Z. Neurol. 200, 158--173 (1971) © by Springer-Verlag 1971
Zur St(irung der Erregungsiibertragung bei Myasthenia gravis* P. KRUCKENBERG, W . PONTZEN, R. SANDWEG u n d H . BAUER Physiologisches Institut (Prof. Dr. O. Gauer) und Neurologische Abteilung im Klinikum Steglitz der Freien Universit~t Berlin (Prof. Dr. H. Schliack) Eingegangen am22. Februar 1971
On the Impaired Neuromuscular Transmission in Myasthenia Gravis Summary. Intracellular in vitro recordings in 2 cases of myasthenia gravis showed the following results. 1. The depolarizing effect of a single acetylcholine (ACh) quantum (unit potential) was considerably reduced in myasthenic muscle. The mean values of the unit potential amounted to 40 ~ 5 ~V (patient A.) and 85 ± 14 ~V (patient S.), and to 64 ~ 9 ~V and 166 ± 15 ~V, respectively, after the addition of 1 • 10 -6 g/ml prostigmin. 2. The number of ACh quanta released by one nerve action potential at various frequencies was similar to that found with normal junctions. 3. The incubation of muscle fibres in the serum of patients or healthy controls did neither influence significantly the amplitude of the unit potential nor the quantum content of end-plate potentials. This is evidence against the assumption of a stable serum factor of pathogenetic significance, whose action is reversible within 2 days. Key-Words: Acetylcholine - - Autoimmune Disease - - Myasthenia G r a v i s ~Neuromuscular Transmission - - Transmitter Release. Zusammen/assun9. Bei 2 Patientinnen mit generalisierter Myasthenia gravis pseudoparalytica zeigten intracellul~re in vitro-Ableitungen folgende Ergebnisse: 1. Die Depolarisationswirkung des einzelnen ACh-Quants (unit potential) war bei intracellul~rer Ableitung im myasthenischen Muskel erheblich vermindert. Die Mittelwerte der Amplituden des unit potential betrugen 40 ± 5 tzV (Patientin A.) bzw. 85 ~: 14 ~V (Patientin S.) in Ringer-L5sung, 64 ~ 9 ~V bzw. 166 ± 15 ~V nach Zugabe von 1 × 10 6 g/ml Prostigmin. 2. Die Zahl der pro Nervenaktionspotential (NAP) freigesetzten ACh-Quanten lag bei verschiedenen Reizbedingungen im Bereich der bei Normalpersonen gefundenen Ergebnisse. 3. Die Inkubation der Muskelfasern im Serum der Kranken bzw. im Serum von Gesunden hatte weder einen signifikanten EinfluB auf die Amplitude des unit potential noch auf die Zahl der pro NAP freigesetzten ACh-Quanten. Danach ist es unwahrscheinlich, da~ ein stabiler Serumfaktor von pathogenetischer Bedeutung fiir die Myasthenia gravis existiert, dessen Wirkung innerhalb yon 2 Tagen reversibel ist. • Mit Unterstiitzung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft.
Zur StSrung der Erregungsfibertragung bei Myasthenia gravis
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Einleitung Die klinischen Charakteristika der Myasthenia gravis pseudoparalytica, rasche Ermfidbarkeit und eine verzSgerte Erholungsf~higkeit der betroffenen Skeletmuskulatur, sind bedingt durch eine StSrung der neuromuskul~ren Erregungsfibertragung, wie man seit der Entdeckung der therapeutischen Wirksamkeit von Cholinesterase-Hemmstoffen durch Walker (1938) weir. Die Pathophysiologie der Erkrankung mul~ die neueren Ergebnisse der Synapsenphysiologie berficksichtigen. Danach stellt sich der Ablauf der Erregungsfibertragung folgendermal~en dar: Durch ein Nervenaktionspotential (NAP) wird in der pr~synaptischen Nervenendigung eine bestimmte Menge Acetylcholin (ACh) in Form sogenannter Quanten freigesetzt, wobei ein Quant der Menge ACh in einem der elektronenoptisch darstellbaren Vesikel entspricht. Das ACh diffundiert zur postsynaptischen Membran und bewirkt dort eine kurzdauernde lokale Depolarisation, das Endplattenpotential (EPP). Beim