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Description / Table of Contents: Zusammenfassung Die myofibrilläre ATPase aus normalen und hypertrophierten Herzen wurde untersucht in bezug auf die Aktivierung der Reaktion durch Ca2+. Die experimentellen Daten wurden mit theoretischen Kurven auf der Grundlage der Hill-Gleichung angenähert. Es wurde eine positive Kooperativität (n=1,6) für die Aktivierungskurve der ATPase aus normalen Herzen gefunden. Für das hypertrophierte Herz wurde werder eine signifikante Veränderung der Kooperativität noch der Ca2+-Sensitivität von Troponin beobachtet. Dies bedeutet, daß bei der druckinduzierten Hypertrophie das Troponin-Tropomyosin-System nicht verändert ist. Nicht berücksichtigt wurden jedoch mögliche Änderungen im Phosphorylierungsgrad der kontraktilen Proteine bei der Präparation der Myofibrillen.

Description / Table of Contents: Zusammenfassung Es ist gut dokumentiert, daß Ąnderungen in der Kontraktilität des Herzens auf Vorgängen auf der Ebene des Sarkolemms und der intrazellulären Ca2+-Speicher beruhen können. Die Möglichkeit einer Modulation der Kraftenwicklung auf der Ebene der Myofibrillen ist weniger gut untersucht. Bei gehäuteten Fasern kann die Kraftentwicklung bei einer gegebenen freien [Ca2+] stark variiert werden. Die Hill-Gleichung bietet die Möglichkeit, die Ca2+-abhängige Aktivierung in bezug auf die Kooperativität, die Ca2+-Sensitivität und die Spannung bei Vollaktivierung zu charakterisieren. So gibt es drei formal verschiedene Arten von Aktivierungskurven. Mit diesem Verfahren wurde eine große Zahl von Daten (% Spannung gegen freie [Ca2+]) ausgewertet. Von großem Interesse ist, daß Myofibrillen eine positiveKooperativität in bezug auf die Ca2+-Aktivierung aufweisen. Bei isolierten Präparaten variiert das Maß an Kooperativität ziemlich stark. Wie die Analyse von 16 publizierten Aktivierungskurven zeigt, bewegt sich der Hill-n-Wert zwischen 1,0 und ungefähr 12. Neben der Art des Muskels und methodischen Unterschieden tragen auch andere Faktoren zu dieser Variation bei, so wie niedrige [MgATP] und [Mg2+]. Bei einem gegebenen intrazellulären Ca2+-Transienten bestimmt die Kooperativität über die Steilheit der Aktivierungskurve sowohl den zeitlichen Verlauf der Spannungsentwicklung als auch den Aktivierungsgrad. Zu den Faktoren, die dieCa 2+-Sensitivität des kontraktilen Systems erhöhen, zählen eine abnehmende [Mg2+] (5→0,05 mM), zunehmender pH-Wert (6→7), eine weniger günstige Überlappung der Filamente und die Dephosphorylierung von Troponin I. Es wäre zu erwarten, daß Veränderungen in der Ca2+-Sensitivität ihren Ursprung am Troponin haben. Dies trifft sehr wahrscheinlich zu für die Effekte, die durch Mg2+ und Phosphorylierung von Troponin I hervorgerufen werden. Die Wirkung von Dehnung und von H+ geht wahrscheinlich nicht allein von den dünnen Filamenten aus. Veränderungen in der Ca2+-Sensitivität erlauben es, den Aktivierungsgrad bei einer vorgegebenen intrazellulären [Ca2+] zu modulieren. Dieser Mechanismus spielt sicherlich eine Rolle bei Veränderungen der Kontraktilität während einer Hypoxie, Ischämie und Azidose. Der dritte Parameter, dieSpannung bei Vollaktivierung, ist erhöht bei einer abnehmenden [MgATP] (4→0,03 mM), zunehmendem pH-Wert (6→7) und einer günstigeren Überlappung der Filamente. Der MgATP-Effekt wird einer Substrathemmung bei hoher [MgATP] zugeordnet. Eine abnehmende Sarkomerenlänge führt zu einer größeren Zahl von Interaktionsstellen zwischen dünnen und dicken Filamenten und erhöht somit die maximale Spannung. Es soll hervorgehoben werden, daß einige der obengenannten Effekte gegenläufig sind. Zum Beispiel führt die Azidose, ausgelöst durch eine Ischämie, zu einer Abnahme der Ca2+-Sensitivität und der maximalen Spannung. Gleichzeitig ist jedoch [MgATP] erniedrigt und führt so zu einer Verschiebung der Aktivierungskurve zu niedrigeren [Ca2+] und zu einer Zunahme der maximalen Spannung. Dies deutet die Schwierigkeit an, die Antwort eines kontraktilen Systems unter bestimmten pathophysiologischen Bedingungen vorauszusagen. Weiterhin sollte berücksichtigt werden, daß die intakte Myokardzelle in einer anderen Weise reagieren kann, zurückzuführen auf die Wirkung des Sarkolemms oder der intrazellulären Ca2+-Speicher. Trotz aller Einschränkungen sollte die hier beschriebene Analyse es ermöglichen, Veränderungen in der Kontraktilität des intakten Myokards mit molekularen Vorgängen auf der Ebene der Myofibrillen in Beziehung zu setzen.

