Changes in the Threshold Voltage and Alterations of Smooth-Muscle Physiology after Bladder Outlet Obstruction

 

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Abstract

The purpose of this study was to determine the resultant changes in the bladder function after partial bladder outlet obstruction (BOO), with particular emphasis on the threshold voltage and on the role of NO. A total of 12 adult rabbits were used in the study. New Zealand-type rabbits were subjected to no intervention and 3 weeks duration of a partial outlet obstruction. They underwent an in vivo cystometric evaluation before and after the BOO, histological studies, bladder-strip stimulation studies using acetylcholine, electrical field stimulation, and relaxation studies using NO donor nitroprusside. Statistical significance was determined by two-way ANOVA for multiple variations and Student's t-test. Histology sections demonstrated smooth-muscle hypertrophy, hyperemia of the vessels in the wall and widely set mononuclear cell infiltration in the rabbits with partial BOO. Cystometry showed markedly decreased bladder capacities, and decrease of compliance from 4.3 ± 1.8 to 1.6 ± 0.3 in the obstructed group. Tissue bath studies demonstrated no meaningful change with cholinergic stimulation, increased contractility in response to electrical field stimulation, and increased threshold voltage values from 57.5 to 93.3 compared to controls. Nitroprusside did not induce relaxation of the neostigmine and acetylcholine-precontracted bladder in all animals. Hypertrophy was observed due to adaptation of the detrusor against the obstruction. During this adaptation period, bladder capacity decreases and the elasticity disappears, thus causing higher pressures with lesser volumes. In other words, compliance decreases. The neurogenic damage can be shown with increasing values of threshold voltage, and higher voltages are needed to start a contraction. Nitroprusside has no inhibitory effect on smooth-muscle tone in the rabbit bladder.

Résumé

Le but de cette étude est de déterminer les modifications de la fonction vésicale après obstruction partielle de la vidange vésicale (BOO), avec un intérêt particulier sur le seuil du voltage et le rôle du NO. Un total de 12 lapins adultes ont été utilisés dans cette étude. Des lapins de type New Zealand étaient soumis, pendant trois semaines, à une obstruction partielle de la vidange vésicale. Ils subissaient une évaluation cystométrique in vivo avant et après le BOO, une étude histologique, des études de la stimulation vésicale utilisant l'acétylcholine, une stimulation électrique et une étude de la relaxation utilisant du NO. La signification statistique était déterminée par ANOVA, pour de multiples variations, et par Student's t-test. L'étude histologique démontrait une hypertrophie du muscle lisse, une hyperémie des vaisseaux de la paroi vésicale et une large infiltration mononucléaire chez les lapins avec une partielle BOO. La cystométrie montrait une diminution marquée des croissances vésicales et une diminution de la compliance de 4.3 ± 1.8 à 1.6 ± 0.3 dans le groupe obstructif. Les études tissulaires ne montraient aucune modification notable avec la stimulation cholinergique, une augmentation de la contractilité à la réponse à la stimulation à un champ électrique et un seuil de voltage augmenté de 57.5 à 93.3 comparé au groupe contrôle. Le Nitroprusside n'entraînait pas de relaxation des vessies pré-stimulées par la néostigmine et l'acétylcholine. Une hypertrophie était observée en rapport avec l'adaptation du détrusor à l'obstruction. Durant cette période d'adaptation, la capacité vésicale diminue et l'élasticité disparaît, ceci causant une augmentation des pressions avec des volumes diminués. En d'autres termes, la compliance diminue. Le dommage neurologique peut être démontré avec des valeurs augmentées du seuil de voltage et des voltages plus élevés sont nécessaires pour entraîner une contraction. Le Nitroprusside n'a pas d'effet inhibiteur sur le tonus du muscle lisse de la vessie du lapin.

