Elektronenmikroskopische myopathologische Biopsiebefunde bei Hypercorticismus durch ein ACTH-aktives Lebercarcinom
F. JERUSALEM und E. FREUND-MÖLBERT
Neurologische Universitätsklinik Zürich (Direktor: Prof. Dr. G. Baumgartner) und Abteilung für Biologie, Lehrstuhl für Mikrobiologie der Universität Freiburg i. Br. (Direktor: Prof. Dr. G. Drews)
Eingegangen am 4. September 1969
Hypercorticism Due to an ACTH-producing Carcinoma of the Liver: Myopathologic Observations on Electron Microscopy of Biopsy Specimens
Summary. Electron microscopic findings in a myopathy caused by an ACTH- producing liver carcinoma and hypertrophy of the adrenal glands are described. Early changes include the accumulation of mitochondria and grana in the sub- sarcolemmic and intermyofibrillar space. Many regenerating muscle fibers showed unusual aggregations of filaments, dense Z disks with attached filaments, and T-systems with tubular networks. If myopathy presents with loss of weight, hyper- pigmentation, hypokalemic alkalosis, diabetes mellitus, and a diminished resistance to infections steroid hormones should be assayed in order to trace a possible “paraneoplastic hypercorticism”.
Neben iatrogenen Cortisonmyopathien, myopathologischen Prozes- sen bei adrenalen und hypophysären Tumoren können Myopathien ihre Ursache auch in einer ACTH-artigen Wirkung von Neoplasmen verschie- dener Lokalisation haben. Nach den ersten Mitteilungen von Cushing- Syndrom bei malignen, nicht adrenalen oder hypophysären Tumoren (Brown, 1928), gelang es in den letzten Jahren, in derartigen Tumoren, unter denen das kleinzellige Bronchialcarcinom am häufigsten vorkommt, Substanzen mit Corticotropin-Aktivität nachzuweisen (Meador et al., 1962; Liddle et al., 1963; Jarett et al., 1964).
Im folgenden werden erstmals die feinstrukturellen Befunde einer Myopathie mitgeteilt, der ein primäres Lebercarcinom mit ACTH-ähn- licher Sekretion zugrunde lag. Die klinischen und autoptischen Befunde wurden bereits von Burmeister et al. (1968) publiziert, so daß wir uns auf eine gekürzte Wiedergabe dieser Daten beschränken.
Kasuistik und Methode
Der 1937 geborene Mann zeigte 1965/66 eine rasch progrediente Gewichtsreduk- tion, Ödeme, Völlegefühl im Abdomen sowie einekurzzeitigeinterkurrente psychotische
Episode. Die sehr rasch fortschreitende Myopathie äußerte sich in einer diffus lokalisierten Muskelschwäche mit ausgeprägter, ebenfalls diffuser Atrophie der ge- samten Skeletmuskulatur und zeigte elektromyographisch eine Aufsplitterung der Willküraktionspotentiale sowie Fibrillationen. Bioptisch-histologisch zeigte sich im M. biceps brachii rechts eine Kalibervariation der quergetroffenen Fasern mit iso- liert-disseminierter numerischer Atrophie und im Längsschnitt hyaline, vacuoläre und grobschollige Degenerationen. Ferner bestanden ein leichter Diabetes mellitus und eine mäßige Hypokaliämie bis auf 3,2 mäq/l. Nach dem Hinzutreten einer eitrigen Bronchopneumonie starb der Patient nach einem 21/2monatigen Krankheits- verlauf. Autoptisch fand sich ein primäres, nicht metastasierendes Lebercarcinom mit einem für endokrine Organe typischen histologischen Aufbau, in dem biologisch eine ACTH-Aktivität von 3,25 mE ACTH pro Gramm Frischgewebe nachgewiesen wurde1. Die unmittelbare Todesursache war eine Aspergilluspneumonie. Eine Hirn- sektion konnte nicht durchgeführt werden.
