Advertisement

Virchows Archiv B

, 33:77 | Cite as

Giant mitochondria in the human myocardium — Morphogenesis and fate

  • B. Kraus
  • H. Cain
Article

Summary

Electron-microscopical examination of myocardial biopsy material obtained from a 58-year-old man revealed giant mitochondria having a length of 30 μm. Such giant mitochondria (also called megamitochondria) evolve by fusion of the membranes of numerous large individual organelles. Initially they are polymorphous and of diverse shapes, but later they are seen to be arranged among and parallel with the filaments of the myocardial fibres, where they present a smooth, cigar-like appearance. Deposits of glycogen in the giant mitochondria result from the accidental inclusion of glycogen granules during fusion. The abundance of cristae, which often form dense stacks in the megamitochondria, is evidence for the genuine synthesis of new cristal material. The aetiological and exact pathogenetic mechanisms of the evolution of giant mitochondria in the myocardium, as also their function, remain unclear. Particularly large specimens are obviously inefficient and disturbing to the cell. They are degraded by autophagy.

Key words

Mcgamitochondria Morphogenesis by fusion Degradation by autophagocytosis 

Zusammenfassung

In bioptisch gewonnenem Herzmuskelgewebe eines 58-jährigen Mannes finden sich elektronenmikroskopisch Riesenmitochondrien mit größten Längsdurchmessern von 30 μm. Solche Mcgamitochondrien entstehen durch Mcmbranfusion zahlreicher original großer Einzelorganellen. Sie sind zunächst polymorph und vielgestaltig, bevor sie sich mit zigarrenähnlicher glatter Oberflächenkontur parallel zwischen die Filamentbündel der Herzmuskelfasern einordnen. Glykogenablagerungen in den Mcgamitochondrien kommen durch zufälligen Einschluß von Glykogengranula während des Fusionsvorganges zustande. Der große Reichtum der Riesenmitochondrien an Cristae, die oft dichte Stapel bilden, belegt eine echte Neusynthese von Cristamaterial. Die ätiologischen und exakten pathogenetischen Mcchanismen der Entstehung von Riesenmitochondrien im Herzmuskel sind ebenso ungeklärt wie ihre Funktion. Besonders große derartige Gebilde sind für die Zelle sichtlich ineffizient und störend, sie werden autophagisch degradiert.

