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Virchows Archiv A

, Volume 359, Issue 4, pp 361–372 | Cite as

Enzym-histochemische Darstellung (SDH, LDH, Gluc-6-P-DH) von Stoffwechselveränderungen im hypertrophischen Myokard der Ratte

  • Wolfgang Rebel
  • Thomas Stegmann
Article

Zusammenfassung

Ratten unterschiedlichen Alters und Körpergewichts werden einem Schwimmtraining von 0,5–200 Std ausgesetzt. Die Enzymaktivitäten von SDH, LDH und Gluc-6-P-DH werden histochemisch nachgewiesen, über das Reaktionsprodukt photometrisch gemessen und mit den Enzymaktivitäten unbelasteter Tiere verglichen.

Die SDH zeigt eine altersabhängige Aktivität im Myokard der Ratte: mit zunehmendem Alter und Körpergewicht der Ratten fällt die Enzymaktivität ab. Bei belasteten jungen Ratten ist die SDH-Aktivität gegenüber den Kontrollen gleichbleibend erniedrigt. Ausgewachsene Tiere lassen eine steigende Zunahme der SDH-Aktivität mit fortschreitender Belastungsdauer erkennen. Die LDH-Aktivität in den Herzmuskelzellen ist unabhängig vom Alter und Körpergewicht der Tiere. Belastete Ratten weisen eine gegenüber den Kontrolltieren grundsätzlich erhöhte LDH-Aktivität im Myokard auf. Das Enzym Gluc-6-P-DH läßt sich histochemisch weder im Herzmuskel unbelasteter Kontroll- noch im Myokard belasteter Schwimmratten nachweisen.

Nach den vorliegenden Befunden kann angenommen werden, daß während der Entwicklung einer Herzhypertrophie eine Steigerung des oxydativen Stoffwechsels im Myokard eintritt; auch der anaerobe Kohlenhydratabbau erfährt mit einer erhöhten Glykolyserate eine Aktivierung. Dagegen scheint dem Pentosephosphat-Cyclus im Stoffwechsel des normalen und hypertrophischen Myokards keine wesentliche Bedeutung zuzukommen.

Enzyme histochemical effects (on SDH, LDH, Gluc-6-P-DH) of metabolic changes in the hypertrophic myocardium of rat

Summary

Rats of various ages and weights are subjected to swimming training for 0.5 to 200 hours. The enzyme activities of SDH, LDH and Gluc-6-P-DH are histochemically established, the reaction products measured photometrically and compared with the enzyme activities in animals not subjected to stress.

The SDH shows age-dependent activity within the myodardium of the rat: the enzyme activity falls with advancing age and increasing weight of the rats. The SDH activity of young rats subjected to stress remains low compared to the controls. Increased SDH activity is detected with additional stress in adult animals. The LDH activity within the myocardial cells is independent of age and weight of the animals. The LDH activity within the myocardium of rats subjected to stress is on the whole higher than that in the controls. Neither in the myocardium of the controls nor in the myocardium of rats subjected to stress is the enzyme Gluc-6-P-DH detected histochemically.

According to these results increased oxidative metabolism in the myocardium can be assumed to occur during the development of hypertrophy of the heart. The anaerobic carbohydrate metabolism is also activated by the increased glycolysis rate. The pentose phosphate cycle within the metabolism of the normal and hypertrophied myocardium appears to be of no essential importance.