Das bioptisch entnommene Muskelgewebe wurde in Glutaraldehyd und anschlie- Bend in 1% Osmiumsäure fixiert und in Epon eingebettet. Die Herstellung der Dünnschnitte erfolgte mit einem LKB-Ultramikrotom, die Kontrastierung mit Uranylacetat und Bleihydroxyd. Die Dünnschnitte wurden in einem Zeiss EM 9- Elektronenmikroskop mikroskopiert und photographiert.
Ergebnisse
Myofibrillen. Nicht oder nur wenig geschädigte Muskelfasern lassen eine herdförmige Anhäufung von Mitochondrien und Grana sowie ein- zelne Fettpartikel und membrangebundene Vesikel im intermyofibril- lären und subsarkolemmalen, bevorzugt paranucleären Cytoplasma er- kennen (Abb. 1). Die zentralen und die peripheren Faserpartien sind gleichmäßig betroffen. Die ersten myofibrillären Strukturschäden sind in einer disseminierten Destruktion einzelner Sarkomere oder kleinerer An- teile eines Sarkomers zu erkennen. Einzelne Myofibrillen spalten sich oder zeigen durch den Verlust peripherer Myofilamente eine Kaliber- reduktion. Mit fortschreitender Destruktion werden ganze Sarkomer- verbände einzelner und benachbarter Myofibrillen zerstört, so daß grö- ßere Herde mit völligem Verlust des contractilen Apparates entstehen. Andere Herde sind durch eine Desintegration und Variabilität der Myo- fibrillen und der Ausrichtung und Gruppierung der Sarkomere gekenn- zeichnet (Abb. 2 u. 3). Einzelne Fasern haben unregelmäßig geformte Filamentkonglomerate. Es sind osmophile Verdichtungen mit diskreter Längsstreifung destruierter Myofibrillen, die nach ihrer Elektronendichte Z-Bandmaterial ähneln (Abb. 3). Besonders subsarkolemmal sind Bü- schel von ca. 1 ×3 u Größe aus einer einheitlichen filamentösen, ca. 75 Å messenden Struktur in paralleler Anordnung gelegen (Abb. 4). In der- artigen und anderen Fasern mit weitgehender Auflösung der Myofibrillen sind zahlreiche elektronendichte, in der Breite variable Z-Bänder, die
1 Bestimmung in der endokrinologischen Abteilung des Zentrums für Innere Medizin (Vorstand: Prof. Dr. E. F. Pfeiffer) der Universität Ulm.
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Bm
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My
beiderseits Filamentbüschel tragen und sich teilweise zu unregelmäßig ausgerichteten Sarkomeren zusammenschließen (Abb. 2).
Mitochondrien. In Muskelfasern mit noch weitgehend unauffälligen Myofibrillen sind, wie auch in kleinen herdförmigen Degenerationsarealen,
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T
Tu
L
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T
Anhäufungen von Mitochondrien zu beobachten. Selbst in stark degene- rativ veränderten Fasern mit nur spärlichen Resten des contractilen Systems finden sich oft reichlich, morphologisch intakt erscheinende Mito- chondrien, die eine Kalibervariation zwischen der „Normgröße“ und kleineren Exemplaren aufweisen. Bemerkenswert wenige Mitochondrien liegen bei elektronendichten Filamentkonglomeraten (Abb. 3).
Sarkoplasmatisches Reticulum. Bei noch intakter Myofibrillenstruktur und im Frühstadium ihrer Destruktion zeigen sich im intermyofibrillären Raum Vesikel, die wahrscheinlich dem sarkoplasmatischen Reticulum angehören. In stärkeren Degenerationsstadien tritt die Häufigkeit dieser Vesikel zurück.
