Arch. exper. Path. u. Pharmakol., Bd. 219, S. 223--233 (1953).

Aus dem Pharmakologischen Institut der Freien Universit~t Berlin.

Der Acetylcholingehalt des Gehirns bei verschiedenen Funktionszust~inden.*

Von HANS HERKEN und DIETHER NEUBERT.

Mit 3 Textabbildungen.

(Eingegangen am 14. Miirz 1953.)

Acetylcholin wurde im Zentralnervensystem von Warmblfitern mit chemischen und biologischen Methoden einwandfrei nachgewiesen. Diese Befunde gaben den AnlaB zu einer grolten Zahl voa Untersuchungen, die sich mit der Bedeutung dieser Substanz ffir den Ablauf zentralnervfser Funkt ionen befa[~ten. Sowohl erregende als auch hemmende zentrale Wirkungen des Acetylcholins wurden beschrieben. Die komplizierte funktionelle Struktur des Zentralnervensystems und die gro~en Unter- schiede in der Empfindlichkeit der verschiedenen zentralen Regionen erschwerten die Deutung der Befunde, so da~ bis heute noch kein end- gfiltiger Beweis vorliegt, ob Acetylcholin ffir Funktionsi~nderungen im Zentralnervensystem die gleiche Bedeutung hat, die O. LOEWI bei seinen grundlegenden Untersuchungen fiber humorale (~bertragbarkeit der Herznervenwirkung entdeckt hat. So war es verst~ndlich, da~ eine Arbeit von D. RICHTER u. J. CROSSLAND viel Beachtung land, in der Zusammenh~nge zwischen Funktions~nderungen des Gehirns und seinem Gehalt an Acetylcholin mi t besonderer lgethodik ermittelt wur- den. Die Verfasser t f t e t en die Versuchstiere durch Einbringen in flfissige Luft, wobei sie den Vorteil des Verfahrens in der schnellen Fixierung des Gehirns und dem damit verbundenen schlagartigen Stillstand aller fer- mentat iven Vorg~nge in den Gehirnzellen sahen.

I m Zusammenhang mit unseren eigenen Untersuchungen fiber die chemische Differenzierung der Wirkung von Krampfgif ten mit Hexa- chlorcyclohexanen (H. HERKEN, H. KEWITZ, I. KLEMPAU, 1952) inter- essierte besonders die Feststellung, da~ RICHTER U. CROSSLAND im Krampfzustand sehr niedrige Acetylcholinwerte des Gehirns fanden. Sie wurden von den Autoren so gedeutet, dab die Synthese des Acetyl- cholins mit dem Verbrauch w~hrend der Kri~mpfe nicht Schritt h~lt. Die Konvulsionen sollen dadurch zum Stillstand kommen, da~ Acetyl- cholin nicht mehr in genfigender Menge zur Verffigung steht. Demnach

* Herrn Prof. Dr. O. LOEWI zum 80. Geburtstage gewidmet.

224 H. HERKEN und D. NEUBERT"

w~re diese l~ber t r~gersubs tanz der Nervener regung fiir das Zus tande- k o m m e n der genera l i s ier ten Kr~mpfe unbed ing t notwendig .

Auf Grund ihrer Acetylcholinanalysen des Gehirns normaler und pathologisch erregter Tiere haben RICHTER U. CROSSLA~I) eine Kurve zusammengestellt, nach der es nicht nur wahrend des Krampfes, sondern auch schon vorher im Laufe eines einige Sekunden anhaltenden Latenzstadiums zu einem voriibergehenden Absinken der Acetylcholinwerte im Gehirn elektrisch geschockter Versuchstiore kommt, Merkwtirdigerweise hat dieser Befund bisher keinen Widerspruch erregt, obwohl die vorliegenden Erfahrungen mit dem Elektroschock an Ratten gegen das Vor- kommen eines solchen Latenzstadiums sprachen. Wir selbst haben dieses Ph~nomen nie beobachten kSnnen.

