(Aus dem Physiologischen Institut Ziirich.)

Die Wasserstoffionenkonzentration als Regulator der Atem- grSlte.

V o n

Dr. Alfred Fleiseh, Assistent des Institutes.

(Eingegangen am 13. Ma i 1921.)

Das Interesse, das dem regul~torischen Agens der AtemgrSfte ent- gegengebracht wurde, war seit J~hrzehnten ein sehr groGes. Aber die n~here Charakterisierung dieses Agens hat unter den einzelnen Forschern zu eklatanten Widersprtichen gefiihrt. Die i~lteste Anschauung, die yon R o s e n t h a l 1) verfochten wurde, bezeichnet den Mangel an Sauers~off Ms den Erreger der Atmung. P f l t i g e r 2) lieferte dann den Nachweis, daG eine Verst~rkung der Atmungstgtigkeit sowohl durch Verminderung des S~uerstoffgehaltes als ~uch durch eine Vermehrung des Kohlens~ure- gehaltes des Blutes erzeugt werden kSnne. Zur Erkl~rung der paradoxeI~ Tatsache, daft der Mangel eines Stoffes - - ngmlich der Mangel an Sauer- stoff - - eine erregende Wirkung ausiiben solle, stellte P f l f i g e r die Hypothese auf, daG nicht der Sauerstoffmangel als solcher die dyspnSe- tische Verstarkung der Atmung erzeuge, sondern daG bei Sauerstoff- mangel eine Anh~ufung yon Produkten unvollkommener Oxydation stattfinde, und daft diese Produkte die unmittelbare Urs~che der DyspnSe seien.

Diese Anschauung P f l i i g e r s b]ieb im wesentlichen jahrzehnte]ang bestehen. Einzig darin land eine Weiterentwicklung start, daft die :Be- deutung der Kohlensgureanhgufung im Blute framer mehr in den Vorder- grund rtickte. So widerlegte Mieschera ) die Ansicht R o s e n t h a l s , wonach der 8auerstoffmangel erregend auf die Atmung wirken sollte. Nach M i e s c h e r ist der CQ-Par t ia rdruck im Atemzentrum der Faktor , durch welchen norma]iter die Lungenventilation best immt wird. Mie -

1) j . l~osenthal , Arch. f. Anat. u. Physiol. 1864 u. 1865; Die Atembewegungen usw. Berlin 1862.

~-) E. Pfliiger, Uber die Ursache der Atembcwegungen, sowie der Dyspn5e uncl ApnSe. Pfliigers Arch. f. d. ges. Physiol. 1, 61. 1868.

a) F. Miescher - Riisch, Bemerkungen zur Lehre yon den Atembewcgungcn. Arch. f. Anat: u. Physiol. 1885, S. 355.

A. F1eiseh: Wasserstoffionenk0nzentration als Regnlator der Atemgr~l~e. 27I

s c h e r wies auch auf die Empfindlichkeit des Atemzentrums in bezug auf den Kohlens~turegehalt der Respirationsluft hin. Diese Beobachtung wurde von allen folgenden Untersuchern best~itigt. So land Z u n t z l ) , dab die AtemgrSBe bei einer geringen Beimengung yon Kohlensaure zur l~espirationsluft s tark ansteigt. Erst bei groBen Dosen Kohlens~iure (bei Kaninchen fiber 15%) sinkt die Atemgr6Be infolge Narkose der nervSsen Zentren. I m Gegensatz dazu haben Xnderungen des Oy-Ge- haltes der Inspirationsluft zwischen 12,5 und 60% nur einen geringen EinfluB auf die AtemgrSBe. Die Funktion der Kohlensaure als Regulator der Atmung wurde Welter erh~irtet dureh Freder ieqY) , M o s s o 3) und H o u g a r d y 4 ) . F r e d e r i e q erzeugte echte Apn6e dureh gekreuzte Zir- kulation: Wenn das eine Tier kiinstlich ventiliert wurde, so t ra t beim anderen ApnSe auf. F r e d e r i c q maB dabei die Gasspannung des Blutes und land, dab die C02-Spannung in ApnSe auf weniger als die tt/ilfte absinken konnte, t t o u g a r d y konnte dutch intraven6se Injektion yon CO~-bindenden Substanzen wie NaOt t und NayCO 2 (nieht aber NaC1 oder NaHCO~) eine kurz dauernde Apnge erzeugen. Dabei wurde die Verminderung der C02-Spannung tonometriseh festgestellt. Das gleiehe Resultat erzielte Mosso dm'eh intraven6se Injekt ion yon Soda. Die resultierende Apniie daue r t e 21/2 Minuten. Mosso stellte ferner lest, dam dutch Auswaschen der Kohlens~ure aus dem Blute dutch foreiertes Atmen ebenfalls Apnge erzeugt werden kann.