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Literatur

  1. Altmann, F. P.: Quantitative dehydrogenase histochemistry with special reference to the pentose shunt dehydrogenases. Progr. Histochem. Cytochem. 4, 225–273 (1972).Google Scholar
  2. Bózner, A., Meessen, H.: Die Feinstruktur des Herzmuskels der Ratte nach einmaligem und nach wiederholtem Schwimmtraining. Virchows Arch. Abt. B 3, 248–269 (1969).Google Scholar
  3. Buddecke, E.: Grundriß der Biochemie. Für Studierende der Medizin, Zahnmedizin und Naturwissenschaften. Berlin: W. de Gruyter & Co. 1970.Google Scholar
  4. Büchner, F., Onishi, S.: Herzhypertrophie und Herzinsuffizienz in der Sicht der Elektronenmikroskopie. München-Berlin-Wien: Urban & Schwarzenberg 1970.Google Scholar
  5. Buno, W., Germino, N. I.: Distribution of succinic dehydrogenase in the organs of the adult albino rat. Acta anat. (Basel), 33, 161–174 (1958).Google Scholar
  6. Cooper, W. G.: Succinic dehydrogenase activity of cardiac muscle. Anat. Rec. 118, 380 (1954).Google Scholar
  7. Dallmann, P. R.: Cytochrome c in normal and hypertrophied heart. Nature (Lond.) 212, 608–609 (1966).Google Scholar
  8. Deane, H. W., Barnett, R. J., Seligman, A. M.: Histochemische Methoden zum Nachweis der Enzymaktivität. In: Handbuch der Histochemie, Bd. VII/1. Stuttgart: G. Fischer 1960.Google Scholar
  9. Dorn, A., Lorenz, D., Niwelinski, J.: Histochemisch nachweisbare Veränderungen der Enzymverteilung in Extremitätenmuskeln von Ratten nach Belastung durch Laufzwang. Acta histochem. (Jena) 35, 277–289 (1970).Google Scholar
  10. Duve, C. de, Pressman, B. C., Giannetto, R., Wattiaux, R., Appelmans, F.: Tissue fractionation studies. 6. Intracellular distribution patterns of enzymes in rat-liver tissue. Biochem. J. 60, 604–617 (1955).Google Scholar
  11. Fanburg, B. L.: Recent studies on cardiac hypertrophy. Amer. Heart J. 81, 447–450 (1971).Google Scholar
  12. Fanburg, B. L., Posner, B. I.: Ribonucleic acid synthesis in experimental cardiac hypertrophy in rats. I. Characterization and kinetics of labeling. Circulat. Res. 23, 123–135 (1968).Google Scholar
  13. Goddard, J. W., Seligman, A. M.: Intracellular topography of succinic dehydrogenase in the thyroid of the albino rat. Anat. Rec. 112, 543–566 (1952).Google Scholar
  14. Gollnick, P. D., Hearn, G. R.: Lactic dehydrogenase activities of heart and skeletal muscle of exercised rats. Amer. J. Physiol. 201, 694–696 (1961).Google Scholar
  15. Gould, M. K., Rawlinson, W. A.: Biochemical adaption as a response to exercise. 1. Effect of swimming on the levels of lactic dehydrogenase, malic dehydrogenase and phosphorylase in muscles of 8-, 11- and 15-week-old rats. Biochem. J. 73, 41–44 (1959).Google Scholar
  16. Hearn, G. R., Wainio, W. W.: Succinic dehydrogenase actictiy of the heart and skeletal muscle of exercised rats. Amer. J. Physiol. 185, 348–350 (1956).Google Scholar
  17. Hochrein, H.: Spezielle Probleme des Myokardstoffwechsels bei der Entwicklung einer Herzinsuffizienz. Fortschr. Med. 83, 307–311 (1965).Google Scholar
  18. Hochrein, H.: Kreatinphosphatstoffwechsel bei Druck- und Volumenbelastung des Herzens. Verh. dtsch. Ges. Kreisl.-Forsch. 34, 34–44 (1968).Google Scholar
  19. Hochrein, H., Nagano, M.: Elektrolytkonzentrationen und Enzymaktivitäten im Myokard in Abhängigkeit von der Druckbelastung des Herzens. Verh. dtsch. Ges. Kreisl.-Forsch. 28, 454–460 (1962).Google Scholar
  20. Hochrein, H., Nagano, M., Wollheim, E.: Intracellular myocardial energy enzyme and electrolyte metabolism in experimental heart failure. Mem. 4. Congr. Mund. Cardiol. Mexico 1962. (1963) Vol. 5, p. 230–233.Google Scholar