Bevor au f die eigenen Un te r suchungen fiber den Ace ty leho l ingeha l t des Gehirns naeh E inwi rkung verschiedener K r a m p f g i f t e und des E lek t roschocks e ingegangen wird, schien es notwendig , zuers t die von RICHTE~ U. CROSSLAND benu tz t e Methode, die TStung der Versuchs- t iere mi t flfissiger Luf t , einer l~?berprfifung zu unterziehen. H ie r wird vor al lem die F rage zu b e a n t w o r t e n sein, ob das Arbe i t en mi t flfissiger Luf t die Ausscha l tung f e rmen ta t i ve r Vorg~nge und die E r h a l t u n g des freien Acetylchol ins , au f die es im wesent l ichen a n k o m m t , ga ran t i e r t . Bei der besonderen Geschwindigkei t , m i t der Acety lchol in hyd ro lys i e r t wird, is t die Beeinflussung syn the t i scher Vorg~nge zun~chst yon unter - geordneter Bedeutung . RICHT]~R u. CROSSLAND geben selbst eine Zei t von 4 sec an, um das Gehi rn von R a t t e n au f 0 ° abzukfihlen. Hie rbe i is t es fraglich, ob diese Abkf ih lung ausreicht , um die Cholinesterase des Gehirns vSllig zu inakt iv ie ren . Bei dem gleichen F e r m e n t aus E r y t h r o - cy ten genfigt die Abkf ih lung au f 0 ° nicht , wie wir selbst fests te l len konnten . N u n gehSrt aber gerade die Cholinesterase zu den E n z y m e n , die Acety lchol in mi t ~uBerst hoher Geschwindigkei t hydro lys ie ren .

Yon ROTHENBERG U. ~TACttMANSOHN wurde die Umwandlungszahl fiir eine EnzymlSsung aus elektrisch aktivem Gewebe mit etwa 2 Mill./min angegeben. Sie berechneten daraus, dai3 1 Enzym-Molekfil 1 Molekiil Acetylcholin in etwa 3 - 4 Mikrosekunden spaltet. Auch E. OPITZ hat bei seinen Versuchen darauf aufmerk- sam gemacht, dab mehrere Sekunden notwendig sind, um das Gehirn auf 0 ° ab- zuktihlen. J. CROSSLAND glaubte den Beweis ftir die bessere Eignung der Methode dadurch erbracht zu haben, dab er bei TStung der Versuchstiere mit fltissiger Luft unter bestimmten Bedingungen hShere Acetylcholinwerte im Gehirn normaler Versuchstiere land als bei den ~lteren Verfahren.

D a uns dies auf Grund der eben angef i ihr ten Un te r suchungen un- wahrscheinl ich schien, haben wir vergle ichende Un te r suchungen fiber den Acety lchol ingeha l t normale r Versuchst iere bei A n w e n d u n g der bei- den yon CROSSLAND benu tz t en Methoden un te rnommen .

Unsere Versuche wurden an R a t t e n verschiedener Gewichtsklassen ausgeffihrt . Es wurde jedoch d a r a u f geachte t , dab die Gewichte der Tiere einer Gruppe mSglichst gut f ibere ins t immten. Bei 130 g schweren Tieren schienen uns Abweichungen von ± 7 g, bei 80 g schweren R a t t e n

Der Acetylcholingehalt des Gehirns bei verschiedenen Funktionszust~nden. 225

v o n ± 3 g und bei den Tieren von 40 g e twa ~- 2 g t r agbar . U m die S t reuung der Versuchsergebnisse mSglichst klein zu hal ten , wurden nur solche Versuche ausgewer te t , bei denen sich die Gehi rngewichte der Tiere um weniger als 200 mg unte rsch ieden . Die Versuche an M/~usen wurden mi t Tieren yon gle ichem Gewicht (23 g ) d u r c h g e f f i h r t .

I n der ers ten Versuchsre ihe wurde das Gehi rn nach der D e k a p i t a t i o n aus dem Sch~del herauspr /~par ier t . Hierf i i r benSt ig t m a n bei schnellem Arbe i t en e t w a 15 see. D a n n wird das Gehi rn u n m i t t e l b a r in 10% ige Trichloress igs~ure gebrach t und sehr schnell in e inem geki ih l ten MSrser

bei 0 ° zerr ieben. Die ande re Serie wurde durch E inbr ingen in fliissige Luf t getSte t ,

das gefrorene Gehi rn isoliert und in e inem gekfihl ten MSrser bis zum A u f t a u e n u n t e r Zugabe yon Trichloressigs/~ure zerr ieben oder nach voll- s t and iger Zerk le inerung u n m i t t e l b a r in Trichloressigs~ure yon 0 ° ge- b rach t . Bei der Aufa rbe i tung wurden niemals mehr als insgesamt 4,5 cm a Trichloressigs~ure zugesetzt . I m Arbe i t svo rgang hie l ten wir uns an die A n g a b e n von RICHTER u. CROSSLA~D. Bei den Versuchen mi t flfissiger Luf t be t rug die E x t r a k t i o n s z e i t nach Zugabe der Trichloressigs/~ure 20 rain, bei der a n d e r e n Versuchsserie wurde 2 S td ex t rah ie r t . Diese Versuchsze i ten wurden von den e rw~hnten Au to re n ffir die Gewinnung op t ima le r Ace ty lcho l inmengen aus den Gehi rnen angegeben. Nach dem Abzen t r i fug ie ren der unlSsl ichen Ze l lbes tandte i le und der gef~ll ten P ro te ine geschah die Auswer tung der i ibers tehenden Flfissigkeit . Un- m i t t e l b a r vor der Auswer tung wurden die E x t r a k t e mi t 5~oiger N a O H neut ra l i s ie r t und durch m/15 Phospha tpuf fe r a u f pH 6,8 eingestel l t .

