Abstract
The levels of various amino acids in the plasma and cerebrospinal fluid of five Finnish
children, suffering from nonketotic hyperglycinemia (NKH) were measured, using an
automatic amino acid analyzer (Jeol JLC-6AH). At the time of this investigation, these
children, mean age (5.6 ± 2.4 [1 SD]) years, were the only survivors of a total of
19 cases of NKH, diagnosed in Finland from 1965 to 1977. A control group was composed
of 10 children without neurological disease. In these NKH-patients the glycine concentration
was found to be elevated four times the normal in plasma and 22-fold in CSF. Plasma
levels of branched chain amino acids were also significantly elevated. In cerebrospinal
fluid, subnormal concentrations of alanine, methionine and phenylalanine were observed.
When calculating the plasma/CSF ratios for amino acids the most striking finding was
a mean value of 11.1 ± 6.4 (1 SD) for glycine in NKH-patients compared with the normal
value for healthy children of 54.7 ± 25.8. In this respect NKH differs clearly from
other forms hyperglycinemia, in which this ratio remains almost unchanged. Also, this
change in the plasma/CSF ratio supports the possibility of a defective degradation
of glycine within the central nervous system in NKH, since it has been previously
demonstrated that peripheral injections of glycine do not alter the glycine concentration
of brain tissue.
In accordance with earlier reports of valine-sensitivity in NKH-patients, our findings
of high concentrations of branched chain amino acids in plasma seem to support the
view that there is abnormal metabolism of these amino acids in NKH. It cannot, however,
be stated with certainty whether our findings of abnormal concentrations for several
amino acids in NKH represent primary events or not, but as the major degradative pathway
of glycine is defective in this disease, it is probable that activation of other,
alternative routes takes place. The subnormal level of methionine in CSF and the elevated
concentrations of serine and threonine in plasma can probably be explained on this
basis.
Zusammenfassung
In den Jahren 1965–1977 wurden in Finnland 19 Kinder mit nicht-ketotischer Hyperglyzinämie
(NKH) diagnostiziert (Similä und Visakorpi 1970, Seppäläinen und Simila 1971, von Wendt et al. 1978). Bis heute ist sehr wenig über die möglichen Einflüsse der nicht-ketotischen
Hyperglyzinämie auf den Stoffwechsel anderer Aminosäuren bekannt. Wir haben in dieser
Arbeit die Konzentrationen aller Aminosäuren im Blutplasma und Liquor der fünf noch
lebenden finnischen Kinder mit NKH mit einem automatischen Aminosäureanalysator bestimmt
und die Ergebnisse mit Referenzwerten gleichaltriger gesunder Kinder verglichen. Die
Kinder waren zur Zeit dieser Untersuchung 5.6 ± 2.4 (1 SD) Jahre alt.
Das Ergebnis war, daß die Glyzinkonzentration im Plasma der kranken Kinder viermal
und im Liquor etwa 22mal größer war als bei den gesunden Kindern. Der nicht-ketotische
Typ der Hyperglyzinämie scheint sich also besonders durch das Glyzinverhältnis zwischen
Plasma und Liquor von seinen ketotischen oder sekundären Erscheinungsformen zu unterscheiden.
Im Falle der NKH ist dieses Verhältnis 11.1±6.4 (1 SD), während es bei normalen Kindern
54.7±25.8 (1 SD) beträgt. Bei ketotischer Hyperglyzinämie sind entsprechende Veränderungen
sehr gering.
Veröffentlichungen über Glyzinversuche mit Tieren zeigen, daß der Gehalt dieser Aminosäure
im zentralen Nervensystem bei peripheralen Glyzininjektionen nahezu konstant bleibt.
Daher liegt es nahe anzunehmen, daß der erhöhte
Glyzingehalt bei NKH auf einer Hemmung des Glyzinkatabolismus im zentralen Nervensystem
zurückzuführen ist. Außerdem fanden wir auch erhöhte Konzentrationen für die verzweigten
Aminosäuren im Plasma dieser fünf finnischen NKH-Kinder, während die Werte für Alanin,
Methionin und Phenylalanin im Liquor unter dem Durchschnitt lagen.
Obwohl die zuletzt genannten Veränderungen wahrscheinlich nur sekundärer Art sind,
bekräftigen unsere Ergebnisse die Auffassung, daß der Stoffwechsel der verzweigten
Aminosäuren in dieser Krankheit gestört ist. Als Beispiel dafür könnte man außerdem
die Beobachtung mehrerer Forscher anführen, daß Valin toxisch auf NKH-Patienten wirkt.
Untersuchungen über Methioninmangel sind bis heute nicht veröffentlicht worden, aber
Ergebnisse über therapeutische Experimente mit dieser Aminosäure liegen vor. Danach
sind Zustand und Prognose der betreffenden Patienten durch diese Behandlung nicht
verbessert worden, was darauf schließen läßt, daß der Methioninmangel im Liquor nur
ein sekundäres Phänomen ist.
Da der Mechanismus, der zu dieser metabolischen Krankheit führt, noch unbekannt ist,
kann man nicht mit Sicherheit sagen, welche Störungen primärer und welche sekundärer
Art sind. Viele Befunde deuten aber darauf hin, daß der Glyzinstoffwechsel im Gehirngewebe
gestört ist und diese Störung sich in einer erhöhten Glyzinkonzentration im Plasma
und Urin widerspiegelt.
Keyword
Amino acids in cerebrospinal fluid - glycine - nonketotic hyperglycinemia
