The role of ATP and lactic acid for mitochondrial function during myocardial ischemia

Abstract

Phosphorylation rates of canine heart mitochondria isolated after various periods of myocardial ischemia after cardioplegic arrest were correlated with the myocardial ATP-, lactate- and undissociated lactic acid content as well as with interstitial H⁺-concentration. The following correlation coefficients were found: ATP: 0.87, lactate: 0.93, interstitial H⁺: 0.73. The calculated undissociated lactic acid content and the mitochondrial phosphorylation rate during ischemia showed a correlation coefficient of r=0.95. Swelling measurements of mitochondria, isolated immediately after cardioplegic arrest, demonstrated that an undissociated lactic acid- and an ATP-concentration of 70 μM and 28 μM respectively are necessary for a half maximal swelling reaction under anaerobic conditions. The results suggest that the accumulation of undissociated lactic acid during myocardial ischemia could play an important role for mitochondrial damage in vivo. Die Phosphorylierungsrate von Mitochondrien, die nach bestimmten Ischämieperioden aus dem kardioplegisch stillgestellten Hundemyokard isoliert worden waren, wurde mit dem myokardialen ATP-, Laktat- und undissoziierten Milchsäuregehalt sowie mit der interstitiellen H⁺-Konzentration korreliert. Für den ATP-Gehalt ergab sich ein Korrelationskoeffizient von r=0,87, für den Laktatgehalt von r=0,93 und für die interstitielle H⁺-Konzentration von r=0,73. Der myokardiale Gehalt an undissoziierter Milchsäure und die mitochondriale Phosphorylierungsrate während Ischämie waren mit r=0,95 korreliert. Schwellungsmessungen an intakten Mitochondrien aus dem Hundemyokard zeigten, daß für eine halbmaximale Schwellungsreaktion unter anaeroben Bedingungen eine freie Milchsäure- und ATP-Konzentration von 70 μM bzw. 28 μM notwendig sind. Die Resultate lassen vermuten, daß die Anhäufung von undissoziierter Milchsäure während einer Herzmuskelischämie eine wesentliche Rolle für die mitochondriale Schädigung in vivo spielen könnte.