(Aus dem Physiologischen InstRut der Universit~t Leipzig.)

Polarisierbarkeit und Permeabilit~it der Froschhaut. Von

II. 6erstner. Mit 4 Textabbfldungen.

(Eingegangen am 27. Miirz 1939.)

KSnnten wit das lebende Gewebe in seinen Eigenschaften als Elek- trizit/~tsleiter als homogene ElektrolytlSsung auffassen, so mfiBte es sieh praktisch wie ein rein Ohmscher Widerstand W verhalten. Bei Anlegen einer konstanten Gleichspannung E sollte sich sehr schnell ein Strom I yon der GrSl~e E/W ausbilden, und bei Wegfall der Spannung sollte er sofort wieder versehwinden. Der Versueh lehr~ aber ein anderes Ver- halten. In einer sehr kurzen Zeit naeh Anlegen der Spannung (bis etwa 10 -6 sec) fliel3t ein verh/~ltnism/~Big starker Strom, der aber rasch auf ungef/ihr 1/10 seiner ursprfinglichen GrSl]e absinkt, um diesen neuen Wert je nach den Versuchsbedingungen ftir eine l~ngere Zeit mehr oder weniger konstan* beizubehalten. Bei Wegnahme der Spannung zeigt sich erneut ein solcher Stromstol~, der abet diesmal gegen die urspriing- lithe Stromrichtung erfolgt. Die beschriebenen Erscheinungen sind als Polarisations- bzw. Depolarisationseffekt bekannt. Worauf beruht nun das yon einem rein Ohmschen Widerstand abweichende Verhalten ? Besonders durch die Gildemeisterschen Untersuchungen ist eine LSsung des Problems angebahnt worden. In die ElektrolytlSsung sind die Zell- grenzfl~ehen als Membranen eingeschaltet, die fiir Anionen und Kationen in sehr verschiedenem Grade durchl~Lssig sind, d. h. die mehr oder weniger ionensemipermeabel sind. Nach der Nernst-Riesen/eldschen Auffassung mul~ nun ein elektrischer Strom eine Konzentrations/~nderung des Elektrolyten an den Membranen herbeiffihren, deren Potential der an- gelegten Spannung entgegengeriehtet ist. Die Einschaltstromzacke stellt also die Elektrizit/~tsmenge dar, die verbraucht wird, um das Konzen- trationsgef/~lle aufzubauen, der Depolarisationsstol] dagegen die Elektri- zit/~tsmenge, die beim Ausgleich des Gef/illes wieder frei wird. Im statio- n/~ren Zustand wird nun ein Tell der angelegten Spannung durch das entgegengerichtete Potential kompensiert, so dal~ der Strom stets kleiner ist, als man naeh dem Ohmsehen Gesetz erwarten sollte. Die GrSl~e der auftretenden Gegenspannung ist aber bei sonst unver/~nderten Be- dingungen eng mit der Ionendurehl/~ssigkei~ der Membranen in dem Sinne verknfipft, dal~ mit wachsender Permeabilit/~t die Polarisationsspannung abnehmen muB. In der vorliegenden Arbeit soll eine experimentelle

Pf l i igers A r c h . f . d . ges . P h y s i o l . B d . 242. 8

114 H. Gerstner:

PrfiIung dieses Zusammenhanges mitge~eit~ werden. Als MaB der Per- meabiliti~t n a h m e n wit die Durchls der Froschhaut fiir Rhodan . ionen, die GrSfle der Polar i sa t ionsspannung wurde in der fiblichen Weise aus stationi~ren Gleichs~rom- u n d Wechselstrommessungen hSherer Fre- quenz ermit te l t (vgl. L u l l i e s l ) .

Methodik. Die gr6Bte Schwierigkeit bei jeder Gleichstrommessung bereitet die Wahl ge-

eigneter Elektroden. In unserem Falle waren ~olgende Bedingungen zu stellen: 1. Geringer Widerstand und kleine Polarisierbarkeit, um die MeBgenauigkeit

nicht zu stark herabzudriicken. 2. Die Polarisation, die nie ganz zu vermeiden ist, muBte rasch verlaufen, so

dab nach spatestens 1/~ Min. ein konstanter Widerstandswert erreicht wurde,

[ s Abb. 1. A~ordmmg der Kalomelelektrode: I Queck-

silber, I I Ringer, Kalomel, Chinhydron, I I1 Cellophanfenster, I V Ringer, ~z Froschhaut.

der bei eincr Stromdauer yon einigen Minuten unver~ndert b]eiben und wi~hrend einiger Stunden genau reproduzierbar sein muBte.

3. Die Stromspannungscha- rakteristik der Elektrode muBte geradlinig sein.

4. Die Anordnung der Anode und Kathode sollte vSllig sym- metrisch sein, um Gleichrichter- effekte seitens der Elektrode mSglichst zu vermeiden.

