{Jber den Einflufl des sich gleiehmiiflig ~indernden Innendruckes auf die Volumenkurve des isolierten

Frosehherzens. I. Mittei lung.

Versuche am mit RingerlSsung gespeisten Herzen. Von

M. K o c h m a n n und A. de Veer.

(Aus dcm Pharmakologischen Institut der Universitiit Halle-Wittenberg.)

Mit 5 T e x t a b b i l d u n g e n .

(Ei~gegaT~ge~ am 19. Januar 1923.)

Eine Versuchsanordnung, bei der das Herz un te r e inem gleich- mii[3ig sich ~ndernden, s te igenden und fMlenden Druck oder Wider- s tand arbeitet , ist unseres Wissens bisher weder gewahlt noch ver- wirklicht worden. Da wir glaubten, dal] mit einer derar t igen An- o rdnung die eine oder andere Frage der Physiologie und Pharma- kologie des Herzens der Bean twor tung niiher gebracht werden kgnne, ~o wurde folgende Methode ~) ausgearbeite~.

Methodik: Das Froschherz ~ am besten eignet sich das yon Rana escu- l e n t a - wird wie bei der Stmubschcn Methodc priipariert. Die Kanfile jedoch, die dutch die Spiral- und Aortenklappe hindurch in den Ventrikel eingeffihrt wird, hat einen langeren Schaft, der bei einer lichten Weite yon 1 cm etwa S cnl lang ist. Diese Kaniile kann nach oben dutch ein aufgesetztes Glasrohr, das durch Schliff oder durch einen Gummiring wasserdicht verbunden .ist, noch verlangert werden. Nahe dem unteren verengten Teil befinden sich zwei ein- ander gegeniiberliegende 0ffnungen. Dieser untere Kaniilenteil ist in den Hals eines kleinen birnenfSrmigen Gefii]es P eingeschliffen. Der Hals tr/igt zwei Meine GlasrShrchen angeschmolzen, dercn Lichtung auf die LoehSffnungen der Kaniile passen. Das eine Glasrohr wird durch cinch Gummischlauch mit einem Gasometer vcrbunden, um durch den Kaniileninhalt Luft durchperlen zu lassen. Das andere R5hrchen ist mit einom Gefg{t G verbunden. Das untere Ende des Herzplethysmographen 15uf~ in ein rechtwinklig gebogenes Glasrohr aus, das durch eincn weiten und dickwandigen Gummischlauch zu

1) Die Methodik hat E. Mangold mit meinem Einverstiindnis in dem Ab- schnitt ,,Methodik zur Mlgem. Physiologic des Herzons" des Handbuchs der biochemischen Arbeitsmethoden, herausgegeben von E. Abdert~aldeu, Berlin- Wien 1922, kurz besprochen und abgebildet. K.

M. Kochmann u. A. de Veer: Gleichm/il]ig sich ~indernder Innendruck usw. 503

einer Mareyschen Trommel ffihrt, deren diinne (_;ummimembran luftdicht auf- gebunden ist. In den Gummisehlauch ist ein gl~sernes T-Stiick eingebunden, dessen Seitenrohr dutch einen gut schliel]enden Glashahn ge6ffnet oder ver- schlossen werden kann. Das T-Stiiek dient dazu, etwa sich ansammelnde Fliissigkeitstropfen ablassen zu kSm/en und auBerdem, um mit Hilfe einer kteinen in ~/~0 ecru geteilten Spritze eine Eichung der Mareyschen Trommel vorzunehmen. Diese Eichung erfolgt bevor das Herz an der Kaniile befestigt und naehdem die Kaniilenspitze dutch ein wenig Klebwachs verschlossen ist, Jndem aus der Spritze je ~l'~o ccm Wasser in die Sehlauchverbindung eingespritzt wird. Der Aussehlag der Mareysehen Trommel wird auf dem Kymographion aufgezeichnet. Die Eichung muB vorgenommen werden, um zu priifen, ob die Mareysehe Kapsel empfindlich genug ist und in den in Betracht kommenden Breiten die Ausschl/ige auf Einspritzung gleieher Fl(issigkeitsmengen gleieh grolt sind. Bei einiger Cbung im Auf- binden der Gummimembran auf die Mareysehe Trommel yon 3 em Durch- messer ist dies bald zu erreiehen. Die Aussehl~ige auf dem Kymographion betragen bei passender L:,inge des schreibenden Strohhalms etwa 3 mm ffir je ~,~0 ccm Flfissigkeitsmenge.