Muskelgesunden fiberschreitet das E P P praktisch immer die Membranschwelle und f(ihrt zu einem Aktionspotential der Muskelfaser, d. h. an der neuromuskuli~ren Synapse liegt eine Eins-zu-Eins-~bertragung mit grol~em Sicherheitsbereich vor. Hinsichtlich der l~berleitungsstSrung beim Myasthenia gravis-Kranken wurden verschiedene Mechanismen in Erwiigung gezogen, sowohl pri~synaptische [4, 32], d. h. eine Verminderung der ACh-Freisetzung pro NAP, als auch postsynaptische, d. h. eine Herabsetzung der Empfindlichkeit der Muskelmembran auf ACh, etwa dutch einen curare~ihnlichen Hemmstoff [2, 13, 31]. Elmqvist u. Mitarb. (1964) konnten bei intracelluli~ren in vitro-Ableitungen an Intercostalmuskulatur zeigen, dab die Depolarisationswirkung des einzelnen ACh-Quants bei Myasthenia gravis vermindert ist, wi~hrend die Zahl der pro AP freigesetzten Quanten weitgehend der Norm entspricht. Sie konnten darfiber hinaus wahrscheinlich machen, dab die postsynaptische Empfindlichkeit ffir ACh nicht veri~ndert ist, die Ursache der ErregungsfiberleitungsstSrung in einer Verminderung der Menge an ACh in den Vesikeln der Nervenendigung liegen dfirfte. Zur Pathogenese der Erkrankung wurde seit Walker [35] immer wieder ein neuromuskul~rer Hemmstoff im Serum diskutiert. 1960 i~ul~erten unabhi~ngig voneinander Simpson [25] wegen der engen Beziehungen der Myasthenia gravis zu anderen Autoimmunerkrankungen und Nastuk u. Mitarb. [23] auf Grund yon Schwankungen der Serumkomplementaktivit~t die Vermutung, dal~ es sich um eine Autoimmunerkrankung handeln kSnne. Im gleichen Jahr konnten Strauss u. Mitarb. [27, 28] im Serum von Myasthenia gravis-Patienten einen Antik5rper nachweisen, der eine spezifische Reaktion mit normaler gestreifter Muskulatur zeigte und sparer als IgG-Globulin und Autoantiktirper identifiziert wurde [3, 9, 24]. Es
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P. Kruckenberg, W. Pontzen, R. Sandweg und H. Bauer:
ist jedoch aus m e h r e r e n Grfinden wenig wahrscheinlich, d a $ diese Skeletm u s k e l a n t i k 6 r p e r y o n p a t h o g e n e t i s c h e r B e d e u t u n g sind [ 1, 21, 22, 26, 29]. Vielmehr rfickte die t t y p o t h e s e in den V o r d e r g r u n d , d a b es sich bei d e m S e r u m f a k t o r u m eine aus d e m T h y m u s s t a m m e n d e S u b s t a n z handelt, z u m a l bei e t w a 7 0 - - 9 0 % der M y a s t h e n i a g r a v i s - P a t i e n t e n T h y m u s ver/inderungen b e o b a c h t e t werden. E s wurde die Vorstellung entwickelt, d a b nach einer Thymusver/~nderung i m Sinne einer A u t o i m m u n t h y m i t i s der ver~nderte T h y m u s eine S u b s t a n z m i t p h a r m a k o l o g i s c h e r W i r k u n g an der motorischen E n d p l a t t e p r o d u z i e r t [11, 30]. Goldstein u. Mitarb. h a b e n in n i c h t u n b e s t r i t t e n e n Versuchen nach I m m u n i s i e r u n g m i t T h y m u s e x t r a k t in 5 0 - - 6 0 % der Versuchstiere histopathologische T h y m u s ver/~nderungen u n d elektrophysiologische S y m p t o m e im Sinne einer t~berleitungsst6rung beschriehen [10, 12--14, 16, 33]. Ziel d e r vorliegenden A r b e i t war, die Ergebnisse y o n E l m q v i s t u. Mitarb. (1964) durch A b l e i t u n g e n a n einer gr61~eren Zahl y o n Muskelfasern einzelner M y a s t h e n i k e r zu fiberprfifen sowie den m6glichen EinfluB des Serums y o n M y a s t h e n i e k r a n k e n u n d Muskelgesunden a u f die ACh-Freisetzung zu untersuchen. Methodik Intercostahnuskulatur yon 2 Patientinnen (A., 53 Jahre, und S., 28 Jahre, klinischer Verlauf s.u.) wurde bei der Thymektomie gewonnen 1. W/~hrend der ca. 4--5 Std dauernden Pr/iparation yon jeweils ca. 20 Muskelbfindeln wurden die Pr~parate in Ringer-LSsung, die mit Carbogen (95(~.