Die Identifizierung des Acetylcholins erfolgte in der iibliehen Weise mit Hilfe biologischer Verfahren. Die aus dem Gehirn extrahierte Substanz liel3 sich durch Kochen bei alkalischer Reaktion zerstSren und durch Cholinesterase hydrolysieren. Naeh vorheriger Zugabe yon Atropin wurde die Wirkung am Meerschweinchendarm aufgehoben. Zur quantitativen Auswertung erwies sich der rectus abdomin, des Frosehes als besonders geeignet (CrIANG U. GADDUM 1933). Dieser Froschmuskel reagiert ebenso spezifisch wie der Blutegel, arbeitet aber bedeutend schneller. Die Empfindlichkeit ist zwar etwa ein Zehntel geringer, reichte aber fiir unsere Unter- suehungen aus. Die in der Extraktionsfliissigkeit enthaltenen Kaliummengen sind zu gering, um die biologische Testung zu stSren.

Eine bestimmte Menge der neutralisierten LSsung wurde nach Zusatz von Eserin (1 : 50000 Endkonzentration) zu je 4 Rectuspr/~paraten gleichzeitig gegeben. Fiir die Auswertung wurden nur solche Versuche herangezogen, bei denen die Aussehl/ige aller 4 Pr~parate eine hinreichende Ubereinstimmung (Abweichung weniger als 10%) zeigten. Die Funktion der Testmuskeln wurde jeweils im Ver- gleich mit bekannten Mengen Acetylcholin gepriift. Die unterste Grenze der Emp- findlichkeit liegt beim Frosehrectus zwischen 0,03 bis 0,1 y Acetylcholinhydro- chlorid in 5 cm a VersuchslSsung. Nach Feststellungen von W. FELDBERG (1948) kSnnen Gehirnextrakte sensibflisierende Substanzen enthalten, die einen zu hohen Acetylcholingehalt vort~uschen. Dies wurde bei den Auswertungen beriicksichtigt und mSgliche Fehler durch vergleichende Untersuchungen mit alkaliseh auf-

226 H. HERKEN und D. NEUBERT:

gekochten und anschliel~end neutralisierten Extrakten, denen bestimmte Mengen Acetylcholin zugesetzt wurden, ausgeschlossen.

Statistische Auswertungen erfolgtea nach dem t-Verfahren. Bei einem Wert yon P ~ 0,0027 ist die Differenz gut gesichert.

Abb. 1 gibt die e rha l tenen Mengen Acety lchol in aus den Gehi rnen normale r I~at ten 2 verschiedener Gewichtsklassen bei Anwendung der bere i ts beschr iebenen Methoden wieder. Die Ergebnisse zeigen eindeut ig , dab die TStung der Versuchst iere mi t flfissiger Luf t ke inen Vorte i l b ie te t .

Gleichzeit ig haben wir den Einfiul~ des Elek t roschockes und des Cardiazols au f den Ace ty lchol ingeha l t des Gehirns gepri if t .

normal Card/azol Elektroschock

1,o

0,s

o d=_+0,2_+0,27 _+0,11_+0.78 e0,17_+0,25 +_012_+0,33 +-0,22-+0,21 +_0,16-+0,35

Zahl # 5 15 15 ~ ~ 2~ 23 ~ 6 9 23

der Yersuchsfiere D Exlrald/on be/0 °nach Dekapitah'on • Extrckt nach T6"lung/'17 flSss/ger Lull

Abb, 1. Acetylcholingehalt des Ge|firns.