Description / Table of Contents: Zusammenfassung Die ATPase-Aktivität von Myofibrillen aus Rattenherz wird durch chronische Veränderungen in der hämodynamischen Belastung oder im Status der Schilddrüsenhormone beeinflußt. Um die Grenzen solcher Anpassungsmechanismen abzustecken, wurde die Ca2+-abhängige Aktivierung von Myofibrillen, die entweder Myosin V1 oder Myosin V3 enthielten, untersucht. Diese den Anpassungsbereich begrenzenden Zustände wurden durch Veränderungen im Spiegel der Schilddrüsenhormone erzeugt: Myosin V1-Myofibrillen wurden aus 5 Wochen alten Ratten und Myosin V3-Myofibrillen wurden aus hypothyreoten Ratten isoliert. Eine Analyse der Ca2+-abhängigen Aktivierung der Myofibrillen auf der Grundlage der Hill-Gleichung zeigte, daß weder die Ca2+-Sensitivität (pCa50%=6.52) noch die positive Kooperativität (n=2.4) verändert ist. Die ATPase-Aktivität bei Vollaktivierung war 192 nMol P mg−1 min−1 bei Myosin V1-Myofibrillen und 131 nMol P mg−1 min−1 bei Myosin V3-Myofibrillen. Neben Veränderungen im Status der Schilddrüsenhormone wird das polymorphe Myosin auch durch eine chronische Druckbelastung und durch das Ausdauertraining eines Schwimmprogrammes beeinflußt. Solche Veränderungen in der myofibrillären ATPase lassen sich erklären auf Grund des veränderten Isoenzymmusters und der ATPase-Aktivitäten von Myofibrillen, die homogen sind bezüglich der Isoenzyme, die durch Veränderungen im Status der Schilddrüsenhormone induziert wurden. Die hämodynamische Belastung und die Schilddrüsenhormone beeinflussen daher die myofibrilläre ATPase in einem beiden gemeinsamen Mechanismus: Sie führen zu einer Veränderung im Isoenzymmuster des Myosins als Folge einer veränderten Genexpression. Die Myosine anderer Säugetiere wurden mit Hilfe der Pyrophosphat-Gel-Elektrophorese mit dem Myosin der Ratte verglichen. Die Ca2+-abhängige Aktivierung der myofibrillären ATPase von euthyreoten und hypothyreoten, erwachsenen Mäusen legte ein polymorphes Myosin nahe, das mit Hilfe der Pyrophosphat-Gel-Elektrophorese bestätigt wurde. Die Auftrennung der Myosin-Isoenzyme der Maus war jedoch geringer als die der Ratte. Es wird daher empfohlen, die Ca2+-abhängige Aktivierung der myofibrillären ATPase neben elektrophoretischer Eigenschaften für die Charakterisierung des myokardialen Anpassungszustandes höherer Säugetiere heranzuziehen.

Description / Table of Contents: Zusammenfassung Um den Bereich möglicher Änderungen der funktionellen Parameter in Abhängigkeit vom Myosin Isoenzymmuster zu bestimmen, wurden myofibrilläre ATPase-Aktivität, maximale lastfreie Verkürzungsgeschwindigkeit und isometrische Spannungsentwicklung linksventrikulärer Myokardpräparationen folgender Tierkollektive gemessen: 5 Wochen alte Ratten mit hohem endogenem Thyroxinspiegel und hypothyreote Ratten nach 4wöchiger Behandlung mit Propylthiouracil (PTU). Das mechanische Verhalten der Ventrikelpräparate wurde im nativen Zustand und nach Glyzerinextraktion untersucht. Das wesentliche Ergebnis dieser Arbeit ist, daß Veränderungen der lastfreien Verkürzungsgeschwindigkeit — vmax — gemessen in glyzerinisierten Präparaten—und der myofibrillären ATPase-Aktivität auf einen definierten Bereich gleicher Größenordnung begrenzt sind: 32–40% des Maximalwerts, jeweils gemessen im Myokard mit homogenem Myosin V1-Typ. Die isometrische Spannungsentwicklung war nur insignifikant verändert; −9% im PTU-behandelten Kollektiv. Die Veränderung des apparenten Wertes der maximalen lastfreien Verkürzungsgeschwindigkeit — v0, gemessen in nativen Myokardpräparaten — war von gleicher Größenordnung wie die Änderungen des vmax-Wertes in chemisch, gehäuteten Präparaten. Durch körperliches Training war eine Umverteilung der Isoenzyme in Richtung Myosin V1 bei gleichzeitiger Zunahme von ATPase-Aktivität und Verkürzungsgeschwindigkeit (v0) festzustellen; steigendes Lebensalter und Druckbelastung führten zu entgegengesetzten Effekten. Die gezeigten mechanischen Veränderungen widersprechen nicht der Annahme, daß die Umverteilung der Myosin-Isoenzyme bei druckbedingter Hypertrophie einen adaptiven Vorgang darstellt.

