Henner Krug

Histophotometry--the method of choice in quantifying dehydrogenase histochemistry.

Succinate, malate, and lactate dehydrogenase were demonstrated histochemically and measured histophotometrically in the heart and skeletal muscle (m. extensor digitorum longus and m. soleus) of rats at different ages. To prove the value of histophotometry, the enzymes of the tissues were estimated biochemically. The gel film technique cannot sufficiently prevent the diffusion of the soluble enzymes (malate-, lactate dehydrogenase) out of the tissue sections. Because of the different mobility, various isoenzymes, histophotometry cannot give reliable results. But, as far as membrane-bound dehydrogenases (succinate dehydrogenase) are concerned, histophotometry is the method of choice for basic measurements as in routine practical work, especially with tissues where the enzyme activities are heterogeneously distributed, e.g. in different types of muscle fibres in skeletal muscles.

The correlation between histophotometrical and biochemical myosin-ATPase measurements in the myocardium and striated muscle of the rat.

To prove the correlation between histophotometrical and biochemical data of myosin-ATPase-activity, the change of enzyme activity during development was measured in the myocardium, masseter muscle, and tensor fasciae latae of rats. Both methods were applied to the same material. To avoid errors due to varying section thickness in each cutting and staining procedure, a reference material (e.g. heart muscle) was used, taken from one and the same animal. The correlation between histophotometrical and biochemical estimations was very good, histophotometrical arbitrary units being used. ATPase-activity in heart muscle during development, slightly decreases in masseter muscle and more in tensor fasciae latae. The ATPase-activity in the latter was higher than in masseter muscle. This is in good agreement with the physiological, biochemical, and histochemical classification.

Age-dependent changes of enzyme activities in the different fibre types of rat extensor digitorum longus and gastrocnemius muscles.

The age-dependent change of metabolic profiles of SO (slow-oxidative), FOG (fast-oxidative glycolytic) and FG (fast-glycolytic) fibres of muscles digitorum longus and musculus gastrocnemius of rat from 14 days to 370 days was measured cytophotometrically. Fibres were classified visually and using cytophotometrical data from staining reactions for myofibrillar adenosinetriphosphatase (ATPase), succinate dehydrogenase (SDH) and alpha-glycerophosphate dehydrogenase (alpha-GPDH) in the same fibre. The fibre type population as percentage was estimated at different ages. The age-dependent change of enzyme activities was demonstrated in each fibre type. SDH-heterogeneity of FOG-fibres and consequently an overlap with SO-fibres was detected. The alpha-GPDH/SDH-activity quotient allowed to distinguish SO-, FOG- and FG-fibres, and the age-dependent change of activity quotient characterized the change of metabolic properties in the concerned fibre types. Whereas in gastrocnemius muscle the metabolic profile of FOG-fibres was similar to that of SO-fibres, in extensor digitorum longus muscle the metabolism of FOG-fibres was similar to that of FG-fibres. Between the two muscles differences were also shown for the fibre type responsible for changes of enzyme activities in the whole muscle, measured biochemically.

Ein mathematisches modell des zusammenhanges von DNS-karyogramm und zellzyklus 1. Mitteilung die ableitung der DNS-Häufigkeitsverteilung aus der dauer der einzelphasen des zellzyklus

