Über den einfluss von schock und hyperlipidämie auf den lipidgehalt, die lipidsynthese und die mucopolysaccharidsynthese der gefässwand

JOURNAL OF ATHEROSCLEROSIS RESEARCH

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L?BER D E N E I N F L U S S VON SCHOCK UND H Y P E R L I P I D A M I E A U F D E N L I P I D G E H A L T , D I E L I P I D S Y N T H E S E UND D I E MUCOPOLYSACCHARIDSYNTHESE DER GEFASSWAND

W. H. HAUSS, G. JUNGE-HOLSING, K. J. MATTHES UND W. WIRTH Medizinische Universit~tsklinik und Poliklinik (Direktor: Prof. Dr. W. H. Hauss), Mi~nster (Deutschland)

(Eingegangen dell 15. September, 1964)

EINLEITUNG Auf Grund unserer Arbeiten in den letzten Jahren haben wir die StSrung des Gef~isswandstoffwechsels als initiales und obligates Ph~inomen bei der E n t s t e h u n g der Arteriosklerose bewertet 1-s. Die Mesenchymzelle in der Gef~sswand reagiert auf eine grosse Anzahl von exogenen und endogenen Reizungen mit einer Acceleration ihres Stoffwechsels, mit einer " u n s p e z i f i s c h e n Mesenchymreaktion"l-3, 5-7. Erhebliches Ausmass einer derartigen Stoffwechselst6rung fiihrt zu Strukturver~inderungen und damit zur Arteriosklerosel,2,4,5,7, s. Es schien uns yon Interesse, den Einfluss der unspezifischen Mesenchymreaktion auf Lipidgehalt, Lipid- u n d Sulfomucopolysaccharid-Synthese in der Aortenw a n d zu iiberpriifen. Von den vielen M6glichkeiten, eine unspezifische Mesenchym reaktion hervorzurufen2,3,5,s, 9, w~hlten wir den bei Meerschweinchen leicht und sicher auslSsbaren p r o t r a h i e r t e n Serum-Schock. In A n b e t r a c h t der engen Korrelation zwischen gest6rtem Fettstoffwechsel und Arteriosklerose-Morbidit~it 10-14 haben wir desweiteren den Einfluss von Hyperlipid~imie auf den Lipidgehalt und den Stoffwechsel der Aorta gepriift. VERSUCHSANORDNUNG Es wurden vier G r u p p e n von je 15-20 Tieren (Meerschweinchen) untersucht. Gruppe l: mit R i n d e r s e r u m sensibilisierte Tiere als Kontrollgruppe; Gruppe 2: sensibilisierte Tiere, bei denen ein protrahierter Serumschock ausgelSst worden war; Gruppe 3: sensibilisierte Tiere, bei denen durch eine Magensonde 2 × 2 ml OlivenS1 mit 0.14 g ChoIesterin (irn Folgenden kurz Sondenfiitterung genannt) zugeftihrt worDer Landesversicherungsanstalt Westfalen, der Dr. Karl-Wilder Stiftung des Verbandes der Lebensversicherungsunternehmen e.V. und der Deutschen Forschungsgemeinschaft sei ftir die Unterstiitzung bei der Durchfiikrung der Untersuchungen gedankt. j . Atheroscler. Res., 5 (1965) 451-465

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den war; Gruppe 4: sensibilisierte Tiere, bei denen sowohl eine Sondenftitterung durchgefiihrt als auch ein Serumschock ausgel6st worden war. Es hatte sich dutch Vorversuche herausgestellt, dass die mit Rinderserum sensibilisierten Tiere (Gruppe 1) sowohl was den Lipidgehalt von Serum und Organen als auch was den Mesenchymstoffwechsel und die Lipidsynthese angeht, sich vSllig wie normale Tiere verhielten. Die Sensibilisierung wurde dutch zwei intraperitoneale Injektionen von jeweils 0.5 ml Normalserum vom Rind in dreit~igigem Abstand durchgefiihrt. Gruppe 2. Am 28. Tag wurden bei dell Tieren um 17.00 Uhr zur Ausl6sung eines leichten und protrahiert verlaufenden anaphylaktischen Schocks 0.5 ml Rinderserum intrapelitoneal und zwei Stunden sp~iter nochmals 0.2 ml intracardial injiziert. Gruppe 3. Am 28. Tag nach Beginn der Sensibilisierung wurden um 7 Uhr und um 15 Uhr den Tieren dutch Sondenftitterung je 2 ml OlivenS1 mit je 0.14 g Cholesterin zugefiihrt. Die gaschromatographische Analyse der Zusammensetzung des verfiitterten OlivenSls ergab: 2 % Myristinsiiure, 14 ~/o Palmitins~iure, 2 °/o Stearins~iure, 72 °/o 01s~iure, 10 % Linols~iure und 0 , 1 % Linolens~iure. Eine derartige Sondenftitterung yon 2 ml OlivenS1 ftihrt zu einer deutlichen, mehrere Stunden anhaltenden Hyperlipid~imie, deren Maximum etwa 1 Stunde nach Fiitterung liegt. In Vorversuchen hatten wit festgestellt, dass die HShe des Fetts~iureanstiegs im Serum v o n d e r Fiitterungsdauer, yon der Kettenl~inge und yon dem S~ittigungsgrad der verftitterten Fettsauren abhiingig ist. So finder man kurze zeit nach Ftitterung (24-36 Stunden) langkettiger Fetts~iuren (Stearin, BehensAure) und hochunges~ittigter Fetts~iuren (Linolens~iure, Arachidons~iure) weniger ausgepr~igte HyperlipidAmie als nach Gabe von Laurins~ure, Palmitins~iure und einfach unges~ittigter Fetts~iuren (01s~iure). Die Serumcholesterinkonzentration steigt bei Ftitterung yon Cholesterin in Abhiingigkeit von der Menge und yon der Fiitterungsdauer etwa linear an. Auch nach wochenlanger Fiitterung kann noch eine fortschreitende ErhShung der Serumcholesterinwerte beobachtet werdenl3. Gruppe 4. Bei dieser Tiergruppe wurden sowohl die Sondenftitterung (wie bei der Tiergruppe 2) als auch die Schockausl6sung (wie bei tier Tiergruppe 3) durchgeftihrt. Abb. 1 veranschaulicht den zeitlichen Ablauf der Versuchsanordnung.