Eine genauere Pr~zisierung fiber die Rolle der CO 2 bei der Atmung wurde dutch H a 1 d a n e und P r i e s t 1 e yS) gegeben, indem diese Autoren sieh dank ihrer neuen Methode auf exakte AnMysen der Alveolarluft stfitzen konnten. I t a l d a n e und P r i e s t l e y stellten fest, dam jedes In- dividuum einen best immten unter normalen Verh~tltnissen konstanten CO~-Partiardruek in den Alveolen besitzt, und dal3 dieser alveol~ire CO 2- Druek aueh bei variierendem Atmosph~rendruek konstant bleibt. Von ihnen wurde zum erstenmal die enorme Empfindliehkeit des Atem- zentrums gegenfiber C02 naehgewiesen. Bei einem Anstieg der alveo- l~ren CQ-Spannung um nut 0,2% einer Atmosphere wurde n~mlieh die Lungenventilation w~hrend der Ruhe verdoppelt. W~hrend der Muskel- arbeit fanden sic den alveol~ren C02-Druek etwas erhSht und die Lungen- ventilation dementspreehend vergrSBert. H a l d a n e und P r i e s t l e y

1) N. Z u ntz, Uber die Bedeutung des Sauerstoffmangels und der Kohlens~ure ftir die Innervation der Atmung. Arch. f. Anat. u. Physiol. 1897. S. 379.

2) L. Freder ieq, Sur la cause de l'apn~e. Arch. de biol. 17, 561. 1901. 3) A. Mosso, L'aeapnie produite par les injections de soude dans le sang.

Arch. ital. de biol. 42, 186. i904. 40, 1. 1903; I I , 138. 1904. 4) A. Houg~rdy , Apn6e par injection intraveneuse de soude ehez le ehien

et 19 lapin. Arch. internat, de physiol, l, 17. 1904. 5) t t a ldane and Pr ies t ley , The regulation of the lung-ventilation. Journ.

of physiol. 32, 225. 1905.

272 A. Fleisch :

konnten den Satz aufstellen, dab die Regulation der Alveolarventilation normaliter ausschliel~lich vom C02-Druck im Atemzentrum abh~ingig sei. Immerhin beobachteten sie, dab bei einem Sinken des 02-Druckes in der Inspira~ionsluft unter 13yo einer Atmosphere das Atemzentrum durch den Sauerstoffmangel erregt wird, wobei die alveoli~re C02-Span- hung fi~llt.

B o y c o t t und H a l d a n e l) studierten sodann diese Erregung des Atemzentrums dutch O~-Mangel e]ngehender. Sie ver t ra ten die Ansicht, dal~ diese Hyperpn/~e nicht unmittelbar die Folge yon O2-Mangel sei, da diese HyperpnSe einige Zeit braucht, um sich zu entwickeln, und noch tage]ang bestehen bleiben kann, nachdem der O~-Manget beseitigt ist. Nach der Ansicht dieser Autoren ist die HyperpnSe wahrscheinhch be- dingt durch Milchsiure und andere Substanzen, die infolge 02-Mangel gebildet werden und welche den gleichen Einflul3 auf das Atemzentrum haben wie CO2, so dal~ weniger Kohlensi~ure notwendig ist zur Erregung des Zentrums. Da die Kohlensaure in ihrer Wirkung auf das Atem- zentrum dutch andere Si~uren z. B. Milchsiure ersetzt werden kann, so scheint den Autoren der Schlu$ verniinftig, dal~ die Wirkung auf das Atemzentrum durch die gesamte Acidi t i t des Blutes bedingt ist; eine Auffassung, die in der l~olgezei~ wiederhol~ unterstii tzt wurde 2).

W i n t e r s t e i n 3) versuchte den RTachweis zu erbringen, dal~ nicht die CO~ als solche, sondern led~glich die CH. des Blutes die Regu]_erung der Atmung besorge. Zu diesem Zwecke durchstrSmte er 4--St~gigc Kaninchen mit sauerstoffges~ttigter Ringeri6sung, die dauernd Apn~e erzeugte. Beim DurchstrSmen mit sauerstoffarmer LSsung dauerte die ApnSe weiter und die Reflexerregbarkeit verschwand. Wenn der Dutch- spfihngsflfissigkeit hingegen 2- -3 Volumprozenf CO 2 beigemischt war, so t ra t rhythmische Atmung auf. Da auch 1/1000 n-SMzsiure erregend auf das Atemzentrum wirkte, so sehliel3t W i n t e r s t e i n , d ~ es die H-Ionenkonzentrat ion des Blutes sei, die die Regulierung der Atmung besorgt.