~ 02, 5% C02) durchperlt war, aufbewahrt. Die LSsung hatte folgende Zusammensetzung (in mMol/1): NaC1 118,5. NaHCOa 24,9, CaC12 2,54, MgSOa 1,12, KH~POa 1,12, KC1 4,74, Cholin 4,8 x 10-2, Glucose 1,0 g/1. Preparation und anschliei~ende Inkubation erfolgten bei Raumtemperatur (ca. 20°C), die Registrierung bei 31--32°C in Ringer-LSsung, Inkubationsdauer und Inkubationsmedium sind in Tabelle 1 aufgefiihrt. Es wurde die konventionelle Technik der Registrierung mit Mikrocapillaren angewandt [8]. Capillaren mit relativ niedrigen Widerst~nden (ca. 5 M~2) wurden wegen des geringeren Rauschpegels bevorzugt. Es wurden nur solche Potentiale (EPP, MEPP) ausgewertet, deren Anstiegszeit kleiner als 2 msec war, die also aus unmittelbarer Endplattenn/~he abgeleitet wurden. Die Reizung erfolgte mittels bipolarer Feldreizung, wobei dig Feldrichtung so gewKhlt wurde, dal~ der Reizartefakt m5glichst klein war (Dauer der Rechteckreize 0,01--0,03 msec, St~rke 5--100 V). Das Membranpotential sowie das Reizprogramm wurden auf einem Monitoroszillographen beobachtet und auf einem Analogspeicher aufgezeichnet. Die Amplitudenauswertung erfolgte mit Hilfe einer digitalen Rechenanlage 2 [18] unter optischer Kontrolle (Abb. I u. 2). DiG Computerauswertung hatte neben der grSBeren Genauigkeit und Schnelligkeit (im Vergleich zur Filmregistrierung) den Vorteil. dab der Rauschpegel jeweils mitgemessen werden konnte. Die Berechnung der 1 Wir danken Herrn Chefarzt Dr. Freise, Klinik fiir Lungenkranke, Heckeshorn, und Herrn Prof. Dr. Franke, Chirurgisehe Universiti~tsklinik im Klinikum Steglitz, ffir die Gewinnung der Muskelpriiparate. 2 Wir danken Herrn Prof. Dr. Griisser fiir die t~berlassung yon Rechenzeit.
Zur St6rung der Erregungsiibertragung bei Myasthenia gravis
161
Tabelle 1. ~ibersicht iiber die unterschiedliche In]cubation der verschiedenen Prdparate Patient
Pr~paratbezeichhung
l n k u b a t i o n s m e d i u m und -dauer
A.
R N 1 N K
1. Ringer 6 Std 1. Ringer 6 Std 1. Ringer 6 Std
M K
1. Ringer 6 Std
N 2
1. Ringer 6 Std
2. - 2. N-Serum 4 Std 2. N-Serum (30 mMol/1 K +) 8 Std 2. M-Serum (30 Mol/1 K+) 8 Std 2. N-Serum 20 Std
R N 1 M N 2 N 3
1. 1. 1. 1. 1.
2. 2. 2. 2. 2.
S.
Ringer Ringer Ringer Ringer Ringer
6 6 6 6 6
Std Std Std Std Std
-N-Serum M-Serum N-Serum N-Serum
3.
--
3.
--
3. N-Serum 1 Std 3. M-Serum 6 Std 3. - -
8 Std 20 Std 41 Std 48 Std
Die Pr~parat-Bezeichnungen werden in den Abbildungen verwandt. N-Serum: Serum yon muskelgesunden Versuchspersonen. M-Serum: Serum der Patientin, der der Muskel e n t n o m m e n wurde. Die Registrierung erfolgte in Ringer-LSsung.
/ \ 5
1234 Abb. 1. MEPP-Amplitudenauswertung am Digitalrechner. Dauerdysplay eines M E P P a u f dem Rechneroszillograph zur Einstellung der Auswertungsparameter nach Speicherung von 512 digitalen Mel3werten des Potentials (Patientin S., RingerLSsung) : Durch digitale Tiefpal3filterung m i t ver~nderlicher Zeitkonstanten wird ein gleitender Mittelwert (6) des Membranpotentials gebildet. Darfiber wird eine Schwelle (5) festgelegt. Eine fiber die Schwelle hinausgehende Potentialschwankung wird n u r als M E P t ) registriert, wenn das Potentialmaximum und der Potentialabfall auf die H~lfte des Maximums in festgelegte ZeitrKume fallen (1--2 bzw. 3--4). Die Amplitude des M E P P wird berechnet als Differenz des Potentialmaximums und des gleitenden Mittelwertes. Die 256 Potentialwerte vor und die 256 Potentialwerte nach Schwellendurchgang sind jeweils in ihrer zeitlichen Abfolge auf dem Computeroszillographen yon links nach rechts abgebildet
P. Kruckenberg, W. Pontzen, R. Sandweg und H. Bauer:
162
-Pl
:" ~ " '.
...