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Abb. 1. Schematische Darstellung der Versuchsanordnung. Zeitliche Reihenfolge der Sensibili8ierung, Fettsondierung, 35S-Sulfatinjektion, der Aus]Ssung eines protrahierten Serumschocks und der TStung (t) der Tiere.

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METHODEN

Die T6tung der Tiere erfolgte am 29. Tag um 11.00 Uhr durch Genickschlag und E n t b l u t u n g aus der Halsschlagader, wobei das Blut aufgefangen und Serum gewonnen wurde.

Isolierung tier Lipide und Messung des Lipidgehaltes aus Organen und Serum Die Organe (Leber, Lunge, Herz, Niere, Aorta) wurden rasch entnommen, eisgektihlt, von anhiingendem Bindegewebe und Fett befreit und gewogen, j e 1 g der Organe (100 mg von Herz und Aorta) und 2 ml Serum wurden mit 2 ml 5 N KOH bei 100°C tiber Nacht verseift. Allschliessend wurden dutch zweimalige Extraktion mit 2 ml Hexan und Eindampfen der yon der w~ssrigen Phase getrennten Hexanfraktionen die nichtverseifbaren Lipide isoliert. Cholesterinbestimmungen wurden nach LIEBERMANN UND GLICK15 mit den aus dieser Fraktion durch Digitoninf~tllung isolierten Niederschl/igen durchgeftthrt. Die w~tssrige Phase tier ersten Hexanfraktion wurde mit 2 ml konzentrierter HC1 anges~uert. Dutch zweimalige Extraktion mit 2 ml n-Hexan wurden die Fetts~iuren isoliert, welche anschliessend mit Diazomethan (in Hexan gel6st) verestert wurden. Die Fetts~turemethylester wurden mittels Gaschromatographie an einer Di~ithylenglykol-Succinat-S~ule (10 % auf Chromosorb W, 3 m L~nge) bei 170°C unter Verwendung von Argon als Tr~tgergas bei einem Gasfluss von 35 ml/min (20°C) und eines Ionisationsdetektors getrennt und dutch Planimetrierung der von einem Kompensationsschreiber (5 mV, Honeywell) registrierten Kurven quantitativ bestimmt. Retentionszeit yon Methylstearat war unter diesen Bedingungen etwa 14 Min. Gaschromatographisch erfassbare Verluste von unges~ttigten Fetts~turen durch Oxydation traten bei Einhaltung dieser Methodik nicht auf und wurden durch E r m i t t l u n g der gaschromatographischen Eichkurve ftir unges~tttigte Fetts~uren nach Durchlaufen des gesamten Analysenvorgangs mit hochgereinigten unges~tttigten Fetts~turen ausgeschlossen.

Untersuchungen des Mesenchymstoffwechsels Der Stoffwechsel der Mucopolysaccharide in der Grundsubstanz des Bindegewebes wurde kontrolliert, indem die Einbauh6he von radioaktivem Sulfat in die Sulfomucopolysaccharide bestimmt wurde. Dabei wurde Natriumsulfat (35S04) tr~tgerfrei, steril in 1 ml physiologischer NaC1-L6sung intraperitoneal injiziert (Dosis 1 mC pro Tier). Die Injektion erfolgte 24 Stunden vor T6tung der Tiere. An anderer Stelle haben wit die angewandten Methoden ausfiihrlich beschriebe n 2,6,7,9,16.

Messung der Lipidsynthese an Gewebeschnitten Es wurde an Gewebeschrfitten die H6he des Einbaus von 14C-Acetat in Cholesterin und Fetts~turen gemessen. Gewebesctmitte der einzelnen frisch entnommenen Organe von 100 + 5 mg Frischgewicht und 0.3 mm Dicke, welche mit Hilfe eines automatischen MclI.WAIN-Gewebeschneiders 17 hergestellt waren, wurden in SauerJ. Atheroscler. Res., 5 (1965) 4 5 1 - 4 6 5

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stoffatmosphttre bei pH 7.5 und 37°C mit 1 ml KREBS-HENSELEIT Bicarbonat-Puffer, welchem 10 /,Mole Glucose und 1 #Mol Kaliumacetat (1--1ac, 2 . l0 s Imp/Min) zugesetzt waren, inkubiert. Die Isolierung der Fraktionen (nicht-verseifbare Lipide, Cholesterin und Fettstturen) wurde wie oben beschrieben durchgeftihrt. Aliquote Teile der H e x a n e x t r a k t e wurden in einer Toluolmischung mit 25 mg des Scintillators Diphenyloxazol (PPO) im Packard Tricarb Fltissigl~eits-Scintillations-Spektrometer mit 4 % Genauigkeit auf laC-Radioaktivitat geprtift. ERGEBNISSE Fettsguren- und Cholesteringehalt i m S e r u m Bevor wir auf die Verttnderungen des Lipidgehaltes in den Organen, die durch die beschriebene Versuchsanordnung hervorgerufen werden, eingehen, seien die Schwankungen des Serum-Lipidgehaltes dargestellt. In Abb. 2 ist der Gehalt des ~M )l/ml .

