Aus dem Pharmakologisehen Institut der Universitgt Miinehen.

Weitere Untersuehungen fiber die Coffeinstarre am ausgeschnittenen )Iuskel des Frosches.

Yon

W. Straub und R. Domenjoz.

Mit 6 Tex~abbildungen (i 1 Einzelbildern),

(Eingegangen am 17. Jun4 1941.)

In einer friiheren Arbeit wurde untersueht 1, wie man die bekannte Coffeinstarre am Frosehmuskel zu einer pharmakologisehen Mel3methode fiir Coffein verwerten kann. Nunmehr sollen einige Besonderheiten der Methode mitgeteilt werden.

1. Mechanische Leistung der Coffeinkontraktur.

Zungchst wurde die Arbeitsleistung des ~iuskels bei der Coffein- kontraktur mit der des normalen Muskets vergliehen. Die Muskein wurden dutch steigende Oewichte in versehiedene Grade von Spannung versetzt. und jeweils 0,15 mg Coffein in 0,1 ecru injiziert. In der frtiheren Arbeit 1 stellten wit niimlieh fest, dal~ 0,15 illg Coffein ungefiihr die Grenzdosis yon Coffein ist, naeh deren Injektion der Muskel in eine Kontraktur verfgllt, dig an HShe nahezu gleich ist der dureh einen tetanisierenden Strom bei direkter Reizung erzielten. Die Belastung war bei diesen Versuehen stets 20 g. Es ergab sigh nunmehr (Fig. 1 A), dab der Muskel sehon gegen eine Belastung yon 50 g bei der gleichen Dosis yon Coffein sieh nieht mehr maximal kontrahiert. Bei sukzessiver Steigerung der Belasfung wurden die in Abb. 1A festgestellten Kontrakturwerte ermittelt, d.h. mit 20 g Belastung hebt der Muske] unter Wirkung yon 0,15 mg Coffein noeb mit 96 O7/o Kontrakt, ur, bei 50 g blog mehr mit 41 O//o Kontraktur, bei 100 g Be- Iastung versagt er vSllig. Steigert man andererseits die Coffeindosis auf das Doppelte (Abb. 1 B), so wird der Spanmmgswert der Kontraktur ver- grSgert, d. h. noeh bei 50 g Belastung ist dig Kontraktur fast maximal, bei 100 gist die Kontrakturwirkung dagegen kaum mehr vorhanden (19 %). Daraus ergibt sieh also, dag die in der friiheren Untersuehung gewiihlte Belastung des ~uskels mit 20 g fiir 0,15 mg Coffein tatsiiehlieh die optimale ist fiir don vorIiegenden Zweek.

Da der normale Muskel unter Einzelreizen das Maximum seiner Arbeits- leistung erst bei 400 g Belastung erreieht, und aul~erdem die isometrisehe

* Naunyn-Schmiedebergs Arch. 197, 457 (1941).

80 W. S*m~uB und R. Do~E~*ao~:

Spannung des gleichen Muskels unter tetanisierenden Reizen mehr als 1 kg betragen kana, mul~ der kontrakto~ische ]~ffek~ des Coffeins a~s ein sehr geringer angesehen wercIen.

k+ I . [~m~aRlu~ d l .~eh .iux~cils tkt.~ tn~ I'~fffl.in in ILl t'('nl ph>shd~,ais . l l< , l , :~mhsalzl i i~uH~ h~q

I~. i):ls'+.i'[h+ , l l l i l 0.:} +,tg ('ofi ' i '[tl.

~. F, ildlul~ osmo(is~'her Umsfiiude.

l~echnet man den (~-as~.roc:nemhls zu ()~5 ~z mit,~le['es (~owi~ht und injiziert 0, I ccm destil/.iertes Wa.sset'. so wird die Konzentration seines Salzgeha[tes entsprechend niedriger. Auf die Kontraktilit~it urJd ArbeJts- leistut~g des nor~)~alen Muskels hat dies noch wenig ]~influl~. Die Ent- ~*icklung der Coffeinst.arre dagegen wird schon merklich beeinflu[tt. Abb. 2A, obere Kurve, zeigt die maximalc Wirksamkeit von 0,15rag Coffein in 0,1 corn physiologiseher Kochsalzl5sung, die untere Kurve die Wirkung von 0,15 mg Coffein, gel6st in 0.1 ecru destilliertem Wasser, also die Bedeutung einer geringen Hypotonie. Leiehte Hypotonien schwgchen also die Kon~raktnrwirkung schon sehr merklich ab. Es ist hingegen

