Möglichkeiten und Grenzen ultrastruktureller Untersuchungen bei Erkrankungen der Skelettmuskulatur

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  • Beitr. Path. Bd. 151,1-29 (1974) Review

    Aus der Universitatskinderklinik (Direktor: Prof. Dr. \VI. KUNZER) der Universitat Frei-burg i. Br.

    Moglichkeiten und Grenzen ultrastruktureller Untersuchungen bei Erkrankungen der Skelettmuskulatur *

    Possibilities and Limitations of Ultrastructural Investigations in Muscle Diseases

    U.-P. KETELSEN

    Mit 8 Abbildungen und 5 Tabellen . Eingegangen am 14. Februar 1973 . Angenommen am J 5. September 1973

    Einleitung Lichtmikroskopische Routine-Untersuchungen von Muskelbiopsien kon-

    nen meist nur fortgeschrittene, morphologische Schadigungen aufdecken. Durch lichtmikroskopisch-histochemische Untersuchungen konnen verschie-dene Enzyme lokalisiert, damit ihre Reaktion in bestimmten Zellorganellen sichtbar gemacht und Fasertypen differenziert werden. Diese Untersuchun-gen konnen dazu beitragen, Veranderungen der Ultrastruktur zu erklaren. Sie versagen jedoch in Fallen mit Zellstruktur-Veranderungen, die histoche-misch nicht faBbar sind (vgI. ENGEL et a!., 1970).

    ':. FUr ihre freundliche UnterstUtzung danke ich Frau Prof. Dr. E. FREUND-MoLBERT (Institut fUr Biologie II, Mikrobiologie, Labor II im Max-Planck-Institut fiir Immunbio-logie, Freiburg/Br.) und Herrn Prof. Dr. R. BECKMANN (Universitatskinderklinik Freiburg i. Br.)

    ':. Mit Unterstiitzung der Deutschen Forschungsgemeinschaft ':. Nach einem Vortrag anlamich eines Symposiums des wissenschaftlichen Beirates der

    ,.Gesellschaft zur Bekampfung der Muskelkrankheiten e. V." auf der Burg Schnellenberg bei Attendorn im Oktober 1972

    1 Beitr. Path. Bd. 151

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    Elektronenmikroskopische Untersuchungen bei Myopathien unterschied-licher Genese haben eine groBe Vielfalt pathologischer Reaktionen der mus-kelzelluHiren Organellen und Myofibrillen erbracht, von denen in der fol-genden Dbersicht wesentliche Veranderungen dargestellt werden. Zusam-men mit einer kurzen tabellarischen Dbersicht iiber Vorkommen und Art der zellularen Reaktion soll gezeigt werden, daB die Spezifitat einer Muskeler-krankung in den meisten Fallen nicht durch eine einzelne morphologische Veranderung bestimmt wird, sondern daB Reaktionsmuster der Zelle be-riicksichtigt und gesucht werden miissen, innerhalb derer die Zellorganellen in unterschiedlicher Starke oder Kombination betroffen sind (vgl. FARDEAU, 1970 ).

    Am eindrucksvollsten gelang die Abgrenzung solcher pathologischer Reak-tionsmuster bisher in der Gruppe der kongenitalen Myopathien an Beispielen wie "Nemaline"-Myopathie, "central core disease", "mulicore disease" oder "fingerprint-body"-Myopathie (vgl. ENGEL et al., 1972). Demgegeniiber zeigen die hauptsachlichen Gruppen der Muskeldystrophie groBe Schwan-kungsbreiten ihrer ultrastrukturellen Veranderungen, deren Systematisie-rung bisher nicht gelang. Eine Ausnahme bildet die myotonische Dystrophie, die ein wiederkehrendes ultrastrukturelles Reaktionsmuster aufweist (vgl. SCHRODER et al., 1968; KETELSEN et al., 1972). Auch schein en bei der okula-ren Muskeldystrophie mitochondriale Veranderungen im Vordergrund zu stehen.

    Der Wert einer derartigen ultrastrukturellen Analyse liegt darin, daB sie der Ausgangspunkt zu gezielten biochemischen und histochemischen Unter-suchungen sein kann. Erst die Gesamtheit der Befunde kann so bei vielen