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Abb. 2. H0he der Lipidfraktionen und des Cholesterins im Serum (Meerschweinchen) von Kontrolltieren (1), Tieren nactl protrahiertem Serumschock (2), Tieren n~.ch Sondenfiitterung eines G~iemisches yon 2 × 0.14 g Ctlolesterin in 2 × 2 ml Oliven01 (3) und Tierei1 nach Kombination vom Serumschock und Sondenftitterung (4). Die Siiulen sind Mittelwerte der Bestimmung von jeweils 15 fintersucllten Tieren. Einzelheiten der Versuchsanordnung: sietxe Methoden. M, Myristinsiiure; P, Palmitinsi~ure; St, StearinsXure; 0, ~)lsAure; L, Linolsi~ure; Len, LinolensAure; A, Arachidonsi~ure; Ch, Cholesterin. Serums an Myristinsliure, Palmitins~iure, Stearins~iure, 01sRure, Linols~iure, Lindens~iure, Arachidons~iure und Cholesterin bei den Kontrolltieren (1), bei Tieren nach Verabfolgung eines protrahierten Serumschocks (2), bei Tieren nach Sondenftitterung (3) u n d bei Tieren nach K o m b i n a t i o n von p r o t r a h i e r t e m Serumschock u n d Sondenftitterung (4) dargestellt. Der Abbiidung ist zu entnehmen, dass der protrahierte Serumschock (2) keine wesentlichen/~nderungen des Fetts~iurenspektrums und des Cholesterin-gehaltes im Serum gegentiber den Kontrolltieren bewirkt. Nach Sondenj . A therosclev. Res., 5 (1965) 451-465

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Abb. 3. H 6 h e der L i p i d f r a k t i o n e n u n d des Cholesterins in der A o r t a (Meerschweinchen) v o n K o n t r o l l t i e r e n (1), T i e r e n n a c h p r o t r a l l i e r t e m S e r u m s c h o c k (2), T i e r e n n a c h S o n d e n f i i t t e r u n g eines Gemisches von 2 x 0.14 g Cholesterin in 2 X 2 ml Oliven61 (3) u n d Tieren n a c h K o m b i n a t i o n v o n S e r u m s c h o c k u n d S o n d e n f t i t t e r u n g (4). Die S~ulen sind M i t t e l w e r t e der B e s t i m m u n g von jeweils 15 u n t e r s u c h t e n Tieren. E i n z e l h e i t e n der V e r s u c h s ~ n o r d n u n g : siehe Methoden. A b k t i r z u n g e n : siehe Abb. 2.

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Abb. 4 . H~he der L i p i d f r a k t i o n e n u n d des Cholesterins im H e r z e n (Meerschweinchen) v o n K o n trolltieren (1), T i e r e n n a c h p r o t r a h i e r t e m S e r u m s c h o c k (2), Tieren n a c h Solldenfiitterung eines Gemisches von 2 × 0.14 g Cholesterin in 2 × 2 ml Oliven/~l (3) u n d Tieren nach K o m b i n a t i o n v o n S e r u m s c h o c k u n d S o n d e n f i i t t e r u l l g (4). Die S&ulen sitld M i t t e l w e r t e der B e s t i m m u n g y o n jeweils 15 u n t e r s u c h t e n Tieren. E i n z e l h e i t e n der V e r s u c h s a n o r d n u n g " siehe Methoden. A b k t i r z u n g e n : siehe Abb. 2.

ftttterung (3) kommt es verst~indlicherweise zu einer erheblichen Ver~inderung des Fetts~iurenspektrums und des Cholesteringehaltes im Serum. Die bei diesen Tieren auftretende Hyperlipid~imie ist in ihrem Ausmass etwa einer beim Menschen nach fettreicher Mahlzeit auftretenden Hyperlipid~imie entsprechend. Nach Sondenftitterung und gleichzeitig gesetztem protrahierten Schock (4) ist praktisch gegeniiber der Sondenfiitterung (3) im Fetts~iurenspektrum und Cholesteringehalt des Serums keine Anderung eingetreten. j . 24theroscler. Res., 5 (1965) 451-465

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Abb. 5. H6b_e der L i p i d f r a k t i o n e n und des Cholesterins in d e r L u n g e (Meerschweinchen) von Kontrolltieren (1), Tieren n a c h p r o t r a h i e r t e m Serumsclxock (2), Tieren n a c h S o n d e n f i i t t e r u n g eines Gemisches yon 2 × 0.14 g Cholesterin in 2 × 2 ml Oliven61 (3) u n d Tieren nach K o m b i n a t i o n y o n Serumschock u n d S o n d e n f i i t t e r u n g (4). Die Siiulen sind M i t t e l w e r t e tier B e s t i m m u n g y o n jeweils 15 u n t e r s u c l l t e n Tieren. Einzelheiten der V e r s u c h s a n o r d n u n g : siehe M:ethoden. A b k i i r z u n g e n : siehe Abb. 2.