Weitere Untersuchungen fiber die Coffeinstarre usw. 81

gleichgiiltig (Abb. 2 A und B, obere Kurven), ob man in 0,7 ~oiger Kochsalz- 15sung oder in RingerlSsung das Coffein beibringt. Die Nebensalze der Ringer15sung sind also belanglos, hSchstens, dag sich die K-Ion-Wirkung

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durch einc ct, was geringerc Kont:rakturhShe (98~ in 2 B ,,/e,,/(~,~ 101~'~. in '2 A) bemerkba,r macht. Ilic Hypertonie (Abb. 3 A) ist vo~ ~esentlich geringerer Bedeutung; denn injiziert man die {!offeinmengc in 1 4"}~iger KocilsaiziSsung, so ist de~ . . . . . . . . . r~.ep ....... um eine l(leinigkeit, Pk O I1 l)I:ls K LUI 'W C l 'b t, O l l~ , l l l b

Arch iv f. experhnent I 'a~h, u. Pharmako l . Bd~ 198. G

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grSl]er als der des Coffeins in isotonischer KochsalzlSsung. Dies gilt fiir .die erreichten Maxima. Allerdings geht die Entwicklung der Kontraktur in der hypertonischen L5sung mit gr61]erer Geschwindigkeit vor sich, und hat in Zeiten schon das Maximum, in denen sie die Injektion in iso- tonischer L6sung noch nicht hat (Abb. 3 B). Die Deutung der letzteren Erscheinung, niimlich, dab die Coffeinwirkung in hypertonischer L5sung sich rascher entwickelt als in isotonischer, diirfte ihre Erkliirung darin linden, dug die M6glichkeit der Ausbreitung durch Diffusionsstr5mungen bei hypertonischer Injektion besser ist als bei isotonischer, wo ja gar keine Konzentrationsspannungen bestehen. Dutch den langsameren Diffusions- vorgang diirfte sich auch die Deformation der Kurven durch anfiingliche Nasenbildung (Abb. 1 A) erklKren, die in hypertonischen L5sungen nicht vorkommen.

3. Der wasserstarre Muskel. Bei der Coffeinkontraktur in isotoniseher LSsung kommen unmittelbar

naeh der Coffeininjektion mehrphasige Vorgi~nge zur Erseheinung, wie Abb. 1 A zeigt. Diese erseheinen aueh, wenn das Coffein in l%rm ~on Kaffee oder sonstigen osmotiseh undefinierten LSsungen injiziert'wird. Die Wirkungen kSnnen graphiseh sehr eindrueksvolle Abbildungen geben, wie z. B. fiir die Kaffee-Injektion in der friiheren Arbeit angegeben wurde. Sie haben immer glatte Maxima, die zwar in ihrer absoluten H6he ver- schieden sein kSnnen, aber doch im jeweiligen Fa]le eben Maxima sind. Dementspreehend wiire zu erwarten, dab das Coffein ~m w~sserstarren Muskel iiberhaupt nieht wirkt. Der Versueh hat diese Annahme bestiitigt. Wenn man einen Gastroenemius etwa 30 Minuten in destilliertes Wasser einlegt, verliert er seine elektrisehe Erregbarkeit, er wird starr. Injiziert man in ihn die bewiihrte Dosis von 0,15 mg Coffein, oder aueh yon 0,3 rag, so sind diese vSllig wirkungslos. Da die Wasserstarre darauf beruht, dal~ das Globulin des Muskels in destiIliertem Wasser unlSslieh wird, daft man annehmen, dug die Kontrakturwirkung des Coffeins an dieser Globulin- fraktion des Muskeleiweil~es ansetzt. Ein solcher Muskel ist bekanntlieh auch elektrisch indifferent. Zwischen Que}schnitt und Liingsschnitt be- stehen keine Potentialspannungen mehr. Die Wasserstarre an sich liil~t sich mit der Coffeinstarre iibrigens nicht vergleichen; denn der kontrak- torisehe Endeffekt des Muskels im wasserstarren Zustand ist ganz un- bedeutend und ist auch mit dem einer subnlaximal wirksamen Dosis von Coffein nictlt zu vergleiehen.

