Molekulare Effekte von körperlicher Belastung und Stress ... · The plasticity of skeletal muscle is high depending on stress and meta-bolism. Peripheral arterial occlusive disease

Jahrgang 51, Nr. 1 (2000) DEUTSCHE ZEITSCHRIFT FÜR SPORTMEDIZIN 11

Skelettmuskel, Molekularbiologie, pAVK ÜbersichtenJürgen M. Steinacker, Werner Lormes, Manfred Lehmann, Yuefei Liu

Molekulare Effekte von körperlicher Belastung und Stress auf den Skelettmuskel – Beispiel periphere arterielle Verschlusskrankheit

Molecular effect of physical exercise and stress on the skeletal muscle – the example of peripheral arterial occlusive disease

Abt. Sport- und Rehabilitationsmedizin, Medizinische Klinik und Poliklinik, Universitätsklinikum Ulm

Der Skelettmuskel hat eine hohe Plastizität in Abhängigkeit von

Belastung und Stoffwechsel. Die peripheren arteriellen Verschlußkrankheit

(pAVK) führt zu Durchblutungsmangel, Belastungsschmerzen und

körperlichem Leistungsverlust und damit zu wichtigen Veränderungen

der peripheren Durchblutung und der zellulären Reaktionen der Musku-

latur. Chronischer Durchblutungsmangel aktiviert vasokonstriktive

Mechanismen, insbesondere das Renin-Angiotensin-System mit negativen

Auswirkungen auf Stoffwechsel und Blutdruckregulation. Körperliche

Belastung führt zu einer starken endogenen Produktion vasodilatierender

Substanzen wie NO, Prostazyklin und Bradykinin, damit zu einer

Verbesserung der peripheren Durchblutung und induziert lokale

Gefäßwachstumsfaktoren (HIF, VEGF). Ischämie bedeutet einen hohen

zellulären Stress mit Energiemangel, Azidose, freien Radikalen. Ein

wichtiger Schutzmechanismus ist die Produktion von Stressprotein

(Heat Shock Protein; HSP) im Skelettmuskel bei pAVK. HSP stabilisiert

die Protein- und Genstrukturen der Zelle, unterstützt bei der Protein-

denaturierung und bei der Proteinsynthese als „Molekulares Chaperone“.

Die myofibrillären Proteine zeigen bei der pAVK einen Verlust von

schnellen Myosin-Schwerketten und Expression eines langsamen,

energetisch effizienteren Muskelfasertyps. Training und Stress verän-

dern die Genexpression über verschiedene Wege der zellulären Signal-

transduktion. Gehtraining spielt eine wichtige Rolle in der Therapie der

pAVK, wobei begleitend die Durchblutung medikamentös / interventionell

behandelt werden sollte, und bessert das subjektive Befinden und die

Belastbarkeit der Patienten.

Schlüsselwörter: Durchblutungsregulation, Renin-Angiotensin-

System, Heat Shock Protein, Myosin-Schwerketten,

Signaltransduktion

ZusammenfassungThe plasticity of skeletal muscle is high depending on stress and meta-

bolism. Peripheral arterial occlusive disease (PAOD) leads to deficiency

in perfusion, pain on exercise and loss of physical performance, and

thus to important chains in peripheral perfusion and in the cellular

reactions on the musculature. Chronic perfusion deficiency activates

vasoconstrictive mechanisms, especially the renin-angiotensin-system,

with negative effects on metabolism and regulation of blood pressure.

Physical exercise leads to marked endogenous production of vasodila-

ting substances like NO, prostacycline and bradykinin, and thus to

improvement in peripheral perfusion, it induces local vascular growth

factors (HIF, VEGF). Ischemia implies a high cellular stress with lack of

energy, acidosis, free radicals. The production of stress proteins (heat

shock protein; HSP) is an important protective mechanism in the skeletal

muscle in case of PAOD. HSP stabilizes the protein and gene structure

of the cell, supporting by protein denaturation and protein synthesis as

a „molecular chaperone“. The myofibrillar proteins show a loss of rapid

myosin heavy chains in PAOD and an expression of a slow, more energy-

efficient muscle fiber type. Training and stress alter the gene expressi-

on via various pathways of cellular signal transduction. Walking trai-

ning plays an important role in the therapy of PAOD, whereby perfusi-

on should be concurrently treated with medication or interventional

means, and it improves the subjective well-being and exercise capacity

of the patient.

Key words: Regulation of perfusion, renin-angiotensin system, heat

shock protein, myosin-heavy chains, signal transduction.

Summary

am Beispiel der peripheren arteriellen Verschlusskrankheit (pAVK) untersucht werden. In dieser Übersicht wollen wir dieBedeutung von Untersuchungen des Skelettmuskels beimTrainierenden und beim Patienten darstellen und dabei unserVerständnis der Rolle der internistischen Sportmedizin fürdie Pathophysiologie in der klinischen Medizin erläutern.

Erkrankungen führen in vielfältiger Weise zur Störungvon Organfunktionen wie zum Beispiel der Durchblutungund des Stoffwechsels, aber auch zu Inaktivität, letztendlich

Körperliches Training wirkt sich ganz besonders auf denSkelettmuskel und damit auf die Leistungsfähigkeit aus.Training ist ein besonderer, natürlicher Stress des Muskels,es gibt jedoch viele weitere physiologische und patho-logische Stressoren wie zum Beispiel Durchblutungsmangel.Viele dadurch bedingte Adaptionen des Skelettmuskelskönnen gut bei körperlichem Training und speziell

Training als Therapie

12 DEUTSCHE ZEITSCHRIFT FÜR SPORTMEDIZIN Jahrgang 51, Nr. 1 (2000)

Übersichten Skelettmuskel, Molekularbiologie, pAVK

Die Basistherapie zielt auf die positive Beeinflussung derRisikofaktoren und beinhaltet die Aufgabe des Rauchens, dieBehandlung der arteriellen Hypertonie, der Hypercholeste-rinämie und des Stoffwechsels (Hyperinsulinämie, Diabetesmellitus, etc.) durch Diät und Gewichtsabnahme sowie dieUnterstützung dieser Maßnahmen durch Gehtraining(25,47,64,67,81).

Die peripheren Gefäße sind im Verhältnis zur versorgtenMuskelmasse sehr lang und die Ruhedurchblutung ist imVerhältnis zu anderen Organen relativ niedrig. So liegt dieRuhedurchblutung des Skelettmuskels bei etwa 5 mL·min-1

·100g-1, die des Herzmuskels bei etwa 50 mL·min-1·100g-1.Dagegen steigert sich bei Belastung die koronare Durchblu-tung nur um etwa das vierfache, die Skelettmuskeldurchblu-tung dagegen kann sich um das zehnfache steigern. Ohnekörperliche Belastung ist der Blutfluss in den peripherenBlutgefäßen gering, die Scherkräfte am Endothel sind nied-rig sowie endogene Mechanismen der Vasodilatation wenigaktiv (36,70).

Die Regulation der peripheren Durchblutung und der Ka-pillarversorgung der Organe ist vital wichtig, sodass ähnli-che Regulationsmechanismen mehrfach vorhanden sind. Sowirken zum Beispiel wichtige vasodilatierende Substanzenbei Belastung wie NO, Prostazyklin und Bradykinin zum Teilsynergistisch, teilweise aber auch additiv und können beiAusfall einer Komponente dies zum Teil ausgleichen (36).