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Abb. 6. H 6 h e der L i p i d f r a k t i o n e n u n d des Cb.olesterins in d e r Niere (Meerschweinchen) y o n K o n trolltieren (1), Tieren nach p r o t r a h i e r t e m S e r u m s c h o c k (2), T i e r e n n a c h S o n d e n f i i t t e r u n g eines Gemisches yon 2 × 0.14 g Cholesterin in 2 × 2 ml Oliven61 (3) u n d T i e r e n n a c h K o m b i n a t i o n y o n Serumschock u n d S o n d e n f i i t t e r u n g (4). Die S~ulen sind M i t t e l w e r t e der B e s t i m m u n g y o n jeweils 15 u n t e r s u c h t e n Tieren. Einzelheiten der V e r s u c k s a n o r d n u n g : siehe lViethoden. A b k i i r z u n g e n : siehe Abb. 2.

Fettsiiuren-und Cholesteringehalt in Organen In Abb. 3-7 ist der Gehalt an den einzelnen Fetts~iuren und an Cholesterin in verschiedenen Organen (Aorta, Herz, Lunge, Niere und Leber) bei Kontrolltieren (jeweils Teil 1 der Abbildungen) nach protrahiertem Serumschock (jeweils Teil 2 tier Abbildungen) nach Sondenftitterung (jeweils Tell 3 der Abbildtmgen) nach Sondenfiitterung mit gleichzeitigem Schock (jeweils Tell 4 der Abbildungen) aufgezeichnet. Wie aus Teil 1 der Abb. 3-7 hervorgeht, ist tier Gehalt der einzelnen Organe J. Atheroscler. Res., 5 (1965) 451-465

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Abb. 7. H6he der Lipidfraktionen und des Cholesterins in der Leber (Meerschweinchen) von Kontrolltieren (1), Tieren nach protrahiertem Serumschock (2), Tieren nach Sondenftitterung eines Gemisches yon :2 x 0.14 g Cholesterin in :2 × 2 ml Oliven61 (3) und Tierennach Kombination von Serumschock und Sondenfiitterung (4). Die SXulen sind Mittelwerte der Bestimmung von jeweils 15 untersuchten Tieren. Einzelheiten der Versuchsanordnung: siehe Methoden. Abkiirzungen: siehe Abb. 2. an Lipiden (Myristins~ure, Palmitins~ure, Stearins~ure, 01s~iure, Linols~ure, Linolens~ure, ArachidonsAure) schon bei normalen Tieren recht unterschiedlich. Auf diese Organunterschiede soll jedoch hier nicht eingegangen werden. Nach Ausl6sung eines protrahierten Serumschocks (Teil 2 in den Abb. 2-5) zeigen die Organe keine Ver~nderungen ihres FettsRuregehaltes gegentiber Kontrolltieren. Es k o m m t jedoch in allen Organen (mit Ausnahme der Nieren) zu einer V e r m e h r u n g des Cholesteringehaltes. Die Sondenffitterung (jeweils Teil 3 in den Abbildungen) hat, wie zu erwarten, einen erheblichen Einfluss auf den Lipidgehalt der Organe. Bemerkenswert ist, class die Schwankungen des Fetts~uregehaltes in Lungen und Nieren relativ geringffigig sind. Auch ist der (31s~ureanstieg im Herzen unbetritchtlich, wohingegen der Linols/iureanstieg hier eine ganz ausserordentliche H6he erreicht. Die Cholesterinwerte zeigten nach Sondenftitterung in Leber u n d Niere keine wesentlichen VerAnderungen, in der Aorta dagegen einen deutlichen Anstieg, in der Lunge einen Abfall. Nach K o m b i n a t i o n von Sondenffitterung und protrahiertem Serumschock t r a t in der Aorta eine weitere Steigerung des Palmitin- und (31s~iuregehaltes ein, in den anderen Organen war das Fetts~turenspektrum wie nach Sondenfiitterung. Der Cholesteringehalt stieg in der Aorta nach Sondenftitterung u n d Serumschock e x o r b i t a n t an, in Niere, Lunge und Herz traten Veritnderungen auf, die denen nach Sondenffitterung in etwa entsprachen. Mesenchymstoffwechselveriinderungen in H e m und Aorta In Abb. 8 ist der 35S-Sulfateinbau in die Sulfomucopolysaccharide der BindeJ. A therosder. Res., 5 (1965) 451-465

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gewebsgrundsubstanz von Herz und Aorta eingezeichnet. Man sieht, dass der protrahierte Schock eine Steigerung des Sulfateinbaus bewirkt (Abb. 8, S~tule 2); tiber gleichartige Versuchsergebnisse, die zeigten, dass das Mesenchym aller Organe yon der Acceleration des 3sS-Einbaus betroffen wird, haben wir bereits frtiher berichtet 15. Bemerkenswerterweise ftihrte auch die Sondenftitterung zu einer solchen Reaktion des Bindegewebsstoffwechsels in Herz u n d Aorta u n d zwar etwa in gleichem Ausmass wie n a c h protrahiertem Serumschock (Abb. 8, S~tule 3). N a c h Kombination von Sondenfiitterung und p r o t r a h i e r t e m Serumschock k o m m t es zu einer ganz erheblichen Acceleration des Mesenchymstoffwechsels mit einer enormen Steigerung des ~sS-Sulfateinbaus in die Aorta (Additionsph~tnomen0) (Abb. 8, S~tule 4).