Des weiteren wurde an einigeu Coffeinverbindungen gepriift, wie etwa quantitativ die Coffeinwirkung dureh andere Stoffe veriindert werden kann.

A. Chlorogensiiure. Das Chlorogensaure Kali-Coffein ist bekanntlich die Form, in der das

Coffein im Kaffee enthalten ist. Es ist eine gut kristallisierende Verbindung. Durch dam Chlorogensaure Kali wird dam Coffein leicht 15slich gemacht.

Weitere Untersuchungen fiber die Coffeinstarre usw. 83

Die Verbindung ist ausreichend rSstbest/~ndig und ist auBerdem im Kaffee im ~berschuB vorhanden. Da bekannt ist, dab die Chlorogens~ure auch sonstige Wirkungen des Coffeins ver/~ndert (H. Gebhardt 2, E. T r iend] 3), wurde die Wirkung der Chlorogens~ure auf die Muskelstarre noch besonders untersucht.

Vergleicht man die normale Wirkung des Coffeins systematisch mit der des Chlorogensauren Kali-Coffeins, wobei die molaren VerhMtnisse Chlorogensaures Kali zu Coffein variieren, so ist eine Ver/~nderung der Kurve im molaren VerhMtnis der Paarlinge (Abb. 4 5) sehr unbedeutend

.~bb . 4. Wi rkung yon Ch lo rogensaure in Ka l i au f Co f fe in in abs tc ige l~den molare l l Verh i i l tn i ssen :

1. In jek t ion voa 0 ,15 mg Cof fe inum purum in 0,1 ccm 0 ,7%igor Kochsa lz l6sung;

2. [n jek t ion yon Ch lo rogensaurem Ktd i : Cofft~in 10 : 1 in 0,7 % NaCI

3. , . . . . . : ,, 5 :1 ,, 0 ,7% ,,

4. , . . . . , . ,, 2 :1 ,, 0 ,7% , ,

5. ,, ,, ,, ,, : 1 : l ,, 0 ,7% , , 6. ,, ,, ,, ,, : 0 ,5 :1 ,, 0 ,7% ,,

7. ,, ,, : ,, 0 ,2 : I ,, 0 ,7% ,,

(Co f fe imr~enge s te ts 0 ,15 rag . )

hSchstens, dal~ das M~ximum gegen die Norm etw~s erniedrigt ist *. Der norm~le Muskel zeigt unter Coffeinwirkung eine Kontr~k~ur yon 30 ~'~ seiner Ruhel~nge, der mit Chlorogens~urem Kali-Coffein behandelte Muskel etwa 25 ~ seiner Ruhel~nge. Dgs wird ~uch fiir die mol~ren Verh~ltnisse, in denen d~s Coffein iiberwiegt (Abb. 4 6 und 7) nicht an(tess. Wenn bin- gegen das ChIorogens~ure K~li iiberwiegt, macht sich dessen Wirkung in einer ]~emmung der Coffeinst~rre-Entwicklung bemerkbar, die beim Ver- h~ltnis 2 :1 schon deutlich ist und ab 5 :1 die Starre-E~ltwicklung er- haupt verhindert. D~s Chlorogens~ure Kali ist Mso wie so viele andere Subst~nzen (Schf i l ler 4) ein Antagonist der Starrewirkung des Coffeins.

2 Naunyn-Schmiedebergs Arch. 191, 696 (1939). -- 3 Ebendu 192, 53 (1939). _ 4 Naunyn-Schmiedebergs Arch. 105, 299 (1925).

* Der Widerspruch mit den ziffernm/~f~igen ErgebIlissen, die in der erstenArbeit mitgeteilt sind, ist nur scheinbar. In dieser wurde das Chlorogensaure Kali-Coffein iu destilliertem W~sser injiziert, in dieser Arbeit abet in 0,7O/oiger KochsalzlSsung. Die friihere Kurve h~t also einen Hypotoniefehler.

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Daneben besteht noeh eine direkte Liihmungswirkung dureh das Chlorogen- saure Kali auf die Kontraktilitiit. Die supplementiiren Zuckungen werden kleiner, was vielleieht eine Kaliwirkung sein kann.