Die Beweiskraft der W i n t e r s t e i n s c h e n Versuche wurde yon L a q u er und V er z s r ~) bestritten. Nach den Berechnungen dieser Au-

1) Boyco t t u. Haldane , The effects of low atmospheric pressures on re- spiration. Journ. of physiol. 37, 355. 1w

2) j. M. H. Campbel l , C. G. Douglas , J. S. Ha ldane andF. G. Hobson, The response of the respiratory centre to carbon acid, oxygen and hydrogen ion concentration. Journ. of physiol. 46, 301. 1913; T. H. Milroy, Changes in the Hydrogen ion concentration of the Blood produced by pulmonary ventilation. Quarterly journ, of experim. Physiol. 8, 1Yr. 2 n. 3, S. 141. 1914.

3) H. Win te r s te in , Die Regulierung der A~mung durch das Blur. Pfliigers Arch. Y. d. ges. Physiol. 138, 167. 1911; Zentralbl. f. Physiol. 24, 811. 1910.

~) E. Laquer u. F. Verz~r, Uber die spezifische Wirkung der Kohlensgure auf das Atemzentrum. PfliJgers Arch. f. d. ges. Physiol. 143, 395. 1911.

Die Wasserstoffionenkonzentration als Regulator der Atemgriilie. 273

toren ist n~mlich die CH- der von W i n t e r s t e i n verwendeten 1/1000n- Salzs~urelSsung etwa 60real grSfter als die C H. der 2--3proz. CO 2- LSsung. L a q u e r und V e r z s wiederholen die Versuche von W i n t e r - s t e i n und finden, dab die 1/100on-Salzs~urelSsung trotz ihrer 60mal grSfteren CH. oft versag~, wenn die Kohlens~ure wirksam ist. Ebenso versagt Essigs~ure oft, oder ihre Wirkung tr i t t erst versp~tet ein, obwohl ihre CH. 3--10 mal grSBer ist Ms die C~. der verwendeten C02-LSsung. L a q u e r und V e r z s ziehen daraus den SehluB, daft die CO Seine spezi- fisehe Wirkung auf das Atemzentrum besitze, da sie selbst bei neutraler, ja sogar leieht alkaliseher Reaktion eine Wirkung auszuiiben vermag.

Es ist somit die Frage, ob die Kohlens~ure oder die C~. des Blutes der chemische Regulator der Atmung sei, noch nieht entsehieden. Dem- entsprechend haben H a s s e l b a l e h und L u n d s g a a r d x) versucht, dem Problem n~herzukommen. Sie bestimmten an Kaninchen auf elektro- metrisehem Wege die C H. des Blutes, ferner die C02-Spannung der Alveo- larluft und die alveolare Ventilation. Dureh COs-Inhalation stieg die alveolare Ventilation, und es zeigte sieh, daft das Steigen der Ventila- tion gewShnlieh parallel geht mit einem Anstieg der CH. des Blutes. In einem Versuche blieb bei einer Einatmung eines Gasgemisches yon 1,05% C02-Gehalt die alveolare C02-Spannung konstant infolge sehr starker Ventilation. Da dabei aber die C K. des Blutes und ebenso die VentilationsgrSfte anstiegen, nehmen die Autoren als wahrseheinlieh an, daft die CH. das regulatorische Agens der Atmung sei. Immerhin be- traehten sie den sicheren Entscheid, ob die CO 2 oder die C~. der wirk- same Fakt0r sei, noch nicht als erbracht.

In einer weiterenArbeit hat H a s s e l b a l c h 2 ) das Problem yon einer anderen Seite erfolgreieh in Angriff genommen. An Menschen wurde eine bestimmte Di~t durchgeffihrt und dabei die C H. des Harnes nnd des venSsen Blutes und ferner die C02-Spannung der Alveola~luft gemessen. Dabei ergab sich u. a. das interessante Resultat, dal~ die reduzierte CH- (bei 40 mm C02-Spannung) des Blutes bei Fleischdi~t grSBer ist als bei vegetabilischer Di~t (p~. = 7,33 bei Fleischdi~t gegen 7,42 bei vegeta- rischer Dii~t). Die alveol~re C02-Spannung ist nun aber bei Fleisehdi~t geringer (38,9 ram) als bei vegetarischer Di~t (43,3 ram). Dadurch kommt es zu der yon H a s s e l b a l c h beobaehteten Tatasche, daft die C~. des Blutes bei der alveol~ren C02-Spannung gemessen bei Fleisch- dii~t und vegetariseher Di~t fast genau dieselbe ist. Die Reizbarkeit des Atemzentrums wird dabei als konstant gefunden. H a s s e l b a l c h schlieBt

1) K. A. t tasselbalch u. Ch. Lundsgaard , Blutreaktion und Lungen- ventilation. Skand. Archiv f. Physiol. ~7, 13. 1912.