"
21
5 6 I I 2msec
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P0
-
34
P
o
T
O ¸
Z
|
E
b
~
Abb. 2a u. b. EPP-Amplitudenauswertung am Digitalrechner. a Der geiz ist auf einem in der Abbildung nicht dargestellten Kanal registriert und triggert bei Schwellendurchgang die Speicherung und optische Darstellung von maximal 256 digitalen MeBwerten des Membranpotentialablaufes. Der Rechner sucht das Maximum in einem festgelegten Bereich (5--6) und berechnet das Bezugspotential als Mittelwert yon 4 Ruhepotentialwerten zu festgelegten Zeitpunkten (1--4). Bezugspotential (P0) und Potentialmaximum (Pl) werden am Ende der Zeile zur optischen Kontrolle als Horizontallinien dargestellt. Die Differenz des Potentialmaximums Pl und des Bezugspotentials Po ist die EPP-Amplitude. b Auswertung yon EPP-Amplitude unter optischer Kontrolle naeh Einstellung der Auswertungsparameter: Jedes E P P und die dazugehSrige Amplitude (horizontale Striche am rechten Bildrand) erscheinen auf dem Oszill%oTaphen (ca. 40 E P P iibereinander photographiert)
mittleren Quantenzahl aus einer Serie yon E P P (vgl. [30]) wurde nur dann vorgenommen, wenn der durch das t~auschen der Grundlinie bewirkte Fehler in der Berechnung der Quantenzahl k]einer als 15°/() war; er betrug meist weniger als 50/0.
Zur StSrung der Erregungsfibertragung bei Myasthenia gravis
163
Wenn die EPP-Amplituden grSl~er als 2 mV waren, wurde eine Korrektur ffir nichtlineare Summation durchgeffihrt [19]. Um die Amplituden der MEPP verschiedener Fasern vergleichen zu kSnnen, haben wir wie Elmqvist u. Mitarb. (1964) nach einer Formel von Katz u. Thesleff (1957) die Amplituden auf ein RP yon 85 mV umgerechnet. Klinik
1. Patientin A., geb. 9.2. 1915 Seit November 1967 bemerkte die Patientin langsam progrediente SprachstSrungen, Kau- und Schluckbeschwerden, cine linksseitige Ptosis sowie eine Schw/iche der Nackcn- und proximalen Armmuskulatur. Auf Grund der klinischen S y m p t o m a t i k und eines positiven Tensilon-Testes wurde die Diagnose einer bulb~ren Form der Myasthenia gravis pseudoparalytica mit l~bergang zur Generalisation diagnostiziert. Am 16.4. 1968 wurde ein rSntgenologisch im vorderen linken Mediastinum darstellbarer, m/£nnerfaustgrol~cr, extrapleural gelegener Tumor entfernt, histologisch ein vorwiegend lymphoepithcliales Thymom. 2 Monate nach der Operation t r a t im Rahmen einer allgemeinen Verschlechterung eine Ateminsuffizienz auf, so dal~ eine kfinstliche Beatmung und Ern/~hrung fiber eine Magensonde erforderlich wurde. Nach vorfibergehenden Besserungen, einmal nach einer ACTH-Kur, sp/iter spontan, k a m es im Juli 1969 zu einer akuten Exacerbation der L/ihmungserscheinungen und der Ateminsuffizienz, die durch Cholinesterasehemmer nicht mehr zu beeinflussen war. Am 16.9. 1969 verstarb die Patientin. Bei der Obduktion wurden histologisch eine Muskelatrophie und kleinherdige perivascul/£re Lymphocyteninfiltrate der Muskulatur festgestellt.
2. Patientin S., geb. 18.6. 1941 I m Mai 1968 traten bei der Patientin langsam progrediente SprachstSrungen, eine linksseitige Ptosis und ein motorisches Schw/ichegeffihl dcr rechten H a n d auf. Auf Grund des Erscheinungsbildes und eines positiven Tensilon-Testes wurde die Diagnose gestellt. Am 2.10. 1969 kam es unter Mestinon-Behandlung zu einer myasthenischen Krise mit Generalisierung der L/~hmungserscheinungcn. Obwohl sich r6ntgenologisch kein Anhalt ffir einen Mediastinaltumor ergab, wurde am 10.11. 1969 einc Thymektomie durchgcffihrt. Histologisch handelte cs sich um einen persistierenden Thymus mit zahlreichen Keimzentren im Thymusmark. Die Patientin wurde postoperativ fiber 8 Tage intubiert, assistiert bea t m e t und fiber eine Sonde ern/£hrt. Es zeigte sich dann eine vorfibergehende Besserung mit einer Rcduktion der Pyridostigmin retard-Dosis. Unter zus/itzlicher immunosuppressiver Therapie kam es zu einer seit 8 Monaten anhaltenden Remission.