Die Auslbsung des Elektroschockes erfolgte nach dem von H. KEWITZ U. H. REINERT beschriebenen Verfahren durch periodische Rechteckimpulse yon 10 msec Dauer und einer Frequenz von.50 Hz. Die Reizdauer betrug 1 sec. Die zangen- f6rmig angeordneten Elektroden wurden am harten Gaumen und in der Mitre des Sch~deldaches angelegt. Bei dieser Versuchsanordnung bekamen alle Tiere mit 12 MA einen ausgepri~gten tonisch-klonischen Krampf. Die Cardiazolkr~mpfe wurden durch intraven6se Injektion yon 40 mg/kg erzielt. Die Tiere wurden auf dem HShepunkt des generalisierten Krampfanfalles get6tet.

Eine Verminderung des Acety lchol ingehal tes im Gehirn w~hrend der Kr/£mpfe konn te in ke inem Fa l l fes tgestel l t werden. Wi r haben diese Er- gebnisse noch durch Versuche an i~lteren Tieren erwei ter t , die n ich t durch fliissige Luf t ge tSte t wurden.

Es war i iberraschend, dab die W e r t e auch bei den Sci l l i ros idkr~mpfen durchaus den normalen entsprachen, obwohl die durch das Gift (0,4 mg/kg) hervorgerufenen Er regungszus t~nde zum Teil 24 S td und l i inger an- hal ten.

Die Vergiftung ist vor kurzem eingehend von E. ROTHLIN u. W. SCHALCH beschrieben worden und verl/~uft mit tonisch-klonischen Krampfaiff~llen, kombi- niert mit Streckkr~mpfen und Drehbewegungen des KSrpers um die L~ngsachse (Rollkrampfe). Wahrend der Krampfintervalle, die etwa 5--10 min dauern, tr i t t

Der Acetylcholingehalt des Gehirns bei verschiedenen Funktionszustiinden. 227

nach vorfibergehender ErschSpfung sehr schnell wieder eine Erregbarkeitssteige- rung auf, so dab geringgradige mechanische oder akustische Reize erneut Krgmpfe auslSsen.

Diese Versuche lieferten also keinerlei Anhaltspui~kte dafiir, dab Acetylcholin im Krampfanfall mehr in Anspruch genommen wird als bei normaler Funktion des Gehirns. Die Ansicht von RICHTER U. CROSS- LAND, dab dig Krgmpfe durch Acetylcholinmangel zum Stillstand kom- men, ist sicher nicht richtig. Hier kSnnte vielleicht der Einwand ge- macht werden, dab die erwghnten Autoren ihre Befunde an sehr kleinen Ratten von 20--30 g Gewicht erhoben haben, wghrend unsere kleinsten

ra=2,g_+ O,*s 2,s_+g,27 2,¢-_.+o,12 z,v_+o,i

2

E/ektro- schock

'lOT/ere' Gew/ch/ der Versuchshere 125-1VOg

Abb. 2. Acetylcholingehalt des Gehirns im ~ormalzustand und bei generalisierten Krgmpfen.

Tiere 40 g wogen. Es erscheint uns wenig fiberzeugend, wenn ein Vor- gang, dem eine erhebliche physiologische Bedeutung zukommen soll, ausschlieBlich bei Tieren in einem Alter yon wenigen Tagen nach- gewiesen werden kann.

Es gibt aber Funktionsgnderungen des Gehirns, bei denen Ab- weichungen vom normalen Acetylcholingehalt nachweisbar sind. Das ist z. B. bei der Narkose der Fall. Hier stimmen unsere Versuchsergeb- nisse mit denen von W. FELDBERG sowie D. RICHTER u. J. CROSSLAND fiberein. Denn die Narkose ffihrt zu einem erheblichen Anstieg von Acetylcholin im Gehirn. Der Grad der Vermehrung ist abhgngig yon der Konzentration des Narkosemittels und der damit verbundenen Tiefe der Narkose. DiGs muB bei der Bewertung solcher Versuche berfick- sichtigt werden.

Diese ErhShung der Acetylcholinkonzentration im Gehirn spricht daffir, dab bei der normalen Funktion des Gehirns laufend Acetylcholin verbraucht wird. Wenn dies der Fall ist, so mfissen sich auch nach In- jektion yon Cholinesterasegiften (0. LOEWI u. E. NAVRATIL) Vermehrun- gen des Acetylcholingehaltes im Gehirn der Versuchstiere nachweisen lassen, da unter diesen Bedingungen das Gleichgewicht zwischen Syn- these und Verbrauch des Acetylcholins gest6rt wird. Bei der bisher be- nutzten Versuchsanordnung muB man sich darfiber im klaren sein, dab hierbei sehr wahrscheinlich nur die inaktive Depotform erfaBt wird, aus

228 H . HERKEI~ u n d D. NEUBERT:

der Each allgemein geltender Ansicht das Acetylcholin im Bedarfsfall freigesetzt wird. IntravenSse Injektion einer hohen Dosis yon 3 mg/kg Eserin ffihrt zu einem ganz erheblichen Anstieg des Acetylcholins im Gehirn. Eine ~hnliche Beobachtung ist mit etwas anderer Versuchs- anordnung yon K. A. C. ELLIOT U. N. HENDERSON gemacht worden.

