Aus dem Pharmakologisehen Institut der Universit~it Mtinchen.

Versuehe iiber den u

Von

W. Straub und J. Scholz.

Mit 8 Textabbildungen. (Eingegangen am 16. April 1936.)

O. L o k wis Entdeckung der humoralen Ubertragung der Vaguswirkung auf das tIerz, die Identifizierung des ,,Vagusstoffks" mit einkm Cholin- ester, das regulierknde Hkreinspielen einer diksen Ester Vkrseifenden Esterase (Dale) sind heutzutage dureh hinrkiehende Beweise gesieheIte Tatsaehen. Naeh der Natur der Saehe k6nnen diese BkWkiSe abet nur Indizienbeweise sein. Eine Vermehrung der Zahl soleher Indizien kann nut erwiinseht skin. Aus dieskr Uberlkgung entstand die folgende Untersuehung.

I. iIlethodisches.

Loewi arbeitete mit zwei humoral getrennten Herzen, er reizt das Spenderherz und iibertr~g~ mit der Spritze den tterzintlalt auf das Priifherz. Das erlanbt eine m6glichst reichhaltige tterstellung des Yagusstoffcs, hat ~ber die EinwandsmSglichkeit, da~ Spenderherz und Priifherz humoraI und mechanisch nicht gleiehartig sein k6nnen. Deshalb modifiziklte R. It. K a h n 1 die Anordnung so, dab er die beiden Herzen an kink gemein- same Fliissigkeitsfiillung mit zwei Kaniilkn brachtk. Diksk Anordnung hat den Vorteil, dal3 die bkiden Herzen vor dem Versueh sehon h umoral und mekhaniseh ausgegliehkn sin& Letzterks ersehkint besonde~s n6tig, wkil die inotropen Vaguseffekte sowol~fl bki Lokwi wie bei K a h n racist reeht klein sind, also m6gliehst wenig durch andeIweitig bedingte Amplituden- skhwankungen entstellt skin sollten. Bki dkr Anoidnung naeh K a h n dagkgen entwiekelt sieh dkr Vagusstoff allmghlieh, es wSre denkbar, dal~ er seine volle Wirksamkkit nieht entfalten kann, wkil er sieh in das Prtifherz ,,einsehleieht". Naeh der Potkntialgifttheorie des einen yon uns, die inzwisehen auch fiir das dem Muskarin so nahestehcnde Aeetyleholin Geltung bekommkn hat, kannte dann m6gliehe~weise die n6tige Sehwellen- konzentration an der Anl3enseite des Priifherzens gar nieht errkieht wkrden.

Wir haben deshalb die Anordnung ,,L o e wi" nnd, ,Ka h n " kombinikr t, dutch Konstruktion einer Sehieberkaniile. Da diese Anordnung wohl noeh ftir maneherlei anderk Iterzgiftfragen brauehbar sein kann, sei sie abgebildkt (Abb. 1). Material ist nieht mehr Glas, sondern ein auf der Drkhbank in exaktester Wkise zu bearbkitendes glasklares Kunstharz

1 Pfl i igers Arch . 214, 482 (1926).

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332 W. ST~AUB und a. ScHoLz:

,,Leukenit". Die Kammer triigt einen st~aff nnd wasseldieht sitzenden 8chieber, der sie in zwei Abteilnngen yon gleichera Volumen trennen liil~t. Die tterzkaniilen sind abnehrabar, ans Zelluloid oder Metall verfertigt. 8o ist es miglich, naeh Belieben beide I-Ierzen gegen die gleiehe Fiillfliissigkeit oder gegen getrennte arbeiten zu lassen.

