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Serum β-glucuronidase aktivität in abhängigkeit von geschlecht und alter bei diabetes mellitus
CLINICA
CHIMICA
SERUM
/%GLUCURONIDASE
GESCHLECHT
U. C.
453
ACTA
DCRXCH
Medizinische
UND
IN ABHAXNGIGKEIT
BE1 DIABETES
VON
MELLITUS
UND 11. JOSCH-LOCHER
Polzklinik
‘(Revidiertes
ALTER
AKTIVITdT
Manuskript
drv Uni~~e~sitiit Basel* eingegangen
(Schweiz)
den 30. Jlai,
1968)
SUMMARY
Serum /3-Glucurokfase
Activity
in Diabetes
Melliks
in Dependence
of Sex and Age.
With the aid of a modified method according to Fishman the activity of p-glucuronidase in serum was determined in 97 healthy blood donors. The mean for women was 1317 f
1244 (&z s) Fishman units and for men 1791 & 1678 (*z
s) F.u. Exa-
mination of 113 serum samples of patients with diabetes mellitus yielded in comparison with normal controls an increase of enzyme activity for men and women independent of the blood sugar values and severity of diabetes mellitus judged by therapy.
The mean for 57 men was 2858 F.u. (range 800-16600
F.u.) and for 56
women 2324 F.u. (range 800-5650 F.u.). It is postulated that the increased &ducuronidase activity in serum of patients with diabetes has to be referred to an insulinindependent metabolic pathway of glucose degradation. the glucuronic acid cycle.
Such a pathway is probably
Die P-Glucuronidase (/I-Glut.) (E.C. 3.2.1.31) wurde 1915 erstmals vom Japaner SeraZ2 in tierischem Gewebe nachgewiesen. Das in pflanzlichen und tierischen Organismen weit verbreitete Enzym katalysiert die Hydrolyse der Glucuronsaure-Ester von Alkoholen, Phenolen, Steroiden und anderen Stoffen. Die p-Glut. ist fl-Glucuronid-spezifisch; cc-Glucuronide sowie o(- und /3-Glucoside werden nicht gespalten. Die Affinitat zu den einzelnen Glucuroniden ist unterschiedlich; es mtissen deshalb zu ihrer Bestimmung Substrate mit miiglichst grosser Hydrolysegeschwindigkeit gewahlt werden. Ein solcher Stoff ist unter anderen Phenolphthalein-mono-B_Glucuronid, das 1946 von Talalay et aL25 als Substrat zur Bestimmung der I-Glut. eingeftihrt wurde. 1948 beschrieben Fishman et al.6 eine Methode mit Phenolphthalein-Glucuronid, die sich such zur Messung der /3-Gluc.-Aktivitat im Serum eignet. Spater wurden von anderen AutorenQ~30~1s,24 noch weitere Substrate eingefiihrt : am meisten Verbreitung scheint jedoch mit einigen Variationen die Fishman-Methode gefunden zu haben. Uber die genaue Funktion der P-Glut. im Intermediarstoffwechsel herrscht * Direktor:
Prof.
Dr. 0. Gsell. Clin.
Chim.
Acta,
21 (1968)
453-460
454
DUBACH,
JikCH-LOCHER
noch Unklarheit. Einer Erhijhung ihrer Aktivitat kann eine Vielzahl von Erkrankungen zu Grunde liegen. Verschiedene Autoren haben sich mit dem Problem der P-Glue.Xktivitat bei Arteriosklerose befasst. Im Unterschied zu anderen fand Kayahanll eine verminderte Aktivitat im Serum von Patienten mit Arteriosklerose und in der Intima arteriosklerotischer menschlicher Aorten. Die Untersuchungen anderer .Autoren deuten aber darauf hin, dass sowohl die Aktivitat in den von Arteriosklerose befallenen Gefassenzy17 als such die Enzymaktivitat im Serum von Patienten mit Arteriosklerosc13~15 erhiiht ist. In diesem Zusammenhang ist es von Interesse, dass bei Diabetikern, die in besonderem Masse zu Arteriosklerose neigen, eine gesteigerte [
Die Bestimmung
der Serum-/F-Glue.-Aktivitat
erfolgte
nach der Methode
von
l’ishman7. Das Prinzip besteht in der enzymatischen Spaltung von Phenolphthaleinglucuronid durch die @-Glut., wobei die Menge freigesetztes Phenolphthalein in alkalischer Losung kolorimetrisch bestimmt werden kann. In der von Fishman’ herausgegebenen Arbeitsanleitung wird die Molaritat des Pl~enolpl~tl~aleinglucuronids mit O.OI X angegeben; in neueren Versuchen aber braucht derselbe Autor eine 0.06 $1 Losung”. In der vorliegenden Untersuchung kam in Angleichung an die neuere Methode 0.03 ~19 Phenolphthaleinglucuronid zur Anwendung. Aus finanziellen Erwagungen wurde auf eine hiihermolare Losung verzichtet, nachdem sich in Vorversuchen gezeigt hatte, dass eine lineare Beziehung zwischen Molaritat des Phenolphthaleinglucuronids und den gefunden Enzymwerten bestand. Die Inkubationszeit konnte durch diese Abanderung der ursprtinglichen Methode von 17 Std. auf 4 Std. reduziert werden, ein Vorteil, der such neuerdings von Fishman et al.* angegeben wird. Die Angabe der p-Glut.-Werte erfolgte in Fishman-Einheiten (F.E.) = pg freigesetztes Phenolphthalein pro Stunde und IOO ml. Zur Bestimmung des Blutzuckers wurde die o-Toluidin-Methode angewandtl”. M,\TERIAL
Die Diabetikerseren stammten von 113 ambulanten Patienten. Es handelte siclr urn 57 Manner und 56 Frauen im Alter zwischen 25 und 87 Jahren. Als Kontrollpersonen dienten 97 gesunde Blutspender: 55 Manner und 42 Frauen von 20-65 Jahren. Die Seren wurden bis zur Aufarbeitung bei -zoo eingefroren; vorherige Untersuchungen hatten gezeigt, dass sich die &Gluc.-Aktivitat nach dreimonatiger Aufbewahrung der Seren in der Tiefkiihlstruhe nicht verandert.