Zusammenfassung Angeregt durch eigene Erfahrungen in der Durchflusfluoreszenzphotometrie (Impulscytophoto-metrie) wird ein mathematisches Modell aufgestellt, das den Zusammenhang zwischen der Dauer der Einzelphasen des Zellzyklus und dem Verlauf der DNS-Haufigkeitsverteilung (DNS-Karyogramm) in Form von Funktionsgleichungen erfast. Zur Ableitung mussen gewisse Voraussetzungen und Einschrankungen angenommen werden. Das DNS-Karyogramm (Haufigkeit von Zellkernen in einer einheitlichen Population in Abhangigkeit von DNS-Gehalt) wird als Uberlagerungskurve aus 3 Anteilen aufgefast: 1. Gaus-Verteilung aus G 1 -Phasenzellen, beim ersten oder 2c-Gipfel um den diploiden DNS Gehalt. 2. Gaus-Verteilung aus G 2 +M-Phasenzellen beim 2. oder 4c-Gipfel, beim doppelten DNS-Gtehaltvom diploiden Wert. 3. Zellkerne aus der S-Phase mit DNS-Werten zwischen den Mittelwerten der Normalverteilungen der beiden Gipfel. Das Modell hat folgende Besonderheiten: 1. Die Aufstellung der Funktionskurve und damit die Addition der genannten Teilkurven erfolgt in einem halblogarithmischen System (log-normal). Hier konnen wir fur beide Gipfel die gleiche Streuung voraussetzen. 2. Die Uberlagerung durch die S-Phase wirkt sich auf den gesamten Verlauf der beiden Gipfel aus und nicht nur zwischen den beiden Mittelwerten. Dies ermoglicht eine Formulierung in Form des Integrals der Gaus-Kurve. Die Funktionsgleichungen werden ausgefuhrt fur den Gesamtverlauf mit der Dauer der Einzel -phasen als Parameter, fur die Lage der Maxima und des Minimums und fur das Verhaltnis der Argumente der beiden Gipfel („Verdopplungsrhythmus“) als Funktion der Dauer der Einzelphasen. An Einzelbeispielen wird durchgerechnet und graphisch dargestellt, wie sich Kurvenform und Verdopplungsrhythmus in Abhangigkeit von der Dauer der Einzelphasen andern. Bei der Transformation ins lineare System zeigt sich, das erhebliche Verzerrungen auftreten, die bis zum Verschwinden des 2. Gipfels fuhren. Die Ergebnisse der Untersuchung am Modell sind in Richtung und Quantitat die theoretische Voraussetzung zur Auswertung von DNS-Karyogrammen, wie sie in der Cytophotometrie, besonders in der Durchflusfluoreszenzphotometrie, anfallen.

Reflexphotometrische Untersuchungen zur Gelbfärbung des Schädeldaches bei Diabetes mellitus

Die farbvalenzmetrische Untersuchung von 34 Diabetikerschädeln ergab beim Vergleich mit 56 Kontrollfällen den gleichen Farbton und die gleiche spektrale Sättigung. Bei den Schädeln der Diabetiker ließ sich jedoch eine verminderte Helligkeit nachweisen. Die „Farbänderung“ ist daher für eine Vermutungs-diagnose „Diabetes mellitus“ mit Recht zu verwenden. Es wird jedoch vorgeschlagen, nicht mehr von einer „Gelbfärbung“, sondern von einer „Dunklerfärbung“ zu sprechen. Das Ausmaß der dunkleren Färbung ist eindeutig positiv zur Krankheitsdauer korreliert. Frühestens nach 6 Jahre bestehendem Diabetes ist eine signifikante Farbänderung zu erwarten. Die Ursache dieser Farbänderung ist unbekannt. In Modellversuchen mit ikterischen Schädeln konnte gezeigt werden, daß die farbmetrischen Kurven bei in vivo entstandenem Ikterus und bei künstlich durch Gallenflüssigkeit erzeugter Verfärbung prinzipiell gleich verlaufen. The shade of color and the spectral saturation of the calvariae of 34 diabetic patients were the same colorimetrically as those of 56 control cases. The calvariae of the diabetics showed, however, a reduced brightness. Consequently, the “color change” may rightfully be used for the presumptive diagnosis of “diabetes mellitus”. It is suggested, however, that one should not refer anymore to a “yellow discoloration”, but instead to a “darker discoloration”. The degree of the darker color is clearly correlated directly with the duration of illness. The earliest a significant color change may be expected is after six years of diabetes. The cause of the color change is unknown. In model experiments it could be shown, that the colorimetric curves of calvariae discolored by icterus during life are principally the same as the curves of calvariae discolored artificially with bile.