Die Versuehe wurden in den Monaten Dezember bis Februar angestellt. Versuehsobjekte waren die HIerzen ungariseher Eskulenten. Wir benutzten vorwiegend Weibehen, da sieh deren Herzen als empfindlieher e,wiesen. Die Priiparation beider Herzen wurde m5gliehst raseh mit iiul3erster 8eho-

hung durehgefiihrt. Das Spender- herz wurde migliehst groB, das Priifherz migliehst klein gewghlt. Beide Abteilungen der Kaniile wurden stiindig durehliiftet, die Herzen augen stets ieueht gehalten. Reizqnelle war ein Du Bois-Rey- mond-Induktorium. Fiir alle Mani-

I a pulationen mit dem Kaniileninhalt wurden getrennte Glasspritzen ver-

{~ " wendet, die jedesmal sorfiiltigst gereinigt wurden.

Der Versueh selbst ging nun so vet sieh, dab zuniiehst die

h~,rll ,l! i ' t ' lp lc o 1 ecrz Herzen an gemeinsamem Kaniilen-

inhalt schlugen. Da ja aueh das b Froschblut Aeetylcholin bzw. Vagus-

stoff spaltet ( P l a t t n e r und Abb. 1. Doppelkaniile a~s Kunstharz, mit Bauer"),wurdezuerstderKanii len- Schieber and abnehmbaren Aortenans~tzen aus

,iIetall, Aufsieht und Quersehnitt. inhalt einige Male dutch {risehen Ringer ersetzt. Seine Menge be-

trng 1--2 ecru. Dann wurde der Sehieber gesehlossen und der Vago- sympathieus des Spenderherzens gereizt. Naeh beendeter Reizung wurde der Sehieber wieder heransgezogen und die Wirkung am Empfiingerherzen beobaehtet. Eventuell wurde vorher der Kaniileninhalt auf der Empfiinger- seite entfernt, um eine Verdiinnung zu verhindern.

Naeh den Unt~ersuehungen yon Rein , M. g o g t nnd besonders Gre- reels a liegt die optimale Reizfrequenz fiir den Vagus des Warmbliiters sehr niedrig (25--50 Hertz). Wir reizten deshalb aueh hier mit sehr niedriger Frequenz, d. h. der Unterbreeher des Induktoriums win'de anf die migliehst langsame Sehwingungszahl eingestellt.

So gelang uns die ~7bertragung der Vaguswirkung nahezu regelmgl~ig. Die Wirknng am Empfgngerherzen setzt gewihnlieh sofort naeh dam

Pfl i igers Arch . 220, 180 (1928). __ a N a u n y n - S e h m i e d e b e r g s Arch . 179, 360 (1935).

Versuche fiber den Vagusstoff. 333

0ffnen des Schiebers ein. Die Wirkung ist nach etwa der doppelten Zeit ( = etwa 40 Sekunden) am st~rksten, um im u der n~iehsten 8--10 Minuten wieder langsam zur Norm abzuklingen. Das Maximum an Wirkung, das dutch die humorale (Tbertragung erreicht wu~de, war eine Verringerung der Amplitude um ein Drit tel der normalen GrSl~e.

Wie L o e wi gezeigt hat, h~ingt alas Gelingen der ~3bertragung der Vaguswirkung wesentlich yon der Unterdriickung der gleiehzeitigen Sympathikusreizung ab. So konnten aueh wir beobaehten, dal~ ein guter ~bertragungseffekt dann zu erwarten ist, wenn alas Spenderherz sehr leieht auf die Reizung des Vagosympattfikus mit einer Vaguswirkung reagiert, also schon auf Reize geringer Intensitgt stillsteht, der Stillstand die Lfinge des Reizes wesentlieh fiberdauert und die dann einsetzenden I(ontraktionen nur eine ganz allm~ihliche Zunahme der Amplitude aufweisen. So gelingt es aueh, eine negativ inotrope Wirkung yore Spender- auf das Empfiing'erherz zu iibertragen. Natiirlich muB auch das Empfiingerherz eine entspreehend hohe Empfindliehkeit gegeniiber dem Vagusstoff besitzen.