164
P. Kruckenberg, W. Pontzen, R. Sandweg und H. Bauer:
Ergebnisse In Versueh A. war bei indirekter Reizung der Muskelbfindel ca. ein Drittel, in Versuch S. etwa die H~lfte der Antwortpotentiale fiberschwellig. Bei Reizung mit Frequenzen fiber 5/sec zeigte sich bei mikroskopischer Betrachtung, dab schon nach wenigen Reizen ein Tell der Fasern erschlaffte und andere sich nut intermittierend kontrahierten. Entsprechend zeigten die intracellul~iren Potentialmessungen entweder nur noch E P P bzw. alternierend AP und E P P . I n Versuch A. konnten wir nach Reizung mit 10/sec in keiner Faser APs fiir mehr als 2 sec ableiten. In Versuch S. wurden nach ca. 10 sec Dauer der Reizung mit 10/sec in weniger als 10% der Fasern APs beobachtet. In Versuch A. wurden nut an 3 Fasern M E P P gefunden (Frequenz 0,1--0,3/sec, Amplituden 80--120 ~zV, Prostigmin 1 × 10 -~ g/ml). Dagegen lietlen sich im Versuch S. in jedem untersuchten Muskelbfindel spontane M E P P nachweisen (16 Fasern, Frequenzen 0,1--0,9/sec, Mittelwert 0,56/sec,Amplituden 67--230 ~zV, zum Teil mit Prostigmin 1 × 10-6g/ml). Eine Erh6hung der Kaliumkonzentration yon 5,6 auf 15,6 mMol/1 in der Badl6sung bewirkte eine Erh6hung der MEPP-Frequenz um das 20fache. In beiden Muskeln wurden dariiber hinaus in einer Reihe von Fasern fokale E P P registriert (43 Fasern in Versuch A., 24 Fasern in Versuch S.), die hinsichtlich Anzahl und Rauschabstand zur Berechnung der Quantenzahl und der Depolarisationswirkung des Einzelquants (unit potential) geeignet waren. Dabei konnte an einigen Fasern das unit potential sowohl als spontanes M E P P gemessen, wie auch aus der Varianz der E P P bereehnet werden (Abb. 3). Die (Jbereinstimmung erscheint befriedigend, Q EPP
[~v]
200"
100-/~ 16o
26o
o~EPP
Abb. 3. Berechnung des unit potential aus der Varianz der EPP-Amplitude (Q.EPP) und Vergleich mit gleichzeitiger )/[essung der MEPP-Amplituden (Q-MEPP) an 6 Fasern (Patientin S.)
Zur StSrung der Erregungsfibertragung bei Myasthenia gravis
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wenn m a n berficksichtigt, dal~ die A b w e i c h u n g im Bereich d e r niedrigen A m p l i t u d e n d a r a u f zurfickzufiihren ist, dal] die kleineren s p o n t a n e n M E P P z u m Tell i m R a u s c h p e g e l v e r s c h w a n d e n , so dal~ d e r M i t t e l w e r t etwas zu hoch b e r e c h n e t wurde. I m folgenden wird zwischen d i r e k t gemessenen u n d errechneten W e r t e n ffir die A m p l i t u d e des u n i t p o t e n t i a l n i c h t m e h r u n t e r s c h i e d e n u n d diese als M E P P - A m p l i t u d e bezeichnet. N i m m t m a n an, dal] ein kurzfristig w i r k e n d e r S e r u m f a k t o r ffir die m y a s t h e n i s c h e l ~ b e r t r a g u n g s s t S r u n g v e r a n t w o r t l i c h ist, wird m a n erwarren, d a b die M E P P - A m p l i t u d e z u n i m m t , wenn der Muske] i m S e r u m yon N o r m a l p e r s o n e n ffir 1 - - 2 Tage fiberlebend gehalten u n d d a m i t der S e r u m f a k t o r ausgewaschen wird. Eine st£rkere R e d u z i e r u n g der M E P P A m p l i t u d e wiirde m a n erwarten, wenn d u r c h l n k u b i e r e n des P r ~ p a r a t e s in 30 mM KC1 der G e h a l t a n urspriinglichen ACh-Vesikeln weitgehend r e d u z i e r t ist. Beides wurde u n t e r s u c h t , I n k u b a t i o n s m e d i e n u n d -dauer sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Die nach u n t e r s c h i e d l i c h e r I n k u b a t i o n gefundenen M E P P - A m p l i t u d e n sind in A b b . 4 dargestellt. Es scheint eine Z u n a h m e d e r A m p l i t u d e n bei I n k u b a t i o n in N o r m a l s e r u m vorzuliegen, besonders i m Versuch S. (Abb. 4). Die S t r e u u n g der A m p l i t u d e n in j e d e m einzelnen P r ~ p a r a t ist j edoch erheblich, so da[t die U n t e r s c h i e d e der M i t t e l w e r t e in den verschie-
Q
[~v]
0 [~v]
Pat. A
200
200
150-
150-
100
100-
50.
