Untersuchungen Über den Zelltod. I

Zusammenfassung Eine Reihe von Untersuchungen soll die Erscheinung des Zelltodes und die Altersveränderangen von Zellen analysieren, um so allmählich zu einer Definition des Begriffes Zelltod und zu einem tieferen Verständnis für die Bedingungen des Absterbens und Alterns von Zellen und Geweben zu kommen.In dieser ersten Untersuchung werden die Zustandsänderungen während des Katastrophentodes verschiedener Zelltypen der Haut junger Axolotllarven mit Hilfe der Neutralrotfärbung festgestellt.Es erweist sich als unmöglich, lediglich mit Hilfe der Färbung ohne Analyse der Anfärbungsbedingungen und vor allem ohne Prüfung der Irreversibilität festzustellen, ob eine Zelle lebt oder abgestorben ist. Zwischen dem färberischen Verhalten der lebenden und der toten Zelle gibt es einen charakteristischen Zwischenzustand, der experimentell sehr zuverlässig herbeigeführt werden kann und in den Anfangsstadien völlig reversibel ist. Dieser Zustand wird färberisch vor allem durch die Kernfärbung und durch das Fehlen typisch granulärer Speicherungsprozesse im Plasma gekennzeichnet.Die vitale Kernfärbung kann in befriedigender Weise durch eine reversible Entmischung und Dehydratation der sauren Kerneiweiße erklärt werden. Es ist kolloidchemisch verständlich, daß die sauren Kerneiweiße im völlig ungeschädigten Kern gegen die polare Adsorption von basischem Farbstoff durch den Solvatmantel geschützt sind. Die Reaktion im Kern wie im Plasma ist unabhängig von dem isoelektrischen Punkt der in ihnen dispergierten Eiweißsubstanzen nach ihrer Ausfällung. Trotz des Vorhandenseins sich leicht entmischender saurer Eiweißsubstanzen im Kern kann er daher doch relativ alkalisch reagieren und dementsprechend nur ein geringes Aufnahmevermögen für den basischen Farbstoff besitzen. Dagegen tritt bei Entmischung, Dispersitätsverminderung und Dehydratation sofort die Farbstoffadsorption ein. Die Annahme einer impermeablen Kernmembran ist sehr unwahrscheinlich, und die Reduktion von Farbstoff im Kerninnern kann als Grund für das Farblosbleiben der ungeschädigten Kerne bei der vitalen Färbung ausgeschlossen werden.Die normalerweise bei dem Absterben der Zelle eintretenden Entmischungserscheinungen können durch bestmimte alkalisierende Mittel sowie durch Stoffe, die in spezifischer Weise Eiweiß-Lipoidkomplexe zu stabilisieren vermögen, verzögert oder sogar verhindert werden.Modellversuche ergaben, daß dieselben Substanzen, die Kernfärbung hervorriefen, auch bei Eiweißtropfen Fällung und Farbstoffadsorption im sauren Farbton zur Folge hatten, während die Stoffe, die Zelltod ohne Kernfärbung bewirkten, auch im Eiweiß nur zu zarten Diffusfärbungen im alkalischen Farbton führten. Das ist ein Beweis mehr dafür, daß die vitale Kernfärbung in erster Linie, wenn nicht ausschließlich, von der Dispersität und Hydratation der Eiweißkörper und dem dadurch bedingten Adsorptionsvermögen für den basischen Farbstoff (und einer Reaktionsänderung?) abhängt.Eine Eiweißentmischung (Fällung) im Hyaloplasma und die damit verbundene Farbstoffadsorption war in den untersuchten Zelltypen stets irreversibel und konnte daher als Signal für den eingetretenen Zelltod gewertet werden.Die granuläre Farbstoffspeicherung im Plasma ist nicht abhängig von der durch Oxydationsvorgänge gelieferten Energie. Die Speicherungsprozesse wurden in den Epithelzellen durch leicht in das Plasma eindringende alkalisierende Substanzen sowie durch Stoffe, die deutliche Quellungserscheinungen an Plasmastrukturen hervorriefen, begünstigt, dagegen durch leicht permeierende Säuren unterdrückt. Die typische granuläre Farbstoffspeicherung ist stets nur in lebenden Zellen möglich und kann daher als ein gewisses Kriterium für die Lebendigkeit gewertet werden.Innerhalb eines sehr weiten p_H-Bereiches bleibt die Innenreaktion der Zellen in Pufferlösungen konstant, solange die Zellen nicht absterben. Dementsprechend läßt sich das Ergebnis der Vitalfärbung nicht durch die Reaktion der Farblösung in demselben Sinne wie bei der histologischen Färbung modifizieren, nur wird das Eindringen des basischen Farbstoffes aus saurer Lösung erschwert, aus basischer Lösung begünstigt. Dagegen läßt sich die Reaktion des Hyaloplasmas sehr leicht reversibel durch permeierende Säuren und Laugen verändern.Es wird über die Möglichkeiten verschiedener vitaler Elektivfärbungen berichtet (Färbung von Interzellularen, Cuticularstrukturen, Färbung der Leydigschen Zellen, der Macrophagen, granuläre Färbung der Epithelzellen). Vitale Kernfärbungen lassen sich experimentell entweder ausschließlich an den Leydigschen Zellen oder nur in den Bindegewebszellen oder in Bindegewebszellen und Epithelzellen hervorrufen. Wahrscheinlich sind diese Unterschiede zum Teil durch das Plasma mitbedingt; jedenfalls unterscheiden sich die angeführten Zelltypen auf fixierten Präparaten nicht meßbar im isoelektrischen Punkt der Kernstrukturen. Bei den Leydigschen Zellen riefen alle Mittel vitale Kernfärbung hervor, die die sauren Sekretschollen in stärkerem Maße zur Verquellung oder zum Schrumpfen brachten. Es ist leicht zu beweisen, daß alle Schädigungen bei differenzierten Zellen ausgesprochen zellspezifisch verschieden wirken.Die Chromosomen aller Mitosestadien reagieren genau so zellspezifisch wie die Chromatinstrukturen der Ruhekerne. Es ergibt sich aus dem Verhalten bei der Vitalfärbung für die untersuchten Zelltypen eine bestimmte stoffliche Kontinuität aller Chromatinstrukturen.Im Zusammenhang mit den Untersuchungen Zeigers kann daher behauptet werden, daß zwischen den protoplasmaphysiologischen und cytogenetischen Untersuchungen über den Zellkern kein Gegensatz zu bestehen braucht.Es ist nicht möglich, bei der Vitalfärbung grundsätzlich zwischen passiven Speicherungsprozessen für basische Farbstoffe und der aktiven Speicherung saurer Farbstoffe zu unterscheiden, sowie durch die Vitalfärbung mit basischen Farbstoffen Paraplasma, leblose Zellprodukte und Protoplasma auseinander zu halten oder auf einfache Weise lebendes und totes Plasma durch ihr unterschiedliches Reduktionsvermögen für basische Vitalfarbstoffe zu trennen.Im Absterbeprozeß werden bei manchen Zelltypen (z. B. Ez) Beziehungen zwischen benachbarten Zellen offensichtlich, die bei den LZ allem Anschein nach fehlen. Es ist nicht möglich, färberisch ein Vorauseilen bestimmter Zellstrukturen im Absterbeprozeß festzustellen; stets treten Veränderungen in bezug auf das Ergebnis der Anfärbung mehr oder minder gleichzeitig in allen Zellstrukturen ein. Die extrazellulären Bildungen sind in ihrem Verhalten von den zugehörigen Zellen abhängig, so daß wir auch hier von vitalen Färbungen sprechen können.Auf Grund der vorliegenden Erfahrungen wird vorgeschlagen, als vitale Färbung nur die Färbungserscheinungen an sicher noch lebenden Histosystemen in lebenden Organismen zu bezeichnen. Als supravitale Färbung kann die Färbung isolierter Histosysteme gekennzeichnet werden, soweit die Vitalität durch Fortdauer bestimmter Stoffwechselerscheinungen, Fortpflanzungsmöglichkeit oder aber Reversibilität bestimmter Färbungserscheinungen in geschädigten Zellen bewiesen werden kann. Von diesen Färbungserscheinungen ist die postmortale (oder postvitale oder auch histologische) Färbung toter Histosysteme grundsätzlich scharf zu trennen.     

