Wolfgang Gerok

Glutathionreduktasemangel mit hämatologischen und neurologischen Störungen

ZusammenfassungIn der vorliegenden Arbeit wird ein neues klinisches Syndrom mit Glutathionreduktasemangel, hämatologischen und neurologischen Störungen beschrieben. 1. Die klinische Manifestation des erblichen Enzymdefektes besteht hämatologisch in einer Thrombocytopenie, nichtsphärocytärer hämolytischen Anämie oder Pancytopenie. Leber und Milz sind stets vergrößert. 2. Der z.T. schweren Pancytopenie ging bei drei untersuchten Kranken ein langfristiger Medikamentengebrauch (Phenobutazonderivate, Primaquine, Resochin) voraus. In schwächerer Form scheint diese jedoch auch schon vorher bestanden zu haben. Nach Absetzen der Präparate kam es bei einem Kranken zu einer vorübergehenden Teilremission des Blutstatus. 3. Neurologisch fanden sich bei allen Enzymdefektträgern Pyramidenbahnzeichen (Babinski-Gruppe) und im Elektroencephalogramm eine leichte bis mäßige Allgemeinveränderung mit vermehrten Theta-Wellen. In einer Familie bestand gleichzeitig eine Oligophrenie. Da der Schwachsinn alle Enzymdefektträger betraf, muß an einen metabolischen Schwachsinn gedacht werden. 4. Biochemische Untersuchungen ergaben, daß es sich nicht um einen Mangel an normaler Glutathionreduktase, sondern um die Bildung einer pathologischen Glutathionreduktase handelt. Das abnormale Enzym zeichnet sich durch eine Verschiebung des pH-Optimums zum Sauren und eine Erhöhung der Halbsättigungskonstanten für GSSG aus. Die Michaeliskonstante für NADPH2 war normal. Von dem Enzymdefekt sind Erythrocyten, Leukocyten und Thrombocyten in gleicher Weise betroffen. Die Glutathionstabilität gegen Acetylphenylhydrazin ist noch normal oder leicht pathologisch, der Heinzkörper-Test stets stark pathologisch. 5. Eine Hemmung des Enzyms durch einen Hemmkörper oder das Fehlen eines stromagebundenen Aktivators konnte unwahrscheinlich gemacht werden. 6. Der Erbgang des Enzymdefektes in einer 15köpfigen Familie war — ebenso wie die Thrombocytopenie und die neurologischen Störungen — autosomal dominant. 7. Therapeutisch brachte die Behandlung mit anabolem Hormon und Nebennierenrindensteroiden keinen sicheren Effekt. Die einmal durchgeführte Milzexstirpation besserte lediglich die Thrombocytopenie, während die nichtsphärocytäre hämolytische Anämie unverändert blieb.Von den drei Kranken mit Pancytopenie starben alle in wenigen Monaten. Alle oben angegebenen Medikamente sollten strikt vermieden werden.SummaryA new syndrome with deficiency of glutathione reductase, hematological and neurological disturbances is described. 1. There will be found thrombocytopenia, nonspherocytic hemolytic anemia or pancytopenia. Liver and splen are always enlarged. 2. Pancytopenia may become dangerous after prolonged therapy with phenopyrine derivates, primaquine, or chloroquine; death may occur. 3. Neurologically all patients with enzyme defect from 4 families showed spastic signs, an increase of-waves in the EEG and in 1 family also oligophrenia (metabolic oligophrenia?). 4. Glutathione reductase deficiency could be shown in erythrocytes, leucocytes and thrombocytes. Also as far as the nervous system is concerned, the enzyme defect seems to be the cause of the disturbances.ThekM-values for GSSG was 2 to 3 times above normal, the pH optimum was shifted from pH 6.8 to 6.4. ThekM for NADPH2 was normal. 5. The GSH content of the erythrocytes was normal also in the patients with the enzyme defect. The GSH stability to acetylphenylhydrazine was normal or slightly pathologic. The Heinzbody test (Beutler test) was always markedly pathologic. 6. There is not much probability for an inhibitor or a deficient, stroma bound activator to be the cause of the decrease of the activity of glutathione reductase. 7. The enzyme defect and the neurologic and hematologic changes was autosomally dominant in the family Bo. (15 members). 8. There is no successful therapy for these patients as yet. Drugs, which can cause the manifestation of the enzyme defect, should be strictly avoided.