Sarkoplasmatische Veränderungen und Einschlüsse. Schon bei leichten, ausgeprägter bei schweren myofibrillären Destruktionen zeigt sich sub- sarkolemmal und in den erweiterten intermyofibrillären Räumen eine Zunahme des Sarkoplasmas. Es enthält vorwiegend zahlreiche Glykogen- partikel. Außerdem finden sich Mitochondrien und Fettpartikel sowie autophagische Vacuolen, Myelinfiguren und Lipofuscin. Diese Sarko- plasmaeinschlüsse häufen sich mit zunehmender Intensität der Myo- fibrillendestruktion. In einigen Fasern sind tubuläre Strukturkomplexe auffallend (Abb. 2). Es handelt sich um rundliche Gebilde mit einem Durchmesser von ca. 1,2 u, die von multiplen rundlichen, zwischen 500 und 740 Å messenden, optisch leeren und zum Teil hexagonal an- geordneten Tubuli durchsetzt sind. Die Mehrzahl dieser tubulären Struk- turkomplexe liegt regellos im Cytoplasma. Nur wenige lassen eine Ver- bindung zu transversalen Tubuli von T-Systemen erkennen, die ihrer- seits gelegentlich eine direkte Kommunikation mit dem extracellulären Raum haben. Die terminalen Cisternen der T-Systeme sind größtenteils verdickt und die transversalen Tubuli dilatiert.
Muskelfaserkerne. Sowohl Kerne in normaler subsarkolemmaler Lage als auch zentrale Kerne zeigen eine Aufhellung des Karyoplasmas und einen deutlichen Nucleolus. In der näheren Umgebung derartiger pro- liferativer Kerne, die von einem fibrillenfreien Plasmasaum umgeben sind, wird oft ein Golgifeld getroffen.
Sarkolemm. Die Plasma- und Basalmembran sind durch Einstülpungen ausgezeichnet. Selbst bei hochgradigen Parenchymschäden bleiben diese beiden Membranen morphologisch auffallend lange intakt. Eine Ver- dickung der Basalmembran bis auf 1100 Å zeigt sich schon bei nur diskret veränderten Muskelfasern.
Kollagen. Schon in Arealen mit nur geringen myopathologischen Ver- änderungen ist das Kollagen in den extracellulären Räumen vermehrt. Die quer- und längsgetroffenen Kollagenfibrillen sind durch eine leichte Kalibervariation ausgezeichnet.
Blutgefäße. Arteriolen und Capillaren sind durch eine Verdickung und zottige Oberflächenvergrößerung des Endothels auffallend, wodurch eine Verschiebung der Relation von Endothelzellen und Lumenkapazität entsteht. Bemerkenswert ist eine starke Verdickung der Basalmembran bis auf 4500 Å.
Diskussion
Die beschriebene Cortisonmyopathie entwickelte sich durch ein nicht metastasierendes, ACTH-aktives Lebercarcinom, das eine Nebennieren- rindenhypertrophie induzierte. Elektronenmikroskopisch waren bereits in Muskelfasern mit intakten Myofibrillen subsarkolemmale und inter- myofibrilläre Anhäufungen von Mitochondrien und Grana zu sehen (Abb. 1); diese Befunde der Faserfrühveränderung entsprechen denen bei iatrogener und experimenteller Cortisonmyopathie (Engel, 1966; Golding u. Begg, 1960; Hagstrom et al., 1961; Pearce, 1963; Jontofson, 1968; Freund-Mölbert et al., 1969). Sie sind aber sicher nicht für diese Erkrankung pathognomonisch, sondern kommen auch bei anderen Myo- pathien vor (Hurwitz et al., 1967; Pearce, 1966; Mölbert u. Marx, 1965; Jerusalem, 1969). Schon bei derartigen leichten Veränderungen fand sich die Basalmembran bis auf 1100 Å verdickt und das Kollagen im extra- cellulären Raum vermehrt (Abb. 1). Die in mehreren Fasern vorkommen- den, vorwiegend subsarkolemmalen Filamentaggregate (Abb. 4) sind wahrscheinlich als überschießende Regenerationsversuche zu deuten und entsprechen den Beobachtungen von Hurwitz et al. (1967) bei progres- siver Muskeldystrophie und Shafiq et al. (1967) bei Nemalinemyopathie. Außerdem zeigten sich in einzelnen Fasern besonders dichte und in der Größe variable Z-Streifen in regelloser Ausrichtung, die oft an beiden Seiten dichte Filamentbüschel trugen, von denen sich einige zu Sarko- meren formierten (Abb. 2); ihre Verbindung mit anderen strukturellen Bildungen läßt annehmen, daß es sich um Regenerationsversuche han- delt. Von Cornog u. Gonatas (1967) wurden entsprechende Formationen im Rhabdomyom beobachtet. Sie sind auch aus Muskelschläuchen be- kannt.