Pulmonary gas exchange in humans during normobaric hypoxic exercise

Previous studies (J. Appl. Physiol. 58: 978-988 and 989-995, 1985) have shown both worsening ventilation-perfusion (VA/Q) relationships and the development of diffusion limitation during heavy exercise at sea level and during hypobaric hypoxia in a chamber [fractional inspired O2 concentration (FIO2) = 0.21, minimum barometric pressure (PB) = 429 Torr, inspired O2 partial pressure (PIO2) = 80 Torr]. We used the multiple inert gas elimination technique to compare gas exchange during exercise under normobaric hypoxia (FIO2 = 0.11, PB = 760 Torr, PIO2 = 80 Torr) with earlier hypobaric measurements. Mixed expired and arterial respiratory and inert gas tensions, cardiac output, heart rate (HR), minute ventilation, respiratory rate (RR), and blood temperature were recorded at rest and during steady-state exercise in 10 normal subjects in the following order: rest, air; rest, 11% O2; light exercise (75 W), 11% O2; intermediate exercise (150 W), 11% O2; heavy exercise (greater than 200 W), 11% O2; heavy exercise, 100% O2 and then air; and rest 20 minutes postexercise, air. VA/Q inequality increased significantly during hypoxic exercise [mean log standard deviation of perfusion (logSDQ) = 0.42 +/- 0.03 (rest) and 0.67 +/- 0.09 (at 2.3 l/min O2 consumption), P less than 0.01]. VA/Q inequality was improved by relief of hypoxia (logSDQ = 0.51 +/- 0.04 and 0.48 +/- 0.02 for 100% O2 and air breathing, respectively). Diffusion limitation for O2 was evident at all exercise levels while breathing 11% O2.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)     