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Abb. 8. Unspezifische Mesenchymreaktion in Herz und Aorta von Meerschweinctlen. Einbau yon 35S-Sulfat in die Sulphomucopolysaccharide des Bindegewebes yon Herz und Aorta bei Kontrolltieren (A), bei Tieren nach protrahiertem Serumschock (B), bei Tieren nach Sondenfiitterung eines Gemisches yon 2 × 0.14 g Cholesterin in 2 × 2 ml Oliven61 (C), bei Tieren nach Kombination yon protrahiertem Serumschock und Sondenffitterung (D). Die Siiulen sind Mittelwerte der Bestimmung yon jeweils 15 untersuchten Tieren. Einzelheiten der Versuchsallordnung: sieke Methoden.

Fettsiiuren- und Cholesterinsynthese in den Organen Der Effekt von protrahiertem Serumschock, Sondenftitterung u n d K o m b i n a t i o n von p r o t r a h i e r t e m Schock und Sondenfiitterung auf die Fetts~turen- und Cholesterinsynthese in Leber, Lunge, Niere, Herz und Aorta ist aus den Tabellen I uncl II zu ersehen. N a c h Ausl6sung eines protrahierten Serumschocks k a m es zu einer sehr erheblichen Steigerung der Fetts~iurensynthese in Aorta und Herz (Tabelle I). Die Sondenfiitterung bewirkt eine H e m m u n g der Fetts~turensynthese in allen Organen, lediglich das Herz zeigt keine signifikante Ver~tnderung. D u t c h die K o m b i n a t i o n yon Sondenftitterung und Schock ist die durch F e t t f i i t t e r u n g sonst zu b e o b a c h t e n d e H e m m u n g der Fetts~turensynthese in allen Organen wesentlich herabgesetzt oder sogar ganz fortgefallen. Die Cholesterinsynthese aus 14C-Acetat ist nach Sondenffitterung in allen Organen (bis auf die Niere) deutlich g e h e m m t . Nach Schock ist sie in Leber u n d Lunge J. A theroscler. Res., 5 (1965) 4 5 1 - 4 6 5

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HAUSS, G. JUNGE-HULSING, IZ. J. MATTHES, W. WIRTH

geringfiigig gehemmt, in der Niere nicht wesentlich erh6ht, dagegen ill Herz und Aorta erheblich gesteigert. Nach Kombination yon Sondenfiitterung und Schock ist die Cholesterinsynthese in Leber, Lunge und Niere der nach Schock praktisch gleich, in Herz und Aorta liegen die gefundenen Werte h6her als normal und geringer als nach Schock alleine. DISKUSSION

Welchen Einfluss hat der Serumschock auf den Lipidgehalt und den Stoffwechsel tier Aortenwand? Aus der Abb. 3 ist zu ersehen, dass der Serumschock keinerlei Anderungen des Fetts~iuregehaltes, hingegen eine deutliche Vermehrung des Cholesteringehaltes in der Aorta bewirkt. Da der Schock, wie aus Abb. 2 ersichtlich, nicht mit Schwankung des Cholesterinspiege!s im Serum einhergeht, muss der Faktor, der zu der vermehrten Cholesterinablagerung in der Aorta fiihrt, demnach wohl in tier Gef~tsswand selber gesucht werden. Zun~ichst liegt der Gedanke nahe, dass die Cholesterinanhiiufung eine Folge der beschleunigten Cholesterinsynthese in tier Aortenwand sein k6nnte is-20. Die Fithigkeit der arteriellen Gef~isswand zur Synthese yon Fettsiiuren 21,22 und Cholesterin 19-24 in vitro ist erwiesen. Eine Steigerung der Lipidsynthese konnte bei langzeitiger Cholesterin-Verfiitterung2a, 25 und bei Ratten bei renalem Hypertonus 26 gefunden werden. Als Ursache der vermehrten Lipidsynthese hat man insbesondere Sauerstoffmangel, hervorgerufen durch Verschlechterung der Permeabilit~itls,25, 27-29 (Lipidfilm 27, Fibrinfilm 3°, Pliittchenthromben 31) postuliert. in unseren Versuchen (Tabelle II) f~tllt die Lipidsynthese jedoch mengenmiissig sicherlich nicht ins Gewicht, wie sich aus der nachfolgenden Rechnung ergibt: Der Einbau yon Acetat in Cholesterin ist von uns bei den Tieren nach Schock mit 0.26 m#Mol Acetat-Einbau/Gramm Aorta und Stunde bestimmt worden. Der Cholesterinzuwachs in der Aortenwand bel~iuft sich jedoctl in 17 Stunden auf 440 m/zMole, ein Betrag, der urn Zehnerpotenzen h6her liegt. Der vermehrte Cholesteringehalt in der Aorta nach Serumschock wird demnach bedingt sein durch Einstromerh6hung aus dem Serum, der eine Anderung der Gefiisswandpermeabilitiit zugrunde liegen muss. Nun ist seit l~ingerem bekannt, dass der anaphylaktische Schock zu einer Schiidigung der Gef~issendothelschranke ftihrt 32-34. In friiheren Arbeiten haben wir die Auffassung begrtindet, dass die dutch den Schock hervorgerufene Mesenchymreaktion in der Gef~isswand den Anlass zu diesen Permeabilit~tsver/inderungen gibtl, ~. Eine Erh6hung des Fetts~iurengehaltes in der Aortenwand findet sich hingegen nach Schock nicht, well die Konzentration der Fetts~iuren im Gewebe h6her ist als im Serum. Auch dieser Befund passt gut zu der Annahme, dass die Permeabilit~its~inderung der entscheidende Faktor ftir die Lipidanreicherung in tier Wand ist. Der Schock bewirkt also eine unspezifische Mesenchymreaktion in der Gefiisswand, die zu einer Anclerung der Gef~isswandpermeabilit~it fiihrt. Nunmehr kommt es j. Atheroscler. Res., 5 (1965) 451--465