Die ErhShung der Acetylcholinkonzentration im Gehirn bei der Nar- kose muB aber auf eine andere Ursache zuriickgeffihrt werden, denn Each intravenSser Injektion yon Cardiazol erh~lt man an narkotisierten Tieren auf Grund der Weckwirkung dieser Substanz sofort wieder normale

22 13 11 ~,o~I~ ~,171~

477/9

normal Urefhan Ev/pan

+_~75 +_0,~9 ..+0,116 ±o,6

t = fO,7 P < O, OOO2 *l

t=8,5 P<O, O002 *1

Abb. 3. Acetylcholingehalt des Gehirns bei ~'erschiedenen Narkosen. Gewieht der Versuchstiere 125 g.

(Die Zahlen fiber den Kolumnen geben die Anzahl der Versuehe an.)

2" fher

Werte. Vorbehandlung mit Eserin l~l~t dagegen die Ace- tylcholinwerte Each Cardia- zolinjektion unbeeinflul~t. Es war interessant, dal~ es bei diesen Tieren noch zum Auftreten yon tonischen Kri~mpfen kam. Auch diese Versuche sprechen dagegen, dab Acetylcholin fiir die Ge- nese generalisierter Kramp- fe urs~chlich wichtig ist.

Es schien uns wesent- lich, die Each intraven6ser Injektion yon Eserin er- hobenen Befunde durch

einen Vergleich mit der Wirkung von Prostigmin zu erweitern, das Each Untersuchungen yon Bi~LBRI~O u. BVR~ die Reflext~tigkeit yon Riicken- markpr~paraten in der gleichen Weise beeinfluBt wie Physostigmin. Prostigmin fiihrte gegeniiber Eserin nur eine sehr geringe ErhShung der Acetylcholinwerte des Gehirns herbei.

Zur Erkl~rung der Unterschiede der Wirkungsweise dieser beiden Cholinesterasegifte ist schon h~ufig ihre verschiedene Konsti tut ion herangezogen worden. Physostigmin ist lipoidlSslich und kann somit in die Zellen eindringen, Prostigmin als quatern~re Ammoniumbase wird dagegen nur an den Oberfl~chen der Zellen reagieren. Dies erkli~rt wahr- scheinlich auch die Unterschiede, die wir bei der Testung des Acetyl- cholingehaltes im Gehirn gefunden haben, dessert hShere Werte Each Physostigmin-Injektion als intracelluli~re Stabilisation des Acetyl- cholins gedeutet werden miissen.

Diese Befunde interessierten uns noch aus einem anderen Grunde. In friiheren Versuchen bat ten wir n~mlich gefunden, dab die Hexa- chlorcyclohexane best immte Wirkungen einiger Cholinesterasegifte be- eintri~chtigen oder aufheben kSnnen (CoPIeR, HERKEN U. KLEMPAU, 1951).

Der AcetylcholingehMt des Gehirns bei verschiedenen Funktionszust/inden. 229

Tabelle 1. Acetylcholingehalt desGehirns in F/g nach Einwirkung verschied. Pharmaka.

¢u0 ~7 ,

a~

M : L ~

Eserin Eserin + Urethan Urethan + Prostigmin normal 3 mg/kg Cardiazol Cardiazol

100 mg/kg 1,2 1,3 g/kg 100 mg/kg 1 mg/kg

2,3 5,3 2,6 5,0 2,2 2,4 5,4 2,5 4,8 2,4 2,3 4,8 2,4 2,4 5,2 2,6 5,5 2,5 4,6 2,4 2,3 5,5 2,6 2,4 4,7 2,3 5,3 2,5 5,7 2,7 2,3 4,8 2,4 5,0 2,6 2,4 4,7 2,7 5,0 2,6 2,4 5,2 2,1 5,2 2,5 2,3 5,5 2,7 5,6 2,5 2,3 5,7 2,4 5,5 2,5 2,7 5,4 2,4 5,6 2,5 2,3 2,4 2,6 2,4 2,6

