Alterations of mechanical parameters in chemically skinned preparations of rat myocardium as a function of isoenzyme pattern of myosin

Abstract

Myofibrillar ATPase activity, maximum unloaded shortening velocity, and isometric tension development were evaluated in left ventricular preparations of 5-week-old rats with a high endogeneous level of thyroid hormones and hypothyroid rats after 4-week treatment with propylthiouracil (PTU). The range of possible alterations of the above functional parameters was defined in relation to myosin isoenzyme distribution. The mechanical behaviour of the ventricular preparations was investigated in native myocardium as well as in the glycerinated state. The essential result of the present study is that alterations of myofibrillar ATPase activity and mechanical v_max, evaluated in glycerinated preparations, are limited to a well-defined range of similar magnitude for both functional parameters: 32–40% of maximum values (obtained from rat myocardium with homogeneous myosin V₁). Isometric tension was only insignificantly decreased in glycerinated preparations of the PTU-treated group. The alteration in the apparent maximum shortening velocity of native myocardium (v₀) was of the same magnitude as changes in v_max of chemically skinned preparations. Physical training revealed a shift in the direction of V₁-type myosin with increased ATPase activity and shortening velocity; aging and pressure overload showed an opposite effect. The documented mechanical alterations do not contradict an adaptational interpretation of the myosin isoenzyme redistribution in pressure-induced hypertrophy. Um den Bereich möglicher Änderungen der funktionellen Parameter in Abhängigkeit vom Myosin Isoenzymmuster zu bestimmen, wurden myofibrilläre ATPase-Aktivität, maximale lastfreie Verkürzungsgeschwindigkeit und isometrische Spannungsentwicklung linksventrikulärer Myokardpräparationen folgender Tierkollektive gemessen: 5 Wochen alte Ratten mit hohem endogenem Thyroxinspiegel und hypothyreote Ratten nach 4wöchiger Behandlung mit Propylthiouracil (PTU). Das mechanische Verhalten der Ventrikelpräparate wurde im nativen Zustand und nach Glyzerinextraktion untersucht. Das wesentliche Ergebnis dieser Arbeit ist, daß Veränderungen der lastfreien Verkürzungsgeschwindigkeit — v_max — gemessen in glyzerinisierten Präparaten—und der myofibrillären ATPase-Aktivität auf einen definierten Bereich gleicher Größenordnung begrenzt sind: 32–40% des Maximalwerts, jeweils gemessen im Myokard mit homogenem Myosin V₁-Typ. Die isometrische Spannungsentwicklung war nur insignifikant verändert; −9% im PTU-behandelten Kollektiv. Die Veränderung des apparenten Wertes der maximalen lastfreien Verkürzungsgeschwindigkeit — v₀, gemessen in nativen Myokardpräparaten — war von gleicher Größenordnung wie die Änderungen des v_max-Wertes in chemisch, gehäuteten Präparaten. Durch körperliches Training war eine Umverteilung der Isoenzyme in Richtung Myosin V₁ bei gleichzeitiger Zunahme von ATPase-Aktivität und Verkürzungsgeschwindigkeit (v₀) festzustellen; steigendes Lebensalter und Druckbelastung führten zu entgegengesetzten Effekten. Die gezeigten mechanischen Veränderungen widersprechen nicht der Annahme, daß die Umverteilung der Myosin-Isoenzyme bei druckbedingter Hypertrophie einen adaptiven Vorgang darstellt.