3) K. A. t tasselbalch, Neutralit~tsregulation und Reizbarkeit des Atem- zentrums in ihren Wirkungen auf die Kohlens/iurespannung des Blutes. Bioehem. Zeitschr. 46, 403. 1912.

Pfliigers Archly f. d. ges. Physiol . Bd. 190. 1 8

274: A. Fleisch :

aus diesen Untersuchungen, daf~ unter allen Umst~nden die CO 2 durch ihren S~urecharakter auf das Atemzentrum incitierend wirkt, und dab die Lungenventflation u. a. als Mittel dazu verwertet wird, eine Norm ffir die C H. des Blutes aufrecht zu erhalten.

I)adurch ist der Nachweis erbracht, dab durch die Atmung eine I(onstanterhal tung der C H. des Blutes bewirkt wird. W i n t e r s t e i n 1 suchte welter nach direkten Beweisen daffir, dal~ die ~nderungen in der St~rke der Lungendurchliiftung ~uf _~nderungen der C~. und n ich t solcher der COs-Spannung beruhen. W i n t e r s t e i n registrierte an mit Chloralhydrat tier narkotisierten Kaninchen die Atmung und best immte die G H. elektrometrisch mit der Apparatur yon M i c h a e l i s . I m weiteren wurde die ungef~hre COs-Spannung des Blutes bestimmt, indem 8 ccm Blur mit 1 ccm ttirudinlSsung und 1 ccm Luft in cine Spritze aufgesogen und durchgemischt und die Luft nachher analysiert wurde. Um Ande- rungen der C~. und der C02-Spannung des Blutes zu bewirken, injizierte W i n t e r s t e i n in die Vena jugularis innerhalb 1 - -2 Minuten 10-- 15 ccm S~ure in der Konzentrat ion von n/] 0 bis n/s 0 in physiologischer Koch- salzlSsung. Die verwendeten S~uren waren Salzs~ure, Schwefels~ure, Phosphors~ture, Essigsi~ure, Milchs~ure und Kohlens~ure. Es ergab sich dabei, dal~ die bei S~ureinjektion zu beobachtende Steigerung der Lungen- ventilation stets mi$ einer gleichsinnigen ~nderung der C H. des Blutes einhergeht, w~hrend die COs-Tension sich ungleichm~Big verh~lt, indem diese bei S~ureinjektion meistens, aber durchaus nicht immer, geringer wird.

Die zitierten Untersuchungen yon H a s s e I b a lc h und yon W i n t e r- s t e i n bilden gewichtige Argumente dafiir, dab die C~. das regula- rische Agens der Atmung sei.

Ein weiteres Argument fiir die Richtigkeit dieser Auffassung bilden die folgenden Versuche, bei denen durch intravenSse S~urezufuhr ein Steigen der VentilationsgrS~e und der C H. des arterie!len Blutes erzeugt wurde. Besondere Beachtung wurde dabei der Bestimmung der CO~- Spannung im arteriellen Blute gegeben. Das Vorgehen von Wi n t e r s t e i n mit rascher intravenSser Injektion von S~ture schien mir wenig giinstig, da durch diese plStzlich in die Blutb~hn eingefiihrte grol~e S~uremenge die heterogensten Reize ausgelSst werden miissen. So beobachtete ich bei anderer Gelegenheit, dab bei mittelstark narkotisierten Kaninchen die intravenSse Injektion von 5 ccm 1/6 g-Mol prim~rem Phosphat zu

1) It. Win te r s te in , Neue Untersuchungen fiber die physikalisch-chemische Regulierung der Atmung. Biochem. Zeitschr. 70, 45. 1915. Daselbst Besprechung der neueren Li te ra tur . Vgl. ferner: H. Win te r s t e in , Die Rcaktionstheorie der Atmungsregulation. Pfltigers Arch. f. d. ges. Physiol. J87, 293. 1921. )~l~ere L i t e r a t u r bei C. G. Douglas , Die Regulation der Atmung beim Menschen. Ergebn. d. Physiol. 14, 338. 1914.

Die Wasserstoffionenkonzentration als Regulator der AtemgrOl~e. 275

intensiven Zuckungen des Tieres ffihrte, d ie zweifellos als Schmerzreak- t ion zu deu ten waren. Aus diesem Grunde w~hlte ich eine schwache

Si~ure, die im Ver lauf von etw~ einer S tunde ganz langsam infun-

diert wurde. Methodik .