Durchblutungsregulation bei körperlicher BelastungMit Belastungsbeginn muß der Muskel mit einer Vasodilata-tion reagieren, wobei die Regelung genau an die (begrenzte)Blutmenge und das (begrenzte) Herzzeitvolumen angepasstwerden muß (70). Dies geschieht vor allem durch lokale Re-gulation (Abb.2.; Übersicht bei (36)). Der periphere Blutflussund die endogene Vasodilatation werden stark durch die

2. Mikrozirkulation undDurchblutungsregulation

zu Verlust von Leistungsfähigkeit und von Lebensqualität(Abb. 1). Die durch diese Einflüsse bedingten oder über dieErkrankung ausgelösten molekularen Mechanismen bewir-ken Anpassungen in den Organen. Ärztliche Interventionen,bei der pAVK zum Beispiel Gefäßeingriffe, Angioplastie undmedikamentöse Behandlung können Einzelfunktionen vonOrganen wiederherstellen und auch weitere (molekulare)Veränderungen sollen zurückgebildet werden. Dies ist nichtimmer der Fall, da andere Bedingungen der Krankheit (Inak-tivität, kardiovaskuläre Risikofaktoren, etc) weiter bestehen.So zeigen verschiedene Interventionsstudien, dass nach ei-nem erfolgreichen Gefäßeingriff zwar die Beschwerden ab-nehmen, die Belastungsfähigkeit durch körperliches Trainingaber gleich gut ist oder deutlicher verbessert wird (12,80).

Das verwundert nicht, denn körperliches Training greiftnicht wie eine klassische Therapie selektiv an einer Organ-funktion oder molekularen Struktur an, sondern ist eine the-rapeutische Maßnahme, die viele Organfunktionen und dengesamten Menschen umfasst.

Die pAVK hat eine mittlere Prävalenz von etwa 2 % (anam-nestisch) und 12% (Doppler-Untersuchung) (64). Eine pAVKist auch ein Symptom der Systemerkrankung Arteriosklero-se. Bei Patienten mit pAVK findet sich in über 60 % eine sig-nifikante koronare Herzerkrankung und auch zu etwa 20 %eine signifikante cerebrale Gefäßerkrankung (47). Dies führtnach der Framinghamstudie zu einer doppelt so hohen Mor-talität von Patienten mit pAVK (32).

Durchblutungsmangel begrenzt die kontraktile Funktiondes Skelettmuskels und die Arbeitszeit. Die ischämische To-leranzzeit der Skelettmuskulatur ist mit mehreren Stundenwesentlich höher als die der meisten anderen Körpergewebe.Die durch die Ischämie notwendige Belastungspause verrin-gert wieder den Sauerstoffverbrauch und erlaubt eine (zu-mindestens teilweise) Regeneration des Stoffwechsels derMuskelzelle.

Die resultierenden Beschwerden führen zu Schonung undzu einem Detrainingseffekt, der bei Patienten mit pAVK zueiner verminderten Leistungsfähigkeit führt (42,75).

1. Klinisches Problem der peripherenarteriellen Verschlusskrankheit

Abbildung 1: Wechselwirkung von Erkrankung, Training und ärztlichen Interventionen bzw. Medikation auf Leistungsfähigkeit und Teilbereiche vonkörperlichen und psychischen Funktionen

Abbildung 2: Schematische Darstellung wichtiger lokaler vasokonstriktiverund vasodilatativer Mechanismen des Skelettmuskels bei der Durchblu-tungsregulation von körperlicher Arbeit.


Skelettmuskel, Molekularbiologie, pAVK ÜbersichtenMuskelpumpe beeinflusst. Zusätzliche direkte nervale Ein-flüsse und eine direkte myogene Relaxation der Gefäßmus-kulatur durch die Belastung werden vermutet.

Bei konstanter Belastung sind der Stoffwechsel bzw. deraktuelle Umsatz des Muskels eng mit der Durchblutung kor-reliert, wobei einzelne Stoffwechselprodukte nicht alleine,sondern synergistisch wirksam scheinen, eventuell über eineHemmung der sympathisch vermittelten Vasokonstriktion,das heißt durch eine „funktionelle Sympathikolyse“. Damitwird einer erhöhten sympathischen nervalen Aktivität (SNA)bei höherer Belastung entgegengewirkt.

Die Strömungszunahme in den Kapillaren führt auch zurZunahme der Scherkräfte im Endothel und damit zu einerweiteren Aktivierung von vasoregulativen Mechanismen,insbesondere einem Anstieg von NO und Prostazyklin. Kör-perliche Belastung ist sicher ein der potentesten „NO-Dona-toren“ in der Therapie (36).

Durchblutung und periphere arterielle VerschlusskrankeitDie periphere Durchblutung ist die primär gestörte Organ-funktion bei der pAVK. Bei Belastung reicht der Blutflussschnell nicht aus, wenn der poststenotische Perfusionsdruckzu stark abfällt, die Perfusion stagniert, Ischämie und Clau-dikationsschmerz treten auf. Der Strömungswiderstand ist inden erkrankten Gefäßen relativ hoch. Die Scherkräfte amEndothel sind bei einer Durchblutung von 1-3 mL·min-1

·100g-1 so gering, daß vasokonstriktive Mechanismen über-wiegen (siehe auch nächster Abschnitt) (64). Da die Endo-thelfunktion zusätzlich durch die Risikofaktoren arterielleHypertonie, Rauchen und Hypercholesterinämie gestört ist ,sind die Behandlung der Risikofaktoren und Muskelarbeitwichtig, um Blutströmung und die Endothelfunktion wieder-herzustellen. Eine effektive Cholesterinsenkung mit Diät undStatinen ist dabei wichtig für die Endothelfunktion (54,75).

Durchblutungsmangel und Inaktivität erhöhen das Gewe-be-Renin-Angiotensin-System (Gewebe-RAS)Bei der pAVK sind durch die periphere Minderperfusion ne-ben der SNA weitere vasokonstriktive Mechanismen akti-viert, insbesondere das Gewebe-RAS, daß etwa 90-99 % desgesamten RAS des Körpers ausmacht (16). Generell wird dasRAS bei Durchblutungsmangel aktiviert (14). ZusätzlicheAuswirkungen haben die körperliche Schonung, denn Bewe-gungsmangel und Überernährung erhöhen RAS und senkenden Blutfluss (31). Diese Faktoren führen dazu, dass fast al-le Patienten mit pAVK auch eine schwere arterielle Hyperto-nie entwickeln, wenn sie nicht schon vorher besteht (75). DieGabe von ACE-Hemmern verbessert die Belastungstoleranzbei pAVK langfristig und wird deshalb in vielen Fällen addi-tiv zur Trainingstherapie eingesetzt werden (3,66,75). Nied-rige ACE-Aktivität soll mit positiven Trainingseffekten kor-relieren (49), hohe Angiotensinspiegel haben negative Stoff-wechseleffekte (14). So verbessert ACE-Hemmung dieInsulinresistenz im Rattenmodell (23). Bewegung kann derAktivität des RAS entgegenwirken, da auf Belastung Ske-lettmuskeln ihr Kallikrein-Kinin-System aktivieren und Bra-dykinin als wirksamen Vasodilatator bilden (36,63).

Die periphere Minderperfusion führt auch zur Aktivie-rung von lokalen Zytokinen, insbesondere könnten TNF-αund weitere inflammatorische Interleukine im Skelettmuskelerhöht sein, die dann ausgeprägte Auswirkungen auf denStoffwechsel, insbesondere die Glucosetoleranz, die lokaleDurchblutung und auf die sympathische Aktivität haben(14,15,53,55). So finden sich erhöhte Spiegel von TNF-α imSerum von Patienten mit Herzinsuffizienz in Abhängigkeitvon NYHA-Klasse (46).

Deshalb sollte vor oder begleitend zu einem körperlichenTraining durch Interventionen oder medikamentöse Therapieeine bestmögliche Durchblutung hergestellt werden. Medi-kamentös sind ACE-Hemmer durch randomisierte Studienbelegt und rational begründet (66,84). Vasodilatatoren wieKalziumantagonisten können akut den Kollateralblutfluß er-höhen und dadurch die Belastbarkeit (41), es gibt aber nur ei-ne positive Langzeitstudie für Verapamil (2,75).

Training führt zur Neubildung von KapillarenKörperliches Training wirkt auch zur Neubildung von Kapil-laren über lokale Wachstumsfaktoren, insbesondere über so-genannte HIF (Hypoxia inducible factor) abhängige Hormo-ne wie VEGF (vascular endothelic growth factor) und FGF(fibroblast transforming growth factor). Im Tiermodell zeigtsich nach 4-10 Tagen Stimulation ein Anstieg von VEGF-mRNA, nach 10 Tagen nahmen dann Kapillarenzahl- undDichte und die oxidative Kapazität zu (74). Training indu-ziert im menschlichen Skelettmuskel HIF und VEGF (20), Da-ten zur pAVK stehen noch aus.