Resumen

El objetivo de este estudio fue determinar los cambios producidos en la función vesical tras la obstrucción del tracto de salida (BOO), con particular interés en el umbral del voltaje y en el papel del óxido nítrico (NO). En total usamos 12 conejos adultos de raza New Zealand tratados sin intervención o con obstrucción del tracto de salida urinario de tres semanas de duración. Se realizó evaluación cistomanométrica en vivo antes y después de la BOO, estudios histológicos, estimulación de tiras de pared vesical con acetilcolina, estimulación de campo eléctrico y estudios de relajación usando nitroprusiato como donante de NO. Se determinó la significancia estadística con ANOVA para variaciones múltiples y con el test t de Student. Los cortes histológicos demostraron hipertrofia del músculo liso, hiperemia de los vasos de la pared e infiltración por células mononucleares generalizada en los conejos con BOO parcial. La cistomanometría mostró capacidad vesical muy disminuída y pérdida de la acomodación de 4.3 ± 1.8 a 1.6 ± 0.3 en el grupo obstruído. Los estudios de tejidos en baño demostraron que no había cambios significativos con estimulación colinérgica, contractilidad aumentada en respuesta a la estimulación de campo eléctrico y aumentos del umbral de voltaje de 57.5 a 93.3 en comparación con los controles. El nitroprusiato no produjo relajación de la vejiga tratada con acetilcolina ni neostigmina. Se observó hipertrofia debida a adaptación del detrusor frente la obstrucción. Duante este periodo de adaptación disminuyó la capacidad vesical y la elasticidad aumentando las presiones y disminuyendo los volúmenes. En otras palabras disminuyó la acomodación. El daño neurógeno pudo ser demostrado con valores aumentados del umbral de voltaje para iniciar una contracción. El nitroprusiato no tuvo efecto inhibidor sobre el tono del músculo liso en el músculo liso de la vejiga del conejo.

Zusammenfassung

Zielsetzung: Ziel der Arbeit war es, die Funktionsveränderungen der Blase nach teilweiser Blasenauslassobstruktion (BOO) zu überprüfen mit besonderer Berücksichtigung der Stimulationsschwelle untersuchter, glatt-muskulärer Muskelstreifen der Blasenwand und der Rolle von Nitricoxyd. Insgesamt wurden 12 erwachsene Kaninchen in der vorliegenden Studie untersucht. Es wurde eine Blasenausgangsobstruktion für die Dauer von 3 Wochen etabliert und in vivo zytometrische Untersuchungen vor und nach der BOO sowie histologische Untersuchungen von Blasenmuskelstreifen durchgeführt. Hierbei wurde die Wirkung von Acetylcholin, elektrischer Stimulation und Nitricoxyd überprüft. Die histologische Untersuchung erfolgte mit Hämatoxilin-Eosin-Färbung. Statistische Signifikanzen wurden einerseits mittels Anova, andererseits mit dem Student-t-Test vorgenommen.

Ergebnisse: Die histologischen Schnitte zeigten eine Hypertrophie der glatten Muskulatur, eine Hyperämie der Wandgefäße und mononukleare Zellinfiltrationen bei den betroffenen Kaninchen. Bei den zystometrischen Untersuchungen fanden sich deutlich herabgesetzte Blasenkapazitäten sowie eine herabgesetzte Compliance von 4,3 ± 1,8 auf 1,6 ± 0,3 bei der obstruktiven Tiergruppe.

Die Untersuchungen der glatten Muskulatur im Organbad zeigten keine wesentlichen Veränderungen bei cholinerger Stimulation, jedoch eine gesteigerte Kontraktionsantwort bei elektrischer Stimulation und einen gesteigerten Schwellenwert von 57,5 gegenüber 93,3 im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die Zugabe von Nitroprussid zum Organbad konnte keine Relaxation der durch Neostigmin und Acetylcholin vorkontrahierten Blase erzeugen.

Schlussfolgerungen: Die Hypertrophie muss daher als Adaptionsversuch des Detrusors gegenüber der Obstruktion angesehen werden. Während dieser Adaptionsphase nimmt die Blasenkapazität ab. Die Elastizität verschwindet, was erhöhte Drucke und geringere Volumina zur Folge hat. Die Compliance nimmt ab. Die hierbei resultierende neurogene Schädigung lässt sich anhand der steigenden Reizschwelle und höher notwendigen Reizströmen bis zu Beginn einer Kontraktion nachweisen. Nitroprussid und damit NO (Nitricoxyd) haben keinen relaxierenden Effekt auf den Tonus der glatten Muskelzellen bei der Kaninchenblase.

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