Mit Urethan schwach narkotisieI~e Kaninchen werden traeheotomiert. Im Beginne des Experimentes wird unter normalen Bedingungen die Ventilationsgr5Be pro 15 Sek., die CO~-Spannung und die CH. im arteriellen Blute gemessen. Danach wird w/ihrend l~ngerer Zeit (etwa 1 Stunde) eine sehr langsame intraven5se Dauer- infusion von prim~rem Natriumphosphat in die Vena jugularis ausgeffihrt. Die VentilationsgrSl~e wird dabei hin und wieder bestimmt, lgach etwa einer Stunde wird wiederum, wie im Beginn des Experimentes, die Ventilationsgr5Be, die C02-Spannung und die C~- im arteriellen Blute gemessen.

Ftir die R e g i s t r i e r u n g der V e n t i l a t i o n s g r S B e atmen die Tiere durch ein Atemventil, das In- und Exspirationsluft trennt. Die Exspirationsluft yon 15 Sek. wird yon Zeit zu Zeit fiber Wasser (unter Innehaltung des hydrostatischen Druckes Null) aufgefangen und gemessen.

Fiir die D a u e r i n f u s i o n y o n S~ure wurde prim~res lgatriumphosphat gewi~blt, einmal weft Natriumphosphate im Blutserum vorhanden sind und anderer- seits well das prim/ire Phosphat, welches sieh im Blute teilweise zu sekund/~rem Phosphat umwandel~, mit diesem ein Puffergemisch bildet, das die C~- des Blutes au/recht zu erhalten bestrebt ist. Dies erschien wfinschenswert, weft die Kon-

zentration des normaliter stark wirksamen Puffergemisches des Blutes CO~ NaHCO 3

dutch die Einfiihrung des saaren Phosphates reduziert wird. Eine gute Pufferung des Blutes ist abGr vorteilhaft, damit Meine Schwankungen in der intravenSsen S/iurezufuhr direkt vor der Bestimmung dGr CO2-Spannung und der Cg. diese Werte nicht merklieh beeinflussen. Prim//res Natriumphosphat ist aueh wegen seiner mgBig saurenReaktion (p~.--~ etwa 4,5) ftir eine intravenSse Infusion ge- eigneter als eine starke S/iure. DiG Konzentration des NaH~POt ist mit 1/~ g-Mol so gew~hlt, dab der osmotische Druck ungefiihr gleieh demjenigen des Blutes ist. Die im VGrlauf yon einer Stunde iniundierte Menge begrug 10--15 ecru der 1/6 g-Mol- LSsnng. Dabei is~ zu berfieksichtigen, dab yon dieser Menge w~ihrend der ver- h/~ltnismggig langen Zeitdauer des Experimentes ein Tell, der allerdings nieht bestimmt wurde, durch die Nieren ausgeschieden wird.

Di e B e s t i m m u n g d er CO2- S p a n n u n g des ar terietlen Blutes wurde mit dem l~likrotonometer vonKrogh 1) ausgefiihrt, bei weleher Methode einige Kubikzenti- meter Blur fiir eine Bestimmung genfigen, indem der Gasaustauseh nur mit einer kleinen Gasblase yon groBGr spezifischer ObGrfl/iehe stattzufinden hat. Da Itirudin ftir reich unerh/iltlieh war, muBte ieh als gerinnungshemmende Substanz Natrium- oxalat verwenden. Dieses wurde als 2proz. LSsung direkt in die ArteriGnkanfile in solohem Strome geleitet, dab dem aus der Carotis austretenden B]ut etwa 5--10~o der Natiiumoxalatl6sung zugesetzt wurde. Auf diese Weise gelang es ziemlich gut, zu frtihe Gerirmung zu verhindern. Bei 1/~nger dauerndem Abklemmen der Schlauehleitung zum Tonometer trat hingegen gewShnlieh Gerinnung auf. Nach der Vorsehrift yon Krogh war das Tonometer w/~hrend des Gasaustausches in Gin Wasserbad yon 38 ~ untergetaucht, und das zur Gasblase str6mende Blur war ebenfalls auf dieser Temperatur gehalten.

1) A. Krogh , Some New Methode for the Tonometric Determination of Gas- Tensiofis in Fluids. Skand. Archly f. Physiol. 20, 259. 1908; On Micro-Analysis of Gases. Skand. Archiv f. Physiol. ~0, 279. 1908.

18"

2 7 6 A. Fleiseh :

Fiir die B e s t i m m u n g d e r C~. des arteriellen Blutes verwendete ich die von H a s s e l b a l c h 1) eingefiihrte Methode, wonach die CH. aus der freien und der gebundenen CO 2 bereehnet wird nach der Gleichung

[Biearbonat] P~" = Pk~ ~- log [CO2 ] - .

