Metabolic Reduction in Hypothermia: Pathophysiological Problems and Natural Examples - Part 1

Summary

Following a description of the protective effects of hypothermia the limitations resulting from “cold swelling” of the brain caused by a progressive discrepancy between active and passive cellular transport processes, are discussed. The observa tion that the tolerable limits of metabolic reduction lie well below ihe normal turnover rates leads to a short survey of the evolution of energy metabolism. The gradual development of the latter from anaerobiosis to aerobiosis and from poikilothermy to homeothermy apparently provides the background for transient reductions to lower rates which spontaneously occur even in higher vertebrates. As an impressive example of such a natural strategy, the anaerobic survival of diving turtles is outlined which essentially depends on an efficient buffering. This dependence bears analogy to cardioplegia, where an increase in buffering capacity can greatly retard the fall of energy turnover, thus leading, as is shown by microcalorimeiry, to an intermediate plateau of anaerobic metabolism.

Zusammenfassung

Nach einer kurzen Darstellung des prolektiven Nutzens der Hypolhermie werden zunächst die Grenzen behandell, die ihr im Warmblüterorganismus durch die-auf einer zunehmenden Diskrepanz zwischen aktiven und passiven Transportmechanismen beruhenden - “Kalteschwellung” des Gehirns gesctzt werden. Anknüpfend an die Beobachtung, daß die voruberge-hend tolerablen Minimalumsätze dennoch weit unler den nor-malen Stoffwechselraten liegen, wird sodann ein Abriß über die Evolution des Energiestoffwechsels gegeben; dessen sukzessive Höherentwicklung von der Anaerobiose zur Aerobiose und von der Poikilothermie zur Homöothermie bildet offenbar den Hin-tergrund für eine zeitweiligeRückführungauf ein jeweils niedrigeres Niveau, wie sie spontan sogar bei höheren Wirbeltieren beobachtet werden kann. Als besonders eindrucksvolles Bei-spiel einer solchen natürlichen Anpassungsstrategie wird schließlich die hohe Anaerobiosetoleranz lauchender Schild-kröten beschrieben. die ihrerseits eine wirksame Pufferung voraussetzt. Hierin liegt eine Analogie zur Protektion von Warm-blütermyokard, wo der ischämische Stoffwechselabfall durch eine geeignete Erhöhung der Pufferkapazität so weit verlang-samt wird, daß sich-wie durch mikrokalorimetrische Messun-gen direkt nachgewiesen werden kann-ein längeres anaerobes Stoffwechselplateau ausbildet

Key words

Hypothermia - Evolution of energy metabolism - Diving turtles - Anaerobiosis - Organ preservation