Bei Belastung und Training werden oft die metabolischenund Durchblutungsreserven eines gesunden Muskels er-reicht. Dies gilt besonders für die pAVK, bei der die periphe-re Minderdurchblutung in Ruhe bei den meisten Patientengut kompensiert ist und bei der die klinischen und zellulärenProbleme mit der Belastung einsetzen. Hier sind ganz be-sonders zelluläre Kompensationsmechanismen wichtig fürdie entstehenden Störungen wie Azidose, ATP-Verarmung,Sauerstoffmangel, Glykogenmangel, Störungen der Ionen-Pumpen und der Transporter für Glucose und Laktat, Auf-treten von freien Radikalen und von inflammatorischen Zy-tokinen. Dazu gehören zahlreiche Schutz- und Kompensati-onsmechanismen wie die Puffersysteme, Ionenpumpen undSubstrattransporter und zahlreiche Stoffwechselanpassungen.

Heat-Shock-Proteine sind ein wichtiger zellulärer SchutzmechanismusDie Proteine und die Ribonukleinsäuren, speziell die De-soxyribonukleinsäuren (DNA) als Träger der Erbinformation,sind relativ stabile Moleküle. Zellulärer Stress kann abertrotzdem erhebliche Probleme verursachen, da Störungenvon nur einem kleinen Teil der Zellproteine oder der DNA er-hebliche Funktionsstörungen oder den Zelltod bedeuten kön-nen. Deshalb sind wichtige zelluläre wichtige Funktionen derAbbau (Denaturierung) von funktionsgestörten Proteinen

3. Ischämie- und Stresstoleranz



über den Ubiquitin-Protein-Konjunktat-Abbauweg („Protea-some-pathway“) und die Stabilisierung der Tertiär-undQuartärstruktur von Proteinen und DNA-Doppelhelix.

Hitze-Schock-Proteine (Heat-Shock-Proteine; HSP) be-wirken solche wichtigen Schutzfunktionen (26,50). Sie wer-den universal in Eukaryontenzellen gebildet und wurden alserstes bei thermischem Stress (Hitze, Kälte) beschrieben, des-halb der Name(11,34). HSP’s sind sowohl mit der Proteinde-gradation wie auch der Proteinproduktion als sogenannte„molecular chaperones“ (molekulare Helfer) verbunden, dadie entstehenden Proteine am Ribosom sehr reaktiv sind unddeshalb von HSP gebunden, transportiert und bei der Pro-teinfaltung unterstützt werden. Zusätzlich haben HSP Funk-tionen bei der Signaltransduktion. Die bisherige Kenntnisüber die Regulation von HSP auf Stress ist in Abbildung 3dargestellt. Die Produktion von HSP wird über zwei Gene(HSF1 und 2) reguliert, die durch Stress über vermutlich einmembrangebundenes Sensorprotein und den HSE-Komplexaktiviert werden (26,45,50,51).

Es gibt verschiedene Klassen von Heat-Shock-ProteinenHSP lassen sich in der Proteinelektrophorese bestimmen, wo-bei sie nach dem Molekulargewicht in Klassen unterschieden

werden (Abb. 4). Das häufigste und wichtigste HSP hat etwa70 kDalton, (HSP70), weitere Klassen sind HSP90, HSP60und HSP27. Je nach Funktionszustand der Zelle sind zwi-schen 0,1 und 10 % der zellulären Proteine HSP‘s (26).

Körperliche Belastung und Heat-Shock-Proteine Salo et al. haben erstmals HSP durch Belastung in der Ratteinduziert (68). Die HSP-Bildung bei Belastung ist zumgroßen Teil nicht temperaturabhängig (73). Die HSP-Pro-duktion korrelierte beim Training der Ratte mit der trai-ningsbedingten Expression von Myosinschwerketten (43).

Wir haben als erste Arbeitsgruppe beim Menschen gefun-den, dass HSP70 im Skelettmuskel bei Training deutlich an-stieg (40). In einem Trainingslager von Ruderern war diegrößte Bildungsrate mit 123% in der zweiten Trainingswo-che zu verzeichnen, in der sehr viel Krafttraining stattfand(Abb. 5). In der dritten Woche fand sich ein relatives Plateau,nach der Weltmeisterschaft (4) waren die Werte etwas nied-riger. Insgesamt zeigt sich eine Abhängigkeit vom Trai-ningsvolumen und -intensität.

Der Zeitverlauf stimmt mit einer früheren Studie überein,in der drei Stunden nach einer Belastung zwar die mRNA fürHSP70 angestiegen war, nicht aber das HSP70-Protein (62).Eine weitere Studie zeigt, dass die Trainingsintensität einewesentliche Rolle für den HSP-Anstieg spielt (39). Als we-sentliche Faktoren für die HSP-Induktion bei Belastung wer-den metabolische Faktoren, Energieverarmung, freie Radika-le, mechanische Belastung und ein Zusammenhang mit demtrainingsinduzierten Proteinumbau diskutiert und müssennoch weiter abgeklärt werden (40,44).

Es kommt auch zu einem Anstieg von HSP70 auf derOberfläche von zirkulierenden Leukozyten nach akuter in-tensiver Belastung (18) im Gegensatz zum Skelettmuskel(62). Dies hängt eventuell mit entstehenden freien Radikalen,mechanischer Belastung, zirkulierenden Zytokinen (55) undeiner immunologischen Funktion von HSP zusammen.

Abbildung 3: Schema: Auswirkung von zellulärem Stress auf die Syntheseund einige Funktionen von Heat-Shock-Protein (HSP) als molekulares Cha-perone. Nach (50) und (26).Links: Regelung der Transcription und Translation von HSP über den Heat-Shock-Faktor (HSF).Rechts: Funktion von HSP bei der Proteindenaturierung und Proteinbiosyn-these am Ribosom.

Abbildung 5: Heat-Shock-Protein 70 (HSP70) im M.vastus lateralis von Ru-derern des deutschen Achters vor und während eines Trainingslagers vor derJunioren-Weltmeisterschaft (1-3: Trainingslager, 4: nach der JWM). Wertebezogen auf 5 µg Gesamtprotein (Aus: (40), mit Genehmigung).

Abbildung 4: Elektrophoretischer quantitativer Nachweis von Heat-Shock-Pro-tein (HSP). Beispiel eines SDS-PAGE-Gels, gefärbt mit ultrasensitiver Silberfär-bung. Jede Spur enthält entweder ein Proteingemisch einer Probe oder einStandardprotein. Die Spuren 1, 4, 7, 10 und 13 enthalten nur das Standard-HSP70 mit Menge von 0, 25 ng, 50 ng, 75 ng und 100ng. Weitere Spurenenthalten Proteine aus dem M.gastrocnemius. Kontrolle: 5 und 6 ; pAVK II: 8und 9; pAVK III: 2, 3, 14, 15; pAVK IV: 11 und 12:. _ zeigt das HSP70-Ni-veau. Anhand des Standard-HSP70 wird die Menge der Proben berechnet.


Skelettmuskel, Molekularbiologie, pAVK ÜbersichtenHeat-Shock-Protein erhöht die Stresstoleranz bei Ischämie dass HSP eine wichtige Rolle bei der antiischämischen Re-aktion der Zellen spielt, wurde zuerst am Herzen gezeigt, andem ischämisches „Preconditioning“ die Infarktgröße ver-ringert. Myokardiales HSP wird rasch nach Ischämie gebil-det (33). Die HSP-Antwort korreliert mit der Myokardpro-tektion, die durch Hyperthermie erzeugt worden war (13). Ei-ne niedrige HSP-Produktion geht mit einem vermehrtenOrganschaden einher (48). Die Einführung eines HSP-Genmit Virustransfer erhöht die Toleranz von Kardiomyozytengegen Apoptose, Hitze und Ischämie (8). Reperfusion bedeu-tet einen besonders hohen oxidativen Stress und HSF wirdaktiviert , deswegen ist myokardiales HSP nach herzchirur-gischen Eingriffen mit extrakorporaler Zirkulation und Re-perfusion erhöht (77).

