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W. WILBRA_~DT (Bern) : Probleme des aktiven Transports (Transport- mechanismus und Pharmakologie)

I m Jahre 1911 schrieb HSBER~: ,,Es is~ anzunehmen, dab der phy- siologische I m p o r t u n d Expor t ein komplizierter, unanalys ier ter , an die Lebenst~t igkei t der Zelle gebundener Vorgang in der Zelloberfl~che, der P lasmahaut , ist. Dieser Vorgang setz~ meist un t e r bes t immten Bedin- gungen ein; diese sind uns noch n icht genfigend bekannt . Es ist n icht

Probleme des aktiven Transports 29

anders d¢nkbar, als dal3 fiir solche Aktion der Plasmahaut eine kompli- zierte Organisation erforderlich ist."

Diese prophetische Formulierung hat durch lange Jahre wenig Beaehtung gefunden. Ihre extensive Best/~tigung durch die Beobachtun- gender letzten beiden Jahrzehnte hat eine neue Situation gesehaffen. Die Zellmembran ist nieht mehr die passive Pforte, die den Zugang zur St/~tte der biologischen Gesehehnisse er5ffnet, sondern sie geh5rt als erste Station zu den Orten, an denen sieh die Zell-Leistungen abspielen. Sowohl in der Reaktionskette der ehemisehen Synthesen als des meta- bolisehen Abbaus ist der Transport dureh die Zellmembran heute das erste Glied. Die Bedeutung dieses Gliedes besehr/~nkt sieh nicht auf die Erm6glichung der biolologischen Abl/~ufe in den anschliel~enden Gliedern, sondern es kann sehr wohl geschwindigkeitsbestimmten Charakter haben. Es is$ eine nieht unbetr/~chtliehe Anzahl yon Beispielen bekannt geworden, wo das offenbar so ist.

Ffir die Analyse pharmakologischer Wirkungen ergibt sich daraus als erste Forderung die Priifung, ob der Angriffspunkt ira ~embran- transport gelegen sein kann. Ist das der Fall, so wird die Frage der Ge- schwindigkeitsbestimmung yon Bedeutung. Eine hemmende Wirkung auf das erste Glied der Kette kann unter allen Umst/~nden die globale Reak- tionsgeschwindigkeit herabsetzen. Eine beschleunigende Wirkung kann dagegen auf die globale Gesehwindigkeit nur dann einen Einflul~ haben, wenn das erste Glied geschwindigkeitsbestimmend ist.

Sehlie~lieh ist die MSgliehkeit einer Membranwirkung nicht auf die iiul3ere Zellmembran beschr~nkt, sondern es gibt heute bereits eine An- zahl yon Beobaehtungen, die zeigen, da~ die elektronenoptiseh mit der Zellmembran offenbar weitgehend iibereinstimmenden Membranen des Zellkerns, der Mitoehondrien, des endoplasmatischen Reticulums und der Grana, vielleicht aueh der Vesikel ebenfalls Sitz yon Transport- einriehtungen sind und damit mSglieher Angriffspunkt pharmakologischer Wirkungen sein kSnnen.

Wo der Angriff an einem Transportsystem erwiesen ist oder (wie in den Fi~llen der Darmresorption und der renalen Transporte) yon vorn- herein feststeht, stellt sich in der Analyse des Wirkungsmeehanismus die erste Frage, ob eine ~nderung des Energie lie/ernden Stof/wechsels vor- liegt oder ob der Transportmeehanismus betroffen ist und im letzteren Falle, ob der Eingriff in den Mechanismus n~her eharakterisiert werden kann. Zur ersten Gruppe gehSren die Transportwirkungen zahlreicher Enzyminhibitoren, die den oxydativen, den glykolytisehen Stoffweehsel, oder die oxydative Phosphorylierung hemmen. Sie stehen im allgemeinen mit dem Transportmeehanismus nur in loekerer Beziehung und ihre Wirkungen gehSren, selbst wenn sie sieh auf Transportsysteme aus- wirken, im wesentliehen in das Gebiet der Bioehemie. Die zweite Gruppe

30 W. WILBR~L,~TDT :

dagegen, deren Angriff offenbar im Transportsystem selbst gelegen sein mul3, ist als neue Gruppe pharm~kologiseher Wirkungen yon grSl3erem Interesse und soll im folgenden vorwiegend behandelt werden. In einzelnen Ft~llen hat die Analyse in bezug auf die betroffenen Elemente des Mechanismus schon Fortschritte gemaeht.

Im Hinblick auf solehe Analysen ist es notwendig, der Darstellung der Beobaehtungen etae Diskussion des mutmaBliehen Passagemeehanismus dureh die Membran, tasbesondere der Vorstellungen fiber den Trt~ger- meehanismus, vorauszuschicken.

I. Der Tr~igermechanismus

Die der Trt~gerannahme zugrundeliegende Vorstellung* besteht darin, dal~ eta Transport-Substrat S, das in unvert~nderter Form eine Membran nicht zu passieren vermag, dazu bef~higt wird durch etae Reaktion mit einem Trigger C (der im allgemetaen eta in konstanter Menge vorhandenen Membranbestandteil seta wird). Dabei bildet sieh eta Komplex CS, der die Membran zu passieren vermag und sieh auf der anderen Seite wieder in C und S spaltet. Der freie Trigger C kehrt dann auf die Ausgangsseite zurtiek. Im stationt~ren Zustand bestehen zwei gegenlt~ufige und gleiehstefle Gradienten, etaer ftir CS in der Transport- riehtung und etaer ffir C in der Gegenriehtung. Der Transport lt~uft so lange, als der CS-Gradient besteht, d.h. bei Abwesenheit zusStzlieher Reaktionen so lange, als die Konzentrationen yon S auf den beiden Membranseiten versehieden stad. Er ffihrt also in der hier diskutierten Form nur zum Konzentrationsausgleieh und ist ftir diesen Fall als Aus- gleichstransport bezeichnet worden. Die Bewegung durch die Membran kann durch Diffusion oder anderweitige molekulare Bewegungsformen, wie Molekfih'otation oder dergleichen erfolgen. Ihre Geschwtadigkeit ist proportional dem C~-Gr~c~ie~en und' c[a-mit (wenn C und S im Gleieh- gewieht stehen) der Differenz zweier M]chaelis-Menten-Terme, wie sie aus der Enzymkinetik bekannt sind.

Der erste der die Trt~gervorstellung ben/itzt hat, war OSTER~OUT61, 62, der seine Modellversuche fiber Kaliumpenetration durch Guajacol- schiehten mit der Annahme deutete, dab die Passage in Form etaes Kaliumguajacol~ts erfolgt (etae Vorstellung, die mit der ehelatbildenden Ft~higkeit des Guajaeols und t~hnlicher Verbindungen in guter l~bereta- stimmung steht).