5. Die Stromdichte duffte in unserem MeBbereich keinen merkbaren Einflul3 auf den Elek~rodenwiderstand haben.

6. Fiir Wechselstrommessungen galt als Bedingung: Praktisch frequenz- unabhi~ngiger Wirk- und mSglichst kleiner Blindwiderstand, d.h. groBe Serien- kapazit~t, damit diese gegen die Kapazitgt des Me~objektes vernachli~ssigt werden konnte.

7. Die Haut durfte mit sch~dlichen Elektrodenbestandteilen nicht in Be- riihrung kommen.

Die gestellten Bedingungen wurden von folgender Anordnung weitgehend effiillt (vgl. Abb. 1):

Uber zwei Quecksilberfl~chen yon je 6 • 6 cm 2 befand sich eine mit Kalomel und Chinhydron ges~ttigte Ringerl6sung, der einige Tropfen 1/x 0 n/HC1 zugesetzt wurden. Von diesen Elektrodenrgumen war der eigentliche MeBraum, der mi~ reiner RingerlSsung geffillt war, dt~rch Cellophanfenster abgetrennt. Den Me~raum teilte eine isolierende Zwischenwand, die eine Bohrung fiir die Aufnahme des MeB- objektes enthielt, symme~risch. Die Froschhaut wurde auf ein diinnes Rohr von 11,3 mm Durchmesser aufgebunden und dlcht in die Bohrung der Zwischenwand eingefiigt. Alle hier gemachten Angaben beziehen sich also auf I cm 2 Froschhaut.

Die Eigenscha/ten der Elektrode zeigen folgende ~essungen ohne Pr~parat: Der Gleichstromwiderstand betrug bei einer Belastung bin zu 2 �9 10 -~ mA und bei 18 0 C Zimmertemperatur konstant 116 Ohm; er war yon der Stromrichtung unabh~ngig. Die Stromspannungscharakteristik der :Elektrode war deshalb eine Gerade, die durch den Nullpunkt des Koordinatensystems ging. Die Polarisation erfolgte

Lullies, H . : Abde:'haldens Handbuch der biologischen Arbeitsme~hoden, Bd. V, 5. 2,. II.

Polarisierbarkeit und Permeabilit/~t der Froschhaut. 115

so raseh, dal~ die dazu nStige Zeit l~leiner war als die Einstellzeit unseres Strom- mel3instrumentes. Der Weehselstromwirkwiderstand betrug bei 2000per/see 79,5 Ohm, die Kapazit/~t 73,6/~F, d. h. sie konnte gegen die Kapazitgt der Frosch- haut (etwa 1/zF) vernachl/~ssigt werden. Den Frequenzgang der Mei3grOBen zeigt Tabelle 1.

Bei einer Anderung der Frequenz um drei Oktaven/~ndert sigh der Wirkwider- stand um 1,4%. Die Kapazit/~t w/~chst mit fallender Schwingungszahl etwas schneller an, als aus dem Warbu~y- schen 1 Gesetz ftir reine Konzen- trationspolarisa~ion folgt.

Wghrend t ints Versuchstages /mderte die Elektrode ihre Eigen- schaften nicht merklich, nach lgnge- ren Zeiten dagegen trat eine deut- liche Verschlechterung ein. Durch erneutes Zusetzen einiger Tropfen Salzs/~ure konnte sie aber leieht wie- der regeneriert werden. Jede Woehe

T a b e l l e 1.

Wirk- Kapazit~t C Frequenz wi4erstand ]/~. 10 ~ per/see Ohm ~F

3200 1600 800 400

79,1 79,4 79,7 80,2

66 9,3 97 9,7

155 10,9 255 12,8

wurde das Quecksilber gereinigt und die LSsungen neu angesetzt. Ein grol~er Vor- teil der Elektrode ist ihre Unsch/~dlichkeit wegen der geringen WasserlOsliehkeit des Kalomels und ihr niedriger Widerstand.

Die Gesamtschaltung war folgende: Aus Akkumulatoren wurde die Spannung fiber einen Spannungsteiler (Ruhstratdekadenwiderstand) entnommen und ge- messen. Danach wurde sie noehmals im Verh/~ltnis 1 : 100 geSeilt und dem eigent- lichen MeBkreis (Galvanometer und Elektroden in Serie) zugefiihr$. So war es mSglich, aueh kleine Gleiehspannungen noeh genau zu messen.

Alle Spannungsangaben in der Arbeit beziehen sich auf die Haut selbst, d. h. die abgelesene Spannung wurde entsprechend dem Teilungsverh/~ltnis durch 100 divi- diert und der Abfall an den Elektroden, dem Galvanometer und sonstigen Wider- st/~nden beriieksichtigt.

Die Wirk-Blindwiderstandsbestimmungen wurden in einer yon uns entwickelten TonfrequenzmeBbriieke, die an anderer Stelle beschrieben werden soll, durch- geftihrt.

