätswert feststellen. Somit war die Diagnose „Kochsalzvergiftung“ gesichert.

Infektionskrankheit oder physiologische Ursache

„Alle Befunde passten zusammen“, resümiert Brunthaler das Zusammensetzen der Puzzlestücke. „Auch wenn die Anzeichen der Tiere zunächst auf eine Infektionskrankheit hinwiesen, bewiesen die einzelnen Befunde innerhalb der Kette, dass es sich um eine ‚Kochsalzvergiftung‘ handelte. Zusätzlich zu den heißen Außentemperaturen, die damals aktuell vorherrschten, dürften die Tiere zu wenig Wasser aufgenommen haben, was schließlich zu den fatalen Folgen führte.“ Im Regelfall braucht eine solch eingehende Analyse inklusive Sektion seine Zeit, da Bearbeitung und Aufbereitung der Proben gewisse Abläufe erfordern: „Bis wir alle Befunde zusammenhaben, vergehen mehrere Tage. Die Mindestdauer bei histologischen Untersuchungen hängt auch von der Zeit ab, die für die Fixierung von Gewebeproben in Formalin – 24 Stunden – sowie den Aufbereitungsprozess für das Schneiden der Präparate – weitere 24 Stunden – benötigt wird, bevor weitere Analysen folgen können“, sagt Brunthaler.

Detaillierte Dokumentation

Am Ende jeder Probe und jeder Sektion steht der sogenannte Befundbericht, in dem Daten und Ergebnisse wie makroskopische und histologische Befunde, Diagnose(n) und Befundinterpretation festgehalten und an TierärztInnen und TierhalterInnen zurückgemeldet werden. Als Faustregel gilt: Je klarer ein Befund, desto kürzer der Bericht. Wenn klare Verdachtsmomente bei einem Fall bestehen, kann ein Vorbefund übermittelt werden, um so wenig Zeit wie möglich zu verlieren oder aber auch Entwarnung für den restlichen Bestand zu geben. Proben und Ergebnisse wandern zudem ins Archiv – dadurch kann die Vorgangs-weise eines Falls auch nach Jahren noch nachvollzogen werden. Manchmal werden alte Fälle auch wieder „aufgerollt“, um anhand der Paraffinblöcke weitere Aspekte wie etwa genetische Veränderungen zu betrachten. So klären derzeit die VeterinärpathologInnen in Zusammenarbeit mit ForscherInnen der Klinischen Abteilung für Interne Medizin Kleintiere zum Beispiel ab, ob bestimmte Darmtumoren bei Katzen ähnliche Mutationen bestimmter Gene zeigen wie bei denselben Tumoren des Menschen. Anders als bei „Tatort“ und „CSI“ werden die Tierkörper jedoch nicht tagelang gekühlt aufbewahrt. „Das würde sich allein schon wegen der Anzahl pro Tag bei uns nicht ausgehen“, sagt Weissenböck. „Außerdem ist die rechtzeitige Kühlung großer Tiere kaum realisierbar.“ Auch die genaue Bestimmung eines Todeszeitpunkts anhand der Körpertemperatur ist im Tierreich auf Grund der Artenvielfalt und unterschiedlichen Felldichte sowie Körperformen nahezu unmöglich. Neue Erkenntnisse oder besonders knifflige und seltene Fälle werden von den VeterinärpathologInnen publiziert. Mit FachexpertInnen auf der ganzen Welt tauschen sie sich bei Konferenzen oder in bilateralen Absprachen aus. „Jeder von uns hat, je nach Tierspezies oder Forschungsgebiet-biet, seine eigenen Netzwerke“, sagt Brunthaler.

Zukunft der Veterinärpathologie

Dass Veterinärpathologie nicht nur Analysen in Form von Sektionen bedeutet, betont Andrea Fuchs-Baumgartinger, Assistenzprofessorin am Institut für Pathologie. Die Veterinärpathologin ist auf Tumordiagnostik spezialisiert und rechnet vor, dass auf etwa 1.400 Sektionen pro Jahr fast doppelt so viele Fälle aus der sogenannten Einsendungsdiagnostik kommen: Gewebeproben, die von Tieren mit Verdacht einer Krebserkrankung chirurgisch entnommen wurden. „Der Anteil an Einsendungsdiagnostik hat in den letzten Jahren enorm zugenommen. Heimtiere werden immer älter, damit steigt auch die Gefahr, an Krebs zu erkranken“, sagt Fuchs-Baumgartinger. Auf die klinische Untersuchung erfolgt eine vorläufige Diagnose durch die behandelnden TierärztInnen, die in der Pathologie anhand einer Probenuntersuchung zunächst bestätigt werden muss. „Pathologische Feindiagnostik ist immens wichtig“, erklärt Fuchs-Baumgartinger. „Sie ist ein zentraler Baustein in der Therapieauswahl und schlussendlich auch in der Prognose für das Tier.“ Betroffen seien vor allem Tiere wie Katze, Hund, Pferd, aber manchmal auch Nutztiere, Vögel oder Reptilien. Nach einer operativen Entfernung des Tumors wird dieser anhand von internationalen Richtlinien katalogisiert, bevor eine Diagnose gestellt wird. Auch neue Therapiemethoden bauen auf dieser genauen Identifizierung von Tumoren auf – und somit auf den Ergebnissen der VeterinärpathologInnen.

Hochleistungsscans und digitale Bilder

Ein wichtiger Aspekt bei der Befundung ist die Weiterentwicklung der Forschung durch Digital-Pathologie, Hochleistungsscanner und natürlich große Bildschirme. „Wie in eine Google-Maps-Landkarte können wir in Bilder von Präparaten, die mit solchen hochauflösenden Scannern digitalisiert wurden, bei der Beurteilung stufenlos hinein-zoomen“, erklärt Institutsleiter Weissenböck. „Dadurch ist es möglich, feinste Strukturen und den gesamten Schnitt einfacher zu erfassen oder zwischen den Bildern ‚hin- und herzuswitchen‘“, so Fuchs-Baumgartinger. Weitere Entwicklungen des Felds erfolgen anhand von Automatisierungen durch Programme oder Algorithmen, die bestimmte Merkmale quantitativ abschätzen oder etwa die Veränderung von Zellkernen in einer Probe zählen. Das Institut bringt sich aktiv in diese neuen Entwicklungen ein: Zurzeit treiben Weissenböck und Fuchs-Baumgartinger gemeinsam mit einem IT-Experten der FH Hagenberg ein Projekt mit einem Slidescanner zur Lymphomdiagnostik mit maschineller Unterstützung voran. „Die Zukunft der Pathologie wird immer mehr dezentrales Arbeiten beinhalten“, sagt Weissenböck. „Für seltene Krankheiten gibt es oft weltweit nur wenige ExpertInnen. Durch die digitale Pathologie können diese von überall auf der Welt Bilder einer Probe begutachten und so die Veterinärmedizin und Forschung vorantreiben.“

 

Text: Stephanie Scholz
Fotos: Michael Bernkopf

 

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Text: Stephanie Scholz
Fotos: Michael Bernkopf
Video: Alexander Wijnants