Dabei ist Pk~ gleich der Summe aus dem negativen Logarithmus der Disso- ziationskonstante der Kohlens~ure und dem Logarithmus des Dissoziationsgrades des Bicarbonates. Wenn die CO2-Spannung p und die Volumprozente der gebun- denen CO2 .~ bekannt sind, so lautet die Gleichung naeh t t a s s e l b a l c h

8 ~n" = P k ~ + l o g 2 . 100 p a = P k ~ - l ~ �9 �9 p . a - '

760 wobei a ( ~ 0,511) der Absorptionskoeffizient der Kohlens~ure im Blu~e bei 38 ~ ist. Nach den Untersuchungen yon H a s s e t b a l c h ~ndert sich der Weft ,con 1% in umgekehrtem Sinne wie die Konzentration des Bicarbonates. ~'iir diese Ab- h~ngigkeit hat H a s s e l b a l e h eine graphische Darstellung gegeben, aus weleher ieh meine Werte Itir Pkl entnommen habe.

Dieser Berechnungsmodus wurde yon H a s s e l b a l e h an Hand einer reinen C02-BicarbonatlSsung abgeleitet. Nach neuesten Untersuchungen yon C. L. E v a n s 2) ist aber ~9H. im Plasma um 0,3 tiefer als in einer BicarbonatlSsung yon gleichem NaHCO3-Gehalt. Diese Differenz wird aber in der H a s s e l b a l c h s e h e n Berechnung nach E v a n s kompensiert, indem H as s el b a 1 c h fiir die Bereehnung

der freien Kohlens/~ure die Formel 2 �9 p �9 cr �9 100 verwendet, anstatt p " c~ �9 100 760 760 '

was richtig sein wiirde. Da die Kohlens/~urespammng des Blutes in unseren Versuchen sowieso be-

s t immt werden mui~te, war fiir die Berechnung der C~. nur noch notwendig~ die g e b u n d e n e K o h l e n s ~ u r e festzustellen. Dies wurde nach der Methode "con A. K r o g h und G. L i l j e s t r a n d 3) ausgefiihrt unter Verwendung des Mikro- respirationsapparates yon Kroghd) . Fiir die Austreibung der Kohlens~ure aus dem Blute wurde das yon K r o g h angegebene Salzs/iure-Citratgemiseh verwendet.

Um die Gerinnung des Blutes bei der Bicarbonatbestimmung zu verhindern, wurde in den fiir das Blur bestimmten Beh~lter etwas Natriumoxalat in Substanz (neutral reagierend) gegeben. Blindversuche ohne Blur ergaben, dal~ durch das �9 Natriumoxalat in Substanz mit Salzs~ure-Citratgemiseh keine Manometerdifferenz erzeugt wurde.

Die Bereehnung der Gesamtkohlens/s gesehah nach der korrigier~en Formel KroghsS) . Von der in Volumprozent gefundenen Gesamtkohlens/iure werden die Anzahl Volumprozent der freien Kohlensi~ure subtrahiert, wodurch die ftir die Berechnung der /~E" notwendige gebundene CO 2 in Volumprozent erhalten wird.

1) K. A. H a s s e l b a l c h , Die Berechnung der Wasserstoffzahl des Blutes aus der freien und gebundenen Kohlens~ure desselben usw. Biochem. Zeitschr. ~8, 112. 1917.

~) C. L o v a t t E v a n s , On a probable error in Determinations by means of the hydrogen electrode. Journ. of physiol. 54, 353. 1921; The calculation of the hydrogenion concentration of plasma. Physiolog. Society London, 12. March 1921.

3) A. K r o g h u. G. L i l j e s t r a n d , Eine Mikromethode zur Bestimmung der Kohlens~ure des Blutes. Biochem. Zeitschr. 104, 300. 1920.

a) A. K r o g h , Biochem. Zeitschr 62, 268. 1914 und 66,1 512. 1914. 5) A. K r o g h , Biochem. ZeitsChr. 66, 512. 1914.

Die Wasserstoffionenkonzentration als Regulator der Atemgriilte. 277

Die Berechnung der freien Kohlens/iure ftihrt H a s s e l b a l c h in diesem Falle aber

aaeh der richtigen Formel 100. p - cr aus, wobei p die Kohlensaurespannung 760

and ~ der Absorptionskoeffizient der Kohlensaure im Blute bei 38 ~ bedeutet.

E x p e r i m e n t e l l e R e s u l t a t e .

Nachdem im K a p i t e l , ,Methodik" die Durchf i ihrung der Versuche besehrieben ist, kSnnen wir uns bier da r au f beschr~nken, die Resu l t a t e ~iniger Versuehe kurz zu referieren.