Die Versuche fanden vom Herbst 1938 bis zum Frfihjahr 1939 mit Eskulenten start. Die Zimmertemperatur betrug 180 C. Die Bauchhaut je eines Tieres wurde halbiert. Die eine H/~lfte wurde in der besehriebenen Weise zu den elektrischen Messungen verwandt, die andere zur Bestimmnng der Rhodandurchl~issigkeit. Dazu wurde sie auf ein Glasrohr yon 11,3 mm innerem Durchmesser, mit der AuBenseite nach au~en, aufgebunden, das danach mit 2 ccm l~inger gefiillt wurde. Dann wurde dieser Zylinder in 50 Gem einer 1/10 n NatriumrhodanidlSsung gesetzt. Nach 2 Stunden wurde die durch die Haut in die RingerlOsung tibergetretene Rhodan- menge nach Zusatz yon Ferrichlorid kolorimetriert. Auf diese Weise erhielten wit fiir jedes Tier eine Reihe elektrischer MeBgrSl~en und die Durchlassigkeit ftir Rhodanionen, die miteinander verglichen werden konnten.

Ergebnisse .

I . Die Stromspannungskennlinie zwischen - - 3 0 und - -30 inV.

E i n r e in Ohmscher W i d e r s t a n d k a n n du rch e ine K o n s t a n t e , n ~ m l i c h den Q u o t i e n t e n aus de r zwischen se inen E n d e n h e r r s c h e n d e n S p a n n u n g s - d i f fe renz u n d d e m d a d u r c h b e d i n g t e n S t rom, c h a r a k t e r i s i e r t werden .

1 Warburg, E.: Ann. Physik (4) 67 493 (1899).

8*

116 H. Gerstner:

Fiir die Hau t gilt das, wenigstens bei h6heren Spannungen, sicher nicht mehr. Hier ist dieser Quotient (der scheinbare Gleichstromwiderstand) eine komplizierte Funktion der Zeit (n~ch 1 Min. mil~t man einen anderen Weft als nach 10 Min.), der angelegten Spannung (mit wachsender Spannung nimmt der Quotient ira allgemeinen ab) und der Vorgeschichte (mif3t man yon kleinen zu grSl3eren Sparmungswerten fortsehreitend, so ergeben sich andere Werte Ms umgekehrt: Hysterese). Diese Verhalt- nisse sind yon Gildemeister 1 ffir die menschliche Haut eingehend unter- sucht und dargestellt worden, gelten aber auch fiir die Froschhaut (Gal. let ~, Gildemeister3).

Fiir unsere spezielle Fragestellung ergab sich daraus die Schwierig- keit, ein einfaches Gleichstromcharal~eristikum fiir jedes Pr~paraf zu finden. Nun ist bekannt, dab die Labiliti~t des ,,seheinbaren Gleiehstrom- widerstandes" mit sinkender MeBspannung ~bnimmt, und wir unter- suchten deshalb zunachst diese Verh~ltnisse genauer.

Das frisch hergestellte Hautpr~para t zeig~ eine erhebliche Po~en~ial- differenz bei Ringer-l~ingerableitung zwischen Au~en- und Innenflache, die innerhalb der ersten Vier~elstunde h~ufig noch w~chs~, durch ein Maximum yon mehr Ms 30 mV geht, and die dann ira Laufe einer Stunde auf ungefi~hr 3--5 mV absink~, um sich wi~hrend einiger Stunden nur noch wenig zu ~ndern. Die wahre Gr5Be der PotenfiMdffferenz konnte nicht gemessen werden, da unser Mei3kreis nur einen Widerstand yon etwa 1000 Ohm besM]; sic spielte abet fiir unsere Fragestellung keine ]~olle. Dieser typische Verlauf konnte bei allen 30 normMen Pri~paraten festgestellt werden, wenn auch die einze]nen GrSl~en individuelle Schwan- kungen zeigten. Stets war die Innenseite posifiv gegen die Aul~ensei~e, der Ruhesfrom also einsteigend. Diese Befunde stimmen mit den An- gaben der i~lteren Literatur (Zusammenfassung bei Gildemeister 4) und der neueren Untersucher gut fiberein (Hu/5 , A m s o n s, Mo tokawa r u. a.).

Leuthard und Zeller s fanden einen etwas anderen zeitllchen Ver- ]auf des BestandpotentiMs. In ihren Versuchen blieb es fiir mehrere Stunden konstant auf 20--70 inV. ' A m s o n dagegen beschreibt das gleiche Absinken wie wir. Diese Abweichung diirfte auf der niederohmigen i~ul3eren Ableitung beruhen, wodurch die PotentiMdifferenz sich ]eicht ausgleichen kann. Dafiir sprich~, dab nach Unterbrechen des i~ul~eren Kreises fiir einige Minuten das Bestandpotential wieder hShere Werte zeigt.

