[3ber das e lektr ische Potent ia l und den Akt ionss trom von Eierstoekeiern yon R a n a e s c u l e n t a

Von

Karl Umrath

Aus dem Zoologischen Institut der Universit~t Graz

Mit 7 Textabbildungen

(Eingelangt am 29. September 1953)

Einleitung

Das elektrophysiologische Verhalten yon Nerven und Muskeln hiJherer Tiere wurde vielfach untersucht, in lefzter Zeit auch mit in das Proto- plasma eingestochenen Mikroeiektroden. Es schien mir yon Interesse, diese Un~ersuchungen auf andere Zellen h~iherer Tiere auszudehnen, und da boten sich die Eierstockeier des Wasserfrosches, Rana esculen~a, wegen ihrer Gr~ilqe und wegen ihrer leichfen Zughnglichkeit als ffeeignetes Objekt.

Da der Einflufi des Natriumgehaltes des Aufienmediums auf den Ak- tionssfrom in letzter Zeit vielfach Gegenstand experimenteller und ~heo- retischer Untersuchungen war, babe ich in einer Reihe yon Versuchen das Natriumchlorid der Ringerliisung dutch Cholindflorid oder durch Glukose ersetzt und welter den Einflufi yon Kaliumchlorid und yon Kalziumchlorid untersuchf.

Methodik

Methodisd~ bin ich ~ihnlich vorgegangen wie bei meinen Untersuchungen an Pflanzenzellen [12, 13}. Als Mel3elektroden habe ich meistens mit 0,1 n KC1-LSsung gefiillie Mikroelektroden verwendet, aus denen ich mit chlo- rierten Silberdr~ihten weiter abgeleitef habe. In einer Versuchsreihe waren die Etektroden mit 3 n KC1-LSsung gefiillt. Vor und nach dem Versuch tauchten beide Ableitungselektroden in dieselbe KC1-LSsung, m i f d e r sie auch geftillt waren. W~ihrend des Versuches tauchte die grSbere Elektrode in die die Eizelle umgebende LSsung, die feinere, mif einem ~iufteren Spitzendurchmesser yon 2--20~, wurde in eine Eizelle eingestochen. Die Spannungen habe ich zu einem Lindemann-Elektrometer abgeleitet, yon der groben Elektrode zum Gehhuse, yon der feinen zur Nadel des Elekfro- meters, und photographisch regisfriert. Gereizt babe ich mit einzelnen Offnungsinduktionsschl~igen eines Induktoriums, in dessen Prim~rkreis eine

30 *

386 K. Umrath

Akkumulatorenbatterie von 5 V Spannung und eiu variabler Vorschah- widerstand angebracht waren. Die Reizsthrke wurde durch Verhnderung des Vorschaltwiderstandes und, wenn erforderlich, durch Anbringen oder Entfernen des Eisenkerns verandert. Die Reizelektroden, chlorierte Silber- drhhte, tauchten in einiger Entfernung yon der Eizelle in die umgebende LSsung.

Die Versuche wurden im Dezember 1952 und im August und September 1953 ausgefiihrt. Ich habe hauptshchlich die grSf~eren Eierstockeier ~ver- wendet, die abgerundete Scheiben yon 1,0--1,5mm Durchmesser und etwa 0,Tram Dicke darstellen. Ein Eierstockfragment mit einigen Eizellen oder eine einzelne Eizelle wurde in ein flaches Schhlchen mit nut wenig Ringerl6sung auf ein feuchtes Sttickchen Filterpapier gebracht. Die Filter- papierunterlage wirkte dem Kippen der Eizelle beim Versu& des Ein- stechens der Elektrode entgegen. Beim Aufpressen der Mikroelektrode auf eine Eizelle wurde diese mehr oder weniger eingedellt, bis ihre Hiille durch- stochen wurde und zuriickschnellte, so dal~ die Elektrodenspitze nun tier und test in der Eizelle steckte. Ich habe dann weitere Ringerl6sung zu- gegeben, so da[~ die Eizelle gut umsp[ilt war. Beim Herauszieheu der Elektrode war manehmal ein Plasmafaden zu sehen, der yon der Eizelle zur Elektrodenspitze reichte.

Alle LiSsungen wurden mit tiber Glas destilliertem Wasser hergestellt. Die RingerlSsung enthielt 0,65% NaC1, 0,015% KC1 und 0,015% CaCI~. Weiter habe ich folgende L~isungen angewandt: 1. 1,55% Cho]inchloridL 0,015% KC1 und 0,015% CaCI.,, 2. 4% Glukose, 0,015% KCI und 0,015% CaCI~, 3. 4% Glukose, 4. 1,55% Cholinchlorid, 5. 0,65% NaCI, 6. 0,83% KC1, 7. 0,82~% CaC12 und Mischungen der isotonischen LSsungen 3--7 in verschiedenen Mischungsverhaltnissen.

Die Einstelhmgsgeschwindigkeit des Lindemann-Elektrometers, die an den Eichkurven der Abb. 1, 2 und 4--7 erkennbar ist, war so, daf~ die AktionsstrSme in ihrem raschen Teil etwas verzerrt wiedergegeben wur- den. Ich habe einige Aktionsstrthne und Eichkurven bet raschem Gang des photographis&en Papiers aufgenommen und, da die Eichkurve der des Ka- pillarelektrometers entspricht, die Aktionsstromkurven nach dem Verfahren yon B u r c h , das auch bet B e r n s t e i n [1] beschrieben ist, analysiert. Die Korrekturen sind gering; die GipfelhiShen der am steilsten ansteigenden Aktionsstr5me, wie sie vorkommen, wenn das NaC| der RingerlSsung durch Glukose ersetzt ist, Abb. 2d, werden um etwa 20% vergrSt3ert, die kurz dauernden Aktionsstrtime in RingerlSsung um etwa 10%, die langdauern- den mit Plateau werden kaum vergrS[~ert, ihr Gipfelpunkt wird nut et- was vorverlegt. Da die meis[en meiner Aufnahmen zu langsam registriert wurden, um sie genau korrigieren zu kt~nnen, babe ich alle Messungen an den unkorrigierten Kurven ausgef~ihrt.

Durch eine Korrektur wiirden die Werte der Aktionsstr5me in Tabelle 1 kaum vergrSfiert, well es sich um lang dauernde AktionsstrSme, meist mit

Fiir die t2berlassung des Cholinchlorids danke ich der Laevosan-Gesellschaft, Franck & Dr. Freudl, Linz a. d. D.

Elektrisehes Potential und Aktionsstrom yon Eierstockeiern yon Rana esculenta 387

Plateau, handelt. In Tabelle 2 wiirde der erste und der dritte Wert aus demselben Grunde kaum veriindert, der zweite wiirde mn etwa 10 % erhSht, In Tabelle 3 wiirden die ersten beiden Werte um etwa 10%, der dritte wiirde um etwa 20% erhSht.