Das Gef/iB Gis t oben mit einem DrahtbiigeI versehen, der zur Be- festigung einer Schnur dient. Diese fiihrt fiber zwei R/ider R~ und R~ zu einer Welle, W, die dutch einen Elektro- motor oder ein Uhrwerk gleiehm~Big gedreht werden kann. Indem die Schnur auf tier Welle aufgewickelt oder yon illr abgewickelt wird, wird G gleichm/iBig gehoben oder gesenkt. Wit benutzten naeh einigen Fehlversuchen schlieBlieh das elektrische Kymographion yon

l z ,

o,q ar~'~ ~n mmmel o,s

Abb. 1. Sehemat isehe Dars te l lung der Versuehs- anordnung (s. Text). l leehts unten Eiehungs- bei~piel bei gu t geblmdeuerMareyseher Trommel .

,S'travb (angefertigt durch den Universit~tsmeehaniker Heder in Leipzig), dessen Trommelhalter als Welle dient, auBerdem den Vorzug besitzt, dab man den Motor vorw~irts und riickw/irts laufen lassen kann, und das die Umdrehungsgeschwindig- kei~ der Welle in weitem _Matle zu ver/indern gestattet. Wird nun G, in dem sich RingerlSsung befindet, gleichm~Big gehoben, so steigt nach dem Gesetz der kommunizierenden RShren in der Herzkaniile die FliissigkeitssSule gleichm~Big an oder verringert sieh, wenn naeh Umlegen des Motors G wieder sinkt.

Bei dieser Versuchsauordnung fiihrt das Herz, bzw. der Ventrikel , wie ersichtlich, isotonisehe Kont rak~ionen im Sinne Franks ~) aus; d e n n obwohI der Druck und die AnfangsffiI iung von K o n t r a k t i o n zu K o n t r a k t i o n steigen oder fallen, so k a n n sieh doch der I n n e n d r u c k w/~hrend jeder e inzelnen Kon t rak t ion bei dem regelrecht sehr raschen Ablauf derselben kaum ~ndern. Dabei leistet das Herz Arbeit u n d zeiehne~ die -~nderungen seines Volumens auf, die es bei jeder K o n t r a k t i o n und un t e r dem Einflul3 der Drucldhlderung erleidet.

1) Fra~k. 0.: Zeit~chr. f. Biol. 41, 14. 1901.

504 M. Kochmann und A. de Veer: Einflug des sieh gleiehmal3ig /indernden

Im einzelnen verlfiuf~ der Versueh folgendermai3en:

Naehdem die Trommel geeiehg und das Herz an der Kaniile befestigf ist, wird die Kan/ile in den Plethysmographen eingesetz~ und die Sehlauehver- bindung zum Gasometer und zum ('efi~B G hergestellL In die Herzkaniile wird 1 eem Ringerl6sung yon der Zusammensetzung NaC1 0,6 °/0, KC1 0,042 °/0, CaC1.2 0,024 °/o , NaHCO:: 0,03 °/0 eingebraehg, wobei die J~'liissigkeitssgule (Druek) 1 em begrggt. Naeh einer 15~ngeren Normalperiode wird das Gef~ig gleiehm~il3ig gehoben und der Druek allmghlieh vergr~il3ert. Wit wahlten naeh zahlreiehen Vorversuehen zwei versehiedene Gesehwit~digkeiten. Einm~l wurde der Druek sehr langsam vergr6Bert, indem G mit einer Gesehwindigkeit yon 0,09 mm in der Sekunde gehoben wurde; das andere l~Ial gesehah dies sehneller, indem die Gesehwindigkeit 0,33 mm in der Sekunde betrug. Der m~ximale Druek betrug gew6hnlieh 7 em H~O; er wurde bei langsamerem Gang der Welle in etwa 13 Minuten, beim sehnelleren in 3t'e Minute erreieht. Danaeh wurde das GeNB mig gleicher SchnelligkeiL wieder bis zur Ausg~ngssLeltung gesenkt. Die volumetrische Aufsehreibung gesehah wfhrend der ganzen Zeit des Versuehes auf einem sieh langsam drehenden Kymographion.