Wit bezeiehnen die einsteigende Stromrichtung als die positive, d. h. eine fremde Spannungsdifferenz liegt im positiven Sinne an der Haut ,

1 Gildemeister, M. : Elektrotechn. Z. 1919, It. 3 8 . - Handbuch ffir die normMe und pathologische Physiologic, Bd. 8, S. 657 f. -- ~ Galler, H.: Pflfigers Arch. 149, 156 (1912). -- 3 Gildemeister, M.: Pfliigers Arch. 149, 38g (1912). -- 4Gildemeister, M.: ttandbuch fiir die normMe und pathologisehe Physiologic, Bd. 8, S. 766 f. --

Hu[, E.: Pfliigers Arch. ~85, 655 (1934). -- 6 Amson, K.: Pflfigers Arch. 225, 480 (1930). -- ~ Motokawa, K.: Jap. J. reed. Sei., Trans. Biophysics 1988, 67. -- s Leuthardt, F. u. A. Zeller: Pfliigers Arch, ~84, 369 (1934).

Polarisierbarkeit und Permeabilitat der Froschhaut. 117

wenn sie einen eins~eigenden Strom erzeugL ihr Pluspol also an der AuBenfl~ehe liege. In diesem FMle ist die Haut, als EMK mi~ hohem inneren Widerstand aufgefal~t, mi~ der angelegten Spannung gleichsinnig geschalte~. Als ~ullpunk~ ffir die Strommessung wurde der jeweils flieSende l~uhestrom gew/~hlt, und alle Stromangaben der Arbei~ sind deshalb berei~s urn den Betrag des l~uhes~romes korrigiert worden. An der graphischen Dars~ellung ist des daran erkenn*lich, des ffir E = 0 auch I = 0 ist. Dieses Verfahren war zul/tssig, da tier Ruhestrom naeh der ersten Stunde genfigend konstan~ blieb und auch nach Wegnahme einer angelegten Fremdspannung sich wieder auf seinen al~en Weft einstellte.

Kurz naeh Anfertigen des Pr/~parates ist tier ,,scheinbare Gleiehstrom- widerstand" auffallend niedrig, er nimm~ aber im Laufe der ersten Stunde rasch zu, um dann einen fiber mehrere S~unden sehr konstanten Weft zu erreichen. Er verh/~lt sich also ungef/~hr spiegelbildlich zum zeitlichen Verlauf des BestandpotentiMs.

In den ersten 30--60 Min. nach Anfer~igen eines Pr/~parates seheinen sich in der Froschhaut tiefgreifende Ver/~nderungen abzuspielen, die sich in der verschiedensten Weise/~uSern. Gegenfiber den Verh~ltnissen nach 1 Stunde finder man in diesem Zeitraum eine erhShte Durchl/~ssig- keit ffir Wasser, Farbstoffe, Elel~trolyte, eine erhShte Serienkapazit/~L einen s~arken Ruhestrom und einen niedrigen Gleichstromwiderstand. Alle diese Befunde scheinen darauf hinzudeuten, dab in der Haut ein Abdichtungsproze$ vorgeht, tier nach 1 Stunde praktiseh vollendet is~. Deshalb is~ es zweckm/~$ig, Messungen, bei denen es auf konstan~e Werte ankommL ers~ nach dieser Zeit vorzunehmen.

Unter den beschriebenen Bedingungen aufgenommen, ist die Kennlinie der Frosehhau~ zwischen - - 3 0 und + 30 mV nahezu eine Gerade, die durch den :~Nullpunk~ des Koordina~ensystems gehL d .h . die t t au t ~er- h~l~ sich im station/~ren Zus~and praktisch wie ein reiner Widerstand und folg~ ziemlich streng dem Ohmschen Gese~z. Die Abweichungen yon der GeradJinigkeit w a r e n so gering, dab sie in die Mel]genauig- keit fielen. Aul~erdem lagen die Mel~punl~e ffir gleieh grol~e posi- tive und negative Spannungen vSllig symme~risch, so des in diesem Bereieh keinerlei richtungsbeding~er Un~ersehied der Lei~f/~higkei~ fes~- stellbar war. Nach Anlegen einer Spannung stellte sich berei~s innerhalb der Eins~ellzeit unserer Mel]anordnung ein kons~an~er St-romwer~ ein, der sich selbst bei einer Beobaeh~ung fiber 5 Min. nich~ merklich/~nder~e. Von tier auBerordenthehen Labilit/~t des ,,scheinbaren Gleichs*rom- widers~andes" bei hSheren Stromdichten und der dadureh beding~en Unfibersiehfliehkei~ ist also bier nichts zu sehen. Dadurch is~ es mSglieh, jedes Pr/~para~ in einfachster Weise dureh eine Kons~an~e, n/s den Quo~ien*en aus angeleg~er Spannung und dem dadurch bedingten Strom (wir wollen sie der Einfaehhei~ hMber den Gleichstromwiders~and nennen), zu kennzeichnen.