II. Yersuehsergebnisse.

Die Abb. 2 repr~isentiert die Versuche mit Sehieberbenutzung. Der Schieber ist zunachst entfernt, die Kaniile wird mit 1,0 ccm Ringer gefiillt, nunmehr der Schieber eingesetzt und der Vagus des Spenderherzens gereizt, b e i t wird der Schieber entfernt, es t r i t t am Priifherzen eine sehr deutliehe Wirkung auf. Charakteristisch fiir die Anord- aung ist der rasche Einbrueh der Wirkung. Macht man den Versuch ohne Schieber, also in der Anordnung naeh K a h n (Abb. 3), so ist der Effekt welt geringer, langsamer eintretend, aber immer- hin deutlich.

Unsere Erwartung, mit der neuen Anordnung eine hohe An- reicherung an Vagusstoff zu be- kommen, hat sich nur in geringem Grade erfiillt. Da nach Entfernung des Schiebers die Konzentrat ion des gebildeten Vagusstoffes zu- ns auf die Hiilfte sinkt, haben

�9 Abb. 2. Unten Spenderherz, oben Pritfherz, der wit noeh dahin variiert, dab w~r Pfeil bei diesem ist der Moment der Schieber-

kurz vor der Entfernung des Schie- 5ffnung. Zei t : ein kleines Interval l - - 10 Sek. Untere Linie : wiederholte gagusre izungen .

bets die Fliissigkeit aus der Test- herzseite entfernten und dann erst 5ffneten, wobei also das Priifherz die voile Konzentrat ion des Vagusstoffes bekam. Aueh so konnten wir nut eine

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unwesentliehe VergrSl3erung des Effektes bekommen. Niemals aber einen vSlligen Stillstand dutch maximal-negative Inotropie. Ebensowenig beobachten wit, wie aueh unsere Vorg~nger, eine negativ-chronotrope Wirkung am Priifherzen. Naeh dem Potentialgifteharakter des Aeetyl- eholins ist dies abet nieht verwunderlieh. Die Kantile des Prfifherzens sitzt im Ventrikel, negativ-ehronotrope Wirkung wiirde verlangen, dal~ das Gift in ausreiehender Konzentration das 8inusgebiet trifft; unmittelbar ist das nieht mSglieh und der Diffusionsweg bietet bis zum Sinus hin soviel De-

krement, dab die Aeetyl- eholinkonzentration unter- schwe]lig wird. Ubrigens gelang es nns, aueh am ansgeschnittenen Herzen mit wesentlieh gr58eren Mengen yon Acetyleholin nicht reinen negativ-ehro- notropen Effekt zu erzielen.

Die UnmSgliehkeit der Erzielung einer maximalen Hemmung durch auf Rei- zung erhaltenen Vagus- stoffen dtirfte ihre Erkl~- rung in der Gegenwirkung der Esterase haben. Das dgmpfende Zusammenspiel yon diesem Ferment und dem gebildeten Aeety]- eholin erhebt ja das ganze

a b System erst zur hormonalen Abb. 3. Anordnung nach K a h n . a) ger ingerer Effekt; Einriehtung, eh~er zweek-

b) dieselben t Ierzen mit 10 7 NaCN. miigigen Einriehtung, die

nieht fiber das Ziel der Regulation hinaussehiegen kann. Vgl. dazu die ~olgende Arbeit yon Zinni tz , die das Problem von seiten der Konzen- trationsgifttheorie analysie,t.

Physostigmin-Pr ostigmin.