  21. Karlson, P.: Kurzes Lehrbuch der Biochemie für Mediziner und Naturwissenschaftler, 7. Aufl. Stuttgart: G. Thieme 1970.Google Scholar
  22. Kiefer, G., Sandritter, W.: Die Nukleinsäure des Cytoplasmas. Protoplasmatologia II/B/2/b, Wien-New York: Springer 1966.Google Scholar
  23. Koide, T., Rabinowitz, M.: Biochemical correlates of cardiac hypertrophy. II. Increased rate of RNA synthesis in experimental cardiac hypertrophy in the rat. Circulat. Res. 24, 9–18 (1969).Google Scholar
  24. Krug, H.: Histophotometrische Untersuchungen zu den Altersveränderungen in der Grundsubstanz der Aorta. Exp. Path. 1, 45–63 (1967).Google Scholar
  25. Lindberg, O., Ernster, L.: Chemistry and physiology of mitochondria and microsomes. Protoplasmatologia III/A/4. Wien-New York: Springer 1954.Google Scholar
  26. Lorenz, D., Dorn, A., Reichel, A.: Funktionsabhängige Lokalisation einiger Fermente des Energiestoffwechsels im Skelettmuskel des Frosches. Acta histochem. (Jena) 37, 105–112 (1970).Google Scholar
  27. Meerson, F. Z.: Hyperfunktion, Hypertrophie und Insuffizienz des Herzens. Berlin: VEB Verlag Volk und Gesundheit 1969.Google Scholar
  28. Meerson, F. Z., Zaletayeva, T. A., Lagutchev, S. S., Pshennikova, M. G.: Structure and mass of mitochondria in the process of compensatory hyperfunction and hypertrophy of the heart. Exp. Cell Res. 36, 568–578 (1964).Google Scholar
  29. Meessen, H., Poche, R.: Pathomorphologie des Myokard. In: Das Herz des Menschen. Hrsg. von W. Bargmann und W. Doerr, Bd. II, S. 644–734. Stuttgart: G. Thieme 1963.Google Scholar
  30. Michel, G., Gutte, G.: Zum Vorkommen der Polysaccharide und einiger Fermente in der Herzwand des Huhnes (Gallus domesticus L.). Acta histochem. (Jena) 30, 109–122 (1968).Google Scholar
  31. Michel, G., Junge, D.: Zum Vorkommen der Cytochromoxydase, Milchsäuredehydrogenase und der Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase in der Herzwand des Huhnes (Gallus domesticus L.). Acta histochem. (Jena) 35, 38–42 (1970).Google Scholar
  32. Nachlas, M. M., Tsou, K. C., Souza, E., Cheng. C. B., Seligman, A. M.: Cytochemical demonstration of succinic dehydrogenase by the use of a new p-nitrophenyl substituted ditetrazole. J. Histochem. Cytochem. 5, 420–436 (1957).Google Scholar
  33. Nachlas, M. M., Tsou, K. C., Souza, E., Cheng, C. S., Seligman, A. M.: Cytochemical demonstration of succinic dehydrogenase by the use of a new p-nitrophenyl substituted ditetracole. J. Histochem. Cytochem. 6, 99 (1958).Google Scholar
  34. Nachlas, M. M., Walker, A. M., Seligman, A. M.: A histochemical method for the demonstration of diphosphopyridine nucleotide diaphorase. J. biophys. biochem. Cytol. 4, 29–36 (1958a).Google Scholar
  35. Nachlas, M. M., Walker, D. G., Seligman, A. M.: The histochemical localization of triphosphopyridine nucleotide diaphorase. J. biophys. biochem. Cytol. 4, 467–474 (1958b).Google Scholar
  36. Neumann, K., Koch, G.: Übersicht über die feinere Verteilung der Succino-Dehydrogenase in Organen und Geweben verschiedener Säugetiere, besonders des Hundes. Hoppe-Seylers Z. physiol. Chemie 295, 35–61 (1953).Google Scholar
  37. Novi, A. M.: Beitrag zur Feinstruktur des Herzmuskels bei experimenteller Herzhypertrophie. Beitr. path. Anat. 137, 19–50 (1968).Google Scholar
  38. Padykula, H. A.: The localization of succinic dehydrogenase in tissue sections of the rat. Amer. J. Anat. 91, 107–146 (1952).Google Scholar
  39. Pearse, A. G. E.: Histochemistry. Theoretical and applied, 2nd ed. London: J. & A. Churchill Ltd. 1960.Google Scholar