50-
R RP
N1
NK NEP
~I1~ MKP
N2
Pat. S
R
N1
N2 N2P
N3 N3P
Abb. 4. Amplitude des unit potential (Q) nach Inkubation im Serum von Normalpersonen (N) und im Serum der beiden Patienten: R Ringer-L6sung, K auf 30 mMol Kalium angereicherte L6sung, P Zugabe von 1 × 10-6 g/ml Prostigmin (schraffierte Sgulen). Bezeichnung der Pr~parate entsprechend Tabelle 1. Die aus der Varianz der EPP-Amplituden berechneten und die als MEPP-Amplituden gemessenen Werte fdr Q wurden zusammengefa~t. Die in Klammern angegebenen Zahlen am FuB der S~iulen geben die Anzahl der Fasern an, aus denen abgeleitet wurde. Die MEPPAmplituden zeigten nach Gabe yon Prostigmin eine Zunahme yon 50--100°/o . Die MEPP-Amplitudenzunahme im Verlauf der Inkubation im Normalserum (Versuch S.) ist statistisch nicht signifikant
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P, Kruckenberg, W. Pontzen, 1%. Sandweg und H. Bauer:
denen Inkubationsrnedien nicht signifikant sind. Ein unterschiedlicher EinfluB der Inkubation in Normalserum oder Myasthenikerserum h/~tte sich am ehesten nach Erh6hung der K.Konzentration auf 30 raM/1 zeigen miissen: Unter diesen Versuchsbedingungen wurde infolge einer Steigerung der MEPP-Rate auf fiber 100/see w&hrend der 8stfindigen Inkubation eine ACh-Menge freigesetzt, die in der Gr6genordnung der in der Nervenendigung gespeicherten ACh-Menge liegt [5, 7, 17]. Die mittlere MEPP-Amplitude war jedoch n~ch Inkubation im Patientenserum (MK) und im Normalserum (NK) nahezu gleich gro6. Es schien deshalb gerechtfertigt, die Ergebnisse von s~mttiehen Fasern von jedem der beiden
H~uflgkelt
10
~
20
Pat.A
50
100 200
500 1000
Ibv] Pat.S
~b
3o
56
15'
~6o
200
['-}
t0'
5o0 ~ooo
[~v]
8 Pat. von
Elmqvist et al. -~
'i6
2b
io
~oo 2bo
S6o ~doo
[.v]
Abb, 5. Histogramm der mittleren Amplituden des unit potential Q (Abszisse) bei Patientin A., Patientin S. und 8 Patienten von Elmqvist u. Mitarb. Schraffierte Sii,ulen Prostigmin 1 × 10 .-6 g/ml, weiBe Siiulen ohne Prostigmin
Zur StSrung der Erregungsiibertragung bei Myasthenia gravis
167
Tabelle 2. MEPP-Amplituden
Versuch A. Versuch S. Daten nach Elmqvist u. Mitarb. (8 Patienten)
Ringer-LSsung
Prostigmin 1 × 10-6 g/ml
40 ~ 5 (25) ~V 85 j: 14 (23) ~V 200 ± 14 (57) ~tV
64 =L 9 (23) IzV 166 ~ 15 (ll) tzV
MW ~ mittlerer Fehler des MW (Zahl der Fasern).