Da im molaren Verhiiltnis der Paarlinge die Starre noch unbeeinflugt ist, ein Kaffeeabsud aber eine sehr deutliehe Starrehemmung zeigt, ist anzunehinen, dag im Aufgul~ yon gerSstetem Bohnenkaffee (tie Ch|orogen- siiure noch im ~bersehul~ vorhanden ist:

B. Novoeain.

N ovocain-H CI ist ein langbekannter Antagonist gegen die Kontraktur- wirkung des Coffeins (Schiiller, ]. c.). Der antagonistische Vorgang wird als ]~olge einer Komplexbildung gedeutet. Die Deutung ist aber umstritten. Systematisehe Untersuehungen variierter Kombinationen der beiden Paarlinge zeigen (Abb. 5 1), dal~ hier im Gegensatz zum Chlorogensauren

Abb. 5. Antagon Jsmus Novoea in }IC.I : ( ' o f fe in in verseh iedemcn molaren Yvr l l i i l tn i sscn :

a ) ln jek t , i on ~,'on 0,15 mg Cof fe imn~ purun l ill [),1 te rn 0 ,7%iger Kochsa lz l i~su l~: 1. h l jek t , i on von Novoea i J t HC I : Coft ' (ql l 1 : I i n 0 ,1 ecru 0 ,7 %i~(+r Na(' l - l ,6sun~ 2. , , , , ,, : ,, 1 : 2 , , 0 ,1 ,, 0 ,7 , , 3. , , , , , , . , , 1 : t , , 0 ,1 , , 0 ,7 ,, 4. , . . . . , : , , 1 : 6 , , 0 ,1 , , 0 ,7 , , 5. , , : ,, ] :10 , , 0 ,1 , , 0 ,7 ,, 6. , , . . . . : , , 1 : 20 , , 0 ,1 , , 0 ,7 , , 7. , , 0 .15 l l lg Co f fe inun l 1) l t r l tn] , , 0 , l , , 0 ,7 . . . .

(Co f fe imnenge s te ts 0 ,15 rag . )

Kali beim molaren Mischungsverh/iltnis die Kontrakturwirkung vSllig ausbleibt. Die Kontraktilitiit, ersiehtlieh aus der Wirksamkeit des Supple- mentiirreizes, b]eibt aber erhalten. Das Coffein durehbricht die Novocain- hemmung erst, wenn seine Konzentration die vierfach molare ist. Maximal, d. h. der verwendeten Coffeindosis quantitativ entspreehend, wirkt das Coffein erst wieder veto molaren Verhiiltnis 1 : 20 ab, was eigentlich gegen die An- nahme eines definierten Komplexes sprieht, und eher diejenige in den Vordergrund schiebt, die auf einen dualistischen Angliff der beiden Komplex- paarlinge hindeutet. Da nach Schi i l ler durch alas Novocain auch die Ent-

Weitere Untersuehungen tiber die Coffeinstarre usw. 85

stehung des Ruhestromes verhindert wird, dieser aber nach jetzt geltenden Ansehauungen (S c h i~ - fer 5) eine Angelegenheit der Membranpermeabili- tilt ist, erscheint nun- mehr die schon friiher vorgetragene Annahme berechtigt, dal~ das No- vocain, wie iibrigens auch das Chlorogensaure Kali, die Membranpermeabih- tgt in irgendeiner Weise beeinflul3t. Die Membran wird nicht vSllig imper- meabel. Erst h6here Kon- zentrationen yon Coffein dringen wieder dutch und linden einenWeg zu dem Muskelglobulin, mit dem sic ja die Starre erzeugen. Es steht nichts im Wege, eine derartige ,,Membran- gerbung" auch fiir die vieIen anderen Substan- zen als Wirkungsursache anzunehmen, die Sch iil- Ier gefunden hat.

C. Coffeindoppelsalze.

Das oben behandelte Chiorogensaure Kali-CoL rein ist eine leicht wasser- 15sliche, echge kristallisie- rende additionelle Verbin- dung des Coffeins. Die echgen, kristallisierenden Salze des Coffeins, wie das Chlorhydrat, Nigrat usw., zerfallen schon beim Auf-

a Schaefer , H.: Elek- trophysiologie, I. Bd. Wien. Verlag Fr. Deuticke, 1940.

Abb. 6.