References

  1. Albring, M., Thoenes, W.: Experimentell erzeugte Riesenmitochondrien in Hepatozyten. Verh. dtsch. Ges. Path.57, 399 (1973)Google Scholar
  2. Albring, M., Radsak, K., Thoenes, W.: Giant mitochondria II. Induction of matrix enriched megamitochondria in mouse liver parenchymal cells by ethidium bromide. Virchows Arch. Abt. B Zellpath.14, 373–377 (1973)Google Scholar
  3. Alexander, C.S.: Idiopathic heart disease. II. Electron microscopic examination of myocardial specimens in alcoholic heart disease. Am. J. Med.41, 229–234 (1966)PubMedCrossRefGoogle Scholar
  4. Anversa, P., Loud, A.V., Vitali-Mazza, L.: Morphometry and autoradiography of early hypertrophic changes in the ventricular myocardium of adult rat. Lab. Invest.35, 475–483 (1976)PubMedGoogle Scholar
  5. Bozner, A., Knieriem, H.J., Mcessen, H., Reinauer, H.: Die Ultrastruktur und Biochemie des Herzmuskels der Ratte im Thiaminmangel und nach einer Gabe von Thiamin. Virchows Arch. Abt. B Zellpath.2, 125–143 (1969)Google Scholar
  6. Bubenzer, H.J.: Die Strukturen der Skeletmuskelfaser im Hinblick auf ihre Funktionen. Umschau67, 52–57 (1967)Google Scholar
  7. Burch, G.E., Sohal, R., Fairbanks, L.D.: Ultrastructural changes in Drosophila heart with age. Arch. Pathol.89, 128–136 (1970)PubMedGoogle Scholar
  8. Frederic, J.: Recherches cytologiques sur le chondriome normal ou soumis à l’experimentation dans des cellules vivantes cultivées in vitro. Arch. Biol. (Liège)69, 167–341 (1958)Google Scholar
  9. Ghadially, F.N.: Mitochondria. In: Ultrastructural pathology of the cell. London: Butterworth 1977Google Scholar
  10. Ghadially, F.N., Skinnider, L.F.: Giant mitochondria in erythroleukaemia. J. Pathol.114, 113–117 (1974)PubMedCrossRefGoogle Scholar
  11. Harmjanz, D., Reale, E., Luciano, L., Ostertag, P.: Die Endomyokardbiopsie als Hilfsmittel der Diagnostik von Myokarderkrankungen. Verh. dtsch. Ges. Inn. Med.77, 1263–1267 (1971)PubMedGoogle Scholar
  12. Herdson, P.B., Garvin, P.J., Jennings, R.B.: Fine structural changes produced in rat liver by partial starvation. Am. J. Pathol.45, 157–181 (1964)PubMedGoogle Scholar
  13. Hibbs, R.G., Ferrans, V.J., Black, W.C., Weilbaecher, D.G., Walsh, J.J., Burch, G.E.: Alcoholic cardiomyopathy. An electron microscopic study. Am. Heart J.69, 766–779 (1965)PubMedCrossRefGoogle Scholar
  14. Hug, G., Schubert, W.K.: Idiopathic cardiomyopathy. Mitochondrial and cytoplasmic alterations in heart and liver. Lab. Invest.22, 541–552 (1970)PubMedGoogle Scholar
  15. Klingenberg, M.: Funktionelle Biochemie der Mitochondrien. In: Funktionelle und morphologische Organisation der Zelle, 69–81. Berlin-Göttingen-Heidelberg: Springer 1963Google Scholar
  16. Kraus, B., Cain, H.: Mitochondrienveränderungen des Tubulusepithels bei Wistarratten mit spontaner Nephropathie. Virchows Arch. B Cell Path.19, 179–190 (1975)Google Scholar
  17. Lacerda, P.R., Knieriem, H.J., Bozner, A.: Die Ultrastruktur des Herzmuskels der Ratte nach akuter Alkoholintoxikation. Z. Kreislauf-Forschung58, 97–103 (1969)Google Scholar
  18. Maron, B.J., Ferrans, V.J., Roberts, W.C.: Ultrastructural features of degenerated cardiac muscle cells in patients with cardiac hypertrophy. Am. J. Pathol.79, 387–434 (1975)PubMedGoogle Scholar
  19. Mösslacher, H., Slany, J., Hanak, H., Stockinger, L.: Die Myokardbiopsie in der Differentialdiagnose myokardialer Erkrankungen. Verh. dtsch. Ges. Inn. Med.77, 1266–1269 (1971)PubMedGoogle Scholar
  20. Novi, A.M.: Beitrag zur Feinstruktur des Herzmuskels bei experimenteller Herzhypertrophie. Beitr. path. Anat.137, 19–50 (1968)Google Scholar