V e r s u c h 1 (Tabe l l e I): Weibliches Kaninchen, 1900 g schwer, mit Urethan mbcutan schwach narkotisiert. Das Tier atmet w/~hrend des ganzen Versuches lurch das Atmungsventil. Da dieses einen gewissen toten l~aum besitzt, so ist tie Kohlens/iureabgabe aus den Lungen etwas erschwert. Dies iiuBert sich darin, tag die Atmung wahrend des ganzen Versuehes etwas verst/irkt ist. So ist dig VentilationsgrSl~e im Beginn des Experimentes, direkt nach AnschluB an das ~tmungsventil, 100 ccm in 15 Sek., nach 45 Minuten hingegen, ohne dal~ S/s njiziert worden wart, durchschnittlich 155 ccm. Die Atmungsbehinderung durch ten toten l~aum und den Widerstand des Ventiles ist wahrscheinlieh die Ursache, tag die Wasserstoffzul~len des Blutes in 'diesem Versuch ziemlieh hohe sind.

Die folgende Tabelle I gibt fiber die Resultate dieses Versuches Aufsehlul3.

T a b e l l e I (Versuch 1).

Ventilation Zugeflossene Zeit Saure in cem CO~-Spannung Gebundene CO~

in 15 Sek. ~/6Phosphatg-Mol prim. in mm t tg in Volumproz.

~h35~ ] 155 0 1 30,42 I h 30' 208 14 [ 25,14

30,165 18~07

PH" CH-

7,3 0,5 �9 10 -7 7,16 0,69 �9 10 -~

I n VersJch 1 s ind im Verlaufe einer S tunde 14 ecm 1/6 g-Mol pr im~res .~a t r iumphosphat in t raven6s in fundie r t worden. Dabe i is t die Vent i la- ~ionsgr61~e yon durchsehni t t l i ch 155 cem in 15 Sek. vor der S~ureinfusioa mf durchsehn i t t l i ch 208 ccm wi~hrend und naeh der Infus ion gestiegen. Dureh die S~ureinfusion h a t im ar ter ie l len Blute der Carotis eine Ab- l ahme der C02-Spannung yon 30,42 m m H g uuf 25,14 m m H g s t a t t - ,~efunden bei gleichzei t iger Zunahme der Venti la t ionsgrS~e. Dies d e u t e t tarauf hin, dab n ich t die COe-Spannung des Blutes der Regu la to r de r ktemgr61]e sein kann.

Wie vorauszusehen war, s inkt infolge der S~ureinfusion die Kon- ~entration der i m Blu te gebundenen Kohlens~ure, indem sieh das im ~lute vorhandene Gleichgewicht

NaH2P04 § NaHC03 ~-~ Na2HP04 -~ H~C03

laeh der rechten Seite versehiebt, wenn primates Phosphat zugesetzt vird. Die C02, die dadurch aus dem Bicarbonat freigemacht wird, ver- dict den KSrper aber infolge der verst~irkten Ventilation.

27 8 A. Fleisch :

W ~ h r e n d d i e C O . , - S p a n n u n g d u r c h S ~ u r e i n f u s i o n a b - n i m m t , s t e i g t d a d u r c h d i e W a s s e r s t o f f z a h l d e s B l u t e s , i n d e m p~. y o n 7 , 3 a u f 7,16 a b s i n k t . D i e s e s R e s u l t a t k a n n a b e r n u r so i n t e r p r e t i e r t w e r d e n , d a ~ d a s r e g u l a t o r i s c h e A g e n s d e r A t m u n g d i e C H. u n d n i c h t d i e C O ~ - S p a n n u n g i s t .

V e r s u e h 2 (T a b e ll e II) : 2000 g schweres weibliches Kaninchen mit Urethan schwaeh narkotisiert. Das Tier atmet nur w~hrend der Bestimmung der Venti- lationsgrSl~e (j eweils 15 Sek.) dutch das Atmungsventil, w~hrend der ganzen iibrigen Zeit frei durch die Trachealkaniile. Eine Kohlens~urestauung im Blute ist somit ~icht vorhanden.

T a b e l l e I I (Versuch 2).

[ Ventilation Zugeflossene S~iure in ccm CO,~-Spaimung Gebundene CO~ p~. C~.

Zeit in 15 Sek. ~/6 g-M01 prim in mm Hg in Volumproz. II Phosphat

4 h 30' 115 0 27,3 39,65 7142 0,38 �9 10 -7 6 h 154 15~0 25,08 27,59 7,32 0,48 �9 10 -7

Vcrsuch 2 s t i m m t in seinem R e s u l t a t vol ls t~ndig mi t Versuch i i iber- ein. Auch bier n i m m t infolge der S~ureinfusion die CO2-Spannung im ar ter ie l len Blu te ab, w~hrend gleichzeit ig die C~- im ar ter ie l len Blu te ans te ig t .

V e r s u e h 3 (Tabe l l e III) : 2000 g sehweres Kaninehen, mit Urethan sehwaeh narkotisiert. Das Tier atmet frei dureh die ~'aehealkanfile und nut w/~hrend der Bestimmung der VentilationsgrSBe dureh das A~mungsventil.