    Abb. 1. a) Mitochondrienvermehrung im Subsarkolemmalraum. Nicht klassifizierbare Myo-pathie. b) Riesenmitochondrium im InterfibrilIarraum. Nicht klassifizierbare Myopathie mit gutartigem Verlauf. c) Vakuolig degenerierte Mitochondrien bei Corticoid-Myopathie. d) Myelinartig degeneriertes Mitochondrium im InterfibrilHirraum. Nicht klassifizierbare Myopathie. e) VergroBertes Mitochondrium mit astartig verzweigten Cristae und Vermeh-rung der Grundmatrix bei myotonischer Dystrophie. f) Mitochondrium mit starker Ver-mehrung der Grundmatrix und Cristaeresten mit leicht erweiterten Cristaespatien bei myotonischer Dystrophie. Kontrastierung: Uranylacetat und Bleicitrat. VergroBerungs-maBstab: 0,5 ft. Fig. 1. a) Focal increase of mitochondria in the sub sarcolemmal space. Myopathy, type undetermined. b) Giant mitochondria in the interfibrillar space. Myopathy, type undeter-mined, benign course. c) Vacuolar degenerated mitochondria. Steroid myopathy. d) Myelin-like degeneration of a mitochondrion in the interfibrillar space. Myopathy, type undeter-mined. e) Enlarged mitochondria with branched cristae and increased matrix in myotonic dystrophy. f) Mitochondrion with extremely augmented matrix and remnants of cristae with slightly enlarged cristae-spaces in myotonic dystrophy. Staining: Uranyl acetate and lead citrate. The scale marker represents 0,5 fl.

  • Ultrastruktur bei Myopathien . 3

    Abb. I . Fig. I

  • 4 U.-P. KETELSEN

    Myopathien tiber die Diagnose hinaus Fragen zu Atiologie und Pathogenese des jeweiligen Krankheitsbildes beantworten.

    Die ultrastrukturellen Veranderungen, die bei zahlreichen menschlichen und experimentell ausgelosten Myopathien beobachtet werden, betreffen das Sarkolemm, die Kerne, das transversal tubulare System, das sarkoplasma-tische Retikulum, das Golgi-System, die Mitochondrien und die Myofibril-len. Weiterhin werden Schwankungen im Glykogen-Gehalt oder die Akku-mulation von Fetttropfchen beobachtet. In der folgenden Obersicht wurde weitgehend auf die Diskussion von Einzelbefunden verzichtet. Diese ist in den entsprechenden Originalarbeiten (siehe Text und Tabelle 1-5) zu finden.

    Ultrastrukturelle Veranderungen bei Erkrankungen der Skelettmuskulatur 1. Mitochondriale Veranderungen (Tab. lund 2, Abb. lund 2) Die Mitochondrien als Energie-Trager variieren in ihrer Anzahl in den

    verschiedenen Fasertypen. Typ I (rote Fasern, C-Fasern) zeigen mehr Mito-chondrien als Typ II (weiGe Fasern, A-Fasern). Inwieweit Alter oder Ge-schlecht, verschiedene Muskeln, sowie Muskeltraining die Zahl der Mitochon-drienpopulation beeinflussen, ist nur wenig bekannt. Elektronenmikrosko-pisch konnte in der Muskulatur trainierter Ratten eine zahlenmaGige Ver-mehrung und VergroGerung der Mitochondrien sowie eine Vermehrung der cristae mitochondriales beobachtet werden (HOWALD et aI., 1972). Diese Veranderungen waren kombiniert mit einer Zunahme des Gesamtprotein-

    Abb. 2. a) Umordnung der cristae mitochondriales in der Langsachse eines Mitochondriums bei okularer Muskeldystrophie. b) KreisfOrmige Umordnung der cristae mitochondriales. Okulare Muskeldystrophie. c) Kreisformige Proliferation der cristae mitochondriales bei gleichzeitiger Vermehrung der Mitochondrienmatrix. Okulare Muskeldystrophie. d) Kri-stalloide Ablagerungen innerhalb der Cristaespatien von vergrogerten und umstrukturier-ten Mitochondrien bei okuliirer Muskeldystrophie. e) Runder, homogener Mitochondrien-einschlug bei okuliirer Muskeldystrophie. f) Mitochondriale Glycogeninvagination bei ex-perimenteller Corticoidmyopathie. Kontrastierung: Uranylacetat und Bleicitrat. Vergroge-rungsmagstab: 0,5 fl. Fig. 2. a) Reorganization of the mitochondrial cristae in the longitudinal axis of a mito-chondrion in ocular muscular dystrophy. b) Circular reorganization of the mitochondrial cristae. Ocular muscular dystrophy. c) Circular proliferation of the mitochondrial cristae with simultaneous increase of the mitochondrial matrix. d) Crystalloid deposits in enlarged :llld rearranged mitochondria. Ocular muscular dystrophy. e) Round, homogeneous mito-chondrial inclusion in ocular muscular dystrophy. f) Glycogen invaginations into mito-chondria. Experimental steroid myopathy. Staining: Uranyl acetate and lead citrate. The scale marker represents 0,5 fl .

  • Ultrastruktur bei Myopathien . 5

    Abb. 2 . Fig. 2

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