Mit Hi l fe dieser Ver suehsanordnung wurden K u r v e n erhal ten, bei d e n e n man im a l lgemeinen vier versehiedene Typen un te r sehe iden kann.

Abb. 2. Lan~same und sclmelle Ilruek§nderung. Vergrfger lmg der Ampli l l tde dureh Zunahme der Systole und Diastole. Puls dauernd 28. Keine Bl~ihung des Vorhofs. -- ~' hedeuten Anfang

Ilnll Ende der [)rucktlnderung. (1/4 des Originals )

1. Typus : Bei z u n e h m e n d e m Druck ( langsamer Gang) wird sowohl die Sys to le wie die Dias to le des Herzens grfl3er. Das Herz en t leer t seinen Inha l t vo l lkommen, ja die G ip fe lpunk te der K o n t r a k t i o n e n l iegen sogar fiber denen, die bei dem Ausgangsdruek er re ieht wurden.

Die Ampl i t ude ist also ve rg r fge r t , und die Herzarbe i t , da die Schlagzahl des Herzens sieh nieh~ 5nder t , is t ve rmehr t . Es t r i t t zwar eine Erwei t e rung des Herzens , abe t mi t v o l l k o m m e n e r Ent - l ee rung des Inha l t e s ein. Diese E rwe i t e rung ist abe t wohl zu unter - seheiden yon dem, was man k l i n i s c h un te r D i l a t a t ion vers teht , nf~m- l ieh eine E r w e i t e r u n g mi t unvo l lkommener Ent lee rung , also un te r Zurf iekble iben von ges iduatf l f i ss igkei t . (Abb. 2.) J3ei sehnel lem Gang k a n n dieser T y p u s fes tgeha l t en werden, kann abe r aueh in e inen der fo lgenden i ibergehen. Bei der Drueken t l a s t ung kehr t das Herz mehr oder m i n d e r zur Ausgangss te l lung zuriiek. E in der- a r t iges Verha l t en wurde bei Herzen friseh gefangener Win te r f r f sehe , be sonde r s mgnnl ieher Tiere, gelegent l ieh aber aueh kr~iftiger Weib-

ehen beobaehte t .

Innendruckes auf die Volumenkurve des isolierten Froschherzens. I. 505

2. Typus: Bei langsamem Gang wird die Diastole grSBer, die Systole behglt ihre alte HShe (Abb. 3), der Ventrikel schl~ig~ also jedesmal mi~ einer grSBeren Anfangsfiillung. Der Puls ist unver- ~indert, die Amplitude und infolgedessen die Herzarbeit sind vet-

hhb. 3. Im ersten Teil der K u r v e bei l angsamer Drucki inderung Vergr618erung der A m p l i t u d e du tch Zunahme der Dias tole bei gleichbleibender Systole; im zweaen Kurven te i l bei sclmellem Gang Erweit .erung des Ventr ikels m i t m~vol lkommener :En~leerung. - - ~ Anfa~g m~d Ende der

Druck~inderung. Puls 40 44. 0/4 der urspri ing]ichen Kurve.)

grSf~ert. Der Inhalt des Herzens wird vollkommen oder wenigstens ebenso wie beim Ausgangsdruck entleert. Bei Entlastung tr i t t all- mghlich das urspriingliehe Verhalten wieder ein. Bei schnellem Gang wird dieser Typus gewShnlieh nicht festgehalten, sondern macht dem folgenden Platz. Herzen yon WinterfrSsehen, die sich erst kurze Zeit in Gefangensehaft befinden, zeigen h~iufig diesen Typus.