Metabolism of phenylalanine in liver diseases

Zusammenfassung1. Ein Verfahren zur Aktivitätsbestimmung der Phenylalaninhydroxylase im Leberpunktat des Menschen wurde entwickelt. Die kinetischen Daten des Enzyms wurden bestimmt: DerKm-Wert für Phenylalanin beträgt 1,32 mM, für den Cofaktor 0,08 mM.2. Die Aktivität der Phenylalaninhydroxylase wurde in Punktaten von normaler Leber, Lebercirrhose, Alkohol-Hepatitis und bei anderen Leberkrankheiten bestimmt. Bei allen untersuchten Leberkrankheiten war die Enzymaktivität bezogen auf Feuchtgewicht oder DNA-Gehalt vermindert. In der cirrhotischen Leber betrug die Enzymaktivität nur 20% von der in normaler Leber.3. Nach oraler Gabe von L-Phenylalanin (100 mg/kg) wurde die Phenylalanin- und Tyrosinkonzentration im Serum über 5 Stunden verfolgt. Bei Kranken mit Lebercirrhose und Hepatitis war im Vergleich zu Gesunden die Phenylalaninkonzentration signifikant erhöht, die Tyrosinkonzentration signifikant vermindert.4. Aus dem Abfall der Phenylalaninkonzentration nach Erreichen des Maximalwertes wurde die Phenylalanin-Eliminationsrate, aus dem Anstieg der Tyrosinkonzentration die Tyrosin-Bildungsrate ermittelt. Zwischen beiden kinetischen Parametern besteht eine enge Korrelation. Bei Kranken mit Lebercirrhose und akuter Hepatitis sind Phenylalanin-Eliminationsrate und Tyrosin-Bildungsrate im Vergleich zu Gesunden signifikant vermindert, zwischen Kranken mit Alkoholhepatitis und Gesunden besteht hingegen kein signifikanter Unterschied hinsichtlich der beiden Parameter.5. Es besteht keine Korrelation zwischen der Aktivität der Phenylalaninhydroxylase im Lebergewebe einerseits, der Phenylalanin-Eliminationsrate bzw. Tyrosin-Bildungsrate andererseits.6. Aus diesen Befunden wird die Folgerung gezogen, daß die Zunahme der Serum-Konzentration von Phenylalanin bei Leberkrankheiten, insbesondere Lebercirrhose, teilweise durch einen verminderten Abbau der Aminosäure in der Leber erklärt werden kann. Jedoch sind zusätzlich weitere Faktoren, z.B. portocavale Shunts, von Bedeutung.Summary1. Amethod for the determination of phenylalaninehydroxylase-activity in needle biopsy material of human liver was developed and tested. The kinetic data of the enzyme were determined. TheKm for the substrate phenylalanine is 1,32 mM, for the cofactor 0,08 mM.2. The activity of phenylalaninehydroxylase was determined in biopsies from normal liver, liver cirrhosis, alcoholic hepatitis and other liver diseases. In all liver diseases the enzyme activity related to wet weight or DNA is reduced. The capacity for the hydroxylation of phenylalanine (of a cirrhotic liver) amounts to about 20% of normal liver.3. After an oral load with L-phenylalanine (100 mg/kg) the phenylalanine- and tyrosine-concentration in blood plasma was followed for 5 hours. Patients with liver cirrhosis or acute hepatitis show significant higher concentrations of phenylalanine, and significant lower concentrations of tyrosine than normal persons.4. From the decline of phenylalanine-concentration after the maximum the phenylalanine-elimination rate and from the increase of tyrosine concentration the tyrosine-production rate were calculated. Between phenylalanine-elimination rate and tyrosine-production rate a strong correlation exists. In patients with cirrhosis or acute hepatitis significantly reduced phenylalanine-elimination rate and tyrosine production rate were found compared with persons without liver disease. Patients with alcoholi hepatitis show no significant difference compared with normal persons.5. There is no correlation between the activity of phenylalaninehydroxylase in liver tissue and phenylalanine-elimination rate and tyrosine-production rate, respectively, calculated from the concentration of this amino acids in serum after a phenylalanine load.6. We conclude from these findings that the increased serum concentration of phenylalanine in some liver diseases, especially liver cirrhosis, can partly be explained by the diminished metabolism of phenylalanine in the liver. Portocaval shunts probably contribute to the elevated level of phenylalanine in serum.