Eta fibersiehtliches und etafaehes biologisches Beispiel eines Trigger- transports, bei dem die Substrat-Trt~ger-Reaktion enzymatiseh kataly- siert ist, ist die Passage yon ttydroxylionen dureh die Erythroeytenmem- bran, die durch die elegante Analyse yon JACOBS 33 auf die dureh Kohlen- st~ureanhydrase beschleunigte Bildung yon ttCO~ aus OH und C02

:~ 48,50,78,75,96~109


zurfiekgef0-hrt werden konnte. Dcr Tr~ger ist also in diesem Falle das C02-Molekfil.

Die Vorstellung yon 0STElU~OUT ist seither in wachsendem Ausmal~ verwendet worden und Reaktionsschemata, die dem oben gesehilderten entsprechen, finden sich heute in zahlreichen VerSffentlichungen. Viel- fach werden ffir die Parameter, die das System quantitativ charakteri- sieren, n~mlieh die Maximalgesehwindigkeit Vmax (wenn die beiden Michaelis-Terme die Werte 1 und 0 haben) und die Michaeliskonstante Kin, experimentell ermittelte Werte angegeben (worauf zurfickzukommen sein wird).

Die Gri~nde ]i~r die zunehmende Verwendung der Tr~igervorstellung sind mehrere. Zun~chst nStigen Beobaehtungen fiber unerwartete Spezi]it(iten, die weder im Rahmen des Porosit~ts- noeh des LSslichkeitsprinzips gedeutet werden kSnnen, zur Annahme spezifischer Reaktionen. Dazu gehSrt die mehrfach gemachte Beobaehtung der Stereospezifit£t der Transporte, etwa der ungleieh langsameren Penetration yon L-Glucose/ D-Arabinose und L-Xylose im Vergleich zu D-Glucose, L-Arabinose und D-Xylose an verschiedenen Zellarten 79,98, oder die Beobachtung DOUDO- ~OFFS 12, dal~ Bakterienzellen die groBen Molekfile yon Disacehariden penetrieren lassen und doch ffir das kleinere Glueosemolekfil undureh- l~ssig sein kSnnen.

Weitere Beobachtungen betreffen die begrenzte Kapazitiit vieler Transporte, etwa der maximalen Transportgeschwindigkeit Tm yon Sekretions- und Rfickresorptionsprozessen in der Niere 87,8s oder der Zuekertransporte dureh die Membran einzelner Zellen, wie der Erythro- cyten67, 68. Ebenso wie die vielfaeh beobaehteten Konkurrcnzerscheinun- gen zwischen verschiedenen Transportsubstraten werden diese Erschei- nungen verst~ndlich auf der Basis einer begrenzten verffigbaren Mengc yon Tr~germolekfilen in der Membran.

Die quantitativen Konsequenzen aus der gesehitderten Vorstellung sind durehgereehnet und zun£ehst mit Beobaehtungen an Ausgleichs- systemen yon Einzelzellen, vor allem der Erythroeyten, verglichen wordeY176,93,102

Ffir die Kinetilc des Trggertransports ergeben sich Konsequenzen, die zum Tell denjenigen der Enzymkinetik ~hneln. Bei niedrigen S£ttigungsgraden wird die Gesehwindigkeit konzentationsproportional, d.h. die Kinetik ist yon derjenigen der freien Diffusion nicht zu unterscheiden. Diffusionskinetik schlieBt also einen Tr~gemechanismus nicht aus. Bei hohen S~ttigungen ~ rd , wiederum in Analogie zur Enzymkinetik, eine maximale Geschwindigkeit erreicht.

Die Tatsache, dal3 die Enzymkinetik durch einen einzelnen S~ttigungs- term, der Tr~gertransport dagegen durch die Di//erenz zweier solcher Terme bestimmt wird, ffihrt dann aber zu Unterschieden. Zu ihnen gehSrt die

32 W. WILBRAI~'DT -"

sogenannte E-Kinetik98, ~°s bei Transporten, wobei die Geschwindigkeit der Dflferenz der reziproken Substratkonzentrationen proportional wird, und die Tatsache, dab die absolute Transportgesehwindigkeit dureh ein Maximum geht uncl bei hohen S~ttigungsgraden (auf beiden Membran- seiten) wieder abnimmt. In engem Zusammenhang damit steht die weitere Abweichung, dall bei hohen Siittigungsgraden die Transport- geschwindigkeit nicht mit zunehmender Affinitiit steigt, sondern abnimmt 9~. Alle diese Konsequenzen stehen in guter quantitativer ~ber- einstimmung mit experimentellen Beobachtungen.

Die genannten Unterschiede zwischen Transportkinetik und Enzym- kinetik, die in der Geschwindigkeitsbestimmung durch die Differenz zweier S~ttigungsterme begrfindet ist, wird nieht immer beachtet. Es ist sehr gebriiuchlieh geworden, die Annahme eines Triigermechanismus durch den Naehweis zu begriinden, dall die Transportgesehwindigkeit der Miehaelissehen Gleichung folgt, was meist mit Hilfe der Auftragung naeh LI~WEAVm~ und Blmx geprfift wird. Ubereinstimmung ist aber nur dann zu erwarten, welm der zweite Siittigungsterm vernachl/issigt werden kann, wie im Falle einer Anfangsgesehwindigkeit oder bei fortlaufender Elimination eines eindringenden Substrats durch den Stoffweehsel im Zellinnern. Sehon relativ niedrige Siittigungsgrade auf der Ankunfts- seite fiihren zu betriichtlicher Abweiehung veto linearen Verhalten. Abweiehungen dieser Art sind also kein Hinweis darauf, dall ein Tr~ger- meehanismus nicht vorliegen kann. Ffir die quantitative Ermittelung der Transportparameter vielleicht noeh wiehtiger ist aber die Tatsache, dart bei hohem Siittigungsgrad in einem besehr~nktem Konzentrations- bereieh der Verlauf mit guter Ann~herung linear sein kann, dal3 aber dann sowohl ffir die Maximalgeschwindigkeit als aueh ffir die Michaelis- konstante bei der iibliehen Analyse betr/iehtlich fehlerhafte Werte ermittelt werden (Abweichungen bis zu einer GrSBenordnung). Auf solche Umstiinde mag zum Tefl zuriiekzuftihren sein, dal~ in mehrerell Fallen Miehaeliskonstanten, die aus der Transportkinetik ermittelt wurden, betr~ehtlich differierten yon Werten, die aus Hemmungsversuehen gewonnen valrden.

Zahlreieh sind die Beobaehtungen fiber Komlaetitionserscheinungen an Transportsystemeng,4~,x°2, ~°9. Oft wird aus solchen Beobaehtungen ge- schlossen, dal3 die Kompetition auf einem Wettbewerb um das Trgger- molekfil beruht, d.h. dab die beiden konkurrenzierenden Substrat- molekfile den gleichen Trgger beniitzen. Ffir Systeme mit enzymatischer Katalyse der Triiger-Substrat-Reaktion ist dieser SchluB nicht zwingend, da die Kompetition sich an einem katalysierenden Enzym abspielen kann.