Clin.Ckinz.ilcta,LI (1968) 453-460
/3-GLUCURONIDASE
BEI DIABETES
MELLITES
455
RESULTATE
a. Normalpersonen
Die Bestimmung der P-Glut.-Werte im Serum von 97 gesunden Erwachsenen ergab fur Manner hiihere Werte als fur Frauen. Bei den Mannern wurde ein Mittelwert von 1791 + 1678 (z s) F.E., bei Extremwerten von 800~3575 F.E. gemessen, wahrend fur Frauen der Mittelwert bei 1317 f 1244 (2 s) FE. lag, bei Extremwerten von 600 bis 2350 F.E. Bei der Alterseinteilung der Normalpersonen in 2 Gruppen mit einer Altersgrenze bei 40 Jahren ergab sich fur Manner miter 40 Jahren ein Mittelwert von 1720 F.E. gegeniiber einem Mittelwert von 1900 F.E. in der Gruppe iiber 40 Jahren. Bei den Frauen war der Mittelwert der unter 4o-Jahrigen 1060 F.E., derjenige der iiber 4o- Jahrigen 1420 F.E. b. Diabetiker
Diese zeigten gegeniiber den Kontrollpersonen eine deutlich gesteigerte mittlere Aktivitat : Bei den 57 mannlichen Zuckerkranken betrug sie 2858 F.E. (Extremwerte 800-16600 F.E.) und bei den 56 Frauen erreichte sie 2324 F.E. (Extremwerte Soo5650 F.E.). DISKUSSION
Zuerst sei das Verhalten der P-Glut. im Serum von Normalpersonen diskutiert, wobei insbesondere auf die Geschlechts- und Altersabhangigkeit eingegangen werden ~011.Wie aus Tab. I ersichtlich ist, wurden von den erwahnten Autoren so uneinheitlithe Normalwerte angegeben, dass ein Vergleich schwer fallt. Voneinander differierende Methoden und Substratmolaritaten erklaren diese Unterschiedlichkeit. Auch die Tatsache, dass in vielen Arbeiten nur eine geringe Zahl von Normalseren untersucht wurde, mag eine Rolle spielen. Die Normalwerte der vorliegenden Untersuchung lag-en hiiher als die in Tabelle I aufgeftihrten. Am ehesten gleichen sie denjenigen von Miller et a1.16 Abhingigkeit der P-Glut.-Aktivitiit uowt Geschlecht. In i’bereinstimmung mit den fand sich eine Abhangigkeit Resultaten anderer Autoren3~6~s~1s~21~2~,z6,31~32 der ,&GlucAktivitat vom Geschlecht (Abb. I). Bei Frauen ergaben sich im Mittel urn ein Viertel geringere Werte als bei Mannern; bei anderen Autoren schwankt die Differenz zwischen IO und 54% (Tabelle I). Im Gegensatz dazu beobachteten Miller et aZ.16 keinen Geschlechtsunterschied. Abkingigkeit der P-Glut.-Aktizdtit Mom Alter. Da von verschiedenen Autoren13*15y32 bei Arteriosklerose eine vermehrte Enzymaktivitat festgestellt wurde, kiinnte vermutet werden, dass im Alter allgemein hiihere P-Glut-Werte anzutreffen war-en. Die unterschiedlichen Ergebnisse der bisherigen Untersuchungen erlauben aber keine sichere Beantwortung dieser Frage. Wir konnten bei der Einteilung der Kontrollpersonen nach ro-Jahres-Gruppen einen leichten Anstieg der Aktivitat mit zunehmendem Alter feststellen (Abb. I). Deutlicher wurde der Unterschied bei der Trennung in lediglich 2 Altersgruppen, wobei die Grenze zwischen den beiden Gruppen-in iibereinstimmung mit Woollen und Turner 31-bei 40 Jahren gezogen wurde. Auf diese Weise betrachtet, ergab sich fur die Hlteren Frauen, dh. fur diejenigen tiber 40 Jahren, Clin. Chim. Acta, 21 (1968) 453-460
s,
Dohrmanns Schiin u. Leipoldzl Utermann et ~1.~~ Szasz2” Niliusi8 Woollen u. Turner31
Z 0 !?
g
lahr
1948 1967 1966 1960 1963 1962 1964 1967 1966 1965
_I
II
o-181 gg8 + 267 14’0 449 * 96 270 * 22.2 37.6 * 9.2 14.6 & 5.8 0.35 * I.32 4.0 & I.0 unter 40 J. : 0.31 _C O.Ij iiber 40 J.: 0.43 & 0.19 1791 & 1678 (.!: 2s)
Miinner
55
34
35
20 36 14 IO 26 38 52 -
II
K-Glucuronidase-Akfivitiit
-
0-40 Jahre : 0.33 :t 0.32 20 40-80 Jahre : 0.47 + 0.23 38 2858 57
1960
1965
1967
Dohrmann3
Woollen und Turne?*
Med. Univ. Poliklinik, Base1
34
2220
1966
et al.‘”
Miller
LX’
Miinnev
Jahr
Autor
F.E.
113 2593
F.E.
32 56
22
F.E.