Wir konnten erstmals zeigen, dass HSP70 im Skelettmus-kel bei Patienten mit pAVK erhöht ist und ein Zusammen-hang zwischen klinischem Schweregrad und der HSP70-Menge besteht (Abb. 6) (38). Erwartungsgemäß war derUnterschied zwischen Patienten mit pAVK und alterentspre-chenden Kontrollen sehr deutlich. Nicht erwartet war, dassim klinischen Stadium III der Anstieg nicht sehr deutlich warund dass im klinischen Stadium IV vitales Gewebe eher nied-rige HSP-Konzentrationen aufwies.

Zum jetzigen Zeitpunkt erscheint für die pAVK II wahr-scheinlich, dass es durch die intermittierende Belastungs-ischämie zu einem Ischämie / Reperfusions-Schaden gekom-men ist (38). Die geringen HSP70 - Anstiege im klinischenStadium III und IV sprechen für Effekte von Atrophie, einerAbnahme der Proteinsynthese und/oder für Detrainingsef-fekte. Es muss in weiteren Studien beim Patienten geklärtwerden, ob HSP einen klinisch brauchbaren Indikator für dieAdaptation auf Ischämie darstellt und ob HSP sogar denischämischen Zelltod verzögern kann.

Muskelbiopsie als wenig-invasive Möglichkeit der DiagnostikWir haben in den letzten Jahren eine sehr wenig belastendeMethode der Muskeluntersuchung mit einer Feinnadel ent-wickelt, deren Menge etwas weniger als ein Zehntel der bis-herigen Grobnadel-Biopsien beträgt und eine geringe Kom-plikationsrate aufweist. Durch verbesserte biochemische Me-thoden ist es dabei möglich, trotz der geringen Probenmengemehr Information aus diesen Biopsien zu gewinnen durchdie Untersuchung der Bildung von Muskelstruktureiweißenund messenger-Ribonukleinsäuren (mRNA) als Folge desTrainings.

Einzelfasern exprimieren verschiedene Myosin-SchwerkettenMuskeln sind aus schnellen und langsamen Fasern zusam-mengesetzt, die sich funktionell (Innervation, Kontraktions-geschwindigkeit und Kraft) und molekular unterscheiden,u.a. durch verschiedene Isoformen der schweren Myosinket-ten. Dies heißt, dass die Muskulatur auf der Ebene eines Mus-kels oder eines Faserbündels zwar einen vorherrschendenTyp erkennen lässt, histochemisch und funktionell aber he-terogen ist (56). Die schnellsten Fasern sind Typ IIB-Fasernund enthalten MHCIIb, jeweils etwas langsamer sind TypIID/X und IIA, die MHCIId/x bzw. MHCIIa enthalten. dielangsamen Fasern I enthalten MHCI (4,56,57,69).

Durch Mikroschnitte und Einzelfaseranalyse wurde ge-zeigt, dass sich das Isoformenspektrum z. B. von Myosinnicht streng an die histochemische Klassifikation der Faser-typen nach der ATPase-Reaktion hält, d.h. auch eine Hetero-genität der Myosin-Isoformen auch in Einzelfasern besteht(4,21,29,57). Eine Einzelfaser, die nach der ATPase Färbungals I, IIa oder IIb klassifiziert wird, enthält also eine odermehrere MHC-Isoformen und die Summe aller biochemi-schen Eigenschaften ergibt dann den histochemischen Fa-sertyp (Abb. 7).

Je nach funktioneller Anforderung werden verschiedeneMHC-Isoformen eingebaut oder abgebaut, so dass die Zu-sammensetzung der Faser sich langsam ändert, bis letztend-lich eine Veränderung des Fasertyps nachweisbar ist (61,69).Diese Änderung oder Transformation hängt wie der Muskel-fasertyp von der Innervation und der Funktion ab. Eine wei-

4. Muskelstruktur – Kontraktile Proteine

Abbildung 6: Heat-Shock-Protein 70 (HSP70) im M.gastrocnemius von alter-sentsprechenden Normalprobanden und Patienten mit verschiedenemSchweregrad der arteriellen Verschlusskrankheit nach Fontaine (PAVK II, IIIund IV). Werte bezogen auf 2,5 µg Gesamtprotein, Mittelwerte und Stan-dardabweichung (Nach (38))

Abbildung 7: Myosin-Schwerketten (MHC) Expression in 10 Einzelfaserprä-peraten vom chronisch niederfrequent stimulierten M.tibialis anterior desKaninchens, Stimulation für 10 Tage: Bande 2; 20 Tage: Banden 1, 4, 5; 30Tage: Banden: 3, 6, 8, 9; 50 Tage: Banden 7 und 10; A: Silber-gefärbte Protei-nelektrophorese, rechts: Muskelhomogenat. B: Silbergefärbte und elektro-phoretisch getrennte Produkte der RT-PCR der MHC-Isoformen; rechts: Stan-dardleiter mit gereinigten PCR-Produkten. Aus: (60) mit Erlaubnis.



tere wichtige Einflussgröße ist der energetischeZustand der Zelle (7,56,57). Durch niederfrequen-te Elektrostimulation (und Ausdauertraining)konnte eine Umwandlung von Fasern nachgewie-sen werden in folgender Reihenfolge: IIB -> IID/X -> IIA -> Ib.

Durch chronische niederfrequente Stimulationist es im Tierexperiment also möglich, einenschnellen Muskel in einen langsamen, ausdauern-den und ermüdungresistenten Muskel zu transfor-mieren, teilweise werden dann sogar kardiale Isoformen ex-primiert (22,59) (Abb.7).

Beim Menschen gibt es kein MHCIIB, sodass MHCIID/Xnach der neuen Nomenklatur dem bisher so beim Menschenbezeichneten MHCIIB entspricht. Das heißt, Typ IIB-Fasernbeim Menschen enthalten überwiegend MHCIID/X (Eine ausgezeichnete Übersicht zu Veränderungen des Mus-kelphänotyps findet sich in Heft 9/99 dieser Zeitschrift (56).

Bei pAVK findet sich ein Verschiebung zu langsamen Muskelfasertypen und MHC-Isoformen mit klinischschlechterer FunktionOxidative Muskelenzyme sind bei pAVK tendenziell erhöht(28). Bei unilateraler pAVK findet sich eine Abnahme vonFläche und Zahl der Typ II-Fasern. Chronische Ischämieführt also zu einem Verlust von (schnellen) Typ II-Fasern(65), die Studienlage ist aber nicht eindeutig (24,28,71). DerVerlust schneller Fasern findet sich auch beim experimentel-len Training unter ischämischen Bedingungen (79) und dieLaktatbildung bei pAVK ist erniedrigt (75,76). Eine Untersu-

chung der MHC-Isoformen sollte diese Frage genauer beant-worten können.

Wir konnten zeigen, dass mit höherem klinischenSchwergrad der pAVK das Myosin-Isoformenspektrum sichzu MHC I, also zu langsameren MHC-Isoformen, verschiebt(76) (Abb.8). Dabei kommt es zu einem graduellen Verlust derschnelleren Isoformen und damit zu einer relativen Zunah-me der schnellen Isoformen. Ob dies nun eine Atrophie-be-dingte Abnahme oder Transformation von Fasern ist, kannaus diesen Daten nicht entschieden werden.

Dieser Verlust von schnellen Muskelfasern oder hierMHC-Isoformen ist auch typisch für altersbedingte Verände-rungen des Skelettmuskels. Im Alter kommt es auch zur Ab-nahme der Muskelmasse (27,35,57). In unserer Studie warendie Kontroll-Patienten gleich alt.