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durch vermehrten Cholesterin-Einstrom aus dem Serum zu einer vermehrten Ablagerung von Cholesterin in der Aortenwand. Allerdings ist durch unsere Kurzversuche keineswegs ausgeschlossen, dass in langen Zeitriiumen, also insbesondere bei der Entstehung der Arteriosklerose, eine ErhShung der Lipidsynthese in der Gef~isswand ein bedeutsamer Faktor sein kann.

Welchen Einfluss hat die Hyperlipidgmie auf den Lipidgehalt und den Stoffwechsel der A ortenwand? Auch die HyperlipidAmie fiihrt zu einer Erh6hung des Lipidgehaltes in der Aortenwand, als deren Ursache nut erh6hte Penetration aus dem Serum und nicht Anderung der Lipidsynthese in der Wand in Betracht kommt. Finden wir doch nacll Sondenffitterung eindeutig eine Hemmung des Acetat-Einbaus in Fetts~uren und Cholesterin (Tabellen I und II). Zudem sind die VerRnderungen des Lipidgehaltes in der Aorta nach Sondenfiitterung (Abb. 3) ein getreues Abbild der VerAnderungen des Lipidspiegels im Serum (Abb. 2). Auch diese Ubereinstimmung der "Spektren" spricht daffir, dass der Konzentrationsgradient zwischen Serum und Gewebe die "postcenale" Erh6hung des Aortenlipidgehaltes bewirkt. Viele Einzelheiten des Durchtritts von Lipiden durch die Gef~sswand sind noch ungekl~rt. Penetration in die Gef~sswand vom Lumen aus ist oft angenommen wordenll,12,18, 35-41. Experimentell bewiesen ist eine solche Penetration allerdings ffir Lipide in vivo nicht, dagegen wohl ffir hochpolymere KohlehydratO2 und ftir Farbstoffe a3. Ffir Fibrinogen bzw. Fibrin ist diese Penetration sehr wahrscheinlich gemacht 30, in vitro auch fiir Fetts~uren 44. Doch geht man wohl nicht fehl in der Annahme, class der erh6hte Serumlipidgehalt, sei es dutch vermehrte Pinocytose, sei es durch vermehrte Penetration oder Resorption der Lipide zu einem derartig vergr6sserten Einstrom voI1 Fett und Cholesterin in die Gef~isswand ftihrt, dass der Abstrom, sei es dutch 13berlastung des Transportsystems, sei es durch StrukturverAnderungen der Wand, sei es durch unzureichenden Abbau der Lipide in der Gef~,sswand, insuffizient wird und es so zu einem Stau, zu einer Lipidvermehrung in der Gef~isswand kommt. Unsere Kurzzeitversuche geben keine Auskunft dariiber, wie lange der Stau anhAlt, wie lange also die angestauten Lipide in der Wand verbleiben. Durch Langzeitversuche mtisste der Frage nachgegangen werden, welche Rolle dieser "postcenal" vermehrte Lipidgehalt in der Gefiisswand ffir die chronischen Lipidablagerungen spielt, wie sie fiir die Arterioslderose kennzeichnend sind. Abet unsere Versuche werfen insofern ein neues Licht auf die Korrelation zwischen Hyperlipidiimie und Arteriosklerose, die yon vielen Autoren als das Kernproblem der Atherogenese aufgefasst wirdll,13,14,z2,25,3s,36, 45, als sie zeigen, dass nicht nut der Konzentrationsgradient zwischen Serum und Gefiisswand fiir den Lipidgehalt der Aorta von Bedeutung ist. Wie aus Abb. 8 S~iule 3 hervorgeht, fiihrt die Sondenffitterung zu einer deutlichen Acceleration des Mesenchymstoffwechsels in der Aortenwand, erkennbar an dem erh6hten Sulfateinbau. Ahnliches wurde auctl bei der chronischen Hypercholesterin~imie beobachtet46, 47. Offenbar aktiviert die Hyperlipid~imie die Stoffwechselt~itigkeit der Aortenwandzellen, eine Tatsache, j. A therosder. Res., 5 (1965) 451-465

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die uns sehr bedeutsam far die Atherogenit~it der Fette erscheint, insofern als der erh6hte Lipidgehalt im Serum auf dem Wege tiber die unspezifische Mesenchymreaktion eine erhShte Permeabilit/it bewirkt. Die erhShte Permeabilit~it ftihrt zu einer Vermehrung des Lipidgehaltes in der Aortenwand, wie wir ja oben am Beispiel des protrahierten Schocks gezeigt haben. Dieser doppelte Hyperlipid/imieEffekt dtirfte ffir die Entstehung der Arteriosklerose bedeutsam sein und bedarf weiterer Kontrolle im Langzeitversuch.