109 I.E.
!. 570
IOO
42
34
45
22 27 15 IO 25 77 53
5
s
‘9
0-40 Jahre : 0.50 ! 0.40 40~80 Jahre : 0.46 -‘_ 0.34 2324
2160 1262
66
2130
844230 744 * 233 II30 358 xt 72 233.6 :tr 24.0 27.9 + 7.1 10.1 & 4.6 0.22 + 0.99 3,5 i I.0 unter 40 J. : 0.22 -+ 0.08 iiber4o J.: 0.31 & o.r4 1317 i. I244
-
N
FYaLt&l
f%~~~~~~~~~~~~~ .*KTIVITATIM SERUM BEI DIABETIKERN ~~
TABELLE
* Siehe such 1, 4, 9, 11, 13-15, 19, 20, 27
Med. Univ. Poliklinik, Base1 1967
Fishman et al.6 Fishman et al.8 Xiller et a1.16 Dohrmann3
b PB ::
2 7
_.
f
2
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0.03
0.01
nein
ja
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win
Phenolphthalein-Glucuronid
Phenolphthalein-Glucuronid Phenolphthalein-Glucuronid I’henolphthalein-Glucuronid Phenolphthalein-Glucuronid Phenolphthalein-Glucuronid Phenolphthalein-Glucuronid Phenoluhthalein-Glucuronid PmNitrdphenyl-Glucuronid 8-Oxychinolin-fi-o-Glucuronid 4-Methylumbellifcryl-Substral
PhenolphthaleinGlucuronid PhcnolphthaleinGlucuronid 4.Methyl-umbilliferyl-Substrat fluorometrisch Plattchenfreies l’lasma PhenolphthaleinGlucuronid
F.E.
Fishman E (F.E.) F.E. F.E. F.E. F.E. $XIol/Std./l rLMol/Std. il mU 0.001 I.E. I.E. I.E.
0.03
0.01 0.06 0.06 0.01 0.01 0.01 0.0072
i
g
K ? E:
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~-GL~CUR~NIDASE
BEI DIABETES MELLITUS
eine im Mittel urn 25% hohere Aktivitat bei den Mannern
457
als fur diejenigen
dagegen nur ein Unterschied
von weniger als 40 Jahren,
von rund 10%.
Wahrend
Woollen und
Turner31p32 sowohl bei Mannern als such bei Frauen eine Zunahme der Aktivitat mit steigendem Alter feststellten, fanden Dohrmann 3, Utermann et dz6 und Niliusl* keine signifikante Veranderung. Miller et al. l6 beobachteten ohne Trennung nach Geschlecht lediglich in der Altersgruppe
zwischen 40 und 49 Jahren
hohere Werte.
P 3000FE
FE
/’
p-_ ______-_,~___gl,._,/______
4000
‘q 1
,’
2000-
I’ d
P
/’
Mittelwert (N=97)
IOOO-
21-x)
-40
-50
-60
-70
Jatre
Abb. I. Mittlere p-Glucuronidase-Aktivitst
im Serum in Abhgngigkeit
van Geschlecht und Alter.
Abb. 2. fi-Glucuronidase-AktivitZt im Serum bei Normalpersonen und Diabetikern. Ausgezogen: Normalpersonen; Gestrichelt : Patienten mit Diabetes mellitus. Die Gruppen enthalten Minner und Frauen gemischt zn gleichen Teilen.
Diabetiker Die noch wenig untersuchten im Zusammenhang resse. Bekanntlich
Verhaltnisse
bei Zuckerkranken
sind vor allem
mit der bei Arteriosklerose erhiihten Enzymaktivitat von Inteneigen Diabetiker in vermehrtem Masse zur Entwicklung arterio-
sklerotischer Veranderungen der Gefasse. Bestandteile dieser Gefasslasionen sind Mucopolysaccharide und Glycoproteide. Wie Branwood und Carr2 bei der Untersuchung menschlicher Coronargefasse nachweisen konnten, besteht eine Korrelation zwischen der Hohe der /%Gluc.-Aktivitat und der Ablagerung von Mucopolysacchariden in der Intima arteriosklerotischer Plaques. Eine sowohl bei Arteriosklerose als such bei Diabetes vermehrte Enzymaktivitat im Serum verleitet zur Annahme, es bestehe ein gemeinsamer Stoffwechselweg, dies umso mehr als die Glucose eine zentrale Rolle in der Biosynthese der Glycoproteide spielt 23. Einen gemeinsamen Weg im Intermediarstoffwechsel kijnnte nach Miller et al. lo,15 der Glucuronsaurecyclus darstellen. Wie Miller et aLIe, beobachteten such verschiedene andere Autoren bei Diabetikern eine gesteigerte Enzymaktivitat; zum Teil fanden sie aber nur bei Frauen erheblich erhijhte Werte (Tabelle 2). So stellten Goldbarg et aL9 fest, dass von 17 weiblichen Zuckerkranken 12 eine gesteigerte b-Glut.-_4ktivitat im Serum zeigten, was dagegen nur bei einem von 17 Manner, der Fall war. Auch Woollen und Turner31 beobachteten nur bei Frauen eine Aktivit23svermehrung und fanden bei Mannern kaum erhijhte Werte; bei jtingeren Individuen erga.b sich sogar eine Umkehrung der bei Gesunden gefundenen Verhaltnisse, indem weibliche Patienten hohere Werte zeigeine gesteigerte ten als mannliche. Obschon Dohrmann 3~4bei beiden Geschlechtern Enzymaktivitat fand, stellte er doch fest, dass bei den Diabetikern die Frauen nicht tiefere, sondern gleich hohe Werte wie die Manner aufweisen. Clin.