  40. Rapoport, S. M.: Medizinische Biochemie. Lehrbuch für Studierende und Ärzte. Berlin: VEB Verlag Volk und Gesundheit 1969.Google Scholar
  41. Rebel, W., Stegmann, T.: Aktivitätsveränderungen der alkalischen Phosphatase des Herzmuskels bei tierexperimentell erzeugter Herzhypertrophie. Virchows Arch. Abt. A 357, 243–256 (1972).Google Scholar
  42. Reiß, J.: Grundlagen und neuere Ergebnisse des histochemischen Nachweises von Dehydrogenasen mit Tetrazoliumsalzen. Z. wiss. Mikr. 68, 169–189 (1967).Google Scholar
  43. Rudolph, G., Klein, J. H.: Histochemische Darstellung und Verteilung der Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase in normalen Ratenorganen. Histochemie 4, 238–251 (1964).Google Scholar
  44. Rutenberg, A. M., Wolman, M., Seligman, A. M.: Comparative distribution of succinic dehydrogenase in six mammals and modifikation in the histochemical technic. J. Histochem. Cytochem. 1, 66–81 (1953).Google Scholar
  45. Sandritter, W.: Ultraviolettmikrospektrophotometrie. In: Handbuch der Histochemie, Bd. I/1, hrsg. von W. Graumann und K. Neumann, S. 220–338. Stuttgart: G. Fischer 1958.Google Scholar
  46. Schiebler, T. H.: Über den histochemischen Nachweis von Atmungsfermenten im Reizleitungs-system. Verh. anat. Ges. (Jena) 57, 103–112 (1961).Google Scholar
  47. Schlenk, F.: Succinic dehydrogenase. In: The enzymes, ed. by J. B. Summer and K. Myrbäck, vol. II/1., p. 316–328. New York: Academic Press 1951.Google Scholar
  48. Schwartz, A., Lee, K. S.: Study of heart mitochondria and glycolytic metabolism in experimentally induced cardiac failure. Circulat Res. 10, 321–332 (1962).Google Scholar
  49. Schwert, G. W., Winer, A. D.: Lactate dehydrogenase. In: The enzymes, ed. by P.D. Boyer, H. Lardy, K. Myrbäck, vol. 7, 2nd ed. p. 127–148. New York-London: Academic Press, 1963.Google Scholar
  50. Singer, T. P., Kearney, E. B.: Succinate dehydrogenase. In: The enzymes, ed. by P. D. Boyer, H. Lardy, K. Myrbäck, vol. 7, 2nd ed. p. 383–445. New York-London: Academic Press 1963.Google Scholar
  51. Sobel, H., Cochen, F.: Proteins of heart in experimental cardiac hypertrophy in the rat. Proc. Soc. exp. Biol. (N.Y.) 99, 656–658 (1958).Google Scholar
  52. Szekeres, L., Schein, M.: Cell metabolism of the overloaded mammalian heart in situ. Cardiologia (Basel) 34, 19–27 (1959).Google Scholar
  53. Thompson, S. W.: Selected histochemical and histopathological methods. Springfield Illinois: Charles C. Thomas, Publisher, 1966.Google Scholar
  54. Tobian, L., Severseike, O., Cich, I.: Do mitochondria participate in general cardiac hypertrophy? Proc. Soc. exp. Biol. (N.Y.) 103, 774–777 (1960).Google Scholar
  55. Vallyathan, N. V., Cherian, K. M., George, J. C.: Succinic dehydrogenase in pigeon pectoralis during disease atrophy. J. Histochem. Cytochem. 13, 265–269 (1964).Google Scholar
  56. Vihert, A. M., Pozdyunina, N. M.: Changes in enzyme activity and electrolite content in the myocardium in experimental myocardial hypertrophy and insufficiency. Virchows Arch. Abt. A 347, 44–56 (1969).Google Scholar
  57. Yampolskaya, L. I.: Biochemische Untersuchungen von Muskeln trainierter und nichttrainierter Tiere (Ratten) unter dem Einfluß von Belastung. Setschenows J. Physiol. 38, 91–99 [russisch] (1952).Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 1973

Authors and Affiliations

  • Wolfgang Rebel
    • 1
  • Thomas Stegmann
    • 1
  1. 1.Pathologisches Institut der Fakultät für Klinische Medizin Mannheim der Universität HeidelbergGermany

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