A. Obere Kurve: in jekt ion yon 0,15rag Coffeii~ in 0 , loom 0,7 %iger KoehsalzlSsung. Unterc Kurvc: In jckt ion yon 0,15 mg Coffein und der iiqui- valenten Menge yon Natr iumeitrat in 0,1 eem physiologiseher KoehsMzlOsung.

B. Obere Kurve: ln jekt ion yon 0,15ing Coffein ill 0,1ecru 0,7 %iger KoehsalzlOsung. Untere Kurve: In jekt ion yon 0,15 illg Coffein und der iiqui- valenten Mengc yon Natriumbenzoat in 0,1 ecru 0,7 %iger Kochsalzlr

C. Obere Kurvc: Injekt ion yon 0,15 mg Coffeinum purum in 0,i ecru 0,7 %iger KoehsalzlSsung. Untere Kurve: In jekt ion yon 0,15 iilg Coffeinum purum und der ~iquivalenten Menge you Kal imnhenzoat in 0,1 eem 0,7 %iger Kochsalzlasung.

86 W. STlC_aUB und R. DOMENJOZ: Untersuchungen tiber die Coffeinstarre usw.

bewahren in ihre Bestandteile, noch mehr abet in w~sseriger LSsung6. Fiir die Zwecke dieser Untersuchung kommen sie also ebensowenig in Frage wie ftir irgendeine praktische Verwendung. Die in der Therapie verwendeten iiblichen sogenannten Doppelsalze des Coffeins mit den Alkahsalzen bestimmter organischer S~uren kristallisieren zwar nicht alle, entsprechen abet hinsichtlieh Best/~ndigkeit und LSslichkeit alien prakti- schen Anforderungen. Wir haben sie untersucht, um festzustellen, ob der 15slichkeitsvermittelnde Salzpartner dieser Verbindungen die Kontraktur- wirkung des Coffeins vergndert. Wit stellten uns molare LSsungen der einzelnen Bestandteile dar oder verwendeten die auf einen Durchschnitts- gehalt yon 40 ~o Coffein gehaltenen Doppelsalze der Pharmakopoe *. Es hat sich he~ausgestellt, da$ diese sogenannten Doppelsalze lediglich entsprechend ihrem Coffeingehalt kontrakturwirksam sind. Die untersuchten organischen S~urepaarlinge erwiesen sic]l als die Kontraktur nieht moclifizierend. Der Alkaligehalt kam hSchstens dann etwas zur Geltung, wenn die organi- schen Kalisalze verwendet wurden (Abb. 6 C, untere Kurve).

Zusammenfassung.

1. Die methodischen Besonderheiten der Coffeinmessung durch dessen Starrewirkung am Muskel des Frosches werden veffolgt.

2. ~uskelmechanisch wird der Einflu6 der Belastung studiert, die mit 20 g direkter Last als optimal befunden wird.

3. Einige Modifikationen der Kontrakturwirkung durch andere Stoffe, wie das Chlorogensaure Kali, Iqovocain HC1 und sogenannte Doppelsalze organischer S/~uren, werden untersucht.

Nacht ragbe i der Kor rektur .

Wit warea in letzter Zeit wegen Froschmange1 gezwungen, die Ver- suche an Esculenten durchzufiihren. Dabei hat sich herausgestellt, da{~ eine Proportionalitht zwischen Muskelgewicht und maximaler Grenzdosis von Coffein besteht. In den friiheren Versuchen wogen die Temporarien- Gastrocnemii etwa 0,5 g. Die jetzt verwendeten Esculenten hatten, ihrem grSl]eren KSrpergewicht entsprechend, einen Gastrocnemius yon etwa 1,0g. Die an Temporarien ermittelte maximale Grenzdosis von 0,15 mg Coffein pro Muskel liegt bei Esculenten bei etwa 0,3 rag. Sonst besteht aber kein Qualit/~tsunterschied der Coffeinwirkung zwischen Esculenten und Temporarien in unseren Versuchen. Dies ist zu beriicksichtigen.

Schmidt, E.: Pharmazeutische Chemie, II. OrgAn. Chemie, 2.Abtlg., S. 1971. * Der Firma C. F. Boehringer u. S~Jhne, Mannheim-Waldhof, sagen wir hiermit

verbindlJchsten Dank for die l~berlassung dieser Pr~psrate.