Bekanntlieh sensibilisiert das Physostigmin die Acetyleholinwirknng am Herzen, man kann es benutzen, um eine latente abet zu geringe Aeetyl- eholinwirkung manifest zu machen. Nach ge]tender Ansicht greift dazu das Physostigmin nicht am Erfolgsorgan an, auch nicht am Vagusstoff, sondern an der Esterase, die es lghmt. Wir konnten natiirlich die Befunde der Vor- nntersueher mit unserer Anordnung best~tigen, bekamcn aueh mit Physostigmin einen noch gr51~eren Effekt, aber aueh keine maxima]e Inotropie. Dagegen war sehr eharakteristiseh die Ver]gngerung der ~qr-

Versuche fiber den Vagusstoff. 335

kungsdauer des Yagusstoffes, wie das aus Abb. 4 ersiehtlich ist. Der Vagusstoffeffekt in diesem Yersueh ist etwa gleich grog dem aus dem Versueh Abb. 2, wiihrend aber der Effekt in Abb. 2 sehon naeh 7 Ninuten abgeklungen war, dauerte er im Versueh Abb. 4 35 Ninuten an. Dies

Abb. 4. Physos t igminwi rkung . 20 :~in. vor der Vagusre izung werden 50 y Physos$igmin in d~s System ohne Sehieber gebraeht , also beide Herzen behandelt . u der Vagusre izung Sehieber

geschlossen.

spricht mehr als die Zunahme der Inotropiewirkung fiir den Angriffspunkt des Physostigmins am Ferment Esterase.

Es ist uns nie gelungen, dutch wiederholte Vagusreizung des Spender- herzens eine Addition der Effekte am Prttfherzen zu bekommen, auch nieht unter Mitwirkung yon Physostigmin. Das kann seinen Grund darin haben, dab ent- weder die Produktion des Spenderherzens crschSpft ist, oder dab das Priifherz sehon yon der ersten Wirkung her so mit Vagus- stoff angeftillt ist, dab die folgende Liefe- rung yon Vagusstoff kein ausreiehcndes Potential mehr bekommt.

Dies zu kli~ren wurde folgender Vet- such mit reinem Acetylcholin gemaeht. Ein ausgeschnittenes Herz bekommt alle 4 Minuten 0,1 eem einer LSsung 1/10 s Aeetylcholin, es antwortet jedesmal mit einem Effekt, der naeh ~ Minuten wieder verschwunden ist (Abb. 5). Wird das Herz aber mit Physostigmin oder Prostigmin

Abb. 5. Acety lehol inwirkung am aus- geschni t tenen ]-Ierzen. a) Wi rkung im Rhy thmns yon 4 Sek., nach jeder Wirkung Erho tung; b )d~sse lbe uber nach Vorbehandlung mit Physos t igmin .

Addition der Wirkungen.

336 W. STRAUB und J. SC~OLZ:

vorbehandelt, so addieren sich die Effekte fast bis zum Inaximalen Still- stand. Das sprieht dafiir, dal~ die Aeetyleholinbildung auf Vagusreiznng am ausgeschnittenen Herzen eine reeht geringe und leieht ersehSpfbare ist. Ein Umstand, der ebenfalls hormonalen ZweekIn~l~igkeitssinn hat.

Dal3 ein Alkaloid wie das Physostiginin ein Ferment liihinen kann, war solange verwunderlieh, als man die Konstitution des Physostiginins nieht

a b Abb. 6. Prostigminwirkung. a) ]Normalversuch; b) nach Behandlung mit 57 Prostigmin.

Schieberkaniile.

kannte. Jetzt ist diese aber v611ig bis zur Synthese gekla~t. Es hat die Konstitutionsforinel C H~

cH3. N g . c o o - ~ ' \ - ~

%/\/\/ N N

CH8 CH~ Das Physostiginin ist also ein Urethan, ein Indolderivat, iin Kern

erg~nzt durch ein Pyrrolidin und mit einer Carbainins~ure als Seitenkette. An diesen rein pflanzlich-alkaloidischen Bau ist aber die Wirkung nicbt grunds~tzlieh gekniipft, denn das viel einfaeher gebaute synthetische Prostiginin yon der Konstitution

(CH~).~. N. CO. 0 / / \

Versuehe tiber den Vagusstoff. 337

hat niehts mehr von diesem alkaloidischen Bau, ist abet noeh Urethan und hat alle Physostigminwirkungen. So haben E. und E. S t e d m a n ~

"4

A

gefunden, dal~ prostigminartige Urethane die Esterasewirkung in vitro in hohem Grade hemmen.