BRAIN CONSISTENCY AND FATAL CARBON MONOXIDE POISONING

1. Mit einer neu entwickelten Methode wurde an 15 Fallen mit akuter, todlicher CO-Vergiftung die Hirnkonsistenz in Marklager und Stammganglien gemessen und einem Kollektiv aus 60 unausgewahlten Vergleichsfallen aus pathologisch-anatomischen Sektionen gegenubergestellt. Es fand sich eine statistisch signifikante Zunahme der Hirnfestigkeit in der weisen Substanz bei unveranderten Werten in der grauen Substanz der Stammganglien. 2. Die Bestimmung der Trockensubstanz an acht CO- und 18 Vergleichsfallen ergab keine Unterschiede. 3. Die Moglichkeiten der Pathogenese der Hirnverfestigung bei akuter CO-Vergiftung werden erortert. Es wird eine Permeabilitatssteigerung der Blut-Hirnschranke angenommen, die zum Eindringen von hirnfremden Stoffen fuhrt, die durch hirneigene Katalysatoren polymerisiert werden. Auserdem ist es denkbar, das im anaeroben Stoffwechsel aldehydische Produkte entstehen, die zur Vernetzung paraplasmatischer Substanzen fuhren.Zusammenfassung1.Mit einer neu entwickelten Methode wurde an 15 Fällen mit akuter, tödlicher CO-Vergiftung die Hirnkonsistenz in Marklager und Stammganglien gemessen und einem Kollektiv aus 60 unausgewählten Vergleichsfällen aus pathologisch-anatomischen Sektionen gegenübergestellt. Es fand sich eine statistisch signifikante Zunahme der Hirnfestigkeit in der weißen Substanz bei unveränderten Werten in der grauen Substanz der Stammganglien.2.Die Bestimmung der Trockensubstanz an acht CO- und 18 Vergleichsfällen ergab keine Unterschiede.3.Die Möglichkeiten der Pathogenese der Hirnverfestigung bei akuter CO-Vergiftung werden erörtert. Es wird eine Permeabilitätssteigerung der Blut-Hirnschranke angenommen, die zum Eindringen von hirnfremden Stoffen führt, die durch hirneigene Katalysatoren polymerisiert werden. Außerdem ist es denkbar, daß im anaeroben Stoffwechsel aldehydische Produkte entstehen, die zur Vernetzung paraplasmatischer Substanzen führen.

The higher myosin ATPase activity in the right heart ventricle of the rat, proved by histophotometry.

Comparing the myosin-ATPase activity in the left and right ventricular wall of the hearts from 6 rats by scanning histophotometry, a higher enzyme activity in the right ventricle was found. These findings are in a good agreement with the higher numbers of myofilaments per myofibril in the right ventricle, reported in literature.

Dynamische Elastometrie zur Bestimmung der Organkonsistenz

Es wird eine Methode beschrieben, die es gestattet, die elastischen Eigenschaften von Sektionsmaterial als wesentliche Grundlagen der Konsistenz rasch und zuverlässig zu bestimmen. In dem entwickelten Gerät wird durch das zu untersuchende Gewebe die eine Hälfte einer Pendelschwingung abgebremst, gemessen wird digital die Kontaktzeit zwischen Gewebe und Pendel. Die Kontaktzeit kann in Starre umgerechnet werden, die dem Quotienten aus Elastizitätsmodul und Schichtdicke proportional ist. Es hat sich gezeigt, daß bei größeren Schichtdicken die Starrewerte ein konstantes Minimum erreichen und so unmittelbare Vergleiche verschiedener Gewebe zulassen, ohne daß Abweichungen in der Schnittdicke eine Rolle spielen. A method is described which permits a quick and reliable determination of the elastic properties of autopsy material. These properties are fundamental for the consistency. In the apparatus constructed, one half of a swing of a pendulum is braked by means of the tissue being studied. The contact time between the tissue and the pendulum is measured digitally. The contact time may be converted into terms of rigidity which is proportional to the ratio of the unit of elasticity with the thickness of the layer. The results show, that with greater thickness of the layer the values for rigidity reach a constant minimum permitting thus a direct comparison of different tissues without variations in the thickness of the section being significant.