3. Typus: Er tri t t bei schlafferen Winterfr5schen, besonders aber bei SommerfrSsehen ein. Bei langsamer DruekerhShung wird die Diastole ausgiebiger, die Systole abet sinkt unter die urspriingliche HShe. Da der Ventrikel sieh aber in der Diastole mehr ausdehnt

Abb. 4. Zuerst langsamer , dann schneller Gang. E r h 6 h u n g der Ampl i tude m i t Di la ta t ion und unvo l lkommener Ent leerung des Herzens , bei schneller Drucki~nderung deut l icher ausgepr~igt,

Anfang und Ende der Druck~inderung. Puls 36 wShrend des ganzen Versuchs. (1/4 des Originals.)

als die Systole im Verhi~ltnis dazu sinkt, so wird die Amplitude allmiihlich gr5Ber und die Herzarbeit vermehrt, da der Puls unver- gndert bleibt. Der Inhalt des Herzens wird nicht vollkommen ent- leert. Es kommt also zu einer Herzdilatation mit Residualfliissig- keit im Herzventrikel. (Abb. 4.) Bei schnellerem Gang nimmt gew5hnlich die Dilatation erhebliehere Grade an.

500 M. Kochmann und A. de Veer: Einflult des sich gleichm~Big iindernden

4. Typus: Bei langsamer Drucksteigerung sinken Fuft- und Gipfel- punkte der Kurve gleichmSl3ig ab. Der Puls bleibt unveri~ndert, die Amplitude ist nicht vergrSftert. Das Herz entleert sich unvoll- kommen und es t r i t t Dilatation ohne Vermehrung der Herzarbeit ein. Bei schnellem Gang ist die Dilatation zumeist viel grSl~er als bei langsamem (Abb. 5). Dieser Typus ist bei Herzen yon Winter- frSschen seltener anzutreffen. Er t r i t t gewShnlich bei PrKparaten auf, die yon weiblichen SommerfrSschen kurz nach der Laichzeit hergestellt worden sind.

Abh. 5, Erst schneH% dann langsame Drackiinderuag, In beiden F~llen Dilatation des Ventrikels ohne Zunahme der Amplitnde; bei schnc|lem Gang erheb]icher. Puls 24 wghrend des ganzen Ver-

suchs. -- ~' Anfang und Ende der Druckiindernng. (I/4 , des Originals.)

Unter besonderen Bedingungen, auf die wir in der n~ichsten Mit- teilung zu sprechen kommen werden, ist manehmal sowohl bei lang- samer, wie bei schneller Drucksteigerung das dilatierte Herz nicht mehr imstande, ebensoviel Fliissigkeit bei seinen Kontrakt ionen herauszuwerfen wie anfangs, denn auf der Kurve sinkt die Systole in hSherem Mafte als sich die Diastole vergrSBert. Die Amplitude wird also kleiner, und da die Schlagzahl sich nicht ~indert, sinkt die Herzarbeit deutlich ab.

Welcher Typus bei Einsetzen der Drucksteigerung zustande kommt, ist zun~chst im voraus ~ficht zu bestimmen. Es ist nicht ausgesehlossen, daft die Art des Priiparierens des Herzens einen ge- wissen Anteil an der Entstehung des Typus tr~gt. Den Hauptantei l scheint jedoch der urspriingliche Zustand des Herzmuskels und die Gesehwindigkeit der Drueksteigerung zu besitzen.