Es fragt sieh daher, ob Griinde ffir die oben erwiihnte MSgliehkeit spreehen, dal3 die Reaktion zwisehen Trgger und Substrat enzymatiseh ist. Weml man yon der gebriiuchlichen und plausiblen Annahme aus-


geht, dal~ der Tr~ger, der die Passage einer Lipoidmembran erm5glieht, lipophile Struktur haben wird, so sprechen Beobaehtungen an bakteriellen Permeasesystemen 1° fiir eine zus~tzliche Beteiligung yon Enzymen. Einerseits sind es die Beobachtungen fiber Mutanten, die sich dureh das Fehlen bestimmter spezifischer Transporte auszeichnen und die als ,,permeaselos" bezeichnet worden sind 53. In gleieher Richtung sprieht die Tatsaehe, da]~ eine Reihe yon Permeasesystemen induzierbar sind und schliel~lieh, dab die Induzierbarkeit sich auf eine Transportriehtung besehr~nken kann, wie an der Galaktosepermease yon E. coli beobachtet wurde a2.

Im Falle des Zuckertransports am Erythrocyten ist aueh gefunden worden, dab die Hemmungskinetik nicht penetrierender Inhibitoren aus der Phlorrhizingruppe (Polyphloretinphosphat) eine Art yon Asymmetrie besitzt, die nicht auf der Basis eines Systemes erkl~rt werden kann, das nur aus Substrat und Tr~ger besteht, sondern zur Annahme zus~tzlicher reagierender Elemente zwingt 7s.

Worauf kann sich die Annahme eines gemeinsamen Tr~gers zweier Substrate stiitzen, wenn Kompetitionsbeobachtungen in dieser Bezie- hung nicht schl/issig sind ? Es gibt weitere Konsequenzen aus dem Tr~germechanismus, die auf der Bewegung des gebildeten Komplexes dureh die Membran beruhen, also in unmittelbarer Beziehung zur Tr~gerfunktion stehen: der Gegentransport77, 96 und die kompetitive Beschleuni- gung 104,106,109.

Der Gegentransport besteht darin, dal3 ein erstes Substrat S, dessen Konzentrationen sich ausgeglichen haben, sich trotz der Konzentrations- gleichheit auf einseitigen Zusatz eines zweiten Substrates R zu bewegen beginnt und dal~ diese Bewegung sich entgegen dem Konzentrations- gradienten so lange fortsetzt, bis die Gleichung

$1 R1 + KR S~ -- R~ + KR (1)

erf/illt ist. Die Energie dieses Bergauftransports s tammt nicht unmittelbar aus Stoffwechselreaktionen, sondern aus dem induzierenden Transport yon R. Die Induktion beruht darauf, dab der Zusatz yon R einen Gradi- enten CR und damit notwendigerweise einen Gegengradienten yon C erzeugt, so dal~ S auf der Seite des Zusatzes weniger freie Triigermolekiile finder als auf der anderen Seite. Auf diese Weise entsteht trotz Konzen- trationsgleiehheit yon S ein Gradient yon CS und damit eine Verschie- bung yon S durch die Membran. Gegentransporte dieser Art sind an Erythrocyten66, 77, an HefezeUen 9, an L-Zellen v° und an Herzmuskeln 67 naehgewiesen worden. Alle diese Systeme sind Ausgleichssysteme.

Die kompetitive Beschleunigung besteht darin, dal~ die Transport- gesehwindigkeit eines ersten Substrates S dureh die Anwesenheit eines

l~aunyn-Schmiedcbcrg's Arch. exp. Path. Pharmak,, Bd.~245 (Tagungsbericht) 3

34 W. WILBRANDT :

zweiten Substrates R in gleicher Konzentration auf den beiden Membran- seiten nicht nur gehemmt werden kann, sondern unter bestimmten Bedingungen besehleunigt. Dieser Effekt, der ebenso wie der Gegentrans- port kinetisch abgeleitet und quantitativ eharakterisiert werden kann, beruht darauf, dab die beiden S~ttigungsterme ffir das Substrat S durch die Anwesenheit yon R zwar beide verkleinert werden, dag aber unter bestimmten S~ttigungsbedingungen die Abnahme des zweiten S~ttigungs- terms grSger ist als diejenige des ersten, so dab die Differenz der beiden Terme grSBer wird. Bei hSheren Konzentrationen des Substrates R geht die kompetitive Beschleunigung in kompetitive Hemmung fiber, es besteht also eine zweiphasige Beeinflussung der Transportgeschwindig- keit in bezug auf die Konzentrationen yon R. Der Effekt ist auch zeit- lich zweiphasig, wenn, wie im Versuch mit Einzelzellen, das Volumen auf der einen Seite der Membran (das Innenvolumen der Zellen) sehr klein ist, so dab die Konzentration yon R (infolge Gegentransport) sich raseh ~ndert. Die Einstellung des neuen station~ren Zustandes ist dann mit einem Umschlag der kompetitiven Beschleunigung in kompetitive Hemmung verbunden. Der Effekt ist an Erythrocyten ffir Zuckertrans- porte nachgewiesen worden l°~,n°.

Gegentransport und kompetitive Beschleunigung sind positive und schliissige Hinweise au] Tri~germechanismen und auf einen yon zwei Substraten gemeinsam benfitzten Tr~ger. Schwieriger ist dagegen die Ausschlieflung eines Tr~igermechanismus auf Grund eines negativen Gegentransportversuches. Wie aus G1. (1) hervorgeht, h~ngt das Kon- zentrationsverh~ltnis, bei dem der Gegentransport stillsteht, yon der Michaeliskonstante des induzierenden Substrates ab, nieht dagegen des induzierten Substrates. Hat das induzierte Substrat eine hohe

$1 Konstante, d.h. niedrige Affinitiit, so wird das Verh~ltnis S~ nur wenig

yon 1 abweichen und der Gegentransport wird bald zum Stillstand kommen. Es ist daher mSglich, einen Gegentransport eines schwach affinen Substrates dureh ein hochaffines zu induzieren, aber unter Um- st~nden nieht umgekehrt.

Wichtig ist nun, dab alle genannten Besonderheiten, die ffir Aus- gleichstransporte quantitativ abgeleitet und an solchen experimentell nachgewiesen worden sind, sieh auch bei Bergau]transporten finden. So ist abnehmende Transportgeschwindigkeit bei zunehmender Affinit~t beobachtet worden an der Farbstoffakkumulation in isolierten Nieren- tubuli 2°, ferner bei der Resorption yon Aminos£uren aus dem Darm 16,n4. Der Gegentransport ist gezeigt worden an der Zuckerresorption aus dem Darm s° und die kompetitive Beschleunigung am Transport organischer im Tubulus sezernierter S~uren in Nierenschnitten 41, am Transport von Aminos~uren in Tumorzellen ss und dutch die Darmwand 114 und an


bakteriellen Permsasesystemen ffir Zueker31, 4°. Alle diese Systeme sind typische bergauftransportierende Systeme, derenLeistung im allgemeinen als ,,aktiver Transport" bezeiehnet wird :3,s~.