Chin%. Acta,
21 (1968)
453-460
DUBACH,
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JtiSCH-LOCHEl<
Im Gegensatz dazu zeigten in den vorliegenden Untersuchungen die Diabetiker beiderlei Geschlechts eine vermehrte Enzymaktivitat (Abb. z), und wie aus Abb. 3 ersichtlich ist, waren in fast allen Altersgruppen die Werte der Manner deutlich hoher als diejenigen der Frauen. Die Tatsache, dass such bei den Zuckerkranken Manner und l’rauen unterschiedliche Werte zeigen, bildet einen weiteren Hinweis daftir, class die Hbhe der /3-Glut.-Aktivitat vom Geschlecht abhangig ist. Ob die Blutzuckerkonzentration und die H6he der Enzymaktivitat im Serum in einer direkten Beziehung zueinander stehen, ist eine Frage, die sich auf der Suche nach Zusammenhangen zwischen diabetischer Stoffwechselstorung und Vermehrung der P-Glut.-Aktivitat stellt. Auch hier sind sich die verschiedenen Autoren nicht einig : W&rend die Untersuchungen von Woollen und Turner31y32 eine Korrelation dieser beiden Grossen ergaben, konnten Miller et n1.r6 und Dohrmann31” keine direkte Abhangigkeit feststellen; Dohrmann4 beobachtete aber, dass bei stoffwechseldekompensierten Diabetikern die Enzymaktivitat sehr stark vermehrt war und dass es unter entsprechender Therapie nach Normalisierung des Kohlenhydrat-Stoffwechsels zu einem langsamen Abfall kam: Wahrend die Werte bei mittelschwerem his schwerem Diabetes massig erhijht blieben, kehrten sie bei leichtem Diabetes allmahlich wieder zur Norm zurtick. Auch in den vorliegenden Untersuchungen konnte keine direkte Beziehung zwischen /i’-Glut.-Aktivitat und Blutzuckerspiegel gefunden werden (Abb. 4). Hingegen zeigte sich die Tendenz, dass sehr hohe Enzymaktivitaten in den meisten Fallen
mit hohen Blutzuckerwerten einhergingen. Die Frage, ob ein Zusammenhang zwischen Schrwere der diabetischen Erkm~zkwzg und Hohe der /?-Glut.-Aktivitat bestehe, schien von besonderem Interesse: Zu ihrer
mg % Blutzucker Diabetes
300
mdlitus .
.
.
200
100
I I I i;i?f66i;& Abb.
3,
I
I
I
Gcschlechtsunterschied
C 1000
der 8.Glucuroniclase-.L\kti~it~t
_\bb. 4, l’chlcnde Abhxingigkeit der P_GlucuroIlidase~.2ktivit~t bci IXnbetikcm (MSinner und E;raucn).
3000
5000
FE
im Serum bci Uiabctikern. im Serum VXII 1Slutznckerspiegel
&GLUCUR~NIDASE
Abklarung
BEI DIABETES
MELLITUS
wurden die Patienten
Gruppe I umfasste
diejenigen
459
nach Art der Therapie
Diabetiker,
in drei Gruppen
welche mit Diat allein auskamen,
eingeteilt: Gruppe z
diejenigen, welche zusatzlich orale Antidiabetika benijtigten und in Gruppe 3 waren diejenigen Patienten vertreten, welche mit Insulin behandelt werden mussten. Beim Vergleich der Durchschnittswerte dieser drei Gruppen konnte fur Frauen, nicht aber fur die Manner mit zunehmender Schwere der Erkrankung ein leichter Anstieg beobachtet werden, der aber nicht als signifikant angesehen werden konnte (Tab. III). Auch Miller et aZ.le konnten mit einer etwas anderen Einteilung keine sichere Abhangigkeit der /LGluc.-Werte von der Schwere des Diabetes feststellen. Die vorliegenden Resultate
sprechen
daftir, dass kein sicherer Zusarnmenhang
zwischen dem Ausmass
der P-Glut.-Aktivitat im Serum von Diabetikern und dem Insulinbedarf besteht, sondern dass die gesteigerte Enzymaktivitat Ausdruck einer vermehrten Inanspruchnahme eines nicht insulinabhangigen Stoffwechselweges sein kiinnte. Solch ein Weg ist der Glucuronsaurezyklus, der, wie von Winegrad und de Pratti2* und Winegrad und Burdenz9 gezeigt wurde, bei Diabetikern in vermehrtem Masse zum Abbau der Glucose beniitzt wird. Ein gesteigerter Abbau der Glucose tiber den Glucuronsaurecyclus wiirde, wie dies von Spiro23 postuliert wurde, zu einem erhijhten Anfall von wichtigen Komponenten der diabetischen Gefasslasionen wie Glycoproteiden und Mucopolysacchariden ftihren. Da die ,S-Glut. in z&o am Abbau von Mucopolysacchariden teilhaben kann12, kijnnte die Vermehrung dieses Enzyms im Serum von Diabetikern
eine Schutzmassnahme
gerung dieser komplexen
des Organismus
Karbohydrate
bedeuten,
ins Gefassystem
die eine tibermassige verhindern
Abla-
~011~~~~~.
ZUSAMMENFASSUNG
Mit Hilfe einer leicht modifizierten
Methode nach Fishman
wurde die Aktivitat
der /LGlucuronidase im Serum von 97 gesunden Blutspendern untersucht. Die Durchschnittswerte bei Frauen betrugen 1317 & 1244 (2 s) F.E. und waren etwa urn 25:/o niedriger als bei den Mannern, wo sie bei r7gr f 1678 (2 s) F.E. lagen. Bei Frauen tiber 40 Jahren waren die Werte durchschnittlich urn ein Viertel hoher als bei den jtingeren,
wahrend
bei den Mannern
nur ein Unterschied
von 1076 zu verzeichnen
war. Die Untersuchung von 113 Diabetiker-Seren ergab gegeniiber Normalpersonen eine deutliche Vermehrung der Enzymaktivitat bei Mannern und Frauen, unabhangig von der Hiihe des Blutzuckers und von der Schwere des Diabetes beurteilt nach der Art der Therapie. Der Mittelwert der 57 Manner lag bei 2858 F.E. (Extremwerte 800-16600 F.E.) und derjenige von 56 Frauen bei 2324 F.E. (Extremwerte 800-5650 F.E.). Es scheint, dass die gesteigerte P-Glucuronidase-Aktivitat im Serum von Diabetikern auf die vermehrte Inanspruchnahme eines nicht insulinabhangigen Stoffwechselweges fur den Glucose-Abbau zurtickzuftihren ist. Ein solcher Weg wird heute im Glucuronsaurecyclus
vermutet.