Effect of inlet velocity profiles on patient-specific computational fluid dynamics simulations of the carotid bifurcation

Patient-specific computational fluid dynamics (CFD) is a powerful tool for researching the role of blood flow in disease processes. Modern clinical imaging technology such as MRI and CT can provide high resolution information about vessel geometry, but in many situations, patient-specific inlet velocity information is not available. In these situations, a simplified velocity profile must be selected. We studied how idealized inlet velocity profiles (blunt, parabolic, and Womersley flow) affect patient-specific CFD results when compared to simulations employing a "reference standard" of the patient's own measured velocity profile in the carotid bifurcation. To place the magnitude of these effects in context, we also investigated the effect of geometry and the use of subject-specific flow waveform on the CFD results. We quantified these differences by examining the pointwise percent error of the mean wall shear stress (WSS) and the oscillatory shear index (OSI) and by computing the intra-class correlation coefficient (ICC) between axial profiles of the mean WSS and OSI in the internal carotid artery bulb. The parabolic inlet velocity profile produced the most similar mean WSS and OSI to simulations employing the real patient-specific inlet velocity profile. However, anatomic variation in vessel geometry and the use of a nonpatient-specific flow waveform both affected the WSS and OSI results more than did the choice of inlet velocity profile. Although careful selection of boundary conditions is essential for all CFD analysis, accurate patient-specific geometry reconstruction and measurement of vessel flow rate waveform are more important than the choice of velocity profile. A parabolic velocity profile provided results most similar to the patient-specific velocity profile.     

Genetic analysis of Brugada syndrome in Israel: two novel mutations and possible genetic heterogeneity

Idiopathic ventricular fibrillation in patients with an electrocardiogram (ECG) pattern of right bundle branch block and ST-segment elevation in leads V1 to V3 (now frequently called Brugada syndrome) is associated with a high incidence of syncopal episodes or sudden death. The disease is inherited as an autosomal dominant trait. Mutations in SCN5A, a cardiac sodium channel gene, have been recently associated with Brugada syndrome. We have analyzed 7 patients from Israel affected with Brugada syndrome. The families of these patients are characterized by a small number of symptomatic members. Sequencing analysis of SCN5A revealed two novel mutations, G35S and R104Q, in two Brugada patients, and a possible R34C polymorphism in two unrelated controls. No mutations were detected in 5 other patients, suggesting genetic heterogeneity. Low penetrance is probably the cause for the small number of symptomatic members in the two families positive for the SCN5A mutations.     

Characterizing "blue blobs". Immunohistochemical staining and ultrastructural study

OBJECTIVE: To investigate the nature and origin of "blue blobs" (Bbs) in atrophic Pap smears in postmenopausal women and to study their clinical significance. STUDY DESIGN: A retrospective study of 412 atrophic Pap smears from postmenopausal women was done to detect the presence of Bbs. The smears from 24 cases showing Bbs were further studied to evaluate the nature of the Bbs with special stains, immunohistochemistry and electron microscopy. RESULTS: Bbs showed a heterogeneous morphology, with variable numbers and staining intensity. The diameter of Bbs was approximately equivalent to that of a parabasal/intermediate squamous cell. Special stains showed Bbs to be positive for periodic acid-Schiff and methyl green pyronin and negative for mucicarmine and calcium. Immunohistochemistry revealed Bbs to be positive for cytokeratin, epithelial membrane antigen and carcinoembryonic antigen and negative for vimentin and muscle-specific actin. Some Bbs had residual ghost nuclear shadows. Electron microscopy revealed cellular skeletons with residual tonofilaments enmeshed within a loose cytoskeleton matrix and nuclei with variable degrees of degeneration. CONCLUSION: Special stains, immunohistochemistry and electron microscopy indicated that Bbs represent parabasal/intermediate squamous cells exhibiting various degree of degeneration. In general, Bbs appear to be of no clinical significance except as a source of potential diagnostic error.     

Ethical, legal and social issues in nutrigenomics: the challenges of regulating service delivery and building health professional capacity

Nutrigenomics, the conjunction of molecular nutrition with human genomics, is among the first publicly available applications of the human genome project. Nutrigenomics raises ethical, legal and social issues particularly with respect to how the public may access nutrigenetic tests and associated nutritional and lifestyle advice. Current regulatory controversy focuses on potential harms associated with direct-to-consumer (DTC) marketing of nutrigenetic tests and especially the need to protect consumers from unreliable tests, false claims and unproven dietary supplements. Nutrigenomics does, however, offer the potential of important health benefits for some individuals. The regulation of nutrigenomic services is slowly evolving, but there is little indication of increased professional capacity to support service delivery. Primary care physicians have minimal training in nutrition and genetics, and medical geneticists are in high demand and short supply. Dietetic practitioners are experts in nutrition science and interest in nutrigenomics is growing among members of this professional group. However, as with physicians, dietetics practitioners would require considerable training to bring nutrigenomics into their practice capacity. A downside of regulatory restrictions on direct consumer access to nutrigenomics companies is that responsible businesses may be hindered in meeting emergent public demand while health care professional groups have not yet developed capacity to provide nutrigenomics services.