Analysis der Basalstoffwechselregelung in Abhängigkeit von Umweltfaktoren und Körpergewicht

Abstract

In large-scale experiments carried out over a period of about 15 years, white rats were subjected to chronic treatment with antithyroid drugs, substances counteractingLangerhans' islets (mostly alloxan), hormone fragments, and native hormones respectively. The O₂-consumption (mostly in an artificial microclimate) was measured in each test. The test batches were either gradually diminished by killing the animals one after another, to yield histological series in chronological order, or a whole batch was pooled together at the end of a test. In all experiments a relationship could be established between O₂-consumption and the histology (histochemical tests included) of liver and endocrine glands. In a recent experiment, moreover, serum enzymes and the level of blood sugar were determined; a chromatographic analysis of thyroid hormone fractions and blood cells-counts were made. Combining these methods led to numerous variables suitable for numerical treatment. Besides a treatment of the data by elementary methods (variance analysis, t-test, U-test, linear 2-dimensional regression analysis), multidimensional space models, employing traditional and novel calculi were used. The regression equations in 23-dimensional statements were linear, quadratic and cubic. In a concordance analysis 25 variables were carried along. To develop a satisfactory theory, the coefficients of the differential equations underlying the material were determined by means of an approximation method suited for random samples subject to variance. For solution, integrals, polynomials of e-functions, using mostly the regression calculus in two steps were sought. The oscillations caused by environmental factors were extracted as the differences between the function values of the optimal particular and real integral and the empirical ordinates. This isolated swinging remainder was analysed followingFourier. The spectra or the oscillation portions themselves were brought into functional relation with one another by means of functional operators always controlled by hetero- and auto-correlation. The model of the control of metabolism by the diencephalic-pituitary-thyroid-system could thus be reduced to an n-dimensional linear space model, which, however, is not quite satisfactory.

Zusammenfassung

• 1. An Albinoratten wurden zwei Fragenkomplexe untersucht, und zwar

  • (a) in welchem Maß der Gasumsatz und das Körpergewicht durch Antithyreoidika, andere stoffwechselhemmende Substanzen, Hormone, Hormonbruchstücke und Alloxan verändert werden, und

  • (b) welche Schwankungen des O₂-Verbrauches durch die Variabilität von Umweltfaktoren (Futteraufnahme, Umgebungstemperatur, Luftfeuchte, Luftdruck) erklärt werden können.

• 2. Alle Tiere wurden histologisch, histotopochemisch, teilweise biochemisch und quantitativ-morphologisch untersucht. Dadurch konnten die mit den verschiedenen Stoffwechselzuständen korrelierten morphologischen Zustandsbilder der endokrinen Drüsen und der Leber ermittelt werden.

• 3. Körpergewichtsänderungen und O₂-Verbrauchsänderungen wurden als Zeitvariable besonders sorgfältig analysiert. Neben elementar-statistischen Tests und 2-dimensionaler Regressionsanalyse wurden zunehmend aus der höheren Analysis stammende numerische Verfahren verwandt; besonders wertvoll war die Einbeziehung linearer Differentialgleichungen und Differentialgleichungssysteme höherer Ordnung, außerdem die n-dimensionale Regressionsanalyse.

• 4. Alle stoffwechselblockierenden Substanzen führen zu Abklingvorgängen. Die analytischen Ausdrücke, partikuläre Integrale von Differentialgleichungen höherer Ordnung, gestatten eine genaue formale Beschreibung des Prozesses. Bei stark wirksamen Hemmern des Gasumsatzes setzt sich der Abklingvorgang, der als steadystate betrachtet wird, meist aus einem anfänglichen „pre-steady-state-Überschuß“, dem monotonen Dekrement und einer bald insuffizient werdenen Gegenregulation des Systems zusammen. Der O₂-Verbrauch klingt endlich auf einen Minimalumsatz ab (O₂-Bedarf bei vita minima). Der ganze Vorgang kann als sehr stark gedämpfter, aperiodischer Einschwingvorgang auf das neue Soll-Niveau gelten.

• 5. Zum aperiodischen Vorgang addiert sich bei inkonstanten Umweltbedingungen eine periodische Komponente, die meist durch Temperaturschwankungen erklärbar ist. Diese kurzzeitigen O₂-Schwankungen können als Resonanzerscheinungen aufgefaßt werden, da bei unterschiedlicher, aber einfach proportionaler Amplitude regelmäßig übereinstimmende Kreisfrequenzen und meist auch Phasengleichheit festgestellt werden können. Es ist möglich, durch Pharmaka Phasenverschiebungen zu erzeugen, besonders aber die Resonanz zu hemmen. Dijodtyrosin wirkt ausnahmsweise als kräftiger Enthemmer, indem es die Eigendämpfung des Systems aufhebt.

• 6. Es ist möglich, die Saisonanpassung des O₂-Verbrauches im Laboratorium zu imitieren. Langzeitige lineare oder exponentielle Umwelttemperaturänderung bedingt eine gegenläufige, langfristige Änderung des Gasumsatzes. Dieser Effekt kann durch chemische Blockade des Systems überspielt werden.

• 7. Durch Konkordanzanalyse und andere Verfahren kann gezeigt werden, daß der tierische Organismus ein System vermaschter Regelkreise ist. Homoiostase ist demnach ein Zustand, den der Organismus als ein vieldimensionales System voneinander abhängiger Veränderlicher durch dauernde Herstellung eines Fließgleichgewichtes aufrechtzuerhalten bestrebt ist. Absolute Homoiostase in lebenden Organismen gibt es nicht; die Überlebenschance besteht vielmehr gerade darin, daß sich das System unter gegebenen Umweltbedingungen statistisch „so gut wie möglich“ auf eben diese Bedingungen einstellt. Das Überleben ist offenbar ein statistisches Problem nichtlinearer Optimierung.