2,4 q- 0,15 5,2 -4- 0,35

t = 37,8 ~P = <0,0002

4,8

4,9

5,3

4,7

5,0

5,4

4,9

3,5 4,2

5,0 4,0

4,2

3,7 3,4 3,2

4,3

4,4 4,7 4,5

4,7 3,5

3,8 3,9

4,0 3,4

3,5 4,0

4,5 4,0

5,0 ± 0,26 4,0 :J= 0,49

t = 1 5 , 5 P = <0,0002

2,3

2,4

2,5

2,3

2,6

2,3

2,3

2,5

2,4-60,11

t = 3,5 P = < 0,001

2,5 2,8

2,2 2,2

2,7

2,6 2,4 3,1

3,0

2,9 2,3 2,6

2,3 3,3

2,7 3,1

2,1 3,0

2,3

2,7 :t: 0,36

230 I~I. I'IERKEN und D. NEUBERT:

Physostigmin und Prostigmin erzeugen bekanntlich nach Injektion hSherer Dosen charakteristische fibrilli~re und fascicul~re Zuk- kungen, die sich fiber die gesamte Muskulatur der Versuchstiere aus- breiten. Nach Vorbehandlung mit dem ~-Hexachlorcyclohexan gelang es, diese Wirkungen des Prostigmins bei mehr als 50% der Tiere auf- zuheben. Beim Eserin war dies nicht mSglich. Diese Versuche schienen uns zur Differenzierung zentraler Wirkungen versehiedener Cholin- esterasegifte geeignet, die durch Hinzunahme der Acetyleholinanalysen des Gehirns erweitert und gesichert werden sollten. Die starke Vermeh- rung des Acetylcholins im Gehirn blieb auch bei den mit Hexachlorcyklo- hexan vorbehandelten Versuehstieren nach Physostigmin-Injektion un- ver~ndert. Es schien daher nicht ausgeschlossen, dab diese einseitige StSrung des Gleichgewichts zwischen Synthese und Verbrauch des Acetylcholins im Gehirn und die sich daraus ergebende Vermehrung des freien Wirkstoffs die hemmende Wirkung der Hexachlorcyclohexane auf die fibrill~ren und fascicul~ren Zuckungen der Muskulatur ver- hindert. In dieser Ansicht wurden wir duch Versuche mit dem p-Nitro- phenyldiiithylphosphat bestiirkt, das von G. SCHRAD~ synthetisiert und yon W. WIRTH in seinem Wirkungsmechanismus als starkes Cholin- esterasegift beschrieben wurde.

Nach subcutaner Injektion yon 0,9 mg/kg p-Nitrophenyldi~thylphosphat (Mintacol) wird ein typisches Vergiftungsbild mit fibrillaren Muskelzuckungen, Beschleunigung der Atmung mit Atemnot und tonisch-klonischen Kr~mpfen beobachtet. Der Tod der Tiere tritt im akuten KrampfanfaU unter den Zeichen schwerer Atemnot ein.

Wir fanden, daB p-Nitrophenyldi~thylphosphat ebenso wie Eserin eine ErhShung des Acetyleholingehaltes im Gehirn vom Warmblti ter er- zeugt. Nach einmaliger Vorbehandlung mit dem ~-Isomeren des Hexa- ehlorcyclohexans ist diese Acetylcholinvermehrung viel geringer. Bei den als resistent bezeiehneten Tieren erreichen die Befunde fast die Normalwerte. Hier blieben auch die eben beschriebenen Vergiftungs- symptome *¢511ig aus, obwohl die injizierte Dosis von 0,9 mg/kg ffir den grSBten Teil der Kontrolltiere tSdlich ist.

Diese Versuche wurden an M~usen vorgenommen, weil sich der antagonistische Effekt der Hexachloreyclohexane gegeniiber Mintaeol an diesem Versuchstier besonders gut demonstrieren l~[~t. Die Herab- setzung der Toxizit~t dieser Substanz fiir M~use durch die Vorbehand- lung mit den chlorierten Kohlenwasserstoffen ist in der n~chsten Tabelle gleichen Versuchen mit Eserin gegeniibergestellt. Der Abstand zwisehen der letzten Hexachlorcyclohexangabe und der Applikation des Cholin- esterasegiftes betrug 4 Tage.

Bei seinen Versuchen hat W. WIRTH darauf aufmerksam gemacht, dab keine wesentlichen Unterschiede im Wirkungsmechanismus der

Der Acetylcholingehalt des Gehirns bei verschiedenen Funktionszustgnden. 231

Cholinesterasegifte Physostigmin und p-Nitrophenyldi~tthylphosphat mit der gebrguchlichen pharmakologischen Methodik festzustellen waren. Auch die Vergiftungsbilder an der Maus wiesen grope Ahnlichkeiten auf. Durch die Acetylcholinanalysen des Gehirns und durch die Vorbehand- lung der Versuchstiere mit Hexachlorcyclohexan wird eine interessante

Tabelle 2. Versuche mit Eserin und Mintacol an Mi~usen (23 g). Acetylcholingehalt des Gehirns in y/g.