  21. Personne, P., Anderson, W.: Localisation mitochondriale d’encymes lices au metabolisme du glycogene dans le spermatozoide de’l escargot. J. Cell Biol.44, 20–28 (1970)PubMedCrossRefGoogle Scholar
  22. Poche, R., de Mello Mattos, C.M., Rembarz, H.W., Stoepel, K.: Über das Verhältnis Mitochondrien: Myofibrillen in den Herzmuskelzellen der Ratte bei Druckhypertrophie des Herzens. Virchows Arch. Abt. A Path. Anat.344, 100–110 (1968)CrossRefGoogle Scholar
  23. Reale, E.: Mitochondrien. In: Grundlagen der Cytologie, Hirsch, G.C., Ruska, H., Sitte, P. (eds.), pp. 311 and 314. Stuttgart: Gustav Fischer 1973Google Scholar
  24. Schiaffino, S., Severin, E., Hanzlikova, V.: Intermembrane inclusions induced by anoxia in heart and skelet muscle mitochondria. Virchows Arch. B Cell Path.31, 169–179 (1979)CrossRefGoogle Scholar
  25. Schuurmanns Stekhoven, J.H., Haelst, v. U.J.: Matrixreiche Riesenmitochondrien in den Zellen der proximalen Nierentubuli. Virchows Arch. Abt. B Zellpath.5, 105–112 (1970)Google Scholar
  26. Suzuki, K., Kikkawa, Y.: Status spongiosus of CNS and hepatic changes induced by cuprizone (Biscyclohexanone Oxalyldihydrazone). Am. J. Pathol.54, 307–325 (1964)Google Scholar
  27. Svoboda, D.J., Higginson, J.: Ultrastructural changes produced by protein and related deficiencies in the rat liver. Am. J. Pathol.45, 353–379 (1964)PubMedGoogle Scholar
  28. Szanto, P.B., Larsen, K., Miles, B., Sutton, G.S., Gunnar, R.M., Tobin, J.R.: Ultrastructural alterations in human and experimental alcoholic cardiomyopathy. Am. J. Pathol.50, 55a (1967)Google Scholar
  29. Tandler, B., Erlandson, R.A., Wynder, E.L.: Riboflavin and mouse hepatic cell structure and function. Am. J. Pathol.52, 69–95 (1968)PubMedGoogle Scholar
  30. Tandler, B., Hutter, R.V.P., Erlandson, R.A.: Ultrastructure of oncocytoma of the parotid gland. Lab. Invest.23, 567–580 (1970)PubMedGoogle Scholar
  31. Tandler, B., Erlandson, R.A., Smith, A.L., Wynder, E.L.: Riboflavin and mouse hepatic cell structure. II. Division of mitochondria during recovery from simple deficiency. J. Cell Biol.41, 477–493 (1969)PubMedCrossRefGoogle Scholar
  32. Tauchi, H., Sato, T.: Age changes in size and number of mitochondria of human hepatic cells. J. Gerontol.23, 454–461 (1968)PubMedGoogle Scholar
  33. Thoenes, W.: Über matrixreiche Riesenmitochondrien. Elektronenmikroskopische Beobachtungen am Tubulusepithel der menschlichen Niere bei nephrotischem Syndrom. Z. Zellforsch.75, 422–433 (1966)PubMedCrossRefGoogle Scholar
  34. Vitali-Mazza, L., Anversa, P., Visioli, O.: Ultrastrukturelle Veränderungen des Herzmuskels bei Ratten unter polyensäurearmer Diät. Virchows Arch. Path. Anat.342, 38–49 (1967)CrossRefGoogle Scholar
  35. Vogell, W.: Die Morphologie der Mitochondrien. In: Funktionelle und morphologische Organisation der Zelle, pp. 56–67. Berlin-Göttingen-Heidelberg: Springer 1963Google Scholar
  36. Wilson, J.W., Leduc, E.H.: Mitochondrial changes in the liver of essential fatty acid-deficient mice. J. Cell Biol.16, 281–296 (1963)PubMedCrossRefGoogle Scholar
  37. Wu, B.C., Valle, R.T., White, L.A.E., Sohal, R.S., Arcos, J.C., Argus, M.F., Burch, G.E.: Mitochondrial ultrastructure and energy transduction in rat heart during progressive thiamine deficiency. Virchows Arch. Abt. B Zellpath.9, 97–114 (1971)Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 1980

Authors and Affiliations

  • B. Kraus
    • 1
  • H. Cain
    • 1
  1. 1.Pathologisches Institut, KatharinenhospitalStuttgartFederal Republic of Germany

Personalised recommendations