118 H. Gerstner:

Abb. 2 zeigt die Kennlinien yon 9 verschiedenen Tieren (einige fallen zusammen), die 2 Stunden nach Anfertigung des Pri~parates aufgenommen wurden. Zu beachten ist, dab Strom und Spannung in verschiedenem Mal]sCab dargestellt sind, um die (~bersiohtlichkeit zu wahren. Der untersuchte Spannungsbereich entspr icht also Stromdichten yon un- gefi~hr - - 2 . 1 0 -~ mA bis ~ - 2 . 1 0 -2 mA/cm 2 oder - - 2 0 bis -~ 20/~A/cm 2.

�9 3. 70 -~m,A 86

z~s 1

i I , l

10 zo~l/'

Abb . 2. K e n n l i n i e n y o n 9 F r o s e h h a u t p r ~ p a r a t e n (einige f a l l en z u s a m m e n ) . P o s i t i v e W e r t e b e d e u t e n e ins te igende R i c h t u n g ,

An 20 verschiedenen Tieren ergaben sich so Gleichstromwiderst~nde, die zwischen 800 und 2000 Ohm/cm 2 lagen. M o t o k a w a 1 gibt fiir ein Pr~- para t (Rana nigromaculata) bei 30 l tA /1 ,13 cm 2 einen Widerstand yon 1666 Ohm bei Ringer-Ringerableitung an (S. 226), auch land er unter diesen Bedingungen keinen Unterschied in der Leitfiihigkeit in beiden St-romrichtungen. Die Befunde stimmen also gut fiberein.

Nach der in der Einlcitung entwickelten Anschauung miissen wir nun den Gleichstromwiderstand als eine komplexe Gr6Be auffassen, die sich aus dem eigentlichen Leitungswiderstand des Gewebselek~rolyten und aus einer im Gewebe entstehenden Gegenspannung zusammensetzt.

1 Motokawa, K. : Jap. J. reed. Sci., Trans. Biophysics 1988, 211.

Polarisierbarkeit und Permeabiliti~t der Froschhau~. 119

P e r , ,wahre W i d e r s t a n d " k a n n durch Wechse ls t rommessungen bei hSherer F requenz mi t gu te r Anni~herung e rmi t t e l t werden. W i r benu tz t en 2000per /sec (wegen der gu ten akus t i schen AhgleichmSgl ichkei t der Brfieke), nachdem wir uns in ausgedehnten Versuchsreihen (nicht ver- 5ffentlieht) davon f iberzeugt ha t t en , dab bei ErhShen der Frequenz der W i r k w i d e r s t a n d nur noch u m wenige Prozent abn immt . I )e r Wechsel- s t romwider s t and lag bei den erwi ihnten 20 Tieren zwischen 60 und 100 Ohm, d . h . er is t 10 - -20mal kleiner als der Gle iehs t romwiders tand . Bes i tz t m a n yon e inem Pr / ipa ra t beide Widers t / inde , so is t es leicht m6glich, die Gegenspannung e zu ermi t te ln . Es gi l t naml ich :

I - E - - e (vg]. Hermann 1, Gildemeister ~, I = Gleichstrom, E angelegte R

Gleiehspannung, R = Wechselstromwiderstand). Daraus folgt:

i. s = E--IR.

Da sich aber die Haut in unserem Bereich wie ein Ohmscher Widerstand ver- b&it, gilt auBerdem:

2. E ~ IW (W ~ Gleichstromwiderstand). Aus 1. und 2. folgt:

s = IW - - IR. 3. e = I ( W - - R ) .

Die in der I-Iaut im station~ren Zustand entwickelte Gegenspannung ist also der Stromdichte proportional, da W, R und die durehstr6mte Fl~ehe konstant sind.

Fiir die Gegenspannung in Prozent der angelegten Spannung ergibt sieh naeh 3. :

s W - - R R E -- I/E " (W - - R) -- W - - 1 - - ~ - .

R o 4. e = 100 ( 1 - - ~ ) %.

I n dieser Weise berechnet , e rgeben sich fiir die 20 erw/ihnten Pr~- p a r a t e Gegenspannungen zwisehen 9 0 - 9 6 % der angelegten Spannung. Die W e r e l iegen also bet-r~chtlieh hSher als die yon Galler bei einigen Volt gefundenen (etwa 50%), was auch verst~indlieh ist, da die Gegen. spannung mi t fa l lender S t romdich te verh~iltnism/~ltig w/~chst. Da unseres Wissens an der Froschhau~ in dem yon uns un te r such ten Bereich noch keine en t sprechenden Unte r suchungen vorl iegen, wollen wir das Er - gebnis mi t den Befunden an der mensehl iehen H a u t vergleichen. David a l and 8 , 3 . 1 0 - 6 s e e naeh U n t e r b r e e h e n des polar is ierenden Stromes (Spannung 2 V) noeh eine Gegenspannung yon 90%. Strohl ~, der eine genaue zeit l iche Unte r suchung der Polar i sa t ionszacke be im Einsehal t - Vorgang durchff ihr te , k o m m t zu W e r t e n yon m a x i m a l 97,5%. Aus der Hozowaschen ~ Arbe i t fiber die E inscha l tzacke ergib~ sich ein Verh~iltnis des Anfangswiders tandes zum W i d e r s t a n d im s ta t ion~ren Zus t and wie

1 Hermann, L.: Pfltigers Arch, 42, 1 (1888). - - 2 Gildemeister, M.: Pfliigers Arch. 149, 389 (1912). - - a David, E.: Pflfigers Arch. 195, 101 (1922). -- 4 Strohl, A.: La conductibilit6 61ectrique du corps humain. Paris 1925. - - 5 HSzowa, A.: Pfltigers Arch. 219, 121 (1928).