M ~ a

Nicht vorbehande l t

Mintacol normal 0,9 mg /kg

1 2

2,3 3,5 2,2 3,5 2,2 3,4 2,1 3,6 2,2 3,4 2,3 3,2 1,9 3,5

2,2 :j= 0,14 3,4 ± 0,15

Eserin 0,Smg/kg

3

3,1 3,0 3,3 2,9 3,2

3,1 :j= 0,16

Spalte 1:2; t = 15,8; P - - < 0,0002 1:3; t ~ 10,2; P = < 0,0002 1:4; t = 4,3; P < 0 , 0 0 1 5 1:5; t = 11,4; P = < 0,0002

Mint,acol

n icht vollk. res is tent resis tent

4 5

Mit a-HCH vorbehande l t

Eser in

6

2,4 2,7 2,5 2,5 2,6 2,4 2,5 2,7

2,5 ~: 0,13

3,0 3,1 2,9 3,2 2,9 3,0 2,8 2,9

3,0 ~= 0,13

3,0 3,3 3,1 3,2

3,2 ± 0,14

Statistische Auswertung nach dem/-Verfahren.

Spalte 2 :4 ; t 12,3; P = < 0,0002 2:5; t = 8,2; P = < 0 , 0 0 0 2 3:6; t 1,0; P - - > 0,2

Tabelle 3. Versuche mit Mintacol und Eserin an Mdusen. (Letzte Dosis Hexachlorcyclohexan HCII - - stets 4 Tage vor Mintacol od. Eserin.)

Art und Menge Zahl der Zahl der Todesf/ille nach . der HCH-Gabe i.p. Erregendes Pharmakon Vcrsuchs- Tiere mit Appl. deserrcgenden

tiere Kriimpien Pharmakons

300 mg/kg ~-HCH

200 mg/kg fl-HCH nach 4 T~gen 280 mg/kg a-HCH

200 mg/kg fl-HCH nach 4 Tagen 280 mg/kg ~-HCH

Mintacol 0,9 mg/kg s.c.

Mintacol 0,9 mg/kg s.c.

Mintacol 0,9 mg/kg s.c.

Eserin 0,5 mg/kg s.c.

Eserin 0,5 mg/kg s.c.

22

12

9

18 18

0 0

0 0

232 ~'I, HERKEN und D. ~EUBERT:

Unterscheidung der cerebralen Wirkungen dieser Cholinesterasegifte er- reicht, die bisher nicht bekannt war. W. F~LDBE~G (1950) hat verschie- dene Argumente daffir angeffihrt, dab Eserin in best immten Dosen nur bei gleichzeitiger Anwesenheit yon Acetylcholin biologische Wirkungen erkennen l~Bt. Diese Ergebnisse reichen aber nicht aus, um die Unter- schiede in den Wirkungen der Cholinesterasegifte auf den zentralen Acetylcholinstoffwechsel zu erkl~ren, der auf Grund der Befunde mit Hexachlorcyclohexan nicht gleich sein kann.

Ein Tell der nach Einwirkung yon Physostigmin und p-Nitrophenyldi~thyl- phosphat beobachteten Vergiftungssymptome ist sicher peripheren Ursprungs. Die Atemnot, die als Folge der Bronchoconstriction auftritt und in vielen F~llen als unmittelbare Todesursache angesehen werden kann, wird yon W. WIRT~ wohl mit Recht als periphere Wirkung gedeutet. Dies gilt sehr wahrscheinlich auch ffir die fibrill~ren und fascicul~ren Zuckungen der Muskulatur, die einige Tage nach Durchschneiden des den Muskel versorgenden Nerven ausbleiben, nachdem die Nervenfasern ihr Acetylcholin verloren haben und neue (~bertr~gersubstanz nicht mehr synthetisiert werden kann {W. F~LDB~RG, 1950).