Muskeln zusammenzufassen (Abb. 5, Tabelle 2). Daraus geht hervor, dab die MEPP-Amphtuden im Versuch A. geringer waren als im Versuch S. (ohne Prostigmin sowie mit Prostigmin p < 0,01) und deuthch geringer als bei den Versuchen yon Elmqvist (57 Fasern von 8 Myasthenikern). Die MEPP-Amplitude im Intercostalmuskel gesunder Personen liegt bei 1 mV, d. h., die Miniaturendplattenpotentialamplitude war bei den Patienten yon Elmqvist auf 20%, bei Patientin S. auf ca. 8 0 , bei Patientin A. auf 4 % vermindert. Prostigmin bewirkte eine Zunahme der Amplituden um ca. 50--100%. Die Amplitude des E P P ergibt sich unter Berficksichtigung eines Korrekturfaktors ffir nichtlineare Summation als Produkt aus MEPP-Amplitude und Quantenzahl. In normalem Muskel werden durch ein einzelnes AP ca. 100 Quanten ffeigesetzt. I m Verlauf einer Reizserie mit Frequenzen yon fiber 1/sec nimmt die Zahl der Quanten pro l~eiz ab und erreicht nach ca. 3--8 Reizen ein Plateau. Das gleiche Verhalten ist auch im Muskel von Kranken mit Myasthenia gravis zu beobachten (Abb. 6). Die dabei gemessenen Quantenzahlen bei verschiedenen Reizfrequenzen liegen im Bereich der Norm (Elmqvist u. Mitarb., 1964; eigene nnverSffentlichte Untersuchungen). Solange die Erregungsleitung der Nerven intakt war, nahm auch nach fiber 40stfindiger Inkubation die Zahl der freigesetzten Quanten nicht ab, weder bei Einzelreizen noeh bei frequenter Reizung (Abb. 7). Nach den fiber die Vorg~nge in der Nervenendigung entwickelten Modellvorstellungen (vgl. [31]) wird die Freisetzung im Bereich des Plateaus kurzer Reizserien dnrch die Geschwindigkeit des Transportes yon AChQuanten aus einem Speicher in das Reservoir an freisetzbarem ACh begrenzt. Bei l~ngerdauernder Reizung mit Frequenzen yon mindestens 10/see bleibt die Quantenzahl naeh Erreichung des ersten Plateaus nicht konstant, sondern nimmt allmKhlich weiter ab, bis sich ein zweites Plateau einstellt. Die Zahl der zu diesem Zeitpunkt pro Zeiteinheit freigesetzten Quanten entspricht dann der Nachheferung yon ACh-Quanten in den Speicher. Es ist bisher nur fiber wenige Versuche mit entsprechend langen Reizserien von mehreren tausend Reizen berichtet worden, so dab
P. Kruckenberg, W. Pontzen, R. Sandweg und H. Bauer:
168
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Abb. 8. Zahl der pro Aktionspotential freigesetzten ACh-Quanten (m) bei verschiedener Inkubationsdauer und verschiedenen Inkubationsmedien. Bezeichnung der Pr~iparate s. Tabelle 1. O - - O - - O Reizfrequenz 0,2/sec (Patientin A.) bzw. 0,3/sec (Pat.ientin S.), × - - × - - × Reizfrequenz 10/see. Die Inkubationsdauer (bis zu 40 Stud) h~tte bei den verwendeten Inkubationsmedien weder bei Einzelreizen noch bei frequenter Reizung einen EinfluB auf die Zahl der pro AP freigesetzten ACh-Quanten
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(t EPP
[~v]
100 -80 -60
-40 -20 -0
'
/
i
tO0 5bo 1060
2000
D,
3000 Reizzahl
Abb. 7. E P P - und unit potential-Amplitude im Verlauf langer Reizserien (Reizfrequenz t0/see, Patientin S.). × - × - × unit potential-Amplitude, berechnet aus der Varianz der EPP-Amplitude, . . . . . Mittelwerte yon jeweils 25--200 E P P , ® - - ® - - ® Amplitude des 1. bis 5. EPPs nach Reizbeginn. Die EPP-Amplitude f~l]t im Verlauf der ersten 5 Reize stark ab. Nach 3000 Reizen betrug die mittlere E P P Amplitude noch 75% des Mittelwertes zwischen 5. und 20. Reiz. Die unit potentialAmplitude blieb w~ihrend der Reizserie konstant pat.A
m
150 100, 5O
Oat.S m
150 t0050-
Abb. 8 12 Z. Neurol., Bd. 200
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ein quantitativer Vergleich mit Normalmuskeln nur vorsichtig zu beurteilen ist. Bei 3 Reizserien mit 10/sec betrug die mitttere EPP-Amplirude nach 3000 Reizen 74°/o (Patientin A.), 77 und 68% (Patientin S.) des Mittelwertes zwischen 5. und 20. Reiz. Wi~hrend dieser Reizserien blieb die MEPP-Amplitude konstant (Abb. 8). Bei einer Hemmung der AChSynthese durch Hemicholineum nehmen dagegen MEPP- und EPPAmplituden im Verlauf langer Reizserien gleichmi~l]ig ab [15]. Diskussion