120 //. Gers~ner:

Ungef/~hr 1 zu 10, d .h . yon derselben Gr6Benordnung, wie sie die yon uns bestimmten Werte ffir Wechsel- and Gleiehstromwiderstand zeigen.

II . Elektrische MeflgrSflen und Rhodandurchldssigkeit. In einer Versuehsreihe yon 14 Tieren bestimmten wir nun in der vorn

angegebenen Weise die in 2 S~unden durchgetretene Menge der Rhodan- ionen, den Gleichstromwiderstand 2 Stunden naeh Anfertigung des Pr~- parates in dem oben klargelegten engeren Sinne und die Weehselstrom- werte fiir 2000 per/see ffir jedes Tier g]eichzeitig. Tabelle 2, die nach steigender Rhodandurchl/~ssigkeit geordnet ist, zeigt das Ergebnis:

Tabelle 2. l

Ver- such

Nr.

19 0,02 22 0,02 11 0,02 18 0,04 12 0,05

10 0,06 20 0,06

9 0,07 23 0,08

6 0,10 8 0,11 7 0,15 5 0,22

21 0,25

I n 2 S tunden durch - I

getretenes ] Ge- NaCNS ] schlech

ms

?

3 c~

~ 3 ~ - I_! wide,stand I s~

1965 1890 1285 1750 1148

2185 1348 990

1080 958 780 812 677

546

~egel E~unu

%

95,7 95,2 94,2 95,7 95,7

93,2 94,6 91,1 93,5 92,3 90,3 91,3 91,3

83,9

2000 per/see

Wirk- ] t~apazit~t widerstand (Serien)

Ohm pF

84 90 75 75 49

87 73 88 ~0 74 76 71 59

88

~r163 Ruhes t rom

3.10-4 m&

1,410 > 100 1,030 > 100 1,088 > 100 1,499 > 100 1,655 nicht

gemessen 1,262 100 1,499 70 1,457 58 1,085 60 1,177 > 100 1,360 32 1,495 36 1~583 nicht

gemessen 1,270 20

Die Rhodanwerte ]assen eine ziemlich starke individuel]e Schwan- kung erkennen, die in keinem sicheren Zusammenhang re_it dem Ge- sehlecht des Tieres steht, t_~ber die Grfinde dieser Streuung k6nnen wir keine Aussagen machen. S/~mtliehe Tiere geh6rten zu demselben Fang, waren ungef/~hr gleich groB und wurden gleichmi~Big behandelt. Die Versuchstemperatur betrug stets 180 C.

Bei den Gleichstromwiderstiinden f/~llt ebenfa]ls der groBe Unter- schied der Extreme auf, die sich fast wie 4 zu 1 verhalten. Dazwischen verteilen sich die iibrigen Werte ziemlich gleichm~Big. Betrachtet man nun diese Spalte gegeniiber den Rhodanzahldn, so ist ein deutlicher Zu- sammenhang feststellbar. Mit steigender Rhodandurehl~ssigkeit f/~llt der Gleiehstromwiderstand. Abb. 3 zeig~ diese Verh/iltnisse in einer doppelt- logarithmisehen graphisehen Darstellung. Auf der Abszissenachse sind die durehgetre~enen Rhodanmengen in Mflligramm NaCNS abgetragen, auf der Ordinatenaehse die Gleichstromwiderst/~nde in Ohm. Die An- ordnung der MeBpunkte 1/~Bt den Zusammenhang beider dargestellten GrSBen deutlich erkennen.

Polarisierbarkei~ und Permeabili$~t der Froschhaut. 121

Die Spalte der Gegenspannungen in Prozent der angelegten zeigt die oben besehriebenen Werte. Ein Zusammenhang mit der Rhodandurch- ls ist angedeutet, aber nieht ganz sicher festzustellen.