LITER;ZTI!R I L 3 4
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28 29 jo 31 32 33
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Acta,
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CHIMICA
SERUM
/%GLUCURONIDASE
GESCHLECHT
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Activity
in Diabetes
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The mean for 57 men was 2858 F.u. (range 800-16600
F.u.) and for 56
women 2324 F.u. (range 800-5650 F.u.). It is postulated that the increased &ducuronidase activity in serum of patients with diabetes has to be referred to an insulinindependent metabolic pathway of glucose degradation. the glucuronic acid cycle.
Such a pathway is probably
Die P-Glucuronidase (/I-Glut.) (E.C. 3.2.1.31) wurde 1915 erstmals vom Japaner SeraZ2 in tierischem Gewebe nachgewiesen. Das in pflanzlichen und tierischen Organismen weit verbreitete Enzym katalysiert die Hydrolyse der Glucuronsaure-Ester von Alkoholen, Phenolen, Steroiden und anderen Stoffen. Die p-Glut. ist fl-Glucuronid-spezifisch; cc-Glucuronide sowie o(- und /3-Glucoside werden nicht gespalten. Die Affinitat zu den einzelnen Glucuroniden ist unterschiedlich; es mtissen deshalb zu ihrer Bestimmung Substrate mit miiglichst grosser Hydrolysegeschwindigkeit gewahlt werden. Ein solcher Stoff ist unter anderen Phenolphthalein-mono-B_Glucuronid, das 1946 von Talalay et aL25 als Substrat zur Bestimmung der I-Glut. eingeftihrt wurde. 1948 beschrieben Fishman et al.6 eine Methode mit Phenolphthalein-Glucuronid, die sich such zur Messung der /3-Gluc.-Aktivitat im Serum eignet. Spater wurden von anderen AutorenQ~30~1s,24 noch weitere Substrate eingefiihrt : am meisten Verbreitung scheint jedoch mit einigen Variationen die Fishman-Methode gefunden zu haben. Uber die genaue Funktion der P-Glut. im Intermediarstoffwechsel herrscht * Direktor:
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Acta,
21 (1968)
453-460
454
DUBACH,
JikCH-LOCHER
noch Unklarheit. Einer Erhijhung ihrer Aktivitat kann eine Vielzahl von Erkrankungen zu Grunde liegen. Verschiedene Autoren haben sich mit dem Problem der P-Glue.Xktivitat bei Arteriosklerose befasst. Im Unterschied zu anderen fand Kayahanll eine verminderte Aktivitat im Serum von Patienten mit Arteriosklerose und in der Intima arteriosklerotischer menschlicher Aorten. Die Untersuchungen anderer .Autoren deuten aber darauf hin, dass sowohl die Aktivitat in den von Arteriosklerose befallenen Gefassenzy17 als such die Enzymaktivitat im Serum von Patienten mit Arteriosklerosc13~15 erhiiht ist. In diesem Zusammenhang ist es von Interesse, dass bei Diabetikern, die in besonderem Masse zu Arteriosklerose neigen, eine gesteigerte [
Die Bestimmung
der Serum-/F-Glue.-Aktivitat
erfolgte
nach der Methode
von
l’ishman7. Das Prinzip besteht in der enzymatischen Spaltung von Phenolphthaleinglucuronid durch die @-Glut., wobei die Menge freigesetztes Phenolphthalein in alkalischer Losung kolorimetrisch bestimmt werden kann. In der von Fishman’ herausgegebenen Arbeitsanleitung wird die Molaritat des Pl~enolpl~tl~aleinglucuronids mit O.OI X angegeben; in neueren Versuchen aber braucht derselbe Autor eine 0.06 $1 Losung”. In der vorliegenden Untersuchung kam in Angleichung an die neuere Methode 0.03 ~19 Phenolphthaleinglucuronid zur Anwendung. Aus finanziellen Erwagungen wurde auf eine hiihermolare Losung verzichtet, nachdem sich in Vorversuchen gezeigt hatte, dass eine lineare Beziehung zwischen Molaritat des Phenolphthaleinglucuronids und den gefunden Enzymwerten bestand. Die Inkubationszeit konnte durch diese Abanderung der ursprtinglichen Methode von 17 Std. auf 4 Std. reduziert werden, ein Vorteil, der such neuerdings von Fishman et al.* angegeben wird. Die Angabe der p-Glut.-Werte erfolgte in Fishman-Einheiten (F.E.) = pg freigesetztes Phenolphthalein pro Stunde und IOO ml. Zur Bestimmung des Blutzuckers wurde die o-Toluidin-Methode angewandtl”. M,\TERIAL
Die Diabetikerseren stammten von 113 ambulanten Patienten. Es handelte siclr urn 57 Manner und 56 Frauen im Alter zwischen 25 und 87 Jahren. Als Kontrollpersonen dienten 97 gesunde Blutspender: 55 Manner und 42 Frauen von 20-65 Jahren. Die Seren wurden bis zur Aufarbeitung bei -zoo eingefroren; vorherige Untersuchungen hatten gezeigt, dass sich die &Gluc.-Aktivitat nach dreimonatiger Aufbewahrung der Seren in der Tiefkiihlstruhe nicht verandert.