New clues to the pathophysiology of hepatorenal failure

SummaryIn patients with advanced liver disease, decreases in renal blood flow, glomerular filtration rate, and urinary output are frequently observed. The deterioration in renal function is usually not due to a unique cause but is the result of the concerted action of several mechanisms operating in parallel; decreased plasma protein formation and increased intrahepatic vascular resistance lead to sequestration of blood volume, favoring hypovolemia and reduction in cardiac output. At the same time enhanced formation of nitroxide leads to peripheral vasodilation; bacterial endotoxin escaping clearance by the diseased liver stimulates the expression of a long-acting nitroxide synthase. Furthermore, vasodilating intestinal mediators such as substance P escape inactivation by the liver. In the face of peripheral vasodilation the maintenance of blood pressure requires an increase in cardiac output, which is achieved by activation of sympathetic nervous tone, renal vasoconstriction, enhanced release of renin, angiotensin, aldosterone, and antidiuretic hormone, leading to renal retention of sodium and water. Renal vasoconstriction is opposed by vasodilatatory prostaglandins, and renal failure may be triggered by inhibition of prostaglandin formation. On the other hand, vasoconstrictive eicosanoids, such as thromboxane B2 and leukotriene E2, which escape hepatic inactivation, may contribute to renal vasoconstriction. Beyond these mechanisms disturbed hepatic regulation of renal function may participate in the generation of hepatorenal syndrome. The liver regulates renal function via both a hepatorenal reflex decreasing renal blood flow and a hypothetical liver-borne diuretic factor increasing renal blood flow. Both enhanced hepatorenal reflex activity and decreased formation of the liver-borne diuretic factor could participate in the pathogenesis of hepatorenal syndrome.

Vergleichende Untersuchungen über den Aminosäurenbestand von Serum-Eiweiß, Lebereiweiß, Amyloid, Hyalin und Kollagen

Da Menge und Art der eingebauten Aminosäuren ein wesentliches Charakteristicum jedes Eiweißkörpers sind, wurde die Aminosäurenzusammensetzung von verschiedenen Amyloideiweißpräparaten, mehreren Hyalinproben (Oberflächenhyalin der Milzkapsel) und wasserlöslichen Eiweißkörpern der Leber (Präparat aus der Mäuseleber) mit einer quantitativen papierchromatographischen Methode ermittelt. Dabei hatten die Hyalin- und Leberpräparate einen qualitativ und quantitativ konstanten Aminosäurenbestand. Die Zusammensetzung des Amyloideiweißes war nicht einheitlich. Für die Deutung der Aminosäurenbefunde erwies es sich als vorteilhaft, Aminosäuren mit chemisch verwandten Seitengruppen zusammenzufassen und dabei für die Charakterisierung des Löslichkeits Verhaltens und der Ladungsqualität des Moleküls den Anteil an Aminosäuren mit polarer und apolarer Seitengruppe bzw. das Verhältnis der Monoamino-dicarbon-säuren zu den Hexonbasen herauszustellen. Es zeigt sich beim Vergleich mit den wasserlöslichen Eiweißkörpern des Serums und dem unlöslichen Kollagen, daß Amyloid und Bindegewebshyalin eine Zwischenstellung einnehmen und wahrscheinlich Proteingemische sind. Dabei ist das Kapselhyalin dem Kollagen nahe verwandt und das Amyloideiweiß, welches zu den sauren Eiweißkörpern zu rechnen ist, steht einerseits den Serumglobulinen und andererseits dem Kollagen und Hyalin nahe. Das wasserlösliche Lebereiweiß gleicht im quantitativen Aminosäurenaufbau weitgehend demα- undΒ-Globulin des Blutserums. In einem Vergleich der Ergebnisse mit weiteren bekannten Analysen verschiedener Eiweißkörper wird auf mögliche Zusammenhänge zwischen Aminosäurenbestand, physikalisch-chemischem und morphologischem Erscheinungsbild näher eingegangen. Obwohl mangels näherer Kenntnisse über die Reihenfolge der Aminosäuren in den einzelnen Polypeptidketten und deren Verknüpfung zum Makromolekül die Ausdeutung von Aminosäurenanalysen heute noch beschränkt erscheint, so zeichnen sich doch Unterschiede ab, die je nach Löslichkeitsverhalten und molekularer Struktur der einzeinen Körper (globuläres und fibrilläres Protein) verschieden sind.