Inaktivität und Detrainingseffekte sind bei Patienten mitpAVK nie auszuschließen, besonders bei zunehmender Ischä-mie. Schonung, Detraining, Schwerelosigkeit oder Entla-

stung führen beim Skelettmuskel zur Atrophie langsamerFasern sowie zur Exprimierung schneller MHC-Isoformenund sind damit den Effekten der Ischämie entgegengesetzt(1,57,69,78). Histologisch finden sich bei pAVK auch dener-vierte Fasern (9,17,65).

Langsame Fasern sind energetisch effektiver!! Die energetische Situation und insbesondere die ATP- undKreatinphosphat-Speicher sind sehr wichtige metabolischeSignale, die die Zelldifferenzierung steuern. Bei pAVK findensich niedrige ATP-Spiegel und eine Glykogenverarmung (72)und dies führt zu einer Vulnerabilität schneller Fasern (30).Diese sind zwar wesentlich kräftiger, sind aber energetischwesentlich aufwendiger, das heißt weniger effizient alslangsame Fasern (Tab. 1). Dies ist ein wichtiger Grund für dieVerschiebung zu langsamen Fasertypen oder MHC-Isofor-men (6,10,56,57). Ähnliche Veränderungen finden sich beihochbelastendem, erschöpfendem Training, sie werdendurch Hypercortisolismus und Hypothyreose beim Übertrai-ning verstärkt (37).

Die Einbeziehung der RT-PCR erlaubt eine Verfeinerungder diagnostischen InformationMethoden zur Analyse molekularer zellulärer Abläufe undPotentiale können auf verschiedenen Ebenen ansetzen: 1. Genom: Die genetischen Unterschiede zwischen Individu-

en und Spezies bedingen unterschiedliche Potentiale ver-

Abbildung 9: Reverse-Transcriptase Polymerase-Chain-Reaction (RT-PCR)für verschiedene Strukturproteine und Stressproteine des M. gastrocnemiuseines normalen Probanden. Darstellung der PCR-Produkte einer spezifischenmRNA auf einem Agarose-Gel. Die Genprodukte werden an ihrer Größe(Basenpaare; bp) identifiziert, genaue Angaben in der Abbildung, weitereErläuterungen siehe Text.

Abbildung 8: Myosin-Schwerketten (MHC) im M.gastrocnemius von alters-entsprechenden Normalprobanden und Patienten mit verschiedenemSchweregrad der arteriellen Verschlußkrankheit nach Fontaine (PAVK II, IIIund IV; nach (76)). Silbergefärbtes SDS-PAGE-Gel. Die Elektrophoresespurensind markiert, ebenso die typischen Banden der MHC-Isoformen.

Tabelle 1: Isometrische Kraft, Energieumsatz (ATPase Aktivität) und energetischer Kontrakti-onsaufwand in isolierten Einzelfasern der Ratte (nach:(7))

Isometrische EnergetischerSpannung ATPase Aktivität Kontraktionsaufwand

MHC Isoform [mN · mm-2] [nmol·mm-3·s-1] [pmol·ATP·mN-1·mm-1·s-1]

MHC I 67.6 ±4.2 0.045 ±0.006 0.66 ±0.004

MHC IIa 111.4 ±15.2 0.168 ±0.026 1.52 ±0.130

MHC IIx (IId) 95.0 ±11.3 0.178 ±0.023 1.89 ±0.220

MHC IIb 81.8 ±3.7 0.230 ±0.010 2.90 ±0.090

Spuren 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

bp 367 265 219 325 132 289 342 360 234 200

Produkte d-Aktin MHC Ia MHC Iß MHC IIa MHC IId/x ß-Aktin HSC70 HSP70A HSP70B HSP72


Skelettmuskel, Molekularbiologie, pAVK Übersichten

schiedener Strukturen und zellulärer Abläufe und sind dasArbeitsgebiet der Molekulargenetik. Die DNA-Sequenzenbestimmter (ein Protein kodierender) Gene werden an ty-pischen Stellen zerschnitten und die Variationen der Se-quenzen als typischer „Fingerabdruck“ analysiert. Unter-schiede können auf Funktionsunterschiede hinweisen undkönnen mit spezifischen Sonden nachgewiesen werden(Übersicht bei (83)). Die Methoden der Molekulargenetikerlauben nicht die Analysevon trainings- oder erkran-kungsbedingten Veränderun-gen.

2. RNA: Die genetische Informa-tion wird im Zellkern (Nukle-us) in die messenger-RNA um-geschrieben (Transcription),die dann im Ribosom in Pro-teine „übersetzt“ wird (Trans-lation). Je nach Funktionszu-stand der Zelle sind bestimmteGene aktiv und andere nichtaktiv. Am Vorhandensein vonmRNA kann dies erkannt wer-den. Der Nachweis der sehr in-stabilen RNA gelingt, indemdie RNA’s einer Probe im Rea-genzglas in eine DNA mit derreversen Transcriptase umge-schrieben werden (copyDNA;cDNA), aus der dann spezi-fisch mit für die RNA spezifi-schen Start- und Stop-Mo-lekülen in der Polymeraseket-tenreaktion typischeDNA-Produkte herzustellen(RT-PCR). Die entstanden Produkte werden in der Gel-Elektrophorese aufgetrennt und nach ihrem Molekularge-wicht bestimmt (Abb. 7 und 9).

3. Proteine: Am Ribosom werden die Proteine synthetisiert,die dann verschiedene Funktionen in der Zelle überneh-men. Dabei gibt es „lösliche“ Proteine im Zytosol und „ge-bundene“, zum Beispiel Myosin in einem kontraktilen Ele-ment. Die Proteine können dann in einer Gel-Elektropho-rese aufgetrennt und an ihrer Lage identifiziert werden(Abb. 4, 7, 8). Die Spezifität der erhaltenen Banden wirdmit spezifischen Antikörpern im sogenannten „Western-Blot“ gesichert.

Durch die Einbeziehung der PCR ist es somit möglich, über

die Proteinanalyse hinaus eine einzelne Trainingseinheit aufihre genetische Antwort hin zu analysieren. Damit ändertsich auch die Informationsebene und das Zeitfenster ge-genüber der klassischen Methode der Histologie. Wie in Ta-belle 2 dargestellt, werden Veränderungen in der Muskelhi-stologie durch Training erst nach Wochen und Monaten ein-treten, dagegen findet sich Veränderungen der RNA nachStunden bis Tagen und der Proteine innerhalb von Tagen bisWochen (Tab. 2, Abb. 5). Damit erlauben molekulare Methodeneine schnellere Information mit geringeren Probenmengen.

Ein Beispiel für die PCR von Myosinen und Heat-Shock-Protein eines Probanden ist in Abbildung 9 dargestellt. Mitder PCR sind dann die Auswirkungen einer Intervention, seies Training, eine Angioplastie beim Patienten oder eine Me-dikation, frühzeitig darstellbar.

Die Auswirkungen einer genetischen Anlage und deren Aus-prägung durch Training und/oder Erkrankung werden durchviele Einflüsse gesteuert. Die Steuerung der Aktivierung vonGenen und Stoffwechselwegen wird als Signaltransduktionbezeichnet und ist schematisch in Abbildung 10 dargestellt(5,82). Dieses Netzwerk von Signalwegen kann von externenoder internen Triggern beeinflusst oder gesteuert werden.Körperliche Aktivität beeinflusst sehr viele dieser Signalwe-ge. Durch Aktivität entsteht freies Kalzium, das ein sehrwirksames Signal darstellt. Die körperliche Bewegung be-