Welche Wirkung entfaltet die Kombination von Hyperlipidiimie und Serum-Schock auf den Lipidgehalt und den Stoffwechsel in der A ortenwand? Bemerkenswerterweise ftihrt die Kombination von Serum-Schock und Sondenftitterung zur erheblichsten Vermehrung des Lipidgehaltes in der Aortenwand, insbesondere zu einer excessiven Cholesterineinlagerung, die etwa das 10-fache des Normalen betr~igt (Abb. 3, Tell 4). Beide bereits diskutierten Faktoren, die Permeabilit~its~tnderung der Wand dutch Schock und Hyperlipid~tmie und die Erh6hung des Lipidkonzentrationsgradienten zwischen Serum und Aortenwand durch die Sondenfiitterung dtirften an diesem Effekt beteiligt sein. Ffir die Entstehung dieses massiven Befundes ist jedoch noch ein anderes Ph~tnomen von entscheidender Bedeutung: Aus Abb. 8 geht hervor, class die Kombination von protrahiertem Serum-Schock und Sondenfiitterung eine ausserordentlich starke Wirkung auf den Mesenchymstoffwechsel in tier Aortenwand austibt. Die beiden Reize, Serum-Schock und Hyperlipid/imie, bewirken das, was wir an anderer Stelle einen "Additionseffekt" genannt habenl,5, 9. Derartige erhebliche Grade yon Stoffwechselacceleration fiihren nach unseren Erfahrungen nicht nur zu erheblichen StSrungen der Permeabilit/it, sondern auch zu strukturellen Umwandlungen in der Gef~isswand. W i r haben gezeigt, dass die Hyperlipid~mie zu einer Hemmung der Lipidsynthese in tier Aortenwand ftihrt (Tabellen I u n d II). Bei der Kombination von Sondenftitterung mit Schock sehen wir jedoch keinerlei Synthese-Hemmung mehr, vielmehr sind die Fetts~iuresynthese auf hSchste Werte gesteigert und der Acetateinbau in das Cholesterin etwas tiber die Norm erhSht. Die Acceleration des Mesenchymstoffwechsels mit vermehrter Cholesterin- und Fetts~uresynthese, wie sie durch den Schock ausgel6st wird, schafft einen Zustand, in dem die normale Regulation, n~mlich die Hemmung der Fetts~iuren- und Cholesterinsynthese durch Substratzufuhr, gestSrt ist. Wie bereits am Beispiel des Schocks gezeigt, reicht jedoch auch hier die von uns gemessene Lipidsynthese in den Organen nicht aus, um den beobachteten Anstieg der Organlipide zu erkl~tren; so wiire zum Beispiel in den Aorten der fettgefiitterten Tiere mit Serumschock bei einer Fetts/iuresynthese yon 5.7 m#Molen Acetateinbau pro Gramm Gewebe und Stunde ein maximaler Gesamteinbau yon Acetat fiber 17 Stunden von 0.1/*Molen Acetat zu erwarten, w~hrend tier Zuwachs der Fetts~iuremenge/Gramm Aortengewebe 75 /,Mole betr~igt; bei einer Cholesterinsynthese von 0.15 m/,Molen Acetateinbau in Cholesterin/Gramm Gewebe und Stunde w~ire bei den gleichen Tieren j. Atheroscler, Res., 5 (1965) 451-465

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ein maximaler Gesamteinbau von Acetat in Cholesterin tiber 17 Stunden von 0.0025 #Molen m6glich, demgegentiber betriigt die Cholesterinzunahme in der Aortenwand aber 2.3 #Mole/Gramm. Unsere Untersuchungen zeigen, dass mehrere Faktoren auf den Lipidgehalt tier Aortenwand einwirken, wobei die Situation noch dadurch kompliziert wird, dass diese Faktoren nicht unabh~ingig voneinander sind, sondern sich gegenseitig beeinflussen. Dem Wandstoffwechsel k o m m t dabei ftir die Entstehung von Wandver~inderungen, insbesondere fiir die Einlagerung von Lipiden eine zentrale Bedeutung zu. ZUSAMMENFASSUNG