Histophotometrical measurements concerning the distribution of myofibrillar ATPase activity within the tissue block after aldehyde fixation

The inhibition of myofibrillar ATPase activity by aldehyde fixation in tissue pieces of myocardium of the rat was measured by scanning histophotometry. The relative amount of the final reaction product of the histochemical method for ATPase (Padykula and Herman 1955) was taken as a measure for the enzyme activity. Along scanning lines in slides from the surface to the centre of tissue block, a higher activity was found in the centre in contrast to the marginal zone. Compared with the centre of the block (approximately equal to 100%), in the marginal region a loss of about 40% (in paraformaldehyde PFA) and of 75% (in glutaraldehyde GA) was found, the latter with a sharp decline between the marginal zone and the central part. For quantitative enzyme histochemistry by histophotometry unfixed material is recommended.

Die Gehirnkonsistenz bei Diabetes mellitus und Urämie

Gegenüber 60 Vergleichsfällen konnte mittels des dynamischen Elastometers nachKrug bei31 Diabetikergehirnen bestätigt werden, daß die weiße Substanz signifikant fester ist. Die graue Substanz von 28 Urämiegehirnen zeigte eine signifikante Verringerung der Starre. Zwischen den Einzelwerten der Starre und dem Blutzucker Hegt bei den Diabetesfällen eine straffe Korrelation vor. Eine Verminderung der Trockensubstanz fand sich zwar bei den Diabetikergehirnen, aber nur mit geringer Signifikanz. Bei der Pathogenese der Veränderungen beim Diabetes spielen wohl viele Faktoren eine Rolle, wie Störungen an der Zell- und Capillarmembran, sowie Änderungen des kolloidalen Zustandes durch Polymerisation von Stoffen im Mark, wobei entweder polymerisationsfähige Stoffe vermehrt abgelagert und durch hirneigene Katalysatoren polymerisiert oder hirneigene polymerisationsfähige Stoffe durch pathologische Produkte aus dem Zwischenstoffwechsel polymerisiert werden. By means of the dynamic elastometer ofkrug, it could be shown that the white matter of 31 brains from diabetic patients was significantly firmer than that of 60 control brains. The gray matter of 28 brains from uremic patients revealed a significant reduction in firmness. In the diabetic patients a close relationship existed between the individual values for the rigidity of the brain and the blood sugar values. Only a slight reduction of the dry substance was found in the brains from diabetic patients. Many factors play a role in the pathogenesis of changes in diabetes, such as disturbances of cellular and capillary membranes, and changes of the colloidal state by polymerization of the substances in the white matter. Here either increased amounts of polymerizable substances are deposited and polymerized by catalyzers within the brain, or polymerizable substances of the brain are polymerized by pathologic products arising out of the intermediate metabolism.Gegenuber 60 Vergleichsfallen konnte mittels des dynamischen Elastometers nachKrug bei31 Diabetikergehirnen bestatigt werden, das die weise Substanz signifikant fester ist. Die graue Substanz von 28 Uramiegehirnen zeigte eine signifikante Verringerung der Starre. Zwischen den Einzelwerten der Starre und dem Blutzucker Hegt bei den Diabetesfallen eine straffe Korrelation vor. Eine Verminderung der Trockensubstanz fand sich zwar bei den Diabetikergehirnen, aber nur mit geringer Signifikanz. Bei der Pathogenese der Veranderungen beim Diabetes spielen wohl viele Faktoren eine Rolle, wie Storungen an der Zell- und Capillarmembran, sowie Anderungen des kolloidalen Zustandes durch Polymerisation von Stoffen im Mark, wobei entweder polymerisationsfahige Stoffe vermehrt abgelagert und durch hirneigene Katalysatoren polymerisiert oder hirneigene polymerisationsfahige Stoffe durch pathologische Produkte aus dem Zwischenstoffwechsel polymerisiert werden.