Die Membranbildung an der in die Eizelle eingestochenen Elektrode

Ieh [12, 15, 15, 18] habe bet meinen elektrisehen Messungen an Pflanzen- zellen und D i a n n e l i d i s und U m r a t h [2] haben bet elektrischen Mes- sungen an Plasmodien yon Physarum Erseheinungen beobaehtet, die zeigen, daf~ sieh in der Spitze von eingestoehenen Mikroelektroden und mit der Zeit um den ganzen eingestoehenen Spitzenteil herum eine Membran bil- det, die fiir Anionen weniger permeabel ist als fiir Kationen und die mit der Zeit einen hohen elektrisehen Widerstand annehmen kann. Die Membranbildung um die Spitze der eingestoehenen Elektrode iiufiert sieh darin, daI~ die zwisehen Protoplasma und AuI~enmedium gemessene Span- hung und die Ak~ionsstrSme abnehmen und dal~ sieh die Elektrode sehliefi- lieh elektriseh nahezu so verhalten kann, als ob sie sieh im Aufienmedium befinden wiirde, obzwar sie noeh test in der Zelle steekt. Dies tritt bet Blattzellen yon Helodea, Pollensehlhuehen yon Tulipa, bet Spirogyra, Vaudwria und Physarum verhhltnism~il3ig raseh, oft in einigen Minuten ein, bet Internodialzellen yon Nitella langsamer, oft in Tagen. An einer eingestoehen gewesenen Elektrode zeigt sieh die relativ anionenimpermeable Membran daran, dal~ die Elektrode gegeniiber ether nieht eingestoehen ge- wesenen in Wasser und in verdiinnten SalzlSsungen eine negative Spannung annimmt, nieht aber in derjenigen KC1-Lbsung, mit der sie selbst ge- fiillt ist.

Aueh bet meinen jetzigen Versuehen an Eierstoekeiern yon Rana gingen die zwisehen Protoplasma und Aul~enmedium gemessenen Spannungen und die AktionsstrSme meist naeh einiger Zeit, etwa naeh einer halben Stunde, znriiek. Dies kann dureh eine Sehiidigung der Zelle oder dureh eine Mem- branbildnng um die Elektrodenspitze bedingt sein. An Pflanzenzellen wurde naeh einem R[i&gang der melqbaren Spannungen yon mir [15, 15] und yon D ' i a n n e l i d i s und U m r a t h [21 sehr oft ein betriiel~tlieher Wiederanstieg beobaehtet, wenn die eingestoehene Elektrode etwas bewegt oder ersehiittert wurde. Jetzt babe ieh zufiillig einmal an ether Eizelle mit abgesunkener Spannung naeh einer Bewegung der eingestoehenen Elek- trode eine betr~iehtliehe Wiederzunahme der Spannung beobaehtet. In einigen weiteren Fiillen abgesunkener Potentialwerte habe ieh die ein- gestoehene Elektrode absiehtlieh etwas bewegt und dabei noeh zweimal einen Wiederanstieg der Spannung beobaehtet. Dies sprieht daftir, daI~ f[ir das Absinken der mel3baren Spannung eine Membranbildung um die Elektrodenspitze wenigstens mitverantwortlieh ist.

Um zu sehen, ob in der Elektrodenspitze eine relativ anionenimper- meable Membran gebildet wird, habe ieh die Spannung der zum Einstieh verwendeten Mikroelektroden gegen eine grol3e Vergleiehselektrode in versehiedenen LSsungen gemessen. Noeh nieht eingestoehen gewesene Elek-

388 K. Umrath

troden zeigten in allen LSsunge keine nennenswer ten Spannungen gegen die Vergleichselektrode. Mit 0,t n KC1-LSsung gefiillte Mikroelektroden, die eingestochen gewesen waren, zeigten in desfi l l iertem Wasser und in 4%iger GlukoselSsung negat ive Spannungen gegeniiber der Vergleichs- elektrode, abe t keine in 0,1 n KC1-LSsung. In Wasser habe ich in zehn Ver- suchen - - 20 bis - - 85 m u gemessen, meistens gegen - - 50 mV. In Glukose- 15sung habe ich in fiinf Versuchen - - 3 8 his - - 7 0 mV gemessen, me• gegen - - 4 5 i n V . Schon geringe KC1-Zusiitze zur Glukose reduzier ten die Span- nung s tark; eine eingestochen gewesene Elektrode zeigte in Glukose - - 53mV, in Glukose mit 0,001 n KC1 - - 52 inV. In Glnkose mit 0,0J n KC1 war me• kein nennenswer te r Spannungsunterschied mehr zu beobachten.

In einig'en Versuchen babe ida die Elekt roden mit 3 n KC1-LSsung ge- t• Solche eingestochen gewesene Elekt roden zeigten gegentiber ether Vergleichselektrode in 3 n KC1-LSsung keinen Spannungsunterschied, in 0,1 n KC1-LSsung zeigten sie in neun Versuchen Spannungen zwischen - - und - - 1 0 , im Mittel - - T m V , in destillier~em Wasser zeigten sie Span- nungen yon - - 2 0 his - -58 , im Miitel yon zehn Versuchen - - 5 7 mV.

Tab. 1. E i e r s t o c k e i e r y o n R a n a escu len ta; M i t t e l w e r t e u n d m i t t - l e r e F e h l e r y o n R u h e p o t e n t i a l u n d A k t i o n s s t r o m be t 22- -26~

Elektrodenftillung

0,1 n KC1 . . . . . . 3 n KCI . . . . . . .

Ruhepotential in mV

- - 2 1 , 0 • 0,6 --30,2 _+ 1,2

Aktionsstrom

in m V in O[o des

Ruhepotentials

15,2 • 0,5 12,4 + 1,1

75,8 +_ 1,9 40,9 + 2,6

Zahl der Messungen

28 11

In Tabel le 1 sind nach Yersu&en all Eizellen in RingerlSsung unter sonst vergleichbaren Bedingungen Mel~ergebnisse mit 0,1 n KCI- und mit 3 n KC1-Elektroden wiedergegeben. Man sieht, dal] die Akt ionss t rSme in be• F~tllen nahezu gleich sin& dal~ aber das Ruhepoten t ia l der Eizellen bet Messung mit 3 n KC1-Elektroden im Mittel 9 mV st~irker negat iv • Dabe i • die Spannung zwischen den Elekt roden Null, wenn sie in die- ]enige KC1-L5sung tauchen, mit der sie gefiillt sind. Die Differenz der Ruhepoten t ia le yon 9 mY • nur etwas mehr als die 7 mY, die eine ein- gestochen gewesene 3 n KCI-Elek i rode im Mittel gegen eine Vergleichs- e lektrode in 0,1 n KC1-LSsung negat iv • und der K- Ionengeha l t des El- p ro top lasmas diirf te nahe an 0,1 n sein. Es • mSglich, dal~ die Membran an der Elektrodenspi tze , solange diese in der Eizelle eingestochen • noeh etwas dichter • als nach dem Herausz iehen in der 0,1 n KC1-LSsung.