Die St6rung der Erregungsiiberleitung bei Myasthenia gravis ist durch eine Verminderung der Depolarisationswirkung des einzelnen AChQuants bedingt. Insofern unterstiitzen die dargelegten Ergebnisse die Befunde yon Elmqvist u. Mitarb. (1964). Allerdings war die Verminderung der MEPP-Amplituden in unseren Versuchen noch wesentlich ausgeprggter. Der Schweregrad der Myasthenie bei den Patienten von Elmqvist (1964) war sehr unterschiedlich und umfal3te sowohl isolierte ocul~re als aueh generalisierte Krankheitsbilder mit respiratorischer Beteiligung. In der vorliegenden Arbeit wurden zwei schwerere Krankheitsbilder untersueht. Eine Zuordnung der mittleren Amplitude der Miniaturendplattenpotentiale zu den entsprechenden klinischen Daten wurde von Elmqvist nicht durchgefiihrt, offenbar wegen der zu geringen Zahl von Fasern im Einzelversuch und der grol3en Streuung der Miniaturendplattenpotentialamplituden in einem einzigen Muskelbfindel. Ein methodiseher Unterschied zwischen der Arbeit yon Elmqvist u. Mitarb. und den hier dargestellten Experimenten ist darin begriindet, dal~ Elmqvist u. Mitarb. nur die Fasern beriicksichtigten, an denen sie spontane M E P P gefunden haben, wir aber auch diejenigen, an denen die Depolarisationswirkung des Einzelquants aus der Varianz der EPP-Amplituden berechnet wurde. Gerade in diesen Fasern waren die Amplituden oft besonders niedrig und spontane MEPP nicht zu beobachten. Danach ist es nicht ausgeschlossen, dab Elmqvist u. Mitarb. nut die Fasern mit den relativ gr6ftten MEPP selektiv erfal~ten, da~ demnach auch bei ihren Patienten die eigentlichen mittleren MEPP-Amplituden wesentlich niedriger lagen. Die Tatsache, da~ die Intercostalmuskulatur von Patienten, bei denen nach dem klinischen Befund eine lokalisierte, ocul~tre oder bulb~re Myasthenie vorlag, die charakteristische Verminderung der MEPP-Amplituden aufwies, zeigt eindrucksvoll, dal~ es sich bei der Myasthenie immer um eine generalisierte Erkrankung handelt. Der unterschiedliche klinische Auspr~gungsgrad an verschiedenen Muskelgruppen ist nicht nur davon abh~ngig, inwieweit diese Muskelgruppen spezifisch gesch~digt sind hinsichtlich der Verminderung der Depolarisationswirkung des Einzelquants, sondern auch von den iibrigen elektrophysiologischen Charakteristika.
Zur St6rung der Erregungsfibertragung bei Myasthenia gravis
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So dfirften tonische Muskelfasern, wie sie an den ~uSeren Augenmuskeln des Menschen vorkommen, die eine graduierte Kontraktion auf den freigesetzten Ubertri~gerstoff zeigen, frfiher betroffen sein als phasische Muskelfasern, die normalerweise eine Alles-oder-nichts-l~bertragung mit grol~em Sicherhcitsfaktor aufweisen. Dieser Sicherheitsfaktor h~ngt wiederum yon der Zahl der freigesetzten Quanten, der schon bei normalen Muskeln unterschiedlichen MEPP-Amplitude [15] und der Mcmbranschwelle ab und ist unseres Wissens bisher systematisch nicht untersucht worden. Die Membranschwelle ist beim Zwerchfell besonders gering (etwa 1,5 bis 3 mV beim Goldhamster und der Maus, unverSffentlichte eigene Untersuchungen); dem wiirde beim Menschen entsprechen, daI~ bei einer Curare-Ve~giftung das Zwerchfell zuletzt betroffen wird. Aus diesem Grunde dfirfte auch bei Myasthenia gravis die respiratorische Insuffizienz nur bei schwerster Auspr~gung der Erkrankung auftreten und eine StSrung im Bereich der Intercostalmuskulatur normalerweise maskiert sein. Es ist noch nicht sicher, welche unmittelbare Ursache der Verminderung der Depolarisationsamplitude des Einzelquants zugrunde ]iegt. Ein auswaschbarer curarei~hnlicher Hemmstoff wie auch eine vermehrte Aktivit~t der Cholinesterase (ChE) sind nach den vorliegenden Einzelzellableitungen ausgeschlossen. Eine vollsti~ndige H e m m u n g der ChE bewirkt eine etwa 50--100% ige Zunahme der Depolarisationsamplitude, woraus sich die begrenzte therapeutische Wirksamkeit derAnti-ChEn ergibt. Nach den Untersuchungen yon Elmqvist ist der pr~synaptische Charakter der myasthenischen StSrung wahrscheinlich. Die eigentliche Ursache ffir die Reduktion des Einzelquantes ist jedoch noch weitgehend ungckl£rt. Von Goldstein u. Mitarb. [10, 12] wird im Zusammenhang mit einer Autoimmunthymitis eine experimentelle Myasthenie beschrieben. Es ist dabci zu beriicksichtigen, dad die beobachtete Verminderung der Miniaturendplattenpotentiale bei den Tieren, bei denen sie fiberhaupt gefunden wurde, bei etwa 50% lag, d. h., dab die MEPP-Amplitude welt gr6Ber war als die bei Myastheniekranken in subklinisch betroffenen Muskeln.
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