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Text File  |  1987-07-31  |  10KB  |  208 lines

  1. Copyright 1987 by Michael Finley Writing Services * 612/646-4642
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6. OF PIGS AND PEOPLE:
  7.  
  8. Research Links Human Drug Reaction
  9. To Swine Metabolic Disorder
  10.  
  11. By Michael Finley
  12.  
  13. #  #  #
  14.  
  15. People were dying on the operating table, and pigs were dying in
  16. trucks.  It turns out that there's a direct link between the two
  17. occurrences, and research at the University's Schools of Veterinary
  18. Medicine and Nursing is helping to further connect problems facing
  19. very separate populations.
  20.  
  21. OF PEOPLE
  22.  
  23. The human health problem is called malignant hypothermia, and it
  24. is a reaction some individuals experience while in surgery under
  25. the most common anesthesia, the drug halothane.  Though somewhat
  26. rare, affecting only 1 in 40,000 adults, or 1 in 12,000 children,
  27. the consequences are extremely serious.  
  28.  
  29. The body begins to heat up, the whole metabolism goes "crazy" in
  30. a very few seconds, and the muscle tissue of the body stiffens, almost
  31. like rigor mortis.  Unless caught immediately and taken off halothane
  32. and given its antidote, a drug called dantrolene, the individual
  33. dies.
  34.  
  35. The disorder was first written about in 1960 when a young man with
  36. a broken leg worried out loud to doctors because 10 of his 24 relatives
  37. had died under general anesthesia.  He, too, developed malignant
  38. hypothermia under anesthesia, but survived. 
  39.  
  40. Though an unusual reaction to halothane, malignant hypothermia is
  41. common enough that anesthetists routinely keep dantrolene on hand
  42. in surgery, just in case. And non-triggering anesthetics exist which
  43. can be used as an alternative to halothane.  Still, it is the anesthesiological
  44. profession which has pushed the hardest for research into the nature
  45. and prevention of malignant hypothermia.  It is a horrible thing
  46. to experience any fatality, but especially so during something as
  47. routine as a tonsillectomy!
  48.  
  49. OF PIGS
  50.  
  51. Sometime in the 1950s, a new phenomenon was attracting the attention
  52. of hog farmers, slaughterhouses, and veterinary doctors.  Large numbers
  53. of animals were dying -- in trucks, in pens, even in the serene confines
  54. of the barnyard.  Drivers pulling up to the stockyards would open
  55. the gates and see as many as three-quarters of the swine lying dead
  56. and stiff-legged in back.  
  57.  
  58. Examination of the muscle tissue of dead pigs revealed an unappetizing
  59. pale drippiness to the flesh.  Farmers lost a lot of money because
  60. of this trait, tagged PSE, for pale-soft-*exudative flesh.  The cause
  61. of death was labeled Porcine Stress Syndrome.
  62.  
  63. The connection?  Porcine stress syndrome (PSS) and malignant hypothermia
  64. (MH) are one and the same thing.
  65.  
  66. THE TEAM
  67.  
  68. And so researchers at the University began to explore the nature
  69. of this twin-barreled problem.  At the School of Veterinary Science
  70. in St. Paul, Bill Remple began breeding a herd of swine particlularly
  71. vulnerable to porcine stress syndrome.  This herd of select pietrain
  72. pigs took years to breed -- today it is the only 100% porcine stress
  73. syndrome-susceptible pigs in the world, and researchers everywhere
  74. are begging to borrow a cupful of pigs.  Remple can remember when
  75. having all those pigs didn't automatically translate into popularity.
  76.  
  77. While
  78. Remple has been examining pigs as a whole, researcher Esther Gallant
  79. has been trying to understand what happens in their muscles better.
  80.  Her experiments remind one of those frog-dissection lessons from
  81. high school biology, where electric shock made the frog legs jump
  82. anew.  She tests the muscle tissue of PSS-susceptible pigs against
  83. the tissue of normal pigs.
  84.  
  85. Researcher Charles Louis looks even more deeply into PSS, by examining
  86. the phenomena of muscle distress at the microbiological level.
  87.  
  88. And across town, at the University's School of Nursing, co-researcher
  89. Sue Donaldson has been examining the pig/people connection, and working
  90. with Esther Gallant to determine what happens in the muscle to cause
  91. this catastrophic chain reaction in the two species.
  92.  
  93. The objective of all this looking and breeding and probing and electrifying?
  94.  On the swine side, to find a way to separate the lean, well-muscled
  95. body type of pork preferred in today's diets from the high susceptibility
  96. to PSS.  Achieving that will mean less loss  and higher profits for
  97. farmers and producers, and higher-quality, high-protein pork for
  98. consumers.
  99.  
  100. The human side, of course, is to use the pigs as guinea pigs to
  101. understand what mechanism triggers the metabolic catastrophe of malignant
  102. hypothermia, develop a more reliable diagnostic tool than simply
  103. asking the patient whether any relatives have died in surgery before,
  104. and ultimately to eliminate surgical fatalities caused by this genetic
  105. disorder.
  106.  
  107.  
  108. THE CALCIUM CONNECTION
  109.  