D a ich die Membranb i ldung an der eingestochenen Elek t rodensp i tze bei Eierstockeiern nu t neBenbei untersucht babe, • ein Vergleich mi t den Ver- hiiltnissen an Pilanzenzellen, die ich [13] bet Nitella genauer untersucht habe, noch schwer. Es scheinen mir aber die yon den Eizellen gebildeten Membranen weniger dicht zu sein wie die yon Pflanzenzellen gebildeten;

Elektrisches Potential und Aktionsstrom yon Eierstoekeiern yon Rana esculenta 389

ieh habe wenigstens auch an lange zu Messungen an Eizellen bentitzten Elektroden in Wasser hie so hohe Spannungen gegentiber der Vergleichs- elektrode gemessen, wie off an liinger zu MessungeI1 an Pflanzenzellen verwendeten Elektroden. Aueh die Zunahme dieses Membraneffektes an der eingestochen gewesenen Etektrodenspitze mit zunehmender u dungszeit der Elektrode war bet den Eierstockeiern nicht in dem Ma~e zu beobachten wie bet Pflanzenzellen.

Es ist beachtenswert, daI~ N a s t u k und H o d g k i n [11] an Skelett- muskelfasern vom Frosch mit _3 n KC1-Elektroden um etwa 10 mY htihere Potentiale gemessen haben als mit 0,~ 18 n KC1-Elektroden. Sie glauben, da~ die niedrigeren Werte mit den 0,118n KC1-Elektroden dutch ein Dif- fusionspotential herabgesetzt waren. Sie haben aber, soviel ich sehe, eben- sowenig wie bisher andere Auto ren, etwa dutch Messung der Elektroden- potentiale in Wasser untersucht, ob Membranpotentiale auftreten. Bet tie- rischen Zellen, die meist in RingerliSsung untersucht werden, liegt eine Messung d er Elektrodenpotentiale in Wasser nicht so nahe wie bet Pflan- zenzellen, und bet den fiir Muskel- und Nervenfasern verwendeten sehr feinen Elektroden wiire eine solche Messung auch wegen des grol~en Wider- standes schwierig.

Ich babe die Werte far das Ruhepotentiat dadurch gewonnen, daft ich den bet in die Eizelle eingestochener Mikroelektrode gemessenen Weft mit dem vor- und nachher erhaltenen verglich, wenn beide Elektroden in die- jenige KC1-Ltisung tauchten, mit der sie selbst gefiillt waren, wobei ~etzt Diffusions- und Membranpotentiale ausgeschaltet waren. N a s t u k und H o d g k i n [11] haben ihre Werte fiir die Ruhepotentiale dadurch ge- wonnen, dal3 sie die Spannung der eingestochenen Mikroelektrode mit dem Mittelwert der Spannung in Ringerltisung vor und nach dem Einstich verglichen. Wenn sich, wie es nach meinen Yersuchen den Anschein hat, in Ringerl~isung, 0,1 n KC1-Li~sung und ira Protoplasma ungefiihr dasselbe Membranpotential einstellt, so hiitte ein Membranpotential an den 5 n KC1- Elektroden ihre Messungen nut dann beeinflul~t, wenn die Membran an der Elektrodenspitze, wiihrend sie sich in der Muskelfaser befand, wesentlieh dichter gewesen wiire als nach ihrem Herausziehen in Ringerltisung. Einen mSglichen Hinweis auf eine Membranbildung kSnnte man in der Bemer- kung yon N a s t u k und H o d g k i n erblicken, daft das Potential der Mikro- elektrode im Aul?enmedium vor und nach dem Versuch meist innerhalb yon 1 mY iibereinstimmte, da~ aber grSl~ere Differenzen manchmal vor- kamen, besonders im Beginn eines Versuches, also wohl mit zuniichst noch ungebrauchter Mikroelektrode.

Das elektrische Potential des Protoplasmas und der Aktionsstrom von Eierstockeiern in RingerlSsung

Meine Potentialmessungen an Eierstockeiern in RingerliSsung sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Es sind Messungen mit 0,1 n KC1-Elektroden, yon denen eine in die RingerlSsung tauchte und eine in die Eizelle ein- gestochen war. Als Nullwert galt die vorher und nachher gemessene Span-

390 K. Umrath

nung zwischen den Elektroden, wenn diese in 0,1 n KC1-LSsung tauchten Dieses Verfahren erscheint mir wegen der im vorigen Abschnitt besproche- hen Membranbi ldung an der eingestochenen Elektrode zweckm~fiig. MSg- licherweise sind kleine Pofentiale yon wenigen Millivolt an den Elektroden- spitzen unberiicksichtigt geblieben, da die Membran- und Diffusionspofen- time prinzipiel l nicht genau erfaf~bar sind.

Tab. 2. E i e r s t o c k e i e r yon R a n a e scu l en ta ; M i t t e l w e r t e u n d mi t t - l e r e F e h l e r u n d d a r u n t e r die E x i r e m w e r t e y o n R u h e p o t e n t i a l u n d

A k t i o n s s t r o m .

Monat Temp. in ~

Dezember . .

August . . . .

August-- September . .

15--16

24

22--26

Ruhepotential in mV

-- 23,4 • 1,3 - - 9 , - - 3 5

--23,6 ___ 0,6 - - 2 0 , - - 28 - - 2 1 , 0 • 0 , 6

- - 1 6 , - - 2 9

Aktionsstrom

in mV

13,4 • 1,6 4, 26

14,7 • 0,6 11, 20

15,2 • 0,5 10, 20

in o/o des Ruhepotentials

59,5 • 4,3 21, 90

62,6 + 1,4 56, 71

75,8 • 1,9 52, 1OO

Zahl der Messungen

19

13

28

Die Werte des Protoplasmapotent ia ls in Ringerl5sung0 die Ruhepoten- dale in Tabelle 2, haben im Dezember eine gr5f]ere Streuung, abet den- selben Mittelwert wie im August. In beiden Fhllen s tammen oft einige Werte yon ether Eizelle im Laufe einer lhngeren Messung. In der dr i t ten Versuchsgruppe ~:on Tabel le 2 yore August und September s tammt jede Messung yon ether anderen Eizelle. VielleicM ist der Mit telwert des Ruhe- potemials bier deswegen etwas geringer, weft dieses im Laufe der ersten halben Stunde oft noch etwas ansteigt und die Messungen alle 5--10 Mi- nuten nach dem Einstich der Elektrode gemacht sind.