Description / Table of Contents: Zusammenfassung An jungen männlichen Wistarratten (Alter 60 bis 70 Tage) wurde durch Einengung einer Nierenarterie (Goldblatt II) ein Hochdruck erzeugt, der zur Hypertrophie des linken Ventrikels führte. 8 bzw. 24 Wochen nach der Operation wurde der myokardiale Sauerstoffverbrauch an einem modifizierten Herz-Lungen-Präparat in situ bei weitgehend isovolumetrischer Tätigkeit des linken Ventrikels gemessen. Als mechanische Bezugsgröße wurde die linksventrikuläre Wandspannung herangezogen. Außerdem wurde von jedem Herzen mit Hilfe der Pyrophosphat-Gel-Elektrophorese das Isoenzymmuster von Myosin bestimmt. 8 Wochen nach der Operation betrug der Sauerstoffverbrauch der hypertrophierten Herzen, bezogen auf die über den Herzzyklus gemittelte Wandspannung von 1 N/cm2, 15 μmol O2/g·min, bei den gleichaltrigen Kontrollen 24,4 μmol O2/g·min (Δ 38%, p〈0,0005). Bei Bezug auf die über die Systole gemittelte Wandspannung von 1 N/cm2 war der Sauerstoffverbrauch der hypertrophierten Herzen 0,112 μmol O2/g·Schlag, während die Kontrolltiere 0,149 μmol O2/g·Schlag verbrauchten (Δ 25%, p〈0,05). Gleichzeitig war der prozentuale Anteil von VM-3 (dem Isoenzym von Myosin mit der geringsten ATPase-Aktivität) von 26,3% bei den Kontrollen auf 30,1% bei den hypertrophierten Herzen angestiegen (Δ 14%, n.s.). 24 Wochen nach der Operation verbrauchten die hypertrophierten Herzen, bezogen auf die über den Herzzyklus gemittelte Wandspannung, 16,1 μmol O2/g·min, die gleichaltrigen Kontrollen 20,5 μmol O2/g·min (Δ 21%, p〈0,05). Bei Bezug auf die über die Systole gemittelte Wandspannung verbrauchten die hypertrophierten Herzen 0,080 μmol O2/g·Schlag, die Kontrollen 0,107 μmol O2/g·Schlag (Δ 25%, p〈0,005). Der prozentuale Anteil von VM-3 war von 33,5% bei den Kontrollen auf 43,2% bei den hypertrophierten Herzen angestiegen (Δ 29%, p〈0,05). Nach den vorliegenden Ergebnissen beruht der verminderte Sauerstoffverbrauch des druckhypertrophierten Herzens auf einer Umverteilung der Isoenzyme von Myosin. Die durch die Zunahme von VM-3 bedingte Transformation des Myokards in einen langsameren, aber ökonomischer arbeitenden Muskel wird als Adaptationsprozeß gedeutet.

Description / Table of Contents: Zusammenfassung Das Isoenzymmuster von Myosin aus dem linken Ventrikel kann durch eine Druckhypertrophie und ein körperliches Training verändert werden. Mit Hilfe der Polyacrylamid-Gel-elektrophorese in Natriumpyrophosphat konnte gezeigt werden, daß Myosin aus den linken Ventrikeln von erwachsenen Ratten in drei polymorphen Formen, V1, V2 und V3, vorkommt. Eine Herzhypertrophie als Folge eines renalen Hochdruckes (Goldblatt II) führte zu einer Verschiebung der Isoenzyme in Richtung von V3, während ein Schwimmtraining zu einer entgegengesetzten Umverteilung führte. Das Isoenzym V1 dominierte, von V2 und V3 waren nur Spuren erkennbar. Die Verschiebungen im Isoenzymmuster führen zu einer verän derten myofibrillären ATPase-Aktivität. Bei einem repräsentativen Beispiel der Goldblatt-Ratten war die Aktivität um 11% erniedrigt, während sie nach einem Schwimmtraining um 10% erhöht war. Eine Veränderung in der myofibrillären ATPase-Aktivität muß daher auf eine Umverteilung im Isoenzymmuster des Myosins zurückgeführt werden. Der Polymorphismus von Myosin hat doppelwertige Auswirkungen auf die Herzfunktion. So führt zum Beispiel eine Verschiebung in Richtung von V3 zu einer höheren Ökonomie der Spannungsentwicklung bei der isovolumetrischen Anspannungsphase auf Kosten einer verringerten maximalen Kontraktionsgeschwindigkeit der Ventrikel.