Clin.Ckinz.ilcta,LI (1968) 453-460
/3-GLUCURONIDASE
BEI DIABETES
MELLITES
455
RESULTATE
a. Normalpersonen
Die Bestimmung der P-Glut.-Werte im Serum von 97 gesunden Erwachsenen ergab fur Manner hiihere Werte als fur Frauen. Bei den Mannern wurde ein Mittelwert von 1791 + 1678 (z s) F.E., bei Extremwerten von 800~3575 F.E. gemessen, wahrend fur Frauen der Mittelwert bei 1317 f 1244 (2 s) FE. lag, bei Extremwerten von 600 bis 2350 F.E. Bei der Alterseinteilung der Normalpersonen in 2 Gruppen mit einer Altersgrenze bei 40 Jahren ergab sich fur Manner miter 40 Jahren ein Mittelwert von 1720 F.E. gegeniiber einem Mittelwert von 1900 F.E. in der Gruppe iiber 40 Jahren. Bei den Frauen war der Mittelwert der unter 4o-Jahrigen 1060 F.E., derjenige der iiber 4o- Jahrigen 1420 F.E. b. Diabetiker
Diese zeigten gegeniiber den Kontrollpersonen eine deutlich gesteigerte mittlere Aktivitat : Bei den 57 mannlichen Zuckerkranken betrug sie 2858 F.E. (Extremwerte 800-16600 F.E.) und bei den 56 Frauen erreichte sie 2324 F.E. (Extremwerte Soo5650 F.E.). DISKUSSION
Zuerst sei das Verhalten der P-Glut. im Serum von Normalpersonen diskutiert, wobei insbesondere auf die Geschlechts- und Altersabhangigkeit eingegangen werden ~011.Wie aus Tab. I ersichtlich ist, wurden von den erwahnten Autoren so uneinheitlithe Normalwerte angegeben, dass ein Vergleich schwer fallt. Voneinander differierende Methoden und Substratmolaritaten erklaren diese Unterschiedlichkeit. Auch die Tatsache, dass in vielen Arbeiten nur eine geringe Zahl von Normalseren untersucht wurde, mag eine Rolle spielen. Die Normalwerte der vorliegenden Untersuchung lag-en hiiher als die in Tabelle I aufgeftihrten. Am ehesten gleichen sie denjenigen von Miller et a1.16 Abhingigkeit der P-Glut.-Aktivitiit uowt Geschlecht. In i’bereinstimmung mit den fand sich eine Abhangigkeit Resultaten anderer Autoren3~6~s~1s~21~2~,z6,31~32 der ,&GlucAktivitat vom Geschlecht (Abb. I). Bei Frauen ergaben sich im Mittel urn ein Viertel geringere Werte als bei Mannern; bei anderen Autoren schwankt die Differenz zwischen IO und 54% (Tabelle I). Im Gegensatz dazu beobachteten Miller et aZ.16 keinen Geschlechtsunterschied. Abkingigkeit der P-Glut.-Aktizdtit Mom Alter. Da von verschiedenen Autoren13*15y32 bei Arteriosklerose eine vermehrte Enzymaktivitat festgestellt wurde, kiinnte vermutet werden, dass im Alter allgemein hiihere P-Glut-Werte anzutreffen war-en. Die unterschiedlichen Ergebnisse der bisherigen Untersuchungen erlauben aber keine sichere Beantwortung dieser Frage. Wir konnten bei der Einteilung der Kontrollpersonen nach ro-Jahres-Gruppen einen leichten Anstieg der Aktivitat mit zunehmendem Alter feststellen (Abb. I). Deutlicher wurde der Unterschied bei der Trennung in lediglich 2 Altersgruppen, wobei die Grenze zwischen den beiden Gruppen-in iibereinstimmung mit Woollen und Turner 31-bei 40 Jahren gezogen wurde. Auf diese Weise betrachtet, ergab sich fur die Hlteren Frauen, dh. fur diejenigen tiber 40 Jahren, Clin. Chim. Acta, 21 (1968) 453-460
s,
Dohrmanns Schiin u. Leipoldzl Utermann et ~1.~~ Szasz2” Niliusi8 Woollen u. Turner31
Z 0 !?
g
lahr
1948 1967 1966 1960 1963 1962 1964 1967 1966 1965
_I
II
o-181 gg8 + 267 14’0 449 * 96 270 * 22.2 37.6 * 9.2 14.6 & 5.8 0.35 * I.32 4.0 & I.0 unter 40 J. : 0.31 _C O.Ij iiber 40 J.: 0.43 & 0.19 1791 & 1678 (.!: 2s)
Miinner
55
34
35
20 36 14 IO 26 38 52 -
II
K-Glucuronidase-Akfivitiit
-
0-40 Jahre : 0.33 :t 0.32 20 40-80 Jahre : 0.47 + 0.23 38 2858 57
1960
1965
1967
Dohrmann3
Woollen und Turne?*
Med. Univ. Poliklinik, Base1
34
2220
1966
et al.‘”
Miller
LX’
Miinnev
Jahr
Autor
F.E.
113 2593
F.E.
32 56
22
F.E.