In vielen F~illen war das Ruhepotent ia l in seinem wesentlichen Ausmaf] gleich nach dem Einstich der Elektrode zu beobachfen. In manchen F~illen nahm es in der ersfen Zeit nach dem Einstich noch betrhchtlich zu. Es kann seth, daft in solchen F~llen der Einsfich einen lang dauernden Akfionsstrom ausgelSst hat, dessen langsamer Riickgang als Zunahme des Ruhepotent ia ls in Erscheinung trat. Es kann aber auch sein, daft sich in manchen F~lleu erst mit der Zeit ein geni~igend dichter Verschlufi um die eingestochene Elektrode bildete.

Dutch elektrische Reize ausgel5ste AktionsstrSme in Ringerl5sung stud in den Abb. I, 2 a--c, 4 a, 5 a und 7 a zu sehen. Sie machen einen mehr oder weniger grol~en Tell des Ruhepotent ials vori ibergehend r[ickg~ingig.

Die schwiichsten [ iberhaupt wirksamen OffnungsinduktionsstrSme be- dingen nur einen geringftigigen Riickgang des Ruhepotentials , ein so- genanntes lokales Potential, wie es die Abb. I b und 2 a zeigen. Diese lo- kalen Potenfiale nehmen zun~ichst mit zunehmender Reizst~rke kontinuier-

Elektrisches Potential und Aktionsstrom yon Eierstoekeiern yon Rana esculenta 391

lieh an Grtil3e zu. Bald, etwa bet ]Erreiehung der J �89 bis zweifaehen Sehwellenreizst~irke, werden Aktionsstrtime yon maximalem Ausma~ aus- geliist. Die groflen lokalen Potemia le seheinen kontinuierlieh in die Aktions- strtime iiberzugehen, nie habe i& gesehen, daft sieh ~ z - ~ - z ein Aktionsstrom auf ein ~ .~ lokales Potent ial aufsetzt, ~, | .~ = wie es yon anderen Objek- ~ ~.~ ~- -E ten bet schwaehen Reizen

In seehs Versuehen vom -~ August und September hat ~ "~ ~ die Ausmessung meiner -z ,~ -z Aufnahmen ergeben, daft ~ ~~ ~-~ ~ eine t/eizst~rke, die einein- ~ ~ ~ halb- bis zweimal so groft ,~ ~ ~-~ ist als die fiir lokale Poten- ~ -z .~ "~ fiale notwendige, Aktions- ~ ~ : strtime bedingt, die 79% ~ ~ z = ' z) ~3 .~ 87%, zweimal 92%0 und "~ ~ zweimal 100% der Gipfel- ~ z ..~ ,~ hbhe derjenigen Aktions- ,~ ~ 2 ' ~ strtime erreiehen, die bet "~ ~ "~ "~ ether wei teren Steigerung ~ ~ der t /eizsthrke auf das -~ N .~ Zwei- bis Dreifad~e erhal- z ~ ~ ~ - ten werden. Abb. 2 b und c ~ ~ ~

C5 zeigt einen solchen Fall. Da h2 die dutch die schwachen ~ g "5 ~ $ Iteize ausgeltisteu Aktions- strbme kurz dauern, die ~ ..~ .~ -~ durch die s tarken Reize ~ z z ~~ ausgeltisten lange dauern ~ = und meist ein Pla teau ha- ~ ~ bern so wiirden bet einer ~ ~ ~ ~ Kor rek tu r der registr ierten ~ ~ ~ Aktionsstrt ime nu t die durd~ "~ ~ ~ sehwaehe Reize ausgeltisten ~ ~ ~ um etwa 10% erhbht; ihre ~ ~ .~ .~ Gipfe lhbhe diirfte also tat- ~ ~ ~ siiehlieh 90--100% der durch �9 .~ .ff % starke Reize ausgelbsten ~ ~ .~ ~ e Aktionsstri~me ausmachen. ~ ~ ~ Im Dezember habe ich nu t an drei Eizellen durch schwache Reize, die eineinhalb- his zweimal so stark waren als die fiir lokale Potent iale erforderlichen, kurz dauernde

P r o t o p l a s m a , Bd. X L I I I / 4 . 31

392 K. Umrath

AktionsstrSme auslSsen kiinncn. Auf den Aufnahmen bat ten sie 67, 68 und 76% der HShe der lang dauernden. Abb. l c , d, e gibt ein Bet- spiel. Da die kurz dauernden AktionsstrSme im Dezember besonders steil verliefen, w[irden sie dutch eine Kor rek tur der Kurven wahrscheii11ich um etwa 20% erhSht, so daft ihre GipfelhShe tats~chlieh etwa 80--90% der- jenigen der dutch sthrkere Reize ausgeli~sten, lang dauernden Aktions- strSme betragen diirfte.

Die Reizst~irke hat bet den Eierstockeiern in Ringerl~isui1g einen sehr s tarken Einflu~ auf die Form des Aktionsstroms. In den Versuchen vom August und September bedii1gten sehwaehe Reize AktionsstriSme ohne P la teau yon 5--20 sec. Gesamtdauer , zwei- bis dreimal so starke Reize langer dauernde AktionsstrSme, oft mit einem Pla teau yon 10--30 sec. Dauer oder mit einem sehr langsamen Abfall ; ihre Gesamtdauer betrug oft fiber 60 sec. In Abb. 2 b u i l d c sind yon einer Eizelle ein knrz dauernder und eJn lang dauernder Aktionsstrom mit P la teau abgebildet. Lang dauernde Ak- t ionsstrbme ohne Pla teau zeigen die Abb. 4 a und 5 a, eii1en lang dauernden mit angedeute tem Pla teau zeigt Abb. 7 a. Im Dezember babe ieh, t ro tzdem ich audl mSglichst schwache Reize angewandt habe, nur an 3 yon 10 Eizelleu kurz daueri1de AktionsstrSme ausli%en kSnnen. Abb. 1 zeigt einen solchen Fall. Die lang dauernden AktionsstrSme hat ten im Dezember immer ein ausgepr~gtes P la teau yon etwa ether Minute Dauer und der Riickgai1g er- folgte langsam, im Laufe d e r n~ichsten Minuten. Abb. i c zeigt einen solchen Aktionsstrom bis zum Beginn des 1E[[ickganges.

Das Ausmafi der Aktionsstr~ime in Millivolt ui1d in Prozenten des Ruhepotent ials ist in Tabelle 2 zu sehei1. Dutch eine Korrek tur wiirde nu t der zweite Wert, der yore August, um etwa 10% erhiSht. Danach kann man sagei1, da~ im August und September die Aktionsstr~me ungef~ihr eli1 Aus- mal~ voi1 15mV oder 70--75% des Ruhepotei1tials babel1. Im Dezember sind die Werte bet s tarkerer Strei1ung etwa 13 mV oder 60% des Ruhe- potentials.