Kristalline mitochondriale Ca-Phosphat-Einschlüsse bei einer von D’Agostino u. Chiga (1966) und Jontofson (1968) experimentell erzeugten Cortisonmyopathie wurden im vorliegenden Material nicht gefunden. Bemerkenswert war eine Verdickung der Basalmembran der Muskel- fasern und der intramuskulären Gefäße, als deren Ursache eine hormo- nelle Wirkung auf das Bindegewebe (Pintar, 1960) oder der vorhandene Diabetes mellitus zu diskutieren sind (Zacks et al., 1962; Banson et al., 1964). Bei den tubulären Strukturkomplexen (Abb. 2) ließen sich Ver- bindungen zum T-System nachweisen, über deren transversale Tubuli sie mit dem Extracellulärraum kommunizieren (Jerusalem, 1970).
Entsprechende Strukturen wurden von Cornog u. Gonatas (1967) im Rhab- domyom, von Schutta et al. (1969) bei paroxysmaler idiopathischer Myo- globinurie und von Schotland (1968) bei myotoner Dystrophie beschrieben und von uns auch bei Polymyositis beobachtet (unpublizierter Befund). Muskelregenerate bei iatrogener und experimenteller Cortisonmyopathie wurden auch von Hagstrom et al. (1961), Ellis (1956) und Jontofson (1968) beobachtet. Das gehäufte Vorkommen von Muskelregeneraten und einer cytoplasmatischen Differenzierung von Filamenten und T-Systemen könnte mit einer hormonellen Zellaktivierung in Zusammenhang gebracht werden (Gareen et al., 1964).
Bei Patienten mit einer Myopathie sind ein rascher Gewichtsverlust, Ödeme, abnorme Pigmentierung, Hypokaliämie und hypokalämische Alkalose, Diabetes mellitus, verminderte Infektresistenz und bei Frauen Hirsutismus auf einen „paraneoplastischen Hypercorticismus“ verdächtig. Bei diesen Fällen sollte neben der Suche nach einem Tumor eine Hormon- analyse durchgeführt werden. Brown (1928) erwähnt in diesem Zusam- menhang den „diabetes of bearded women“. Meador et al. (1962) stellen fest, daß bei ca. 27% dieser Patienten die körperlichen Stigmata des Cushing-Syndroms fehlen. Dies betrifft besonders die rasch progredienten Verläufe.
Zusammenfassung
Elektronenmikroskopische Biopsiebefunde einer Myopathie, die durch ein ACTH-aktives Lebercarcinom mit Nebennierenrindenhyper- trophie entstanden ist, werden dargestellt. Die Frühveränderungen be- stehen aus subsarkolemmalen und intermyofibrillären Anhäufungen von Mitochondrien und Grana. In Muskelregeneraten zeigen sich abnorme Filamentaggregate, verbreiterte Z-Streifen mit beiderseitigen Filament- büscheln und gehäufte T-Systeme mit tubulären Strukturkomplexen.
Bei Myopathien sollen Gewichtsverlust, abnorme Pigmentierung, hypokalämische Alkalose, Diabetes mellitus und verminderte Infekt- resistenz Anlaß zu einer Hormonanalyse sein, die einen „paraneoplasti- schen Hypercorticismus“ aufdecken kann.
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Dr. F. Jerusalem Neurologische Universitätsklinik CH-8006 Zürich, Rämistraße 100