4 S t e d m a n , E. u. E. : The inhibitory action of certain synthetic Urethans on the a act ivi ty of liver esterase. Biochem. J. 2~, 1147 (1931).

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Deshalb sehien die Prtifung des Prostigmins 5 yon besonderem Interesse. Wie Abb. 6 zeigt, haben sehon 5 y Prostigmin einen deutliehen Effelc~ der Vertiefung und Verliingerung der Vagusstoffwirkung, wghrend 20 y (Abb. 7) die bisher mit niehts erreiehte totale ttemmnng unter negativ ehronotroper Wirkung erzielen. Es ist interessant, daft in diesem Falle naeh 0ffnung des Sehiebers sogar das wie immer viel gr6ftere Spenderherz eine Aeetyleholin- wirkung abbekam. Ohne dal~ wir dies speziell messend verfolgt hiitten, haben wit den Eindruek, daft das Prostigmin st~I'ker wirkt als das Vorbild Physostigmin. Daft der Angriffspunkt der Prostigmins aneh die Esterase ist, ist im Zusammenhang mit den Untersuehungen S tedmans nieht zweifelhaft.

Blaus~ure.

Naehdem die Sensibilisierung dutch die Urethane Physostigmin- Prostigmin als Effekt einer Ester~seliihmnng erkannt sind, liegt es nahe, den gleiehen Effekt yon der Blaus~ure dem typischen Fermentliihmer zu

erwarten. Da das Frosch- herz befghigt ist, lange Zeit ohne Sauerstoff zu leben, hag es auch eine ziemliche Resistenz gegen Blaus~iure. Wit verge- wisserten uns, daft Dosen yon 10-50 ? Cyannatrinm in Icem otme Einfluft auf die Leistung eines ausge- sehnittenen Iterzens sind.

Abb. 3b zeigt mit tier Anordnung n~eh Kahn - -ohne Schieber--, daft die Vggusstofiwirkung durch 30 ~ Cyannatrium zu versNirkter Wirkung kommt. Daft diese Cya- Abb. 8. Im Spenderherzen 507 Blansanre bei gesehlossenem

Sehieber. nidwirkung gen~n nach dem Typu s Physostigmin

geht, zeigt Abb. 8 mit 50 ~ Cyanid unter Benutzung des Schiebers: auch hier tritt die Verl~ingerung der Wirkungsdauer auf. Die I-Iemmungswirkung dureh Blansiiure tritt rascher auf als die dutch Physostigmin. Messende Versnche auf Wirkungsdauer sind dadurch ersehwert, daft die Blausiiure in so kleinen Mengen offenbar leieht zerstSrt wird, die Konzentiation also nieht konstant bleibt, im Gegensatz zum Physos%igmin.

5 Die Versuche mit Prostigmin sind yon Dr. Fr. yon Bergmann a usgefiihrt.

Versuche fiber den Vagusstoff. 339

Die Versuehe best~itigen yon einer anderen Seite her den Mechanismus ,der Wirkung des Yagusstoffes. Es handelt sieh um ein dynamisches System yon Bfldung und ZerstSrung des Aeetyleholins.

Zusammenfassung. 1. Es wird eine neue Versuchstectmik zum Studium der humoralen

Ubertragung der Vaguswirkung am Herzen beschrieben.

2. Die l~bertragungseffekte sind klarer zu demonstrieren, doch kommt es aueh bier nicht zur maximalen tIemmung.

3. Die Esterasehemmung dutch Physostigmin wird noeh mehr yon Prostigmin bewirkt.

4. Blaus~iure wirkt wie Prostigmhl hemmend aui die Esterase, sensi- ~ilisiert also ebenfalls flit die Wirkung des Yagusstoffes.