Tab. 3. E i e r s t o c k e i e r yon R a n a e s c u l e n t a ; M i t t e l w e r i c u n d mi t t - l e r e F e h l e r u n d d a r u n t e r die E x t r e m w e r i e yon R u h e p o t e n t i a I u n d

A k t i o n s s t r o m ; 24~

Aktionsstrom in 0/0 Zahl der Augenmedium Ruhepotential in mV des Ruhepotentials Messungen

0,650]0 NaC1 0,015O/o KC1 0,015O/o CaC]2

1,55O/o Cholinchlorid 0,015 O/o KC1 0,015 O/o CaCl~

40/0 Glukose 0,015 O/o KC1 0,015O/o CaCl~

--23,6 -- 0,6 62 ~ 1,4 - - 2 8 , - - 2 0 71, 56

--24,3 t0,7 56• - - 2 7 , - - 21 74, 40

--26,4 + 0,5 74 + 3,8 - - 2 9 , - - 22 100, 48

13

14

Elektrisches Potential nnd Aktionsstrom ~'on Eierstockeiern ~on R~ta esculenta 393

Der Einflui5 des Aui~enmediums auf die Form des Akt ionstroms

Da vielfaeh dem NaC1 eine wiehtige ltolle beim Zustandekommen des Aktionsstroms zugesehrieben wird, babe ieh zuniiehst in der Ringerltisung das NaC1 durd~ isotonisehes Cholinehlorid oder dutch isotonisehe Glukose ersetzt. In ether grii~eren An- zahl yon Yersuchen, deren Ergebnisse in Tabelle 3 zusammengestellt sind, habe ieh Aktionsstrgme dureh schwaehe Reize ausgeltist. Der Untersehied zwisehen dem Verhalten in Ptingerltisung und dem in Cholinehlorid mit demselben KC1- und CaCI~- Zusatz ist sehr gering und statistiseh nieht ge- siehert, wahrscheinlieh sind abet in Cholinchlorid die Aktionsstrbme etwas kleiner, ohne dal~ ihr zeitlid~er Verlauf veriindert ist. Bet Ersatz des NaC1 der Ringerltisung dutch Glukose ist das Ruhepotential vergriil~ert und der Aktionsstrom ist prozentual zu dieser Spannung und somit erst reeht absolut vergrbl~ert. Der Aktionsstrom ,r l~iuft aueh raseher, und so wiirde bet ether Korrek- fur der Kurven der Untersehied noeh vergriAl~ert, indem der Aktionsstrom in der g!ukosehaltigen Liisung urn etwa 20%, in den beiden anderen Lbsungen in Tabelle 3 nur um eLwa t0% zn ver- grbl~ern wiire.

Besonders auff~illig ist, da[~ bet Ersatz des NaC1 in der Ringerlbsung dutch Glukose die Aktionsstrbme aueh bet den stiirksten Reizen gar nicht verliingert sin& Der Untersehied im Verbal- ten in der glukosehaltigen und in der gewghn- lichen ttingerliisung ist daher bet starken Reizen enorm. Abb. 2 zeigt diese Verh~iltnisse, wobei die Reizstiirke bet d in Glukose mit KC1- und CaCI~- Zusatz dreimal so hoeh ist wie bet c in Ring- erlgsung; dabei waren in Glukose alle in Ringer- liisung wirksamen Reizstiirken ebenfalls wirksam~ ergaben aber alle dieselbe Dauer des Aktions- stroms wie in d und ebenso .wirkte ein noeh dop- pelt so starker Reiz wie der in d. Die Abh~ingig- keit der Gipfelhbhe des Aktionsstroms yon der Reizstiirke war in der glukosehaltigen LiAsung iihn- lieh wie in Ringerliisung, ein Reiz, der doppelt so stark war wie ether, der fiir ein lokales Potential ausreiehte, bewirkte sehon einen maximalen Aktionsstrom.

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394 K. Umrath

D i e fo lgenden V e r s u d m mi t I ,Ssungen yon G l u k o s e mi t v e r s c h i e d e n e n Salzzus~i tzen zeigen, daft e in M a n g e l e i n w e r t i g e r I o n e n bzw. e in ~ b e r - w i e g e n d e r C a - I o n e n , d ie auch bei starket~ Pteizen k u r z d a u e r n d e A k i i o n s - s t r b m e beding ' t ; T a b e l l e 4.

?

,z b d e f .e

Abb. 3. Eierstockei von Rana esculenia, 15.8.53, 26~C. Oben, strid~]iert, Null- linie, 3~itte Potential des P ro tophsmas gegeniiber der Au~enlSsung, unten Zeit- marken 10 sec. Au[~enlSsung in a RhagerlSsung, in b 5 Teile isotonische Glukose und 5 Teile isotonisches NaC1, in c 8 Teile Glukose und 2 Teile NaCI, in d 9 Teile Glukose und 1 Teil NaCI, in e Glukose, in f 8 Teile Glukose und 2 Teiie NaCI,

in g 7 Teile Glukose, 2 Teile NaCI und 1 Tei! CaCb und in h NaCI.

I n e in igen w e n i g e n Versuchen b a b e ieh isotonisehe L b s u n g e n yon blo{C.er G l u k o s e ode r e inze lnen S a l z e n u n d Misehungen d iese r L S s u n g e n a n g e w a n d t u n d d a b e i sehwaeh gere iz t . Es ze ig te sich, dal~ G l u k o s e o h n e S a l z z u s a t z

T a b e l l e 4.

10 Teile L0sung besiehen aus den angegebenen Teilen der isotonischen

LOsungen yon

Glukose NaC1

10 5 5 8 2 9 1 8 9 6 8

9,5 5 4,5 5 4 5 3 3 5

CaC12 KC1

i 2 I

2 I

0,5 ; 0,5 1 2 2 '

10 2 8

0,5 i 9,5 I 0,2 9,8

Aktionsstromform bei starken Heizen verglichen mit der in

Cholin- RingerlSsung chlorid

lang fang, unver~ndert, kurz

kurz kurz

laiN, lang mit Anfangszacke kurz kurz kurz kurz lang kurz kurz

kurz, etwas verkiirzt lang, unver~indert

kurz kurz lang

Anzahl der

Befunde

7 2, 5~ 1

1 1

5, 5 1 1 4 2 1 1 4

4, 1 4, 1

4 1 1

das R u h e p o t e n f i a l zuni ichst k a u m v e r h n d e r t u n d be i l i i nge re r E i n w i r k u n g h e r a b s e t z t , w ie das e in Verg le ich yon A b b . 3 a u n d e zeigt . W e n n de r G l u k o s e l S s u n g isotonische S a l z l 6 s u n g e n be igemisch t w e r d e n , so n i m m t das R u h e p o t e n t i a l zuni ichst -zu. Bei KC1 ist das O p t i m u m f t i r das R u h e p o t e n t i a l

Elektris&es Potential und Aktionsstrom Yon Eierstoekeiern yon Rana esculenta 395

e t w a 9 Te i l e i so tonisehe G l u k o s e u n d i Te l l i sotonisehes KC1, bet 2 u n d be t 6 Te i l en KC1 a u f 10 Te i l e n i m m t das R u h e p o t e n I i a l w i e d e r ab u n d w i r d be t b loI ]em KC1 seh r ger ing . F i i r den A k t i o n s s t r o m is t e in noeh ge-

Abb. 4. Eierstockei Yon Rana esculenta, 1.9.55, 26 o C. Oben Nullinie, unterbroehen, Mitre Potential des Protoplasmas gegentiber der Auflenli3sung mit je einer Ei&ung Yon 50 mV, unten Zeitmarken 10 see. Aul]enmedium in a Ringerltisung, in b 2 Teile

isotonisehes KC1 und 8 Teile isotonisehe Glukose. Starke Reize.