Bei einer Gruppe von Meerschweinchen, die mit Rinderserum sensibilisiert waren, wurde durch Sondenftitterung eines Gemisches von Oliven61 und Cholesterin eine Hyperlipid~imie erzeugt, bei einer zweiten Gruppe wurde ein protrahierter Serumschock hervorgerufen und bei einer dritten Gruppe wurden gleichzeitig Sondenftitterung und Serumschock durchgeftihrt. Die Konzentration verschiedener Fetts~uren und des Cholesterins in Aortenwand, Leber, Lunge, Niere und Herz, die Synthese von Fetts~iuren und Cholesterin aus Acetat in Gewebeschnitten von Aorta, Herz, Lunge, Leber sowie Niere und der Sulfateinbau in die Mucopolysaccharide der Bindegewebsgrundsubstanz von Herz und Aorta wurden kontrolliert. im Fetts~iuren- und Cholesteringehalt der Organe wurden folgende Ver~inderungen beobachtet. Nach Ausl6sung des Schocks waren das Cholesterin, rticht jedoch die Fetts~turen in den Organen vermehrt. Die Ver~inderungen einzelner Fetts~iuren und des Cholesterins in den verschiedenen Organen nach Sondenftitterung werclen beschrieben. Nach Kombination von Schock und Sondenftitterung wies die Aorta erhebliche Steigerungen im Lipidgehalt auf, w~ihrend andere Organe nur geringe oder gar keine Ver~inderungen gegeniiber den sondengeftitterten Tieren zeigten. Im Mesenchymstoffwechsel von Herz und Aorta trat nach Schock und nach Sondenftitterung leichte Steigerung des Sulfateinbaus auf. Nach Kombination von Schock und Sondenftitterung kam es im Mesenchymstoffwechsel zu excessiver Steigerung, zum "Additionsph~inomen". N ach Schock war die Fetts~iuresynthese in den Organen gesteigert, nach Sondenftitterung trat H e m m u n g ein. Nach Kombination von Schock und Sondenftitterung war die Fetts~iuresynthese in alien Organen gesteigert, in der Aorta war eine besonders ausgepr~igte Steigerung nachweisbar. Die Cholesterinsynthese zeigte nach Schock in Herz und Aorta eine deutliche Steigerung. Nach Sondenftitterung war die Cholesterinsynthese gehemmt, nach Kombination von protrahiertem Serumschock und Sondenftitterung war die Steigerung tier Cholesterinsynthese in Herz und Aorta weniger stark ausgepr~igt als nach Schock alleine. Die Untersuchungen zeigen, class sowohl der protrahierte Serumschock als auch die Hyperlipicl~tmie zu einer "unspezifischen Mesenchymreaktion" und damit zu Permeabilit~itsst6rungen in der Gefiisswand ftihren, die eine vermehrte Ablagerung von Fetts~iuren und Cholesterin bewirken. J. A theroscler. Res., 5 (1965) 451-465

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Die Bedeutung der Faktoren ftir die Ablagerung von F e t t und Cholesterin in die GefRsswand wird diskutiert. Die "unspezifische Mesenchymreaktion", die wir an anderer Stelle als das initiale und obligate Phiinomen bei der Entstehung der Arteriosklerose bezeichnet haben, zeigt auch in diesen kurzfristigen Versuchen ihre Bedeutung, insbesondere tr~igt sie zum Verst~indnis des Effektes der Hyperlipid~imie bei. SUMMARY

Guinea pigs were made anaphylactic against bovine serum by repeated intraperitoneal injection. One group of these animals was made hyperlipidemic by repeated administlation of a mixture of olive oil and cholesterol b y stomach tube. In another group, protracted mild anaphylactic serum shock was induced. In a third group both hyperlipidemia and serum shock were induced. The concentration of several fatty acids and of cholesterol was determined in the aortic wall, the liver, lungs, kidneys, heart and serum. Synthesis of fatty acids and cholesterol from acetate was measured in tissue slices of aorta, heart, lungs, liver and kidneys. Sulfate incorporation into the mucopolysaccharides of the connective tissue ground substance of heart and aorta was determined. The following changes in the content in f a t t y acids and cholesterol were observed in the tissues: after induction of serum shock, the content of cholesterol but not of fatty acids was increased. Changes in the concentration of different fatty acids and cholesterol after fat feeding in the different tissues are described. After combination of serum shock and fat feeding the aorta showed a remarkable increase in lipid content, whereas in the other organs only negligible changes were observed in comparison to the fat fed animals without serum shock. The mesenchymal metabolism of heart and aortic tissue showed some increase, as evidenced b y increased 35S incorporation into mucopolysaccharides after shock as well as after fat feeding. After combination of shock and fat feeding a relatively enormous increase in 35S incorporation into mucopolysaccharides (the "addition phenomenon") Was observed. F a t t y acid synthesis was increased in the tissues after serum shock, whereas after fat feeding it was inhibited. After combination of shock and fat feeding, fatty acid synthesis was increased in all organs; in the aorta a particularly remarkable acceleration was noted. Cholesterol synthesis was increased in heart and aortic tissue after induction of serum shock. After fat feeding cholesterol synthesis was inhibited, and after the combination of shock and fat feeding the increase in cholesterol synthesis in heart and aortic tissue was less marked than after shock alone. The experiments show t h a t protracted serum shock as well as hyperlipidemia lead to an "unspecific mesenchyme reaction" and therefore to a disturbed permeability in the vessel wall which results in an increased deposition of fatty acids and cholesterol. The importance of the abovementioned factors for the deposition of fatty acids and cholesterol into the vessel wall are discussed. E v e n in this short term study J. A theroscler. Res., 5 (1965) 4 5 1 - 4 6 5

EINFLUSS VON SCHOCK UND H Y P E R L I P I D A M I E AUF DIE GEFASSWAND the "unspecific obligatory

mesenchyme

phenomenon

particularly

reaction",

which we have postulated

in the development

for the understanding

465 as the initial and

of a r t e r i o s c l e r o s i s , s h o w s its i m p o r t a n c e ,

of t h e effect of h y p e r l i p i d e m i a .

LITERATUR 1 2 3 4 5

6 7 8 9 10 11 12 13

14 15 is

17 is 19 90 21 22 23 24 25 2s 27 28 29 30 31

39 33

34 35 s6 s7 3s

39 40 41 4~ 43 44 45 4s 47

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