Aus diesen Parallelen ergibt sich mit groBer Wahrseheinlichkeit, da~ auch die Bergauftransporte das Tr~gersystsm beniitzen, so dab die Kenntnis der Bedingungen, unter denen ein Tr~gersystem bergauf trans- portieren kann und die Ausarbeitung entsprechender kinetischer Bezie- hungen yon Bedeutung wird. Auf Grund des mehrfach vorgeschlagenen Prinzips chemiseher Reaktionen der Triigermolekiile mit Stoffwechsel- metaboliten, die eine ~nderung der Affinit/it des Tr£gers zur Folge haben und die auf den beidsn Membranseiten in entgegengesetzter Richtung ablaufenS~, ss, ist die Ableitung entsprechender Beziehungen mSglich 11°, die wcitere unerwartete experimentelle Beobachtungen zu erkl~ren in der Lage sind. Die Beziehungen sind formal den Glcichungen ffir den Aus- gleichstransport so ~ihnlich, dab die angeffihrten Parallelen in den experimentellen Beobachtungen an den beiden Systemtypen zu erwarten sind.

II. Pharmakologische Beobachtungen 1. Zweiphasische Wirlcungen. Die eben gezeigte zweiphasische Trans-

portwirkung kompetitiver Substrate, (namlich kompetitive Beschleuni- gung, bei hSherer Konzentration oder nach Ablauf einer gewissen Zeit- spanne iibergehend in kompetitive Hemmung), kann ffir entsprechende pharmakologische Wirkungen eine Erkl~rungsbasis bieten. Beispiele zweiphasiseher Wirkungen sind nicht selten und oft bieten sieh mehrere Interpretationen an. Zu ihnen tritt nun die MSglichkeit, dal~ es sich um kompetitive Beschleunigung und ttemmung eines Transports handelR kSnnte.

Als Beispiel aus dem neueren Schrifttum sei eine Beobachtung yon LULLMAN et al.S4, 55 und ihre Best~tigung durch ASttFORD et al. 2 genannt. Atropin kann in niedrigsten Konzentrationen an verschiedenen Objekten acetylcholin~ihnliche Wirkungen auslSsen, die dann erst bei hSheren Konzentrationen in den bekannten Antagonismus umsehlagen. Die yon L~LLMAN vorgeschlagene Deutung, der Wirkungsangriff sei an der Cholinesterase, wird durch den Hinweis yon ASI~FORD S.S. in Frage gest~llt, da~ die cholinergische Potenz des am Enzym wirksameren Eserin schw£cher ist. AS~FORD C.S. schl~gt sine Deutung auf der Basis der Patonschen Theorie 6s vor (wonach die Wirkung nicht dureh den Grad der Besetzung des Receptors, sondern durch die Geschwindigkeit der Reaktion mit dem Receptor bedingt ist). Als weitere M0glichkeit kSnnte nun eine Transportwirkung erwogen werden.

Wsiter seien einige Beispiele genannt, bei denen Agentien, deren Wirkung zun~chst auf biochemischcr Basis gedeutet wurde, sich als transportwirksam erwiesen haben,~ was dann notwendigerweise zu der

3*

36 W. WILBRANDT **

Frage ffihrt, ob und inwieweit die Transportwirkung an der Gesamt- wirkung beteiligt ist.

2. Aminos~iurentransporte und Proteinsynthese. Struktur-Analoga von Aminos~uren sind eingeffihrt worden mit der Absicht, in den rasch wachsenden Tumorzellen die EiweiBsynthese und damit die Vorausset- zungen ffir das rasche Wachstum zu stSren. JACQVEZ hat das Verhalten zweier solcher Analoga, des O-diazoacetyl-L-serins (Azaserins) und des 6-diazo-5-oxo-L-norleucins (Do~) am Transportsystem der Zellmembranen yon Ascites-Tumorzellen geprfift aa-a6. Dabei ergab sieh, dab die beiden Analoga Substrate des Transportsystems sind und dab sie hShere Akku- mulationsverhiiltnisse erreichen als praktisch alle biologischen Amino- sKuren a4. Im kompetitiven Hemmungsversuch erwies sieh ihre Affmit£t als niedriger, was mSglicherweise eine weitere Parallele bildet zu den oben erSrterten Beziehungen zwisehen Affinitiit und Transpor~gesehwindigkeit. Beobaehtungen yon JACQU]~Z fiber die wechselseitige Beeinflussung der Transporte yon Aminosi~uren und Analoga a5 kSnnen auf der Basis der kompetitiven Beschleunigung gedeutet werden, so dab der SchluB naheliegt, die Analoga und die natfirlichen Aminosiiuren seien gemein- same Substrate eines Tr~germechanismus. Die Analyse, ob dieser Effekt an der Wirkung beteiligt ist, verlief in diesem Fall negativ, indem eine resistente Linie eines Leuki~mie-Zellstammes im Transportsystem nor- males Verhalten zeigte as.

Ein anderes Beispiel, das mit der EiweiBsynthese zusammenhKngt, ist die Wirkung des Chloramphenicols. Die Hemmung der Proteinsynthese unter Chloramphenicol ist nach Versuchen yon HANCOCK23 offenbar nicht auf das Aminos~uretransportsystem zu beziehen, da in Gegenwart yon Chloramphenicol der Aminosi~uretransport mit praktisch unver~nderter Geschwindigkeit weiterli~uft. Da unter diesen Umsti~nden hShere Innen- konzentrationen an Aminosi~uren erreicht werden, ergibt sich der weitere SchluB, dab der Transport hier geschwindigkeitsbestimmend (oder mindestens mitbestimmend) ist.

Oestrogene wirken EiweiBsynthese fSrdernd in der Uterusmuskulatur. Neue Untersuchungen yon NOALL 8° machen es sehr wahrscheinlich, dab eine Transportwirkung beteiligt ist : die intracellul~re Akkumulation der nicht metabolisierten ~-Amino-Iso-Butters~ure wird durch Oestrogene gefSrdert. Die FSrderung ist aber nur in vivo, nicht in ~dtro zu beob- achten.

i~_hnliche neuere Beobachtungen beziehen sich auf das Wachstums- hormon der Hypophyse. RIGGs u. WALK~.R 71 zeigten, dab Hypophysekto- mie die intracellul~re Akkumulation yon c¢-Amino-Iso-ButtersKure hemmt, wKhrend die Zufuhr yon Wachstumshormon sie steigert. Der SchluB, dab das Wesentliche ffir die Wirkungen der beiden Hormone die :Beschleunigung des Membrantransportes der Aminos~ure ist, wird dann


nahegelegt, wenn auch hier der Transport geschwindigkeitsbestimmend ist (wofiir einige Wahrseheinliehkeit besteht).