Abb. 5. Eierstoekei yon Rana esculenta, 10.9.53, 25~ Oben Nullinie, unter- brodlen, Mitte Potential des Protoplasmas gegeniiber der Aul3enlSsung mit je ether EichkurYe Yon 50mY, unten Zeitmarken t0 sec. Auftenlbsung in a Ringer- 15sung, in b 5 Teile isotonisches NaCI und 5 Teile Glukose, in c 4 Teile NaC1, I Tell CaC12 und 5 Teile Glukose, in d 5 Teile NaC1 und 5 Teile Glukose. Alle

Reize giei& und stark.

Abb. 6. t2ierstoekei yon Rana esculenta, 22.9.55, 200 C. Zu Beginn und zu Ende jeder Figur Nullstellung des Elektrometers, dazwischen Potential des Protoplasmas gegeniiber der Aul~enlbsung mit Aktionsstrom, dureh einen immer gleidl starken Reiz ausgelSst und mit Eichung yon 50 inV. Aul~enlbsung in a und c 5 Teile NaC1 und 5 Teile Glukose, in b 5 Teile NaC1, 1 Tell CaC12 und 4 Teile Glnkose. Unten

Zeitmarken 10 see.

r i n g e r e r K C 1 - A n t e i l o p t i m a l . Von NaC1 w i r k e n 2 Te i l e m i t S Te i t en G l u - kose, A b b . 5 c u n d f, u n d 5 Te i l e NaC1 m i t 5 T e i l e n G l u k o s e , A b b . 5 b, o p t i m a l . Bet CaC12 w i r k e n 2 Te i l e m i t 8 T e i l e n G l u k o s e o p t i m a l , d ie CaC12-

396 K. Umrath

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2 E . z

(Wirkung ist im ganzen Konzentrationsbe- reich gleichmgl~iger und bet hohen Konzen- trafionen nicht so nachteilig wie die yon KC1. Beimengungen yon I Tell CaCIz zu Mischun- gen -con KC1 und Glukose oder zu 2 Teilen NaC1 und 7 Teilen Glukcse, Abb. 3g, ver- ringern das Ruhepotential, aber nicht den Aktionsstrom, und sie bedingen vor allem einen rascheren Ablaut des Aktionsstroms.

In einer AnzahI yon Versuchem die in Tabelle 4 zusammengestellt sind, habe ich den Einfllul~ der Zusammensetzung" des Aul3enlnediums auf die Dauer der durch starke Reize ausgelSsten Aktionsstrbme untersucht. Man sieht, dal~ lang dauernde Aktionsstr5me nut dann auftreten, wenn das mngebende Medium kein oder nur wenig CaCI~ und eine geringe Menge KCI oder eine gr/ifiere Menge NaC1 oder Cholinchlorid enth~ilt. Abb. 4 zeigt in a einen Aktionsstrom in P~ingerlSsung, in b einen bet derselben Reizst~trke in einer Misehung yon 2 Teilen isotonischer KC1-LSsung und 8 Teilen isoto- niseher GlukoselSsung. Der Aktionsstrmn in Abb. 4 b hat einen starker gedehnten ger- lauf als der in 1RingerlSsung und eine kleine Anfangszacke, wie sie in dieser Mischung yon KC1 mid Glukose oft zu beobaehten ist und die au& in ether Misehung yon 5 Teilen NaCI und 5 Teilen Glukose vorkommt, wie das Abb. 5.b und 6 a zeigen.

Aus der Tabelle 4 ersieht man auch, daiS. schon geringe Beimisehungen yon isotoniseher CaClz-LSsung zu NaCI-Glukose-Mischungen die sonst langen AktionsstrSme stark ver- kiirzen. Abb. 5 zeigt bet immer gleieher Reiz- s6irke in a einen Aktionsstrom in Ringer- lbsung, in b einen hhnlieh gedehnten in 5 Teilen NaC1 und 5 Teflen Glukose, in e einen wesentlieh kih-zeren in 4 Teilen NaC1, I Tell CaCI~ und 5 Teilen Glukose; in d be- land sich die Eizelle wieder in 5 Teilen NaC1 und 5 Teilen Glukose, der Aktions- strom ist aber no& fast ebenso kurz wie in c; dies zeigt die lange Na&wirkung des CaCI2- Zusatzes in e, die in den meisten u

Elektrisehes Potential und Aktionsstrom yon Eierstoekeiern yon Rana esculenta 397

zu beobachten war. Ein Wiederauftreten gedehnter AktionsstrSme war am leichtesten dutch reine isotonische NaC1-LSsung zu erreichen. Abb. 6 zeigt bei immer gleicher Reizstarke in a einen gedehnten Aktionsstrom in 5 Teilen NaC1 und 5 Teilen Glukose, in b einen viel kiirzeren in 5 Teilen NaC!, 1 Tell CaClz und 4 Teilen Glukose, in c einen in 5 Teilen NaC1 und 5 Teilen Glukose, der noch fast ebenso kurz ist wie der in b, a]s Nach- wirkung des CaCl2. Abb. 7 zeigt AktionsstrSme bei immer gleich starken Reizen, in a in RingerlSsung, in b in Cholinchlorid mit l~ingerem Plateau und st~irker gedehnt als in RingerlSsung und in c in 8 Teilen Cholin- chlorid mit 2 Teilen CaC1, gegen den in bloflem Cholinchlorid stark verkiirzt.

Langgedehnte AktionsstrSme bei starken Reizen werden also durdl die einwertigen Ionen yon K, Na oder Cholin ermSglicht, die zweiwertigen Ca-Ionen wirken antagonistisch und verkiirzen die AktionsstrSme.