Schwere strahleninduzierte Hämolyse bei hereditärem Mangel an reduziertem Glutathion in Blutzellen

ZusammenfassungEs wird über eine 51jährige Patientin mit Collum-uteri-carcinom(II) berichtet, bei der unter einer kombinierten Behandlung mit Radium und Röntgenpendelkonvergenzbestrahlung eine schwere Hämolyse auftrat.Als Ursache der strahleninduzierten Hämolyse wurde ein Mangel an reduziertem Glutathion (GSH) in den roten Blutzellen nachgewiesen. Alle Enzyme die an der Glutathionreduktion beteiligt sind, hatten in den Erythrocyten normale Aktivitäten, so daß es sich — auch auf Grund der Serumaminosäurenchromatogramme — wahrscheinlich um eine Glutathionsynthesestörung handelt.In den Erythrocyten fanden sich neben der Verminderung des GSH-Gehaltes um etwa 50% der Normalwerte in wechselnder Ausprägung eine Glutathioninstabilität und verstärkte Innenkörperbildung im Acetylphenylhydrazininkubationstest nachBeutler.Die Glykolyse und der ATP-Gehalt der Erythrocyten waren normal, der Coombs-Test und Nachweis von Kälteagglutininen verliefen negativ.Familienuntersuchungen ergaben, daß der GSH-Mangel hereditär ist und in dieser Familie wahrscheinlich autosomal rezessiv vererbt wird.Die strahleninduzierte Hämolyse besserte sich gut unter einer Behandlung mit Nebennierenrindensteroiden und Bluttransfusionen. 6 Monate nach der Hämolyse war das rote Blutbild ohne weitere Therapie kompensiert, während die Thrombocyten und Leukocyten noch deutlich vermindert waren.SummaryA case report is given of an 51 year old woman, suffering from carcinoma of the collum uteri (II), who developed a severe hemolysis during a combined treatment of X-ray and radium radiation.This hemolysis, caused by radiation, was produced by a low level of reduced glutathion (GSH) in the red cells.All enzymes of the red cells, involved in the reducing reactions of glutathion, showed normal activities. Thus a defect in glutathion synthesis is most likely. The results of the amino acid chromatography were in accordance to this hypothesis.In the erythrocytes the level of the GSH content amounted only to 50% compared to normal individuals; beside this an instability of glutathion to a verying degree was found and an increased “Heinz body formation” after incubation with acetyl-phenylhydrazine (Beutler). Glycolysis and ATP-content of the red cells were within normal limits, cold agglutinins and coombs-test were negative. The investigation of other members of the same family showed the same diminution of GSH in the red cells. Most likely the inborn metabolic disorder is inherited by an autosomal recessive way.The hemolysis was treated succesfully by blood transfusions and adrenal steroids.Six months after the onset of the hemolysis red cell count and hemoglobin were compensated without further therapy, where as leucocytes and blood platelets were still diminished.Es wird uber eine 51jahrige Patientin mit Collum-uteri-carcinom(II) berichtet, bei der unter einer kombinierten Behandlung mit Radium und Rontgenpendelkonvergenzbestrahlung eine schwere Hamolyse auftrat. Als Ursache der strahleninduzierten Hamolyse wurde ein Mangel an reduziertem Glutathion (GSH) in den roten Blutzellen nachgewiesen. Alle Enzyme die an der Glutathionreduktion beteiligt sind, hatten in den Erythrocyten normale Aktivitaten, so das es sich — auch auf Grund der Serumaminosaurenchromatogramme — wahrscheinlich um eine Glutathionsynthesestorung handelt. In den Erythrocyten fanden sich neben der Verminderung des GSH-Gehaltes um etwa 50% der Normalwerte in wechselnder Auspragung eine Glutathioninstabilitat und verstarkte Innenkorperbildung im Acetylphenylhydrazininkubationstest nachBeutler. Die Glykolyse und der ATP-Gehalt der Erythrocyten waren normal, der Coombs-Test und Nachweis von Kalteagglutininen verliefen negativ. Familienuntersuchungen ergaben, das der GSH-Mangel hereditar ist und in dieser Familie wahrscheinlich autosomal rezessiv vererbt wird. Die strahleninduzierte Hamolyse besserte sich gut unter einer Behandlung mit Nebennierenrindensteroiden und Bluttransfusionen. 6 Monate nach der Hamolyse war das rote Blutbild ohne weitere Therapie kompensiert, wahrend die Thrombocyten und Leukocyten noch deutlich vermindert waren.