109 I.E.
!. 570
IOO
42
34
45
22 27 15 IO 25 77 53
5
s
‘9
0-40 Jahre : 0.50 ! 0.40 40~80 Jahre : 0.46 -‘_ 0.34 2324
2160 1262
66
2130
844230 744 * 233 II30 358 xt 72 233.6 :tr 24.0 27.9 + 7.1 10.1 & 4.6 0.22 + 0.99 3,5 i I.0 unter 40 J. : 0.22 -+ 0.08 iiber4o J.: 0.31 & o.r4 1317 i. I244
-
N
FYaLt&l
f%~~~~~~~~~~~~~ .*KTIVITATIM SERUM BEI DIABETIKERN ~~
TABELLE
* Siehe such 1, 4, 9, 11, 13-15, 19, 20, 27
Med. Univ. Poliklinik, Base1 1967
Fishman et al.6 Fishman et al.8 Xiller et a1.16 Dohrmann3
b PB ::
2 7
_.
f
2
_~
0.03
0.01
nein
ja
ncin
win
Phenolphthalein-Glucuronid
Phenolphthalein-Glucuronid Phenolphthalein-Glucuronid I’henolphthalein-Glucuronid Phenolphthalein-Glucuronid Phenolphthalein-Glucuronid Phenolphthalein-Glucuronid Phenoluhthalein-Glucuronid PmNitrdphenyl-Glucuronid 8-Oxychinolin-fi-o-Glucuronid 4-Methylumbellifcryl-Substral
PhenolphthaleinGlucuronid PhcnolphthaleinGlucuronid 4.Methyl-umbilliferyl-Substrat fluorometrisch Plattchenfreies l’lasma PhenolphthaleinGlucuronid
F.E.
Fishman E (F.E.) F.E. F.E. F.E. F.E. $XIol/Std./l rLMol/Std. il mU 0.001 I.E. I.E. I.E.
0.03
0.01 0.06 0.06 0.01 0.01 0.01 0.0072
i
g
K ? E:
_g
~-GL~CUR~NIDASE
BEI DIABETES MELLITUS
eine im Mittel urn 25% hohere Aktivitat bei den Mannern
457
als fur diejenigen
dagegen nur ein Unterschied
von weniger als 40 Jahren,
von rund 10%.
Wahrend
Woollen und
Turner31p32 sowohl bei Mannern als such bei Frauen eine Zunahme der Aktivitat mit steigendem Alter feststellten, fanden Dohrmann 3, Utermann et dz6 und Niliusl* keine signifikante Veranderung. Miller et al. l6 beobachteten ohne Trennung nach Geschlecht lediglich in der Altersgruppe
zwischen 40 und 49 Jahren
hohere Werte.
P 3000FE
FE
/’
p-_ ______-_,~___gl,._,/______
4000
‘q 1
,’
2000-
I’ d
P
/’
Mittelwert (N=97)
IOOO-
21-x)
-40
-50
-60
-70
Jatre
Abb. I. Mittlere p-Glucuronidase-Aktivitst
im Serum in Abhgngigkeit
van Geschlecht und Alter.
Abb. 2. fi-Glucuronidase-AktivitZt im Serum bei Normalpersonen und Diabetikern. Ausgezogen: Normalpersonen; Gestrichelt : Patienten mit Diabetes mellitus. Die Gruppen enthalten Minner und Frauen gemischt zn gleichen Teilen.
Diabetiker Die noch wenig untersuchten im Zusammenhang resse. Bekanntlich
Verhaltnisse
bei Zuckerkranken
sind vor allem
mit der bei Arteriosklerose erhiihten Enzymaktivitat von Inteneigen Diabetiker in vermehrtem Masse zur Entwicklung arterio-
sklerotischer Veranderungen der Gefasse. Bestandteile dieser Gefasslasionen sind Mucopolysaccharide und Glycoproteide. Wie Branwood und Carr2 bei der Untersuchung menschlicher Coronargefasse nachweisen konnten, besteht eine Korrelation zwischen der Hohe der /%Gluc.-Aktivitat und der Ablagerung von Mucopolysacchariden in der Intima arteriosklerotischer Plaques. Eine sowohl bei Arteriosklerose als such bei Diabetes vermehrte Enzymaktivitat im Serum verleitet zur Annahme, es bestehe ein gemeinsamer Stoffwechselweg, dies umso mehr als die Glucose eine zentrale Rolle in der Biosynthese der Glycoproteide spielt 23. Einen gemeinsamen Weg im Intermediarstoffwechsel kijnnte nach Miller et al. lo,15 der Glucuronsaurecyclus darstellen. Wie Miller et aLIe, beobachteten such verschiedene andere Autoren bei Diabetikern eine gesteigerte Enzymaktivitat; zum Teil fanden sie aber nur bei Frauen erheblich erhijhte Werte (Tabelle 2). So stellten Goldbarg et aL9 fest, dass von 17 weiblichen Zuckerkranken 12 eine gesteigerte b-Glut.-_4ktivitat im Serum zeigten, was dagegen nur bei einem von 17 Manner, der Fall war. Auch Woollen und Turner31 beobachteten nur bei Frauen eine Aktivit23svermehrung und fanden bei Mannern kaum erhijhte Werte; bei jtingeren Individuen erga.b sich sogar eine Umkehrung der bei Gesunden gefundenen Verhaltnisse, indem weibliche Patienten hohere Werte zeigeine gesteigerte ten als mannliche. Obschon Dohrmann 3~4bei beiden Geschlechtern Enzymaktivitat fand, stellte er doch fest, dass bei den Diabetikern die Frauen nicht tiefere, sondern gleich hohe Werte wie die Manner aufweisen. Clin.
