Vergleichende Untersuchungen zu ausgewählten Kriterien des Energiestoffwechsels in Skelettmuskulatur, Plasma und Lymphozyten beim Schwein in Abhängigkeit von Alter und Rassenzugehörigkeit, sowie bei Erkrankung an Congenitaler Myofibrillärer Hypoplasie

Abstract

In der vorliegenden Arbeit sollte untersucht werden, ob beim Schwein alters- undrassenabhängige Veränderungen in den Carnitinkonzentrationen der Muskulatur, derLymphozyten und im Blutplasma, der ATP-Synthesekapazität vonMuskelmitochondrien und Lymphozyten, und der Enzymaktivität derCarnitinpalmitoyltransferase in Muskelmitochondrien auftreten. Des weiteren wurdeuntersucht, ob sich bei von Congenitaler Myofibrillärer Hypoplasie betroffenenFerkeln Veränderungen gegenüber gesunden Tieren in Bezug auf denCarnitinstoffwechsel und die oxidative Phosphorylierung feststellen lassen, und ob dieVerhältnisse in der Muskelzelle mit denen in den Lymphozyten soweit vergleichbarsind, dass zur Diagnosestellung der CMH eine Blutprobe die Muskelbiopsie ersetzenkönnte. Die Versuchstiere wurden in die Altersgruppen Ferkel, Läufer, Mastschweine undSauen unterteilt, und die Rassen Piétrain und Deutsche Landrasse in den einzelnenKategorien miteinander verglichen. Die Gruppe der Ferkel setzte sich zu gleichenTeilen aus Grätschern, ihren gesunden Wurfgeschwistern und gesunden Kontrollenaus von CMH unbetroffenen Würfen zusammen. Hierbei wurden auch einigeKreuzungstiere sowie Ferkel der Rasse Deutsches Edelschwein mitberücksichtigt. Folgende altersabhängige Unterschiede im Carnitinhaushalt konnten festgestelltwerden: Ferkel und Mastschweine unterscheiden sich im Carnitingehalt derSkelettmuskulatur, wobei Ferkel höhere Anteile an freiem Carnitin, Mastschweinedagegen mehr Acylcarnitin aufweisen. Im Blutplasma zeigen die Ferkel die höchsten Carnitingehalte, gefolgt von derGruppe der Muttersauen. Läufer und Mastschweine unterscheiden sich kaum. Muttersauen besitzen im Vergleich zu den anderen Alterskategorien die höchstenGehalte an freiem Carnitin in den Lymphozyten. Die Acyl- undGesamtcarnitinkonzentrationen sind bei Ferkeln und Sauen hoch, während Läuferund Mastschweine deutlich geringere Werte aufweisen. Der Rasseneinfluss stellt sich folgendermaßen dar: Weder bei Ferkeln noch bei Mastschweinen zeigt sich ein Einfluss derRassenzugehörigkeit auf die Carnitingehalte in der Muskulatur. Für die Carnitingehalte im Plasma ist eine Tendenz zu höheren Werten für dieNachkommen von Piétrainebern zu erkennen. In den Lymphozyten lassen sich die höheren Carnitinkonzentrationen für dieRasse Piétrain statistisch absichern. Auch die Kapazität der ATP-Synthese ist Alterseinflüssen unterworfen: Sowohl in Lymphozyten als auch in Muskelmitochondrien zeigen in den meistenVersuchsansätzen die Ferkel das höchste ATP-Synthesepotential. Rassenunterschiede kommen weniger zum Tragen: Tiere, die der Deutschen Landrasse angehören, produzieren in der Muskulatur inder Regel mehr ATP als Angehörige der Rasse Piétrain. Für die Lymphozyten läßt sich eine solche Tendenz nicht ausmachen. Auf die Aktivität der Carnitinpalmitoyltransferase lässt sich ein eindeutigerRasseneinfluss nachweisen. Schweine der Rasse Piétrain besitzen die höherenEnzymaktivitäten in den Muskelmitochondrien. Die Alterskategorie spielt dabei nureine geringe Rolle. Mastschweine besitzen tendenziell eine etwas höhereEnzymaktivität als jüngere Tiere. Die Veränderungen im Carnitinhaushalt und in der ATP-Produktion bei Ferkeln mitCMH gegenüber gesunden Geschwistern und unbetroffenen Kontrollwürfen sehenfolgendermaßen aus: Grätscher unterscheiden sich deutlich von gesunden Ferkeln im Carnitingehalt undin den Verhältnissen der Carnitinfraktionen zueinander in Muskelgewebe,Lymphozyten und Blutplasma. Trotz auffallend niedriger Gehalte im Plasma weisen sie in der Muskulatur und inden Lymphozyten mehr Gesamtcarnitin und Acylcarnitin als gesunde Tiere auf. Grätscher können Palmitoylcarnitin als Substrat zur ATP-Synthese schlechterverwerten als gesunde Ferkel. Die Verwertung von Succinat war dagegenungestört. Während ansonsten die Wurfgeschwister der Grätscher den gesunden Kontrollen näher stehen, scheint bei ihnen die Verstoffwechselung derPalmitinsäure ebenfalls beeinträchtigt. Die Vergleichbarkeit von Muskelgewebe und Lymphozyten ist innerhalb derAltersgruppe der Ferkel gegeben, nicht jedoch bei älteren Tieren. DieCarnitinfraktionen weisen in beiden Geweben ein ähnliches Verteilungsmuster