Eine letzte Beobachtung, die mit der Eiwei~synthese zusammenh/mgt, ist diejenige yon MmsxY u. Mitarb) an isolierten Zellkernen aus Kalbs- thymus. Sie fanden, da6 die EiweiBsynthese in diesen Kernen durch die Anwesenheit yon Natrium im Suspensionsmedium in ausgesprochenem Mage beschleunigt wird und daB Natrium dureh kein anderes Kation wirksam ersetzt werden kann, mit Ausnahme des Lithiums, dessen Wirk- samkeit quantitativ jedoch hinter der des Natriums zurtieksteht. Die Analyse zeigte, daB der Transport der Aminos/iuren durch die Kern- membran ein energieabh/tngiger Vorgang mit Kompetitionserseheinungen ist und in vielen Punkten dem Transport durch die (elektronenoptiseh /~hnliche 72) /~ul~ere Zellmembran gleicht. Die f6rdernde Wirkung des Natriums auf die EiweiBsynthese ist offenbar eine Folge der Abhi~ngigkeit des Transports yon der Anwesenheit yon Natrium (das auf die Synthese selbst keine starke Wirkung austibt).

3. Schilddriise und TSH. Eine Situation, die zu den eben genannten Hormonbeispielen doppelte Parallelen besitzt, erstens in der Wirksam- keit eines Hormons und zweitens im Bestehen einer Reaktionskette, in der auf ein Transportglied eine Synthese folgt, besteht im Falle der Wirkung yon TSH auf die Funktion der Schflddrfise. Hier ist der Syn- these des jodhaltigen Hormons ein konzentrierender Transport yon Jodid durch die/~uBere Zellmembran vorgeschaltet, der sich, wenn auch in weniger ausgesprochener Form, auch in anderen Drfisenzellen, wie der Milehdrfise, der Speicheldrfise und dem Magenepithel, findet. Wird die Synthese durch Thyreostatica gehemmt (die meisten Thyreostatica wirken auf die Synthese, nur Rhodanid und t~erchlorat auf den Trans- port), so steigt die Jodidkonzentration in der Schflddrfise 91. Sie liegt also bei intakter Synthese wesentlieh tiefer, woraus sich ergibt, dab der Transport der limitierende Sehritt sein muB oder mindestens die Ge- schwindigkeit mitbestimmt. Fiir die Stimulation durch TSH ist schon aus diesem Grunde anzunehmen und aueh angenommen worden, dab sie am Transport angreift; eine Annahme, die in seh6nen Versuchen yon HAL~I et al. 25 direkt best/~tigt wurde. Neue Versuehe von IF~ 3~ deuten darauf hin, dab m6glicherweise weitere Faktoren beteiligt sind, indem unter gleiehen Versuchsbedingungen endogen entstandenes TSt I wirksam, in vitro zugeffihrtes dagegen unwirksam ist : naeh endogener Stimu- lation der TSH-Produktion dureh Behandlung der Versuchstiere (Rat- ten) mit dem synthesehemmenden Thyreostaticum Carbimazol ergibt sich in vitro in Schilddrfisensehnitten (bei Anwesenheit yon Carbimazol in syntheseblockierender Konzentration) eine betr/~ehtliche Steigerung des Jodid-Akkumulierungs-Verm6gens der Schilddriisenzellen, die bei Zusatz yon TS t t in vitro fehlt.

38 W. WILB~ANDT :

4. Insulin. Ein weiteres Hormon, das unter Bedingungen wirkt, bei denen der metabolischen Reaktionskette (in diesem Fall aueh kataboli- seher Reaktionen) ein Transport vorgeschaltet ist, ist das Insulin. Seit der Mitteilung Co,Is eg, dab das Insulin die Hexokinasereaktion aktiviert und dem Befund yon LEVINE 51,S~, dal] es Muskelzellen durchl~ssig macht ffir Galaktose, ist die Diskussion fiber die Frage, ob die Insulinwirkung eine Stoffwechselwirkung oder eine Transportwirkung ist, nicht zum Stillstand gekommen. Immerhin hat sich so viel Beobachtungsmaterial fiir Transportwirkungen angesammelt, dal] ihre Existenz kaum mehr zur Diskussion steht. Die Frage, fiber die noch keine Einigkeit erzielt ist, ist die nach dem Anteil dieser Wirkungen an der physiologisehen Funktion des Insulins.

Die ersten Befunde, die auf eine Transportwirkung des Insulins hin- deuten~ waren diejenigen yon LU~DSGAARD (1935) ~6. Er fand erstens, in Ubereinstimmung mit zahlreichen anderen Autoren in perfundierter Muskulatur eine vermehrte Glucoseaufnahme unter Insulin. Gleich- zeitig stellte er aber lest, dab die Konzentration der freien Glucose in den Muskelzellen nahe bei Null liegt. Die daraus gezogene Schlu~folge- rung, der Transport durch die Membran mfisse geschwindigkeitsbestimmend sein und die Insulinwirkung mfisse daher ihren Angriffspunkt hier haben, ist heute noch ein I tauptargument ffir die Transportwirkung.

Einen starken Stimulus ffir die Weiterffihrung dieses Gedankenganges gaben dann die genannten Befunde yon Levine u. Mitarb. 51,52, die an eviszerierten Hunden eine Zunahme des Verteilungsvolumens ffir nieht metabolisierte Zuckcr wie Galaktose zeigten. Sie wurden best~tigt und erg~nzt durch Untersuchungen yon DRURY u. WICK la an Kaninchen sowie vor allem durch die Gruppe yon PARK 63-65 Die Analyse des Effekts durch diese Gruppe ist, parallel mit Untersuchungen yon FISHIng, besonders welt vorgestol]en. PARK et al. dehnten die Untersuchungen auf die Analyse einzeiner Muskeln wie Zwerchfell und Gastrocnemius aus, FISgER u. IJINDSAY 18 ffihrten das perfnndierte Herz als Testpr~parat ein. PARK et al. 5s,67 zeigten, dab nicht nur der Zuckereintritt, sondern auch der Austritt yon L-Arabinose aus dem Hcrzmuskel durch Insulin beschleunigt wird und dab das Transportsystem Gegentransport zeigt, also offenbar auf Tr~tgerbasis arbeitet.

In parallelen unabh/~ngigen Untersuchungen wurde dann in den Labo- ratorien yon PARK dureh MORCAN et al. 59 und yon FISItER 17 der Versuch unternommen, die besehleunigende Insulinwirkung quantitativ durch die J~nderung der Transportparameter, n~mlich der Maximalgesehwindig- keit und der Michaeliskonstante, auszudrfieken. Die angewendeten Metho- den sowohl als die verwendeten Zucker differierten: bei MORGAN et al. wurde die Analyse mit Glucose durchgeffihrt, bei FIsI~R mit Arabinose und Xylose. Das fibereinstimmende Resultat der beiden Untersuchungen


besteht darin, dab sowohl die Maximalgesehwindigkeit als die Miehaelis- konstante ver~ndert werden. Ffir die Michaeliskonstante finden beide Gruppen eine Steigerung, ffir die Maximalgeschwindigkeit differieren die Befunde jedoch, indem MORGAN et al. eine Zunahme, FISHER eine Ab- nahme finder. GroBe Differenzen bestehen auch in den numerisehen Werten der Michaeliskonstanten, die bei FISHER um Gr613enordnungen tiefer liegen als bei MORGAN et al.