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Im Gegensatz dazu zeigten in den vorliegenden Untersuchungen die Diabetiker beiderlei Geschlechts eine vermehrte Enzymaktivitat (Abb. z), und wie aus Abb. 3 ersichtlich ist, waren in fast allen Altersgruppen die Werte der Manner deutlich hoher als diejenigen der Frauen. Die Tatsache, dass such bei den Zuckerkranken Manner und l’rauen unterschiedliche Werte zeigen, bildet einen weiteren Hinweis daftir, class die Hbhe der /3-Glut.-Aktivitat vom Geschlecht abhangig ist. Ob die Blutzuckerkonzentration und die H6he der Enzymaktivitat im Serum in einer direkten Beziehung zueinander stehen, ist eine Frage, die sich auf der Suche nach Zusammenhangen zwischen diabetischer Stoffwechselstorung und Vermehrung der P-Glut.-Aktivitat stellt. Auch hier sind sich die verschiedenen Autoren nicht einig : W&rend die Untersuchungen von Woollen und Turner31y32 eine Korrelation dieser beiden Grossen ergaben, konnten Miller et n1.r6 und Dohrmann31” keine direkte Abhangigkeit feststellen; Dohrmann4 beobachtete aber, dass bei stoffwechseldekompensierten Diabetikern die Enzymaktivitat sehr stark vermehrt war und dass es unter entsprechender Therapie nach Normalisierung des Kohlenhydrat-Stoffwechsels zu einem langsamen Abfall kam: Wahrend die Werte bei mittelschwerem his schwerem Diabetes massig erhijht blieben, kehrten sie bei leichtem Diabetes allmahlich wieder zur Norm zurtick. Auch in den vorliegenden Untersuchungen konnte keine direkte Beziehung zwischen /i’-Glut.-Aktivitat und Blutzuckerspiegel gefunden werden (Abb. 4). Hingegen zeigte sich die Tendenz, dass sehr hohe Enzymaktivitaten in den meisten Fallen
mit hohen Blutzuckerwerten einhergingen. Die Frage, ob ein Zusammenhang zwischen Schrwere der diabetischen Erkm~zkwzg und Hohe der /?-Glut.-Aktivitat bestehe, schien von besonderem Interesse: Zu ihrer
mg % Blutzucker Diabetes
300
mdlitus .
.
.
200
100
I I I i;i?f66i;& Abb.
3,
I
I
I
Gcschlechtsunterschied
C 1000
der 8.Glucuroniclase-.L\kti~it~t
_\bb. 4, l’chlcnde Abhxingigkeit der P_GlucuroIlidase~.2ktivit~t bci IXnbetikcm (MSinner und E;raucn).
3000
5000
FE
im Serum bci Uiabctikern. im Serum VXII 1Slutznckerspiegel
&GLUCUR~NIDASE
Abklarung
BEI DIABETES
MELLITUS
wurden die Patienten
Gruppe I umfasste
diejenigen
459
nach Art der Therapie
Diabetiker,
in drei Gruppen
welche mit Diat allein auskamen,
eingeteilt: Gruppe z
diejenigen, welche zusatzlich orale Antidiabetika benijtigten und in Gruppe 3 waren diejenigen Patienten vertreten, welche mit Insulin behandelt werden mussten. Beim Vergleich der Durchschnittswerte dieser drei Gruppen konnte fur Frauen, nicht aber fur die Manner mit zunehmender Schwere der Erkrankung ein leichter Anstieg beobachtet werden, der aber nicht als signifikant angesehen werden konnte (Tab. III). Auch Miller et aZ.le konnten mit einer etwas anderen Einteilung keine sichere Abhangigkeit der /LGluc.-Werte von der Schwere des Diabetes feststellen. Die vorliegenden Resultate
sprechen
daftir, dass kein sicherer Zusarnmenhang
zwischen dem Ausmass
der P-Glut.-Aktivitat im Serum von Diabetikern und dem Insulinbedarf besteht, sondern dass die gesteigerte Enzymaktivitat Ausdruck einer vermehrten Inanspruchnahme eines nicht insulinabhangigen Stoffwechselweges sein kiinnte. Solch ein Weg ist der Glucuronsaurezyklus, der, wie von Winegrad und de Pratti2* und Winegrad und Burdenz9 gezeigt wurde, bei Diabetikern in vermehrtem Masse zum Abbau der Glucose beniitzt wird. Ein gesteigerter Abbau der Glucose tiber den Glucuronsaurecyclus wiirde, wie dies von Spiro23 postuliert wurde, zu einem erhijhten Anfall von wichtigen Komponenten der diabetischen Gefasslasionen wie Glycoproteiden und Mucopolysacchariden ftihren. Da die ,S-Glut. in z&o am Abbau von Mucopolysacchariden teilhaben kann12, kijnnte die Vermehrung dieses Enzyms im Serum von Diabetikern
eine Schutzmassnahme
gerung dieser komplexen
des Organismus
Karbohydrate
bedeuten,
ins Gefassystem
die eine tibermassige verhindern
Abla-
~011~~~~~.
ZUSAMMENFASSUNG
Mit Hilfe einer leicht modifizierten
Methode nach Fishman
wurde die Aktivitat
der /LGlucuronidase im Serum von 97 gesunden Blutspendern untersucht. Die Durchschnittswerte bei Frauen betrugen 1317 & 1244 (2 s) F.E. und waren etwa urn 25:/o niedriger als bei den Mannern, wo sie bei r7gr f 1678 (2 s) F.E. lagen. Bei Frauen tiber 40 Jahren waren die Werte durchschnittlich urn ein Viertel hoher als bei den jtingeren,
wahrend
bei den Mannern
nur ein Unterschied
von 1076 zu verzeichnen
war. Die Untersuchung von 113 Diabetiker-Seren ergab gegeniiber Normalpersonen eine deutliche Vermehrung der Enzymaktivitat bei Mannern und Frauen, unabhangig von der Hiihe des Blutzuckers und von der Schwere des Diabetes beurteilt nach der Art der Therapie. Der Mittelwert der 57 Manner lag bei 2858 F.E. (Extremwerte 800-16600 F.E.) und derjenige von 56 Frauen bei 2324 F.E. (Extremwerte 800-5650 F.E.). Es scheint, dass die gesteigerte P-Glucuronidase-Aktivitat im Serum von Diabetikern auf die vermehrte Inanspruchnahme eines nicht insulinabhangigen Stoffwechselweges fur den Glucose-Abbau zurtickzuftihren ist. Ein solcher Weg wird heute im Glucuronsaurecyclus
vermutet.
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27
c. %vlzTTS,
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