Gegenfiber der Schwankung des Gleichstromwiderstandes ~s die wesentlieh kleinere des Wechselstromwiderstandes auf, der keinerlei Be- ziehung zur Rhodandurchli~ssigkeit zeigt. Hieraus wird es noch einmal deutlieh, dal~ der Wechselstromwiderstand bei hSherer Yrequenz eine verh/~ltnism/~l]ig konstante Gr61~e ist, die im wesentlichen durch die Dicke der Haut und die Leitf/~higkeit des darin enthal~enen Elektrolyten bestimmt wird; w/ihrend in den Gleichstromwiderstand die dynamischen

g~Tt~

150g

gO0

5~g2 0,g3 ~o~ O,,OG ~I 415 ~2 NaCNS

~3 ~9

Abb. 3. Die B e z i e h u n g zwischen R h o d a n d u r c h l h s s i g k e i t u n d G l e i c h s t r c m w i d e r s t a n d . Die

dargestel ICe G e r a d e w i r d m i t g u t e r A n n h h e r u n g d u r c h die G l e i c h l m g W ~ ~: �9 R h ~ / ~ w iede rgegeben (W G l e i c h s t r o m w i d e r s t a n d , K ~ :ons t an t e , l~h die in 2 S t u n d e n

i i b e r g e t r e t e n e R h o d a n m e n g e ) .

Vorg/~nge an den Zellgrenzfl/~ehen (Konzentrations/inderungen and da- dutch bedingte Gegenspannungen usw.) in viel grS]erem MaBe eingehen und dadurch seine starke Ver/s bedingen. Auch die Serien- kapazit/~t f/~llt durch ihre verh/~ltnism/~l~ige Konstanz auf und 1/~I3t jeden Zusammenhang mit der Rhodandurehl/~ssigkeit vermissen.

Die WerVe des maximalen Ruhestroms zeigen angedeutet einen ge- wissen Gang, sichere Aussagen sind aber nicht mSglich.

ZusammengefaBt ergibt sich also die Tatsache, dal~ yon allen elek- trischen MeSgrSl]en an der normalen Froschhaut der Gleichstromwider- stand in deutlieher Beziehung zur t%hodandurchl/~ssigkeit steht, indem er f/~llt, wenn diese ansteigt.

Daraus darf aber kein Urteil fiber den Weft der Wechselstrom- messung als Methode zur Permeabilit/~tsuntersuchung gef/illt werden. Gerade die neueren Arbeiten auf diesem Gebiete haben gezeig% dal~ Messungen bei einer Frequenz kein sicheres Bild geben kSnnen, sondern dal~ mSglichst ein breiter Frequenzbereich untersueht werden muB (Lu l - lies 1, Cole~). Arbeiten in dieser Richtung sind im Gange.

1 Lullies, H.: Pflfigers Arch. 221, 296 (1928). -- 2 Cole, K. S.: Zit. nach v. Muralt: Erg. Physiol. 37, 406 (1935).

122 H. Gerstner:

Versucht man das Ergebnis dieser Mel3reihe zu deuten, so ergibt sich folgende MSglichkeit: Nach der jetzigen Auffassung werden in der Froschhaut die Anionen adsorbiert, woraus eine vorwiegende Kationen- permeabilititt der Zellgrenzfl~chen der Haut folgt, entsprechend den negativ geladenen Michaelisschen Kollodinmmembranen (Leuthardt und ZeUerl). Nimmt man nun an, da~ die Anionenadsorption ver~nderlich ist, so mu]] mit ihrem Anwachsen die l~hodandurchl~ssigkeit abnehmen. Gleichzeitig bedeutet aber auch die geringere Permeabiliti~t fiir eine Ionenart nach den in der Einleitung gemachten Ausfiihrungen eine Zunahme der Gegenspannung und damit des Gleichstromwiderstandes. Die gefundenen MeSgrSBen verhalten sich also tats~chlich so, wie man es auf Grund dieser Uberlegung erwarten sollte.

l iT . Beein/lussung durch Ultraviolettbestrahlung. Nachdem sich zwischen Rhodandurchli~ssigkeit u n d Gleichstrom-

widerstand eine enge Beziehung ergeben hatte, war es interessant zu sehen, wie sich beide Gr56en bei einer StSrung der normalen Haut verhalten wiirden. Um den uniibersichtlichen Einflul3 chemischer Mittel (~tuderung der Leitfi~higkeit, der RhodanlSslichkeit, des P~ usw.) zu vermeiden, wandten wir die Ultravioles an. Die Bauchseite der Ver- suchstiere wurde 3--5 Min. den] Licht einer Quecksilberlampe ausgesetzt; das entsprach einer D0sis, die beim Menschen ein deutliches Erythem hervorrief, das nach ungefiihr 6 Stunden auftrat. Die Hautpriiparate wurden genau in der vorn'beschriebenen Weise 10 Mini bis 2 i Stunden nach der Bestrahlnng angefertig~ und wie in der vorigen Versuchsreihe gemessen. Tabelle 3, die wieder nach steigender Rhodandurchl~ssigkeit geordnet ist, zeigt das Ergebnis:

Tabelle 3. [In 2 Stunden ----- ' - - Gleich Be-

Ver- ] durch- strom- such] getretenes Ge- wider, span- ] ~ ~ i t ~ t [ R u h e s t r o ~ strahl=