Unsere bisherigen Versuche haben ergeben, daI~ der Angriffspunkt der Hexachlorcyclohexane in supratentorial gelegenen Abschnitten des Vorderhirns zu suchen ist (HERKEN, MONNIER, COPER U. LAUE, 1952). Die krampfhindernden Wirkungen wurden durch Decerebrierung be- seitigt. Ebenso konnte an Rfickenmark-Reflexpri~paraten bei Tieren, die mit Hexachlorcyclohexan vorbehandelt waren, keinerlei ~nderung der Refiexti~tigkeit nachgewiesen werden (H. HERXE~, H. KEWITZ u. I . KLE~PAU, 1952). Die Verminderung der Toxizit~t des Mintacols und des Prostigmins durch die Hexachlorcyclohexane ist daher auch nicht durch einen atropin~hnlichen Wirkungsmechanismus zu erkliiren, zumal die Toxizit~t des Carbaminoylcholins (Doryl) ebensowenig wie die des Physostigmins durch die chlorierten Kohlenwasseerstoffe beeinflul~t wird. Ganz abgesehen davon, dal~ sich die Hexachlorcyclohexane auch noch durch die ungewShnliche Dauer ihrer Wirkung vom Atropin unter- scheiden. Das Ausbleiben jeglicher Vergiftungssymptome nach Injek- tion tSdlicher Dosen des p-Nitrophenyldi~thylphosphats bei den vor- behandelten Tieren l~Bt daher die besondere Bedeutung des cerebralen Acetylcholinstoffwechsels ffir das Zustandekommen vegetativer und motorischer Regulationen erkennen. Mit Hilfe der Hexachlorcyclohexane lassen sich neue Wege fiir das Studium zentraler Wirkungen cholin- ergischer Pharmaka erschliel3en, die fiir das Zustandekommen physio- logischer Reaktionen des peripheren Nervensystems wichtig sind.

Zusammenfassung. Bei der Bestimmung von Acetylcholin im Gehirn yon Rat ten bietet

die TStung der Versuchstiere mit flfissiger Luft keinen Vorteil gegea- fiber den iilteren Verfahren, bei denen das Gehirn nicht gefroren wird.

Der Acetylcholingehalt des Gehims bei verschiedenen Funktionszust/inden. 233

E i n Abs inken der Ace ty lcho l inwer te des Gehirns konn te weder im E lek t roschock noch bei Card iazo lkr i impfen beobach te t werden. Der Ace ty lcho l ingeha l t des Gehirns wird auch bei den lang a n h a l t e n d e n Sci l l i ros idkrgmpfen auBerordent l ich k o n s t a n t gehal ten .

I n der Narkose is t der Ace ty lcho l ingeha l t s t a rk erhSht . Der gleiche Befund wird nach in t ravenSser I n j e k t i o n yon Eser in erhoben. Beide Vorggnge h a b e n einen verschiedenen Wi rkungsmechan i smus . Durch Card iazo l in jek t ionen lgBt sich der cerebrale Ace ty lcho l ingeha l t nur bei den na rko t i s i e r t en Tieren normal is ieren. Die Ergebnisse sprechen dafiir , dab bei der normalen Geh i rn funk t ion laufend Ace ty lcho l in ve rb r a uc h t wird. P ros t i gmin erzeugt nur eine geringe ErhShung der Acety lchol in- wer te des Gehirns.

p - N i t r o p h e n y l d i g t h y l p h o s p h a t erhSht den Ace ty lcho l ingeha l t des Gehirns in gleichem AusmaB wie Eser in . Durch Vorbehand lung mi t einigen Hexach lo rcyc lohexanen lassen sich die nach Verabre ichung von p - N i t r o p h e n y l d i g t h y l p h o s p h a t au f t r e t enden Verg i f tungssymptome bei dem grSBten Teil der Versuchst iere (MiSuse) vSllig besei t igen. Auch die Ace ty lcho l inwer te des Gehirns werden d a d u r c h beeinfluBt. Die gleiche Vorbehand lung h a t keine W i r k u n g au f die Vergi f tung m i t Eser in ; de r zent ra le W i r k u n g s m e c h a n i s m u s be ider Chol inesterasegif te muB ver- schieden sein.

Die verg le ichenden Versuche mi t Eser in und Mintacol an normalen und vo rbehande l t en Versuchs t ie ren s tel len die besondere Bedeu tung heraus , die der cerebrale Acetylchol ins toffwechsel fi ir das Zus tande- k o m m e n vege ta t i ve r und motor i scher Regu la t ionen hat .

Fiir die ~berlassung des Scillirosid danken wir Herrn Prof. Dr. E. ROTHLIN fiir das p-Nitrophenyldiathylphosphat Herrn Prof. Dr. W. WmTm

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Prof. Dr. HANS HERK~.~, Pharmakol. Institut der Freien Universit~t Berlin. A r c h . exper. Path. u. Pharmakol., Bd. 219. 16