Besprechung der Ergebnisse

D as Prot.oplasma der Eiersiockeier yon Rana esculenta ist nach meinen u etwa 23 mV negativ gegeniiber der umgebenden RingerlSsung. Bei Skelettmuskelfasern und bei Herzmuskelfasern yon Wirbeltieren ist diese Spannung etwa --90mY, wie Tabelle 1 bei H o d g k i n [7] zeigL und bei Nervenfasern isf sie - -70mV, wie aus Tabelle I bei H o d g k i n [7] und aus der Untersuchung yon W o o d b u r y [19] hervorgeht.

Nach der Membrantheorie yon B e r n s t e i n [1] wiire anzunehmen, da~ die Spannung zwischen Protoplasma und Aul~enmedium dutch eine selek- tiv kationenpermeable Plasmagrenzschichte bedingt ist, die Kalium und v~elleicht auch andere Kationen hindurchtreten l~il~t, die Anionen des Zell- inneren aber nicht. Dieser Auffassung widersprechen folgende Befunde an den Eierstockeiern. Das Ruhepotential nimmt bei Ersatz der Ringer- 15sung dutch reine Glukose nicht zu, sondern sogar etwas ab und es ist in einer Mischung x'on 2 Teilen isotonischer KC1-L5sung nnd 8 Teilen isotoni- scher GlukoselSsung hSher als in blol~er isotonischer GlukoselSsung. Ob- zwar man demnach nicht annehmen kann, dal~ die Spannung zwischen Protoplasma und Aul]enmedium ein Membranpotential nach der Auf- fassung yon Bernstein ist, habe ich doch den Eindruck, daft diese Span- nung, obzwar sie ant eine andere Art zustande kommt, doch bei den ver- schiedenen Objekten ungefiihr den Betrag hat, den eine selektiv kationen- permeable Membran unter biologischen Bedingungen, d. h. bei normalem Aul~enmedium, ergeben wiirde.

Bei allen bisher yon mir [12, 14, 15, 17] untersuchten Zel]en yon Si.ifi- wasserpflanzen mit stark turgorgespannfen Zellulosew~inden und wahr- scheinlich hohem Salziiberschm~. im Protoplasma ist das Potential des Proto- plasmas --90 bis --180mV gegeniiber dem umgebenden sehr salzarmen Wasser. Demgegeniiber ist bei den Eierstockeiern mit ihrem geringen Ruhepotential yon --25 mV das normale Medium salzreich und auch his zu einem gewissen Grad kaliumh~iltig. Dasselbe gilt fiir die Meeresalge

398 K. Umrath

VaIonia macropht)sa, bet der ieh I16] dan Protoplasma --20 bis - -50mV gegeniiber dem Seewasser land. Bet den nackten Plasmodien dev Mvx- omyceten diirfte der Salzgehalt im Inneren nur gering sein, und D i a n - n e ] i d i s und U m r a t h [21 haben fiir ruhendes Plasma yon Physarurn polyeephaium - - 3 7 m u gefunden, ffir kriechendes auf Agarn~hrboden --26 mu auf Glas --69 inV. Das etwas hShere Ruhepotential der Muskeln und Nerven diirfte eine Anpassung an die Erregungsleitung darstellen.

Die Dauer der AktionsstrSme ist bei den Eiersto~'keiern ~'iel grSl]er a|s bet den tieris&en Nerven und Mnskeln, aber ~hnlich wie bet den bisher untersuchten Pflanzenzellen. Die lang dauernden AktionsstrSme der Eier- s~ockeier mit Plateau ~ihneln denen des Myxomyceten Physarum in man- cher Beziehung.

Die lokalen Potentiale der Eierstockeier gehen mit zunehmender Reiz- st:~irke kontinuierlich in Aktionss~rSme tiber. Nie habe ieh beobaehtet, da0. sieh ein Aktionsstrom auf ein lokales Potential aufsetzt, wie das bet an- deren Objekten allgemein bekannt ist. I& glaube nieht, daft dieser Unter- sehied damit zusammenhiingt, dal] bet den meisten untersuehten Objekten das lokale Potential 5rtlieh besehriinkt bleibt, wiihrend sieh der Aktions- strom weithin ausbreitet. Die ersten lokalen Potentiale wurden niimlieh yon mir [14] an Nitetla mucronata, aueh bet Ableitung mit einer in die Zelte eingestoehenen Mikroelektrode, beobachtet. Ieh babe damals die Bezeieh- hung ,,Latenzvorgang" gebraueht, well das lokale Potential bet Nitella bei wenig iibersehwelligen t/eizen Ausdruek eines Vorgangs ist, der zum Teil in die Latenzzeit zwisehen Reiz und Aktionsstrom fiillt. Wenn in eine in Wasser liegende Nitella-Internodialzelle zwei Elektroden 1--2era von- einander entfernt eingestoehen sind, so werden doeh lokale Potentiale und AktionsstriSme yon beiden gleiehzeitig und in nahezu gleiehem Ausma~ regi- striert [14, Fig. I und 2]. Der hohe Widerstand der Zellgrenzfl~iehe und die demgegeniiber geringen Widerst~inde im Zellinneren und im Aufiemnedium bedingen es offenbar, dal] sieh audl das ,,lokale Potential" mit tiberall fast gleieher GipfelhiJhe tiber die ganze Zelle ausbreitet. Bet wenig iiber- sehwelligen Reizen setzt s ieh bet diesen Nilella-Zellen der Aktionsstrom ebenso auf das lokale Potential auf [14, Fig. i a], wie das seither vielfaeh bet Nervenfasern und Ganglienzellen beobaehtet wurde.

Ieh stelle mir vor, dal] ein lokales Potential dadureh zustande kommt, dal~ schwaehe ]]eize nut einen Tell derjenigen reaktionsf~ihigen Molekeln aktivieren, deren Gesamtreaktion de~l Erregungsvorgang m it Aktionsstrom ergibt. In allen Fiillen, in denen sieh yon einer gewissen Reizst~irke an auf das lokale Potential ein Aktionsstrom aufsetzt, liegen die Verhiiltnisse offenbar so, da[] sehon die Aktivierung eines gewissen Teils der reaktions- fiihigen Molekeln imstande ist, yon sich aus den Erregungsvorgang mit Aktionstrom auszulbsen. Bet den Eierstockeiern tritt diese Auslbsung often- bar, wenn iiberhm~pt, erst dann ein, wenn die Reizsthrke so grof~ ist, daI] das lokale Potential sehon nahezu das volle Ausmalt des Aktionsstroms hat. Daher kommt bet den Eierstockeiern der kontinuier]iehe Ubergang ~on den grol]en lokalen Potentialen zu den Aktionsstrbmen.