[ NaCNS sehlecht s tand nnng dauer

14 0,02 ~ .500 78,6 107 1,187 nicht 3 ~emessen

29 0,05 ~ 567 84,8 86 1,403 0 5 16 0,05 ~ 267 54,7 121 1,300 5 28 0,13 ~ 676 87,1 87 1,000 74 5 26 0,13 9 '~17 77,5 9 4 1,122 5 27 0,13 ~ 373 71,3 107 1,243 5 5 13 0,17 ~7 718 89,4 76 1,559 2 3 15 0,18 ~ 397 66,5 133 1,160 nicht 5

~emessen 25 0,20 ~ 187 44,9 103 1,995 5 5 17 0,22 ~ 258 58,5 107 1,501 3 5 24 0,30 ~ 379 60,1 151 0,946 3 5 31 0,45 ~ 138 41,8 80 3,430 3 5 30 0,50 ~ 130 50,0 68 3,020 4 5

Leuthardt, F. u. A. Zeller; Pflfigers Arch. 234, 369 (1934).

Polarisierbarkeit und Permeabilit~t der Frosehhaut. 123

Man erkennt, da$ die Rhodanwerte deutheh hSher liegen als in der vorigen Versuchsreihe. Wir batten den Eindruck, da$ die Permeabilit/~t der Haut zunimmt, j e sparer nach der Bestrahlung das Praparat an- gefertigt wurde. Besonders die letzten beiden Pr/~parate, die 6 bzw. 12 Stunden danaeh hergestellt wurden, zeigen einen auffMlend hohen Were. In dieser Zeit wfirde sich beim Menschen bereits ein deu~liehes Erythem entwickelt haben, an den Tieren war abet makroskopisch keine Ver/~nderung erkennbar. Unseres Wissens liegen /~hnliche Unter- suchungen an der Froschhaut nicht vor, dagegen sahen Gans und Schlofl-

m a n n z eine Permeabilit/Ltssteigerung dutch UV-Bestrahlung an der Menschenhaut. Sie exzidierten Hautstticke und fs sie mit Neutral- rot. Die Schnelligkeit ihres Farbumschlages in einer LSsung yon Ammo- niumhydroxyd nahmen sie als Ma$ ffir die Durehl/~ssigkeit. Dabei zeigte sicl~ eine deutliehe Steigerung an den bestrahlten Hautstficken gegenfiber den unbestrahlten.

Der Gleichstromwiderstand ist auffMlend stark herabgesetzt. Lag er in der vorigen Versuehsreihe bei mehr als der HMfte der Tiere fiber 1000 Ohm, so erreieht er jetzt im Maximum nur 700 Ohm. Wieder fallen die beiden letzten Pr/~parate dutch ihren niedrigen" Wert auf. Wenn auch die Beziehung zwischen den einzelnen Rhodanmengen und den zuge- ordneten Gleiehstromwiderst~nden nicht mehr so deutlich wie in der vorigen Versuchsreihe hervortrit t , so ist doch im ganzen die Steigerung der l~hodanpermeabilit~t und die Abnahme des Gleichstromwiderstandes dutch die UV-Bestrahlung unverkennbar. Man gewinnt abet den Ein- druek, dal3 die Durchls weniger gewaehsen ist, als man naeh der vorigen Versuehsreihe aus der starken Senkung des Widerstandes er- warren sollte. Nun errant die elektrische Messung nur die Verh/iltnisse an einem Zeitpunkt 2 Stunden nach Anfertigung des Pr/~parates, w/~hrend die Rhodanbestimmung einen Integralwert fiber den gesamten Zeit- raum darstellt. Wahrseheinlich vollziehen sich aber nach der Bestrahlung sehr lebhafte Ver/~nderungen in der Haut, die schlieBlich bis zum Erythem und 0dem gehen, wodurch die beiden MeSverfahren nieh~ mehr streng quanti~ativ vergleichbare Werte liefern kSnnen. Die Rhodanzahlen mfissen schon aus diesem methodischen Grunde hinter den elektrischen zurtiekbleiben. Eine Widerstandssenkung durch kurzwellige Strahlen hat Regelsberger ~ ffir die menschliehe Haut besehrieben.

Das Verh/~ltnis der Gegenspannung zur angelegten ist in allen F/~llen gegenfiber der normalen Haut eindeutig verldeinert. ZusammengefM3t ergibt sich daraus folgende Deutungsm5glichkeit: Die UV-Bestrahlung ffihrt zu einer Herabsetzung der Membranladung, und wegen der dadurch bedingten Abnahme der Anionenadsorp~ion kommt es zu einer Steigerung der Rhodandurehls Die gr613ere Anionenbewegliehkeit wirkt sich

z Gans u. Sohloflmann: Zit. naeh E. Gellhorn: Das Permeabilit~tsproblem. Berlin 1929. -- 2 Regdsberger, H.: Z. exper. Med. 42, 592 (1924).

] 24 H: Gerstner:

hinsichtl ich der Gleichspannung als Senkung der Polaris ierbarkei t und dami t des Widers tandes aus.

E inen fiberraschenden E indruek raachen zuni~chs~ die Weehsels~rom- grSl3en. Die