Wir sehen also, daft die Herzen auf die allm/ihliehe Druck- erhShung recht verschieden reagieren. Allen Typen ist es gemein- sam, daft die Zahl der Herzkontraktionen sich nicht /indert. Dis auf den letzten Fall des Typus 4 wird die Herzarbeit infolge der Druckerh5hung vermehrt, da die Amplitude bei gleicher Frequenz zunimmt. Eine Dilatation mit Zuriiekbleiben von Residualfliissig- keit im Ventrikel kann unter den beschriebenen Bedingungen ein- treten, kann aber aueh ebensogut fehlen. Bei sehnellem Gang ist die Dehmmg des Herzmuskels im allgemeinen starker als bei lang-

Innendruckes auf die Volumenkurve des isolierten Froschherzens. I. 507

samem Gang, so dM3 an Stelle des ersten Typus der zweite oder dritte auftreten kann. Es ereignet sich infolgedessen nicht selten, (lag ein Herz, das sich bei langsamem Gang noch vollkommenen ent- leerte, bei schneller DruckerhShung Dilatation mit Residualfliissig- keit im Ventrikel aufweistl).

Auf den ersten Blick kSnnte es den Anschein haben, dab die vorliegenden Versuchsergebnisse yon denen .Franks u. a. insofern abweichen, als _Frank nur bei Steigerung des venSsen Zuflusses, aber nicht bei ErhShung des arteriellen Widerstandes, eine VergrSBerung der AmplitudenhShe annahm. In unseren Versuchen liegt eine Steigerung des venSsen Zuflusses nicht ohne weiteres vor, und doch ist eine Vergr6Berung der Amplitude festzustellen. Der Widerspruch ist abet unseres Eraehtens nur ein scheinbarer. Auf dem Ventrikel eines Herzens, dessen Klappenappara t erhalten ist, oder das mit kfnst l iehen Klappen arbeitet, lastet wghrend der Diastole nicht der Druck des arteriellen Systems, sondern nur der Druck. unter dem der venSse Zuflul3 stattfindet. Bei dem Straubschen klappenlosen HerzprSparat dagegen ist der Druck des arteriellen Systems auch wghrend der Diastole wirksam. Bei unserem Prgpara t ist also der Druck, unter dem der Ventrikel steht, w~hrend Systole und Diastole gleich. Daraus kann man wohl die Sehlugfolgerung ziehen, da[3 die VergrSBerung der Amplitude nicht yon dem vendsen Zuflu[3 abhiingt, sondern vielmehr yon dem Druck, unter dem der Ventrilcd wa:hrend der

Diastole steht. Das Frosehherz --- wahrscheinlich wird es beim ungesehwSchten

Warmbliiterherzen ebenso sein - - kann sich also unter Umst~nden verSnderten Druckverh~ltnissen bzw. WJderst~nden, die sieh im arteriellen Kreislauf einstellen oder verschwinden, in hchem Grade anpasson, vorausgesetzt, dab diese Druck~nderungen nieht zu plStz- lieh hereinbrechen. Wenn ein solches Verhalten schon am isolierten, mit RingerlSsung gespeisten Herzen festzustellen ist, so wird dies am lebenden Tier, dessen Herz mit Blut ernShrt wird, erst recht die Regel sein (vgl. Typus 1 und 2 der Kurven).

Diese Befunde diirften aueh fiir die Pathologie des Herzens einige Bedeutung haben. Sie machen es verst~indlieh, warum bei langsamem Einsetzen der DruckerhShung das Herz nicht versagt und nieht einmal (ira klinisehen Sinne) dilatiert. Man kSnnte sieh also gut vorstellen, dab dieser Anpassung eine Hypertrophie ohne vor- herige Dilatation folgt, vorausgesetzt, dab die DruekerhShung lange

~) Bei manehen Herzen kommt es infolge der DruekerhShung zu Unregel- mg, gigkeiten des Herzsehlages, Extrasystolen, HMbierung usw. Es kann sich aber aueh ereignen, dab ein urspriinglieh unregelmliBig sehlagendes Herz bei der allm~hlich eintret.enden DruekerhShung regelmS~Big zu schlagen beginnt.

508 M. Kochmann und A. de Veer: EinfluB des sich gleiehmS.l]ig findernden

genug bestehen bleibt. Unsere Befunde kSnnten umgekehrt auch die experimentelle Unterlage fiir die klinische Beobachtung abgeben. daB bei schneller Drucksteigerung ein geschwgchtes Herz schnell versagt, so dab sogar unter Umst/inden psychische Aufregungen und geringe kSrperliche Anstrengungen, die mit Drucksteigerung einher- gehen, bei Herzkranken sofort Zeichen der Dekompensation aus- 15sen.