W~hrend bei crhShter Maximalgeschwindigkeit eine Beschleunigung des Transportes dem Verst~ndnis keine Schwierigkeiten bietet, ergeben sich solehe bei der Deutung der Fisherschen Resultate im Hinblick auf die yon ibm gefundene Herabsetzung der Maximalgeschwindigkeit. FISHE~ deutet die Beschleunigung des Transportes auf der Basis der erhShten Miehaeliskonstanten, d.h. der vcrminderten Affinit~t, unter Hinweis auf die oben besprochene Abnahme der Transportgeschwindig- keit mit zunehmender Affinit£t bei Tr~gertransporten. Diese Deutung kann aber kaum roll befriedigen, da sie an die Bcdingung gekniipft ist, da~ auf beiden Membranseiten hohe S~ttigung besteht. Wenn im Inneren der Muskelzelle die Zuckerkonzentration nahe bei Null liegt, ist die Er- fiillung diescr Bedingung zweifelhaft.

Es ist daher verst~ndlich, wenn FISHER die MSglichkeit zweier Tr~gersysteme in Betracht zieht, deren eines bei Abwesenheit, das andcre bei Anwesenheit yon Insulin im Vordergrund stehen wfirde. Auch ROSE,BErG 74 zieht aus der gleichzeitigen Beeinfiussung der Maximal~ geschwindigkeit und der Miehaeliskonstanten den Schlul3, dab zwei Tr~gersysteme vorliegen miissen.

Diese Annahme wiirde aueh die vor allem yon CI~A_rN 8 als Gegen- argument gegen die Transporttheorie verwendete Beobachtung verst~nd- lieh maehen kSnnen, dab am isolierten Zwerchfell eine Insulinwirkung auf die Glykogenbildung in einem Konzentrationsbereich der Glucose auslSsbar ist, in dem die ErhShung der Zuckerkonzentration selbst nicht mehr wirkt. Die Existenz zweier Tr~gersysteme ist eine der MSglich- keiten, diese Diskrepanz zu deuten.

Die betr~chtlichen Untersehiede zwischen den experimentellen Resultaten der beiden genannten Gruppen mahnen aber zur Vorsicht in der Beurteilung der beniitzten Voraussetzungen. Beispielsweise basieren die Auswertungen auf der Voraussetzung, dal3 Substrat und Tr~ger mit- einander im Gleichgewicht stehen. W~re start dessen die Gesehwindig- keit der Reaktion zwischen Tr£ger und Substrat limitierend, so miiBten die Auswertungen zu fehlerhaften Resultaten ffihren.

Auf einen Punkt sei noeh kurz hingewiesen, n~mlich auf die ~nderung des Verteilungsvolumens yon Zuckerarten unter Insulinwirkung. Sofern es sich wirklich um station~re Vertcflungen handelt, w~re in erster Linie verst~ndlich eine ErhShung des Verteilungsvolumens vom Volumen des

40 W. WILBRAI~D T :

extracellul~ren Wassers auf das Volumen des Gesamtwassers, wenn n~mlich das Insulin die Zellmembranen, die vorher undurchl~ssig waren, durchl~sig macht. Werte zwischen diesen beiden Verteilungs-Volumina, die wiederholt beschrieben worden sind, wurden teilweise auf intra- cellulite Kompartmentierung zurfickgeffihrO a. Die Insulinwirkung wurde dann als , ,Entkompartmentierung" interpretiert. Diese Deutung ist zun~chst (ebenso wie die metabolische Interpretation) an die Voraus- setzung gebunden, dab das groBe Insulinmolekfil die ~uBere Zellmembran zu penetrieren vermag, was zum mindesten als nicht erwiesen zu be- zeichnen ist. Sie ist aber vielleicht fiberhaupt entbehrlieh im Hinblick auf die MSglichkeit, dab das Verteilungsvolumen nicht metabolisierter Zucker, die den Glucosetr~ger benfitzen, selbst bei hoher Durchl~ssigkeit der Membran im allgemeinen kleiner sein wird als das gesamte Wasser- volumen. /)as ergibt sich aus dem permanenten Glucosegradienten an allen Zellen mit raschem Glucosestoffwechsel und niedriger oder ver- schwindender Innenkonzentration der Glucose. Oieser Gradient muB durch Gegentransport den nichtmetabolisierten Zucker zum Tell aus der Zelle austreiben und so dessen Verteilungsvolumen verkleinern. Modell- versuche an Hefezellen 5 geben Belege ffir diese Vorstellung, indem Blockierung der Glykolyse dutch Jodessigs~ure die Verteilung nicht- metabolisierter Zucker in der erwarteten Richtung beeinfluBt.

5. Corticosteroide. Eine weitere Hormongruppe, deren Wirkung mit Transporten eng verknfipft ist, ist die der Corticosteroide. Ihre Wirkung auf den Kalium- und Natriumhaushalt ist bekannt seit den klassischen Beobachtungen der dreiBiger Jahre, dab Nebennierenmangel zu Kalium- anstieg und Natriumabfall ira Blur ffihrt und dab kaliumfreie und na- triumreiche Di~t lebenserhaltend wirkt. Der EinfluB der Corticosteroide auf den Elektrolythaushalt wurde zuniichst mehr oder weniger aus- schlieBlich auf ihre ~Vierenwirkung bezogen, nachdem sich gezeigt hatte, dab Kaliumausscheidung und Natriumrfickresorption bei Nebennieren- mangel gesehhdigt sind und durch wirksame Extrakte gefSrdert werden. I)iese seither vieffach untersuchte Wirkung, die durch die moderne Stop- l~low-Methode in den distalen Tubulus lokalisiert werden konnte, wird auch heute noch vieffaeh als zentrale Elektrolytwirkung der Cortico- steroide betrachtet.

l~fir beide Ionenarten Kalium und Natrium handelt es sich bei dem Nierentransport um einen Bergauftransport, um eine ,,Pumpe". Seit etwa 20 Jahren ist nun bekannt 11, dab die ungleiche Verteilung yon Kalium und Natrium zwischen Zellinnerem und Umgebung ebenfalls an die Thtigkeit yon Pumpen geknfipft ist, die laufend Natrium aus der Zelle und Kalium in die Zelle hineinbefSrdern und auf diese Weise die ungleiche Verteilung aufrecht erhalten, obwohl die Membran fiir beide Kationen durchl~ssig sind.