6. Signaltransduktion

Tabelle 2: Einsatz verschiedener Methoden zur Muskeldiagnostik

Histologie Proteine mRNA

Ebene Faserverteilung Einzelfaser Gen-Transcription

Methode Dünnschnitt Elektrophorese RT-PCR

Zeitfenster Monate 2 - 7 Tage 6 - 48 h

Probenmenge 60 mg 5 mg 10 - 100 µg

Abbildung 10: Schema der Wirkung von körperlicher Belastung, metabolischem und sonstigem Stress, Zytokinen,Hormonen und Wachstumsfaktoren auf die zelluläre Signaltransduktion und Regulation der Transcription. Dargestellt sind der Zellkern, das kontraktile System sowie Wege der Signaltransduktion und einige dafür wichtigeReceptoren und Kanäle in der Zellwand (Modifiziert nach (82) und (5)).(SR: Sarkoplasmatisches Retikulum; cAMP: zyklisches AMP; PKA: Proteinkinase A; PKB: Proteinkinase B; IL: Inter-leukin; TNF-α: Tumor-Nekrose-Faktor-α; A / NA: Adrenalin, Noradrenalin; α/β2: α oder β2-Rezeptor; Ach: Acetylcholin;GH: Wachstumshormon; HIF: Hypoxia inducible factor; VEGF: vascular endothelic growth factor; FGF: fibroblasttransforming growth factor; IGF-1: Insulin-like-growth-factor 1).



wirkt auch die Aktivierung verschiedener Dehnungs- oderVerformungsabhängiger Signalwege (19) und auch metabo-lische Signale durch Energieverarmung, pH- oder Sauer-stoffdruckänderungen (10,56,57). Die sympathisch-hormo-nale Aktivität und weiterer Rezeptorabhängiger Hormonewird über ein sekundäres Botensystem ebenfalls an den Zell-kern weitergeleitet. Wachstumshormone oder Zytokine übenweitere Einflüsse auf die zelluläre Regulation und Zelldiffe-renzierung aus. Prinzipiell sind diese Signalwege gegliedertin die Abläufe: Ligand > Rezeptor > ( Transducer >) Effektor> Sekundärer Messenger > Regulierende Gene (1 bis 3-stu-fig) > Expression des Strukturgens (5,57,82).

Direkte Wirkung auf die DNA-Transcription der Struktur-gene haben zum Beispiel Cortisol, Testosteron oder Thyroxinüber den Steroidrezeptor (5,82).

Die Verständnis der Signaltransduktion ist ein weitereswichtiges Forschungsgebiet der molekularen Medizin undwird auch in die Sportmedizin neue Erkenntnisse einführen(52,82).

Die hohe Plastizität des Skelettmuskels auf zellulären Stressund Belastung zeigt sich am Beispiel der pAVK. ChronischerDurchblutungsmangel führt zur Aktivierung von vasokon-striktiven Mechanismen, zu Schutzreaktionen wie der Pro-duktion von Stressproteinen und der Expression eineslangsamen, energetisch effizienteren Muskelfasertyps. DieBedeutung von Gehtraining bei pAVK ist gesichert, wobei dieTrainingsformen empirisch gefunden wurden. Die Kenntnismolekularer Vorgänge wie der Regulation der Genexpressi-on über die zellulären Signaltransduktion wird unser bishe-riges Verständnis erweitern und den Einsatz von Trainings-methoden und Begleitmaßnahmen für die Therapie von Pa-tienten verbessern.

Nach einem Vortrag auf dem 36. Deutschen Kongress fürSportmedizin und Prävention in Freiburg am 2.10.1999.

Wir bedanken uns besonders bei Prof. Dr. Dirk Pette, Kon-stanz, für die stets hilfreiche Unterstützung beim Aufbauverschiedener Methoden in unserer Arbeitsgruppe und beiden Kollegen der Abteilung für Thorax- und Gefäßchirurgie,insbesondere Prof. Dr. Ludger Sunder-Plassmann, für diegute Kooperation.

Danksagung

Anmerkung

Ausblick

1. Appell, H-J. Morphology of immobilizied skeletal muscle and the effectsof a pre- and postimmobilization training program. Int J Sports Med 7(1986) 6-12.

2. Bagger, JP, Helligsoe, P, Randsbaek, F, Kimose, HH, Jensen, BS. Effect ofverapamil in intermittent claudication A randomized, double- blind, pla-cebo-controlled, cross-over study after individual dose- response asses-sment. Circulation 95 (1997) 411-414.

3. Bernardi, D, Bartoli, P, Ferreri, A, Brandinelli Geri, A, Ieri, A. Assesment ofcaptopril and nicardipine effects on chronic occlusive arterial disease ofthe lower extremity using Doppler ultrasound. Angiology 39 (1988) 942-952.

4. Billeter, R, Weber, H, Lutz, H, Howald, H , Eppenberger, HM, Jenny, E. Myo-sin types in human skeletal muscle fibers. Histochemistry 65 (1980)249-259.

5. Booth, FW, Baldwin, KM, Abad, LW. Muscle plasticity: energy demand andsupply processes. in: Rowell, LB und Shepherd, JT (Hrsg) Handbook ofPhysiology. New York, Oxford (1996) 1075-1123.

6. Bottinelli, R, Betto, R, Schiffiano, S, Reggiani, C. Unloaded shortening ve-locity and myosin heavy chain and alkali light chain composition in ratskeletal muscle. J Physiol 478 (1994) 341-349.

7. Bottinelli, R, Canepari, M, Reggiani, C, Stienen, GJM. Myofibrillar ATPaseactivity during isometric contraction and isomyosin composition in ratsingle skinned fibers. J Physiol 481 (1994) 663-675.

8. Brar, BK, Stephanou, A, Wagstaff, MJ, Coffin, RS, Marber, MS, Engelmann,G, Latchman, DS. Heat shock proteins delivered with a virus vector canprotect cardiac cells against apoptosis as well as against thermal or hy-poxic stress. J Mol Cell Cardiol 31 (1999) 135-146.

9. Clyne, CAC, Weller, RO, Bradley, WG, Silber, DI, O’Donnell, TF, Callow, AD.Ultrastructural and capillary adaptation of gastrocnemius muscle toocclusive peripheral vascular disease. Surgery 92 (1982) 434-440.

10. Conjard, A, Peuker, H, Pette, D. Energy state and myosin heavy chain iso-forms in single fibres of normal and transforming rabbit muscles. Pflu-gers Arch 436 (1998) 962-969.

11. Craig, EA und Gross, CA. Is hsp70 the cellular thermometer? Trends Bio-chem Sci 16 (1991) 135-140.

12. Creasy, TS, McMillan, PJ, Fletcher, EW, Collin, J, Morris, PJ. Is percutaneoustransluminal angioplasty better than exercise for claudication? Prelimi-nary results from a prospective randomised trial. Eur J Vasc Surg 4(1990) 135-140.

13. Currie, RW, Tanguay, RM, Kingma, JGJ. Heat-shock response and limitati-on of tissue necrosis during occlusion/reperfusion in rabbit hearts. Circu-lation 87 (1993) 963-971.

14. Dragovic, T, Minshall, R, Jackman, HL, Wang, LX, Erdos, EG. Kininase II-ty-pe enzymes. Their putative role in muscle energy metabolism. Diabetes45 Suppl 1:S34-7 (1996) S34-S37.

15. Drenth, JP, Krebbers, RJ, Bijzet, J, Van der Meer, JW. Increased circulatingcytokine receptors and ex vivo interleukin-1 receptor antagonist and in-terleukin-1beta production but decreased tumour necrosis factor-alphaproduction after a 5-km run [see comments]. Eur J Clin Invest 28 (1998)866-872.

16. Dzau, VJ und Re, N. Tissue angiotensin system in cardiovascular medicine.A paradigm shift? Circulation 89 (1994) 493-498.

17. Farinon, AM, Marbini, A, Gemignani, F, Govoni, E, Bragaglia, MM, Sianesi,M, Tedeschi, F. Skeletal muscle and peripheral nerve changes caused bychronic arterial insufficiency - Significance and clinical correlations - hi-stological, histochemical and ultrastructural study. Clin Neuropath 3(1984) 240-252.

18. Fehrenbach, E und Niess, AM. Role of heat shock proteins in the exerciseresponse. Exerc Immunol Rev 5:57-77 (1999) 57-77.

19. Goldspinck, G, Scutt, A, Loughna, PT, Wells, J, Jaennicke, T, Gerlach, GF.Gene expression in skeletal muscle in response to stretch and force gene-ration. Am J Physiol 262 (1992) R356-R363.