T a b e l l e I I I (Versueh 3).

Zugeflossene Gebundene CO2 Zeit Ventilation S~ure in cem CO,.-Spannung p~. C~.

in 15 Sek. 1/6 Phosphatg'M~ prim. in mm Hg in Volumproz.

3 h 45 t 4 h 55 t 5 h 35 ~

81,5 101~5 120,0

0 8

17,0

27,65 25,69 23,1

40,47 32~7 27,35

7,42 7,37 7,43

0,37 �9 10- 7 0,42 �9 10- 7 0,44 �9 10- 7

I n Versuch 3 wurden 3 Serien yon Bes t immungen ausgefi ihr t , die erste wie gewohnt vor Beginn der S~ureinfusion. Die zweite Serie, 70 Mi- n u t e n nach der e rs ten ausgefi ihr t , e rg ib t bei einer in dieser Zei t zuge- f lossenen S~uremenge yon 8 ccm eine A b n a h m e der CO~-Spannung yon 27,65 auf 25,69 m m Hg. Die VentilationsgrSl3e s te ig t yon durchschn i t t - ]ich 81,5 ~uf 101,5 ccm in 15 Sek. Demen t sp rechend s te ig t auch, wie nach den vorhergehenden Versuchen zu e rwar ten ist, d ie Wassers toff - zahl, n~mlich yon PH" ~ 7,42 auf pn. = 7,37. I n den ni~chsten 40 Mi- n u t e n fliel~en noch weitere 9 corn 1/6 g-Mol pr im~res P h o s p h a t in das Venensys tem. Dadu rch veranderl~ sich die gewonnenen D a t e n noch

Die Wasserstoffionenkonzentration als Regulator der AtemgrSl~e. 279

weiter in derselben Richtung: Die CO~-Spannung sinkt weiter auf 23,1 mm, die Wasserstoffzahl steigt auf p~. = 7,35 und dementsprechend erhSht sich die VentilationsgrSBe auf 120,0 com.

Diese drei anfgeffihrten und noch weitere gleiche .Versuche stimmen s~mtliche darin iiberein, daB die V e r g r S B e r u n g der L u n g e n v e n t i - l a t i o n e i n h e r g e h t mi t e i n e m A n s t i e g der W a s s e r s t o f f z a h l des a r t e r i e l l e n B lu tes . Dutch die bier angewandten Versuchsbedingun- gen wurde erreicht, dab die VergrSBerung der Wasserstoffzahl begleitet ist yon einer Verminderung ~ der C02-Spannung im arteriellen Blute. Da abe r Z u n a h m e der L u n g e n v e n t i l a t i o n e i n t r i t t bei A b n a h m e der CO~-Spannung, so k a n n mi t S i c h e r h e i t g e f o l g e r t w e r d e n , dab es n i c h t die CO2-Spannung im B l u t e is t , d u r c h welche die I n t e n s i t ~ t der A t m u n g r e g u l i e r t wird. Das r e g u l a t o r i s c h e A g e n s d e s r e s p i r a t o r i s c h e n L u f t w e c h s e l s i s t s o m i t d i e W a s s e r - s t o f f i o n e n k o n z e n t r a t i o n im a r t e r i e l l e n B l u t e b z w . i m A t e m - z e n t r u m .

Z u s a m m e n f a s s u n g .

Zur Entscheidung der Frage, ob die CO 2 oder die H-Ionenkonzen- tration (CH.) des Blutes das regulatorische Agens der AtemgrSBe dar- steUt, werden an Kaninchen Versuche ausgeffihrt mit sehr ]angsamer etwa 1 Stunde dauernder intravenSser Infusion yon prim~ren Natrium- phosphat. Vor und nach der S~ureinfusion wird die AtemgrSBe, die CO 2- Spannung und die C H. des arteriellen Blutes gemessen. Die Bestimmung der C H. geschieht nach der Methode yon H a s s e l b a l c h durch Berech- nung aus der freien und der gebundenen CO2 des Blutes.

S~mtliche Versuche ergeben, dab durch die S~ureinfusion ein _An. stieg der C H. des arteriellen Blutes bewirkt wird, der begleitet ist von einer Steigerung der VentilationsgrSBe. Da die CO2-Spannung im arte- riellen Blute aber gleichzeitig sinkt, so ist damit bewiesen , dab die A te mgrSB e n i c h t d u r c h die CO2-Spannung r e g u l i e r t wird , s o n d e r n dab die CH. des B l u t e s bzw. die C H. im A t e m z e n t r u m der R e g u l a t o r des r e s p i r a t o r i s c h e n L u f t w e c h s e l s ist.