Die Frage erscheint daher bereehtigt, ob die beiden Pumpenar ten ffir Natr ium und Kalium im Nierentubulus und an den Membranen der KSrperzellen/~hnliche Mechanismen benfitzen, mit anderen Worten, ob aueh die Natr ium-Kal iumpumpen der Zellen unter dem Einfluis der Corticosteroide stehen. Diese Frage stellt sich nicht erst heute 1°°. Sie stellte sieh bereits in den klassischen Untersuchungen yon I~GLE U. KENDALL 38 aUS dem Jahre 1936, als sich n/imlich zeigte, dab eine lebens- verl/ingernde Wirkung der Corticosteroide bei nebennierenlosen Tieren such nach Entfernung der Nieren noch naehweisbar ist. Sie stellte sich welter, sis Bilanzversuche yon FLA~AGA~ U. Mitarb. 19 zeigten, dab der Natr iumverlust bei plStzlicher experimenteller Nebenniereninsuffizienz nur zu etwa 1/a durch die Harnausscheidung zu decken ist, w/~hrend 2/3 des aus dem extracellul/iren Raum versehwindenden Natriums offenbar in die KSrperzellen eingedrungen sein mfissen.

Neuere Untersuchungen aus verschiedenen Laboratorien geben un- mittelbare Hinweise auf eine Bedeutung der Cortieosteroide ffir die Funktion der Membranpumpen an den Zellen. GROLLMANN ~4 zeigte, daiS an nebennierenlosen Tieren neben der renalen Elektrolytinsuffizienz, die sofort einsetzt, eine Insuffizienz in verschiedenen Geweben naehweisbar ist, die sich langsamer entwickelt und deren Nachweis daher nur unter best immten experimentellen Voraussetzungen gelingt. Diese In- suffizienz /iuiSert sieh in einer Abflachung der Gradienten zwischen extracellul/~rem und intracellul/~rem Raum sowohl ffir das Natr ium als aueh ffir das Kalium. Das Gegenstfick bilden Versuche yon WOODBVRY U. KOCH nS, die zeigten, daiS Aldosteron- oder Cortexoninjektionen an M/iusen die genannten Gradienten steiler machen. /X_hnliehe Befunde wurden an Muskeln und Leber adrenalektomierter Tiere (mit und ohne Aldosteron) yon I)ULCE u. GO~THER 14 erhoben. Kv~z u. SULSER a5 zeigten am Erythroeyten nebennierenloser Ratten, daB der Pumptranspor t ffir Natr ium in einem AusmaiS herabgesetzt ist, das deutliche Korrelation zur Schwere der Insuffizienz zeigte. Zusatz yon Mineralocorticoiden in vitro war unwirksam 4~. Neuere Versuche yon SENFT U. HERKEN 84 an den Erythrocyten nebennierenloser Rat ten zeigen zun/ichst fibereinstimmend, dab die Gradienten ffir Natr ium und Kalium sich nach der Adrenal- ektomie abflachen, daiS ihre Steilheit durch Aldosteronzufuhr in vivo wieder erhSht werden kann und zwar fiber das Ausgangsniveau hinaus, und sehlieBlich, dab diese Aldosteronwirkung durch gleiehzeitige Zufuhr des Aldosteronantagonisten SC 8109 aus der Gruppe der Spirolactone ganz unterdrfickt wird.

So ruht die Annahme einer Cortieosteroidbeteiligung an der Membran- pumpe ffir Kalium und Natr ium heute auf recht breiter Basis. Was den Mechanismus dieser Wirkung betrifft, so haben WILDE U. Mitarb.94, 95 an Hunden unter Benfitzung der Stop-Flow-Methode fiber den Beginn

42 W. WILBRANDT:

einer Analyse berichtet. Sie fanden 94, dab bei nebennierenlosen Hunden (im Gegensatz zu Normaltieren) die Natriumrfiekresorption yon der Natriumkonzentration des extracellul~ren Raums abh~ngt und benfitzten diese Abh~ngigkeit zur Analyse der Wirkung auf Basis einer Tr~gervorstellung 95. Es ergab sich, dal3 Aldosteron die Rfiekresorption yon Natrium besehleunigt, ohne die Michaeliskonstante des Transports zu ver~ndern. BeeinfluBt wird also offenbar nieht die Affinit~t des Natriums zum Tr~ger, sondern eine GrSBe, die mit der Maximalgeschwindigkeit in Beziehung steht. Die anderweitig I°° diskutierte MSgliehkeit, dal~ Cortieosteroide selbst Tr~gerfunktionen haben, w~irde mit diesen Ana- lysenresultaten in Ubereinstimmung stehen.

6. Digitalis. Zum AbsehluB sei noeh kurz die Transportwirkung der Herzglykoside und flare mSgliche Beziehung zur therapeutischen Digi- taliswirkung behandelt. Ihre Bespreehung reiht sich in natfirlieher Weise an diejenige der Corticosteroide an, weft zwisehen den beiden Gruppen an versehiedenen Objekten (unter anderem am distalen Rfiekresorp- tionsort ffir Natrium 98,n~ im Nierentubulus) antagonistisehe Wirkungen beobachtet wurde21,22,82,g°,l°°, in.

Die Frage einer Membranwirkung der Herzglykoside stellte sieh zu- n~chst im Zusammenhang mit mehrfachen Befunden fiber Kalium- verlust aus Muskeln und Herzmuskeln unter Digitaliswirkung, erstmals in den Untersuehungen yon CATTELL s aus dem Jahre 1937. Dal3 diese Wirkungen mit Digitaliswirkungen auf Ionenpumpen zusammenh~ngen dfirften, ergab sieh 20 Jahre sp~ter aus der ersten Beobaehtung fiber Hemmwirkungen yon Herzglykosiden an Pumpen, die yon SCHATZMA~N 81 am Erythroeyten gemaeht wurde. Eine grol3e Zahl ~hnlieher Beobaeh- tungen sowohl an Erythroeyten als an zahlreiehen andern Zellarten folgten nach*. Uber die Mannigfaltigkeit der Zellarten, an denen solehe Beobachtungen heute vorliegen, orientiert Tab. 139

Es scheint zweekm~13ig, die Frage, ob solche Wirkungen etwas mit dem therapeutisehen Digitaliseffekt zu tun haben, in zwei Teflfragen auf- zulSsen :

1. Bestehen zwisehen den Transportwirkungen und den therapeutischen kardialen Wirkungen in bezug auf die Wirkungsbedingungen, Strukturabh~ngigkeit, wirksame Konzentrationsbereiehe und anderes so weitgehende Parallelen, wie es eine Beteiligung der Transportwirkun- gen an therapeutisehen Effekt verlangen wfirde?

2. L~t3t sieh eine individueUe Transporthemmung und eine spezielle durch sic bedingte intraeellul~re Konzentrations~nderung einer bestimmten Ionenart verantwortlieh maehen ffir den therapeutischen Effekt der Herzglykoside ?

* Weitere Literaturhinweise finden sieh in einer eingehenderen Darstellung des heutigen Standes l°s.


Tabelle 1 Hemmun 9 van KationentransTort durch Herzglykoslde bel verschiedenen ZeUarten

Zellart Species Ionenart

Herzmuskel Na, K, Rb

Skeletmuskel Glatter Muskel: Uterus

Darm Blase

Peripherer Nerv Speieheldrfise Erythroeyt Haut Niere Linse Ascites-Tumorzellen :Larven Ganztier Schilddrfise Gehirn Netzhaut

Menseh, ttund, Katze, Kaninchen, Meer- schweinchen, Frosch

Frosch Kaninehen Meerschweinehen Kr6te Tintenfiseh Hund, Maus Mensch, Sehwein, Sehaf

Na, K Na, K Na, K Na, K Na K, Rb Na, K,

Erweitert nach K ~ ag (1962).

Frosch ttund, Necturus Kuh ~ a u s Killer Planarien Sehaf Meersehweinehen Rind

Na, K Na, K K Na, K K K K K, Na K, Na

Rb

Tabelle 2. Herzglykoside

Parallelen zwisehen Ionentransporthemmung und kardialer Wirkung 1. Wirksame Konzentrationen (10 -s g/ml und weniger)7,~, a~ 2. Chemische Spezifit~t:

Glykoside wirksamer als Genine a9 Stellung des Laktonrings:

Alloverbindungen kaum wirksam ~3 S~ttigung des Laktonrings:

Dihydroverbindungen kaum wirksam a9 Wirksamkeit einfaeher Laktone (in hohen Konzentrationen)39

Abstufungsreihe versehiedener Glykoside 57 3. Antagonismus mit K +22

Synergismus mit Ca+ +4°

Para l le len zwischen den beiden Wi rkungsg ruppe n s ind in Tab .2 zusammenges te l l t . Sie beziehen sich vor a l lem auf die wieht igs ten Ab- h/~ngigkeitcn zwischen W i r k u n g und chemischer S t ruk tu r . Die Gesamt- heir dieser Para l le len m a c h t es unwahrscheinl ich, dab zwischen den be iden W i r k u n g s g r u p p e n kcine Beziehungcn bestehen.

Was al lerdings die zweite F r a g e betr iff t , so h a b e n die b isher igen Unte r suchungen keine k larc A n t w o r t gebracht . Es s ind die Konzen t r a - t ions/~nderungen im Herzmuskc l yon K a h u m und N a t r i u m sowohl als auch yon Calcium u n t e r der E inwi rkung yon Herzg lykos iden in mehreren

4 4 W . W I L B R A N D T ;

Laboratorien in den letzten Jahren eingehend untersucht worden*. Das Ergebnis kann dahin zusammengefaBt werden 1°7, dab bei therapeutischen Digitaliskonzentrationen, die zwar zur Kontraktionsverst~rkung, nicht aber zur Kontraktur ffihren, die Globalkonzentrationen der genannten Ionen nicht deutlich ver~ndert werden. Konzentrations- Knderungen traten im aUgemeinen ers$ bei toxischen, Kontraktur erzeugenden Konzentration auf. Eine einfache Antwort auf die zweite Frage hat sich damit bisher nicht ergeben.

Dagegen ist darauf hinznweisen, dab die mehrfach** ausgesprochene Vermutung, die Digitahswirkung, insbesondere ihre frappanten Paralleler~ zur Calciumwirkung, seien durch eine Beeinflussung yon Calcium- verschiebungen dutch die Membran bedingt, durch diese negativen Resultate nicht definitiv widerlegt werden kann.

Einmal ist eine Wirkung auf die Calciumverschiebungen (wenn auch ebenfalls erst in Kontraktur erzeugenden Konzentrationcn) durch HOLLAND et al. a,ao,s3 in mehreren VerSffentlichungen demonstriert und n~her untersucht worden. Die Autorcn machen sie vor allem ffir die Kontrakturwirkung der Herzglykoside verantwortlich.

Au6erdem aber ist in den letzten gahren die Bedeutung des Calciums ffir die Kontraktion yon Skeletmuskel und Herzmuskel durch ver- schiedene Beobachtungen in ein neues Licht gerfickt worden. SHA~ES et al. 3,sS,11a haben in mehreren Untersuchungen wahrscheinlich gemacht, da$ das intracellul~re Calcium eine wichtige Rolle spielt bei der Uber- tragung der Erregung yon der Membran auf die Actomyosinfibrillen. Andererseits haben die Untersuchungen von I-IAssELBACH 27,2s fiber Bedeutung und Wirkungsmechanismus der Erschlaffnngsgrana in der Muskulatur gezcigt, dab diese Grana hochwirksame Calciumpumpen enthalten, die Gradienten yon l:100 ffir die Calciumionen aufrecht erhalten k6nnen. Es ist dadurch einigermal3en wahrscheinhch geworden, dab ihre Wirkung auf einer Verringerung der Calcinm-Ionen-Konzentra- tion im Cytoplasma beruht. Im Hinblick auf solche Calciumverschiebun- gen auf subcelluli~rer Ebene durch Membranen, die ein weitverzweigtes Netz im Zellinneren bilden, werden Schlul~folgerungen aus Analysen der Globalkonzentration der Gesamtmuskelfaser fragwfirdig. Es scheint daher gegenw~irtig richtig, die Frage nach einem mSglichen Zusammen- hang zwischen therapeutischem Digitaliseffekt und Transportw=irkungen der I-Ierzglykoside, insbesondere in bezug auf Calciumionen, als often zu betrachten.

Schluflbetrachtung Hauptzweck dieser Darstellung war zu zeigen, dab die Entwicklung

der Transportphysiologie die Pharmakologie vor neue Aufgaben gestellt hat, dab es heute eine Anzahl Kriterien gibt, die die Frage einer Trans-

* 15,39,42,44,105. __ * * 15,39,99,101,103


p o r t w i r k u n g zu pr f i fen u n d n/~her zu a n a l y s i e r e n g e s t a t t e n u n d dab in

e ine r n i ch t u n b e t r / i c h t l i c h e n A n z a h l y o n F~ l l en p h a r m a k o l o g i s c h e W i r -

k u n g e n a u f T r a n s p o r t w i r k u n g e n zur f i ckgef f ih r t w e r d e n k o n n t e n . Auf -

f i i l l ig i s t we l te r , d a $ sich d a r u n t e r m e h r e r e H o r m o n w i r k u n g e n f inden u n d d a b in e iner A n z a h l y o n F/~llen W i r k u n g e n n u r in v ivo , n i ch t abe r in v i t r o

geze ig t w e r d e n k o n n t e n , m6g l i che rwe i se wel l die T r a n s p o r t s y s t e m e in

~ i v o noch u n b e k a n n t e K o m p o n e n t e n en tha l t en .

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Probleme des aktiven Transports (Transportmechanismus und Pharmakologie)