20. Gustafsson, T, Puntschart, A, Kaijser, L, Jansson, E, Sundberg, CJ. Exercise-induced expression of angiogenesis-related transcription and growth fac-tors in human skeletal muscle. Am J Physiol 276 (1999) H679-H685.

21. Hamalainen, N und Pette, D. Patterns of myosin isoforms in mammalianskeletal muscle fibres. Microsc Res Tech 30 (1995) 381-389.

22. Hamalainen, N und Pette, D. Expression of an alpha-cardiac like myosinheavy chain in diaphragm, chronically stimulated, and denervated fast-twitch muscles of rabbit. J Muscle Res Cell Motil 18 (1997) 401-411.

Literatur


Skelettmuskel, Molekularbiologie, pAVK Übersichten23. Henriksen, EJ, Jacob, S, Augustin, HJ, Dietze, GJ. Glucose transport activity

in insulin-resistant rat muscle. Effects of angiotensin-converting enzymeinhibitors and bradykinin antagonism. Diabetes 45 Suppl 1:S125-8(1996) S125-S128.

24. Henriksson, J, Nygaard, E, Andersson, J, Eklöf, B. Enzyme activities, fibretypes and capillarization in calf muscles of patients with intermittentclaudication. Clin Lab Invest 40 (1980) 361-369.

25. Hiatt, WR, Regensteiner, JG, Hargarten, ME, Wolfel, EE, Brass, EP. Benefitof exercise conditioning for patients with peripheral arterial disease. Cir-culation 81 (1990) 602-609.

26. Hightower, LE. Heat Shock, Stress Proteins, Chaperones, and Proteotoxici-ty. Cell 66 (1991) 191-197.

27. Holloszy, JO, Chen, M, Cartee, GJ, Young, JC. Skeletal muscle atrophy inold rats: Differential changes in the fiber types. Mechanisms of Agingand Development 60 (1991) 199-213.

28. Jansson, E, Johansson, J, Sylven, C, Kaijser, L. Calf muscle adaptation inintermittent claudication. Side-differences in muscle metabolic characte-ristics in patients with unilateral arterial disease. Clin Physiol Oxf 8(1988) 17-29.

29. Jaschinski, F, Schuler, M, Peuker, H, Pette, D. Changes in myosin heavychain mRNA and protein isoforms of rat muscle during forced contractileactivity. Am J Physiol 274 (1998) C365-C370.

30. Jennische, A. Ischemia-induced injury in glycogen-depleted skeletal mu-scle: Selective vulnerability of FG-fibres. Acta Physiol Scand 125 (1985)727-734.

31. Jones, BH, Standridge, MK, Taylor, JW, Moustaid, N. Angiotensinogen ge-ne expression in adipose tissue: analysis of obese models and hormonaland nutritional control. Am J Physiol 273 (1997) R236-R242.

32. Kannel, WB, Skinner, JJj, Schwartz, MG, Shurtleff, D. Intermittent claudi-cation. Incidence in the Framingham study. Circulation 41 (1970) 875-883.

33. Knowlton, AA, Brecher, P, Apstein, CS. Rapid expression of heat shockprotein in the rabbit after brief cardiac ischemia . J Clin Invest 87 (1991)139-147.

34. Kregel, KC und Moseley, PL. Differential effects of exercise and heat stresson liver HSP70 accumulation with aging. J Appl Physiol 80 (1996) 547-551.

35. Larsson, L. Histochemical characteristics of human skeletal muscle duringaging. Acta Physiol Scand 117 (1983) 496-471.

36. Laughlin, MH, Korthuis, RJ, Duncker, DJ, Bache, RJ. Control of blood flow tocardiac and skeletal muscle during exercise. in: Rowell, LB und Shepherd, JT(Hrsg) Handbook of Physiology. New York, Oxford (1996) 705-769.

37. Lehmann, MJ, Lormes, W, Opitz-Gress, A, Steinacker, JM, Netzer, N, Foster,C, Gastmann, U. Training and overtraining: an overview and experimentalresults in endurance sports. J Sports Med Phys Fitness 37 (1997) 7-17.

38. Liu, Y, Lehmann, M, Baur, C, Storck, M, Sunder-Plassmann, L, Steinacker,JM. HSP70 expression in skeletal muscle of patients with peripheral arte-rial disease. Circulation, in review .

39. Liu, Y, Lormes, W, Baur, C, Altenburg, D , Lehmann, M, Steinacker, JM. Hu-man skeletal muscle HSP70 Response to physical training depends onexercise intensity. Int J Sports Med 21 (2000) in press.

40. Liu, Y, Mayr, S, Opitz-Gress, A, Zeller, C, Lormes, W, Baur, S, Lehmann, M,Steinacker, JM. Human skeletal muscle HSP70 response to training in hig-hly trained rowers. J Appl Physiol 86 (1999) 101-104.

41. Liu, Y, Optitz-Gress, A, Rott, A, Liewald, F, Sunder-Plassmann, L, Lehmann,M, Stauch, M, Steinacker, JM. Effect of felodipine on regional blood supp-ly and collateral vascular resistance in patients with peripheral arterialocclusive disease. Vasc Med 2 (1997) 13-18.

42. Liu, Y, Steinacker, JM, Stauch, M. Transcutaneous oxygen tension andDoppler ankle pressure during upper and lower body exercise in patientswith peripheral arterial occlusive disease. Angiology 46 (1995) 689-698.

43. Locke, M, Atkinson, BG, Tanguay, RM, Noble, EG. Shifts in type I fiber pro-portion in rat hindlimb muscle are accompanied by changes in HSP72content. Am J Physiol 266 (1994) C1240-C1246.

44. Locke, M und Noble, EG. Stress proteins: the exercise response. Can J Ap-pl Physiol 20 (1995) 155-167.

45. Locke, M und Tanguay, RM. Increased HSF activation in muscles with a highconstitutive Hsp70 expression. Cell Stress Chaperones 1 (1996) 189-196.

46. Lommi, J, Pulkki, K, Koskinen, P, Naveri, H, Leinonen, H, Harkonen, M, Ku-pari, M. Haemodynamic, neuroendocrine and metabolic correlates of cir-culating cytokine concentrations in congestive heart failure. Eur Heart J18 (1997) 1620-1625.

47. Müller-Bühl, U und Diehm, C. Angiologie. (1991). 48. Marber, MS, Latchman, DS, Walker, JM, Yellon, DM. Cardiac stress protein

elevation 24 hours after brief ischemia or heat stress is associated withresistance to myocardial infarction. Circulation 88 (1993) 1264-1272.

49. Montgomery, HE, Clarkson, P, Dollery, CM, Prasad, K, Losi, MA, Heming-way, H, Statters, D, Jubb, M, Girvain, M, Varnava, A, World, M, Deanfield,J, Talmud, P, McEwan, JR, McKenna, WJ, Humphries, S. Association of an-giotensin-converting enzyme gene I/D polymorphism with change in leftventricular mass in response to physical training. Circulation 96 (1997)741-747.

50. Morimoto, RI. Cells in Stress: Transcriptional Activation of Heat ShockGenes. Science 259 (1991) 1409-1410.

51. Morimoto, RI. Heat shock: the role of transient inducible responses in celldamage, transformation, and differentiation. Cancer Cells 3 (1991) 295-301.

52. Neufer, PD, Ordway, GA, Williams, RS. Transient regulation of c-fos, alphaB-crystallin, and hsp70 in muscle during recovery from contractile activi-ty. Am J Physiol 274 (1998) C341-C346.

53. Ostrowski, K, Rohde, T, Asp, S, Schjerling, P, Pedersen, BK. Pro- and anti-inflammatory cytokine balance in strenuous exercise in humans. J Physi-ol (Lond ) 515 (1999) 287-291.

54. Pearson, TA und Fuster, V. 27th Bethesda conference: Matching the intin-sity of risk factor management with the hazard for coronary events. Theexecutive summary. JACC 27 (1996) 961-963.

55. Pedersen, BK, Ostrowski, K, Rohde, T, Bruunsgaard, H. The cytokine res-ponse to strenuous exercise. Can J Physiol Pharmacol 76 (1998) 505-511.