Vor nicht allzulanger Zeit hat Starling 1) am Herz-Lungen- pr/ iparat des Hundes und am SchildkrStenherzen Versuche ange- stellt, die mit den unsrigen gewisse Beriihrungspunkte aufweisen. Wenn er an dem Herz-Lungenpr~parat den Druck erhShte, und zwar gleichgiiltig, ob durch Vermehrung des venSsen Zuflusses oder Er- hShung des arteriellen Widerstandes, so konnte er immer, wie aus seinen Kurven hervorgeht, eine erheb]iche Dilatation mit unvoll- stSndiger Entleerung des Herzens beobachten. Auf Grund unserer Versuche am Froschherzen m/issen wir aber annehmen, dal~ die P]Stzlichkeit der DruckerhShung einerseits und der Umstand anderer- seits, dal3 das isolierte Warmblfiterherz immer ein gesch:~digtes Herz'-') ist, die ganz auffallende Dilatation in den Starlingschen Versuchen bedingen. Die Versuche des englischen Physiologen wiirden nach unseren Ergebnissen nur einen Sonderfall unter mehreren MSglich- keiten darstellen, der sich mit dem Typus 3 und 4 vergleichen ]gBt. Es erscheint uns aueh infolgedessen fraglich, ob die Ansicht Star- lings zu l~echt besteht, dab die KontraktionsgrSl~e und Arbeit des Herzens dutch die Dilatation (mit unvollkommener Entleerung), bzw. die durch sie bedingte Verlgngerung und OberflgchenvergrSBerung der Muskelelemente hervorgerufen sei. In unseren Versuchen zeigt sich jedenfalls, dab bei einer Dilatation keineswegs immer eine Ver- grSl3erung der Amplitude s ta t that (Kurve 5), und ferner, dal~ auch bei geringer Erweiterung unter Umst~inden eine viel stiirkere Ver- grSBerung der HubhShe sichtbar wird (Kurve 2 und 3) als bei stgrkerer Dilatation (z. B. Kurve 4). Aul3erdem ist bei schneller DruckerhShung trotz st~irkerer Erweiterung die AmplitudengrSl~e im Vergleich zu der bei langsamem Gang nicht vermehrt. Unsere Ver- suche sprechen vielmehr zugunsten der Ansicht Franks (1. c.), dab der Druck und die durch ihn erzeugte Spannung der Herzmuskulatur die ausschlaggebende Ursache fiir die Vergr58erung der HubhShe

t) Starling, E. H.: Das Gesetz der Herzarbeig, Abhandlgn. u. Monograph. aus dem Gebiete der Biol. u. Med. Heft 2. Bern und Leipzig 1920.

"~) Vgl. aueh Gei4ter, E. und Jarisch, A.: Arch. f. exp. Pathol. u. Pharmakol. 9t, 52. 1922; die yon einem anderen Standpunkt aus zu der gleichen Ansicht kommen, dab ngmlich das isolierte Warmbltiterherz immer ein gesch~idigtes Priiparat sei.

Innendruckes auf die Volumenkurve des isolierten Froschherzens. I. 509

und Herzarbeit ist. Die in der Herzmuskulatur erzeugte Spannung wird allerdings auch yon dem urspriinglichen Zustand der Muskel- elemente mi tbes t immt werden, was aus den verschiedenen Formen der Kurven ersichtlich wird. Dal~ aueh noch andere Verh~ltnisse eine Ilolle spielen kSnnen, 1/~13t sich aus den Uberlegungen Weiz- siickers 1) fiber die Arbeitsform des Herzens entnehmen.

In den folgenden Mitteilungen soll festgestellt werden, ob durch Vergnderung in der Zusammensetzung der Niihrfliissigkeit und durch Zusatz yon Arzneimitteln die Kurventypen umgestal tet werden kSnnen.

1) Weizsiicker, V. v.: Dtsch. Arch. f. klin. Med. 133, I. 1920.