Die Lokalisierung der L-Aminosäuren-Rückresorption in der Niere durch Stop-flow-Analysen

Zusammenfassung1. Es wurden Stop-flow-Analysen an Hunden mit äquimolaren Gemischen der Aminosäuren Glycin,l-Glutaminsäure,l-Asparaginsäure,l-Lysin,l-Arginin,l-Histidin unddl-Alanin durchgeführt.2. Die gleichzeitige säulenchromatographische Bestimmung dieser Aminosäuren ergab, daß diese im proximalen Tubulus der Niere im Bereich des Maximums der PAH-Sekretion rückresorbiert werden.3. Die Diaminocarbonsäuren Arginin, Lysin und Ornithin werden sehr glomerulusnahe, die übrigen untersuchten Aminosäuren etwas distal von diesen rückresorbiert.

Eine manometrische Methode zur quantitativen Bestimmung von Aminosäuren

ZusammenfassungEs wird eine Methode zur quantitativen Bestimmung von α-Aminosäuren durch manometrische Messung der bei der Reaktion von Aminosäuren mit dem Natriumsalz von p-Toluolsulfonchloramid freigesetzten Kohlensäure beschrieben. Die Messung erfolgt in der Warburg-Apparatur. Die optimalen Reaktionsbedingungen werden untersucht und Spezifität, Empfindlichkeit und Genauigkeit des Verfahrens geprüft.

Intrazelluläre Lokalisation von Enzymen des Krebs-Henseleit-Cyclus in der Leber

Enzymes of the Krebs-Henseleit urea-cycle were localized by means of differential centrifugation and fractional tissue extraction in rat liver and in human liver. Argininosuccinatlyase (ASAL) and Argininosuccinatsynthetase (ASAS) represent enzymes of the soluble cytoplasmic fraction. Ornithine-ketoacid-transaminase(OKT), carbamyl-phosphate-synthetase (CPS) and ornithine-carbamyl-transferase (OCT) are localized in the mitochondrial and nuclei fractions of the liver cell. Most of the arginase activity is bound to subcellular structures (probably to nuclei). A small portion of arginase-activity was found in the soluble cytoplasmatic fraction. The enzymes of the Krebs-Henseleit urea-cycle are equally distributed in rat liver and in human liver. Differences in the subcellular localisation of (mitochondrial) enzymes in human liver could be attributed to mitochondrial breakage during tissue preparation and do not represent in-vivo conditions.SummaryEnzymes of the Krebs-Henseleit urea-cycle were localized by means of differential centrifugation and fractional tissue extraction in rat liver and in human liver.Argininosuccinatlyase (ASAL) and Argininosuccinatsynthetase (ASAS) represent enzymes of the soluble cytoplasmic fraction. Ornithine-ketoacid-transaminase(OKT), carbamyl-phosphate-synthetase (CPS) and ornithine-carbamyl-transferase (OCT) are localized in the mitochondrial and nuclei fractions of the liver cell. Most of the arginase activity is bound to subcellular structures (probably to nuclei). A small portion of arginase-activity was found in the soluble cytoplasmatic fraction. The enzymes of the Krebs-Henseleit urea-cycle are equally distributed in rat liver and in human liver. Differences in the subcellular localisation of (mitochondrial) enzymes in human liver could be attributed to mitochondrial breakage during tissue preparation and do not represent in-vivo conditions.ZusammenfassungEnzyme des Krebs-Henseleit-Harnstoffcyclus wurden durch Differentialzentrifugation und fraktionierte Extraktion in Rattenleber und in menschlicher Leber lokalisiert.Argininosuccinatlyase (ASAL) und Argininosuccinatsynthetase (ASAS) sind Enzyme der löslichen Cytoplasmafraktion. Ornithin-Ketosäure-Transaminase (OKT), Carbamyl-Phosphat-Synthetase (CPS) und Ornithin-Carbamyl-Transferase (OKT) sind in der Kern- und Mitochondrienfraktion der Leberzelle lokalisiert. Der größte Teil der Arginase-Aktivität ist an subcelluläre Strukturen (möglicherweise an Kerne) gebunden. Ein kleiner Teil der Arginase-Aktivität wurde in der löslichen Cytoplasmafraktion gefunden. Die Enzyme des Krebs-Henseleit-Harnstoffcyclus sind in der Rattenleber und in der menschlichen Leber identisch verteilt. Unterschiedliche Resultate hinsichtlich der subzellulären Lokalisation mitochondrialer Enzyme des Krebs-Henseleit-Cyclus in der menschlichen Leber beruhen auf der Schädigung von Mitochondrienmembranen während der Gewebspräparation und nicht auf unterschiedlichen in-vivo Bedingungen.