56. Pette, D. Das adaptive Potential des Skelettmuskels. Dtsch Z Sportmed 50(1999) 262-271.

57. Pette, D und Staron, RS. Mammalian skeletal muscle fiber type transiti-ons. Int Rev Cytol 170 (1997) 143-223.

59. Peuker, H, Conjard, A, Pette, D. Alpha-cardiac-like myosin heavy chain asan intermediate between MHCIIa and MHCI beta in transforming rabbitmuscle. Am J Physiol 274 (1998) C595-C602.

60. Peuker, H, Conjard, A, Putman, CT, Pette, D. Transient expression of myo-sin heavy chain MHCI alpha in rabbit muscle during fast-to-slow transiti-on. J Muscle Res Cell Motil 20 (1999) 147-154.

61. Peuker, H und Pette, D. Quantitative analyses of myosin heavy-chain mR-NA and protein isoforms in single fibers reveal a pronounced fiber hete-rogeneity in normal rabbit muscles. Eur J Biochem 247 (1997) 30-36.

62. Puntschart, A, Vogt, M, Widmer, HR, Hoppeler, H, Billeter, R. Hsp70 ex-pression in human skeletal muscle after exercise. Acta Physiol Scand 157(1996) 411-417.

63. Rabito, SF, Minshall, RD, Nakamura, F, Wang, LX. Bradykinin B2 receptorson skeletal muscle are coupled to inositol 1,4,5-trisphosphate formation.Diabetes 45 Suppl 1:S29-33 (1996) S29-S33.

64. Radack, K und Wyderski, RJ. Conservative management of intermittentclaudication. Ann Intern Med 113 (1990) 135-146.

65. Regensteiner, JG, Wolfel, EE, Brass, EP, Carry, MR, Ringel, SP, Hartarten,ME, Stamm, ER, Hiatt, WR. Chronic changes in skeletal muscle histologyand function in peripheral arterial disease. Circulation 87 (1993) 413-421.

66. Roberts, DH, Tsao, Y, McLoughlin, GA, Breckenridge, A. Placebo-controlledcomparison of captopril, atenolol, labetalol, and pindolol in hypertensioncomplicated by intermittent claudication. Lancet 2 (1987) 650-653.

67. Rosfors, S, Arnetz, BB, Bygdeman, S, Skoldo, L, Lahnborg, G, Eneroth, P.Important predictors of the outcome of physical training in patients withintermittent claudication. Scand J Rehabil Med 22 (1990) 135-137.

68. Salo, DC, Donovan, CM, Davies, KJ. HSP70 and other possible heat shockor oxidative stress proteins are induced in skeletal muscle, heart, and liverduring exercise. Free Radic Biol Med 11 (1991) 239-246.

69. Schiffiano, S und Reggiani, C. Molecular diversity of myofibrillar proteins:gene regulation and functional significance. Physiol Rev 76 (1996) 371-423.

70. Secher, NH und Saltin, B. Blood flow regulation during exercise in man.in: Steinacker, JM und Ward, SA (Hrsg) The Physiology and Pathophysio-logy of Exercise Tolerance. New York, Plenum Press (1996) 97-102.

71. Sjöström, M, Ängquist, KA, Rais, O. Intermittent claudication and musclefiber fine structure: Correlation between clinical and morphological data.Ultrastruct Pathol 1 (1980) 309-326.

72. Sjöström, M, Neglén, P, Fridén, J, Eklöf, B. Human skeletal muscle metabo-lism and morphology after temporary incomplete ischemia. Eur J Clin In-vest 12 (1982) 69-79.



73. Skidmore, R, Gutierrez, JA, Guerriero, VJ, Kregel, KC. HSP70 induction du-ring exercise and heat stress in rats: role of internal temperature. Am JPhysiol 268 (1995) R92-R97.

74. Skorjanc, D, Jaschinski, F, Heine, G, Pette, D. Sequential increases in capil-larization and mitochondrial enzymes in low-frequency-stimulated rabbitmuscle. Am J Physiol 274 (1998) C810-C818.

75. Steinacker, JM, Liu, Y, Opitz-Gress, A, Lehmann, M. Medikamentöse Thera-pie bei Patienten im chronischen Stadium der arteriellen Verschlußkrank-heit. Perfusion 11 (1999) 172-181.

76. Steinacker, JM, Opitz-Gress, A, Baur, S, Lormes, W, Sunder-Plassmann, L,Lehmann, M. Expression of myosin heavy chain isoforms in skeletal mu-scle of patients with peripheral arterial occlusive disease. J Vasc Surg 29(2000) in press.

77. Taggart, DP, Bakkenist, CJ, Biddolph, SC, Graham, AK, McGee, JO. Induc-tion of myocardial heat shock protein 70 during cardiac surgery. J Pathol182 (1997) 362-366.

78. Templeton, GH, Padalino, M, Manton, J, Leconey, T, Hagler, H, Glasberg, M.The influence of rat suspension-hypokinesia on the gastrocnemius mu-scle. Aviat Space Environ Med 55 (1984) 381-386.

79. Viru, M und Sundberg, CJ. Effects of exercise and training in ischaemicconditions on skeltal muscle metabolism and distribution on fibre types.Med Sport 47 (1993) 385-390.

80. Whyman, MR, Fowkes, FG, Kerracher, EM, Gillespie, IN, Lee, AJ, Housley, E,Ruckley, CV. Is intermittend claudication improved by percutaneoustransluminal angioplasty. A randomized controlled trial. J Vasc Surg 26(1997) 551-557.

81. Williams, LR, Ekers, MA, Collins, PS, Lee, JF. Vascular rehabilitation: bene-fits of a structured exercise/risk modification program. J Vasc Surg 14(1991) 320-326.

82. Williams, SR und Neufer, PD. Regulation of gene expression in skeletalmuscle by contractile activity. in: Rowell, LB und Shepherd, JT (Hrsg)Handbook of Physiology. New York, Oxford (1996) 1124-1150.

83. Wolfarth, B und Keul, J. Molekulargenetik - eine zukünftige Aufgabe derSportmedizin. Sportorth Sporttraumatol 14 (1998) 168-171.

84. Yang, HT und Terjung, RL. Angiotensin-converting enzyme inhibition in-creases collateral-dependent muscle blood flow. J Appl Physiol 75 (1993)452-457.

Anschrift für die Verfasser:Prof. Dr. Jürgen M. Steinacker

Abt. Sport- und RehabilitationsmedizinMedizinische Klinik und Poliklinik

Universitätsklinikum Ulm89070 Ulm

Tel.: 0731-502-6962Fax.: 0731-502-6686

e-mail: [email protected]

13. Internationaler Sportärztekongreß

Sekretariat: Telefon: (0511) 16 74 75 80Telefax: (0511) 16 74 75 85Email: [email protected]: www.orthopaedie-hannover.de

Anrechenbare Stunden zur Erlangung der Zusatzbezeichnung"Sportmedizin":Theorie und Praxis der Leibesübungen 54 StundenSportmedizin 50 Stunden

Gesamtstundenzahl 104 Stunden

Österreichisches Ärztediplom: 24 Std. Theorie, 24 Std. Seminar, 24 Std. Ärztesport

Tagungsort: Olympiazentrum Seefeld/Tirol

Wiss. Leitung: Dr. med. habil. M. Goertzen (Hannover)Prof. Dr. med. E. Hille (Hamburg)Prof. Dr. med. K.-P. Schulitz (Düsseldorf)

Veranstalter,Organisation Düsseldorfer u. Planung : Sportrehabilitationszentrum e.V.

Anschrift: Zentrum für Orthopädische Chirurgie,Sporttraumatologie & RehabilitationGeorgstr. 19, 30159 Hannover

13. Internationaler SportärztekongreßSeefeld/Österreich vom 19.02. - 03.03.2000

Documents

Molekulare Effekte von körperlicher Belastung und Stress ... · The plasticity of skeletal muscle is high depending on stress and meta-bolism. Peripheral arterial occlusive disease