Elektrisches Potential und Aktionsstrom yon Eierstoekeiern yon Rana esculenta 399

Die Aktionsstrbme der Eierstoekeier haben eine Besonderheit, die we- nigstens in demselben Mane yon anderen Objekten nieht bekannt ist. Wenn si& die Eier in Ringerlbsung oder in einer /ihnlieh Na-reiehen und Ca- armen Lbsung befinden, so bewirken schwaehe t/eize kurz dauernde Ak- tionsstrbme, starke Reize lang dauernde, oft mit Plateau. In Na-armen und in Ca-reiehen LSsungen bewirken alle Reize nut kurze AkiionsstrSme. Ein allerdings yon der Reizstiirke unabhiingiges Plateau des Aktions- stroms ist aueh yon Herzmuskelfasern bekannt. Dureh eine Uniersuehung yon D r a p e r und W e i d m a n n [5] wissen wit, daft bei Herzmuske|fasern yon S~iugetieren Na-arme Lbsungen die Dauer des Plateaus und die des gesamten Aktionsstroms verkfirzen, Na-reiehe Lbsungen sie verliingern. Es besteht also hier~in eine Nhnliehkeit im Verhalten der Herzmuskelfasern mit dem der Eierstoekeier bei starken Reizen.

Naeh den Untersuehungen yon D r a p e r und W e i d m a n n [5! hat der Aktionsstrom der Herzmuskelfasern der Siiugetiere zu Beginn einen Spitzenteil, w~ihrend dem das Potential des Zellinneren umgekehrt ist. An den Spitzenteil schliefit das Plateau an, vdihrend dem das Potential des Zellinneren nur sehr gering ist. Na-arme LSsungen reduzieren aueh den Spitzenteil des Aktionsstroms stark. Bei den Skelettmuskelfasern der Wir- beJtiere und bei Nerven seheint eine Potentialumkehr w~ihrend des Ak- tionsstroms die Regel zu sein. In vielen dieser Fiille ist naehgewiesen, da~ das Ausmal] der Potentialumkehr sehr stark yon der Na-Konzentration ab- hiingt, so yon H o d g k i n und K a t z [8] fiir Riesennervenfasern, yon Lo- l igo, yon H u x l e y nnd S t i i m p f l i [I0] ffir markhaltige Nervenfasern voln Froseh, yon N a s t u k und H o d g k i n [! 1] fiir Skelettmuskelfasern vom Froseh.

An Objekten ohne Potentialumkehr wiihrend des Aktionsstroms wurde noeh kein erheblicher Eintlul] der Na-Ionen auf das Ausmal] des Aktions- stroms festgestellt. B ei Nitel la mueronata habe ieh [18] gefunden, da~ NaC1 im Auflenmedium den Aktionsstrom etwas weniger reduziert als das t/uhepotential, relativ zmn Ruhepotential wird der Aktionsstrom also ver- grSfiert, aber nut unbedeutend. An den Eiersiockeiern yon Rana war ein soleher Effekt nieht zu beobaehten.

Soweit in den oben zitierten Arbeiten fiber den Einflu[~ der Na-Ionen auf die AktionsstrSme mit Potentialumkehr aueh Cholinehlorid unter- sueht wurde, haben sie ergeben, dal~ dieses das NaC1 nieht ersetzen kann. Hingegen haben F a t t und K a t z [4] far Muskelfasern yon Krabben ge- zeigt, daft ihr Aktionsstrom und ihre Erregungsleitung bei Ersatz des Na- triums dutch Cholin oder Tetra~ithylammonium sogar verbessert werden, aber ein Ersatz des Nairiumehlorids dureh Zueker vernichtet auch hier den Aktionsstrom. Spiiter haben F a t t und K a t z [51 gefunden, daft die Wir- kung yon Tetra~ithylammonium irreversibel ist, und sie glauben daher, daft es eine Veriinderung der Zellgrenzflhehe bewirkt und nieht etwa als Kation wiihrend des Aktionsstroms positive Ladung in das Zellinnere triigt.

Wit haben bier wieder Beziehungen zu den Befnnden an den Eier- stockeiern. Erstens wirkt an ihnen Cholin iihnlieh wie Na. Zweitens ist

Protol)lasma, ]3d. XLIII/4. 32

400 K. Umrath

aueh bet den Eierstockeiern dureh die langen Naehwirkungen der Ca-Ionen ersichtlieh, dal~ die Ionen nieht durch ihre Anwesenheit im Auf~enmedium und vielleicht dutch einen Transport yon Ladung wiihrend des Aktions- stroms aus dem Aul~enmedium in das Zellinnere wirken, sondern dutch eine Veriinderung an der Zellmembran, die tange naehwirkt und racist erst dureh ein grSl~eres ~berma[~ der anderen Ionenart aufgehoben werden kann.

Die Befunde tiber die Potentialumkehr wlihrend des Aktionsstroms bet Nerven und Muskeln und fiber ihre Abh~ngigkeit yon der Na-Konzentra- tion haben H o d g k i n und H u x l e y [9] zur Ausarbeitung einer Theorie veranlafit, die sehr viel erkliirt, aber, wie die Autoren selbst zugeben, in ihren Grundannahmen noeh wenig gesiehert ist. Sic stellen sieh vor, daft w~ihrend des ansteigenden Tells des Aktionsstroms, dutch eine ErhShung der Permeabilitiit fiir Na, dieses in die Zelle eindringt und daft wiihrend des Riiekgangs des Aktionsstroms, bet erhShier Permeabilitiit ftir K, dieses aus der Zelle austritt.

Analoge u sind aus folgenden Griinden fiir die Eierstoek- eier nieht mSglieh. Erstens ist der dutch hohe Na-Konzentrationen erreieh- bare Effekt aueh dureh geringe K-Konzentrationen bet Isotonic dureh Glukosebeimisehung erreiehbar. Zweiiens wirkt in bezug auf die Form des Aktionsstroms das zweiwertige Ca-Ion als Antagonist zu den einwertigen K-, Na- und Cholin-Ionen. Solehe antagonistisehe Wirkungen dieser Ionen sind aueh sonst bekannt und z. B. in dem Bueh yon H S b e r [6] besproehen.

Zusammenfassung

Das Protoplasma der Eierstockeier yon Rana e~culenta ist etwa 25 mV negativ gegentiber Ringerlbsung ais Auflenmedium.

Der Aktionsstrom hat ein Ausmal~ yon etwa 15 inV. In t/ingerlSsung und iihnlieh Na-reiehen und Ca-armen LSsungen be-

wirken sehwaehe Reize kurz dauernde, starke Reize lang dauernde Aktions- strSme, oft mit Plateau. Na-arme und Ca-reiehe LSsungen bedingen ktir- zere, in ihrer Dauer yon der [/eizstiirke unabhiingige Akfionsstrbme.

Eine Au!3enlbsung yon ~/5 isotoniseher KCl-LSsung Und ~/5 isotonis&er Glukoselbsung oder eine -con Cholinehlorid bewirkt iihnlieh wie Natrium- ehlorid laug dauernde Aktionsstrbme bet starken Reizen.

Die den K-, Na- und Cholinionen antagonistisehen Ca-Ionen wirken lange naeh.

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