auf,und zeigen ebenso wie bei den Verhältnissen in der ATP-Produktion die gleichenUnterschiede zwischen Grätschern und gesunden Ferkeln. Es wäre denkbar, dass sichdaraus eine diagnostisch nutzbare Verwertung ableiten ließe. In the present study it was examined if in pigs age- or breed-related changes in thecarnitine concentration in skeletal muscle, lymphocytes and blood plasma, in thecapacity of ATP-synthesis in muscle mitochondria and lymphocytes and in theenzyme activity of carnitine palmitoyltransferase in muscle mitochondria can bedetected. Additionally it was searched for differences concerning carnitine metabolismand oxidative phosphorylation between piglets suffering from congenital myofibrillarhypoplasia (CMH) and healthy individuals, and it was tried to answer the question ifthe metabolic situation in the muscle cell can be compared with that in lymphocytes insuch a way, that a blood sample could possibly become a substitute for muscle biopsy.The animals in test were divided into the age groups piglet, growing pig, fattening pigand sow, and the two breeds Piétrain and German Landrace were compared in eachcategory. The group of piglets was divided into equal numbers of splayleg piglets,their apparently healthy siblings and healthy controls of litters unaffected from CMH.A few piglets belonging to the breed of German Edelschwein or being crossbreds werealso included into the test. The following age-dependant changes in carnitine metabolism could be determined: Piglets and fattening pigs are showing differences in the carnitine content ofskeletal muscle tissue, whereat piglets own more free carnitine, fattening pigspossess more acylcarnitine. In blood plasma the piglets have the highest carnitine concentrations, followed bythe group of sows. Growing and fattening pigs have lower contents and differ notsignificantly from each other. Compared with the other stages of age the sows had the highest amount of freecarnitine in lymphocytes. The concentrations of total carnitine and acylcarnitinewere highest in the groups of piglets and sows, and distinctively lower for growingand fattening pigs. The influence of breed could be described as follows: Neither piglets nor fattening pigs exhibit an influence of breed on the carnitineIn plasma a tendency towards higher carnitine concentrations for the offspring ofPiétrain sires was seen. The higher carnitine contents measured in lymphocytes of Piétrain could bestatistically proved. The capacity of the ATP-production is also subject to the aging process: In lymphocytes as well as in muscle mitochondria the piglets showed mostly thehighest potential of ATP-synthesis. The pigs breed is of minor influence: Individuals of the German Landrace synthesize more ATP in skeletal muscletissue than those belonging to the Piétrain. There is no such tendency in lymphocytes to be seen. On the contrary the activity of the carnitine palmitoyltransferase is strongly influencedonly by parental origin. The Piétrain exhibit the highest enzyme activity in musclemitochondria, whereas age-dependant variations are small. Fattening pigs show atendency towards higher enzyme activity than younger pigs. These are the alterations in carnitine metabolism and ATP-synthesis of pigletssuffering from CMH compared with healthy siblings and unaffected controls: Splayleg piglets are clearly distinctive from healthy animals regarding carnitineconcentrations in muscle, lymphocytes and plasma. Despite of remarkable low carnitine contents in plasma, they possess much moretotal carnitine and acylcarnitine in skeletal muscle and lymphocytes than healthypiglets. Splayleg piglets could only poorly utilize palmitoylcarnitine as a substrate forATP-production. The utilization of succinate is not impaired. Whereas usually thesiblings of splayleg piglets show more resemblance towards the healthy controls,they seem to have equal problems with metabolising palmitate. Only in the age group of piglets, but not in older animals, it was possible to comparemuscle tissue and lymphocytes in the mentioned biochemical terms. In this age thecarnitine subgroups showed in both tissues a similar pattern and also some closerrelations in the particularities of ATP-synthesis, showing the same differences forsplayleg piglets compared with healthy ones. It is therefore imaginable that anutilization of lymphocytes for the diagnostic of CMH could be developed.