  110. Esther, Gallant, Remple and Louis agree that the cause of this catastrophe
  111. has something to do with calcium release in the tissue of ordinary
  112. muscle tissue cells.  In the ordinary conduct of business, most muscle
  113. cells have a choice of being long and skinny (the relaxed state)
  114. or getting tight and bunched up (contracting).  
  115.  
  116. Cells make this choice depending upon electrical stimulation by
  117. one cell membrane upon the next, and on and on, until we make a fist,
  118. lift a cup of coffee, or pat the baby.  
  119.  
  120. But a chemical exchange also occurs involving intracellular calcium.
  121.  Every cell has a sac or organelle (called the sarcoplasmic reticulum)
  122. containing a supply of ionized or activated calcium.  When the cell
  123. gets the news to contract, the sac releases its calcium into the
  124. cell, the calcium bonds instantaneously with the protein molecules
  125. in the cell, and the cell clenches with incredible rapidity.  Given
  126. the opposite signal, the calcium un-bonds and returns to its organelle
  127. sac, to be used and reused a thousand times again that day.
  128.  
  129. That's the ideal.  In the cells of people susceptible to MH, and
  130. in pigs susceptible to PSS, something less than ideal occurs, and
  131. vastly greater amounts of calcium are shunted into the cell proper.
  132.  The result is a blow-out, with the creation of massive amounts of
  133. lactic acid, and a tremendous increase in cell heat.
  134.  
  135. Gallant and Louis and Donaldson aren't sure what that "something"
  136. is -- no one knows.  Gallant is trying to learn what the "signal"
  137. or electrical or chemical event is that sets this dynamic into action.
  138.  
  139.  
  140. Louis wants to learn more about the calcium uptake phenomenon --
  141. why so much more calcium is ushered along the transverse tubular
  142. channel of select individuals' muscle cells, why things go completely
  143. haywire there.
  144.  
  145. The pigs/people model is a pleasant opportunity for researchers.
  146.  Physiologists have long known that pigs and humans were remarkably
  147. similar in many ways metabolically.  
  148. It is also known that similar stress syndromes occur in other species.
  149.  Racehorses are known to "tie up" during a race and die.  Dogs collapse
  150. and die during fights.  These and other animal stress deaths may
  151. appear to be "heart bursting" events, or endocrine explosions.  But
  152. they are not.  It is likely they are instances of genetic defect
  153. in the muscle similar to those experienced by pigs and by people.
  154.  But Bill Remple's pigs are still the best model in the world for
  155. PSS and for MH.
  156.  
  157. As for dantrolene, the customary antidote for people suffering attacks
  158. of malignant hypothermia, it is expensive and difficult to administer,
  159. with many "maybes" and not near enough "certainlys."  You either
  160. have to anticipate troubles before surgery and administer it orally,
  161. or else inject it intravenously during the event itself.  
  162.  
  163. It is a remarkable drug -- it goes right to the heart of the muscle
  164. contraction debate and calms the commotion there.  "It is thought
  165. of in an almost mystical manner -- it is a pure prophylactic, reversing
  166. muscle activity immediately," said Louis. 
  167.  
  168. For that reason it is used quite commonly for people with muscle
  169. spasticity problems, and helps explain why Louis' research has been
  170. unwritten in part by the Muscular Dystrophe Association.
  171.  
  172.  
  173. WHAT NEXT?
  174.  
  175. It is known that PSS was unreported before the current day of the
  176. leaner pig.  An educated guess is that something in the breeding
  177. process that created the "Mr. Pig Universe" physique also led to
  178. the stress susceptibility.  (There is, by the way, no similar correlation
  179. for humans between "porkiness" and MH -- football players and other
  180. big athletic types have no greater susceptibility to the disorder.)
  181.  We know that every protein in the body is specified at conception
  182. by the parents' DNA.  If a common protein such as troponin is aberrant
  183. from birth, it is an achilles' heel for the life of that pig, or
  184. that person.
  185.  
  186. "So the search for that one errant protein goes on," says Louis.
  187.  "It's this way in research for every genetic disease -- find the
  188. errant protein for Cystic Fibrosis, Huntington's Chorea, or Muscular
  189. Dystrophe, and you will finally understand those diseases."  The
  190. problem then, however, is the search for a cure -- pigs can be bred
  191. for the "right stuff" at the cellular level, but people cannot.
  192.  
  193. Louis has discovered that the introduction of the drug ryanodine
  194. produces startling amounts of calcium binding in the sarcoplasmic
  195. reticulum -- ryanodine may be the "smoking gun" that genetic detectives
  196. are ever on the lookout for.
  197.  
  198. Just another tale of research at the University of Minnesota.  Lots
  199. of what-ifs, plenty of dead-ends, and no shortage of what-does-this-mean?
  200.  
  201. But
  202. at the end of this elusive rainbow are several pots of gold -- one
  203. for the pigs and Minnesota's $250 million pork industry, one for
  204. medicine and its mandate to make surgery more safe, and a third for
  205. the rest of us, who need to eat leaner meat, and who have no desire
  206. to leave this world just because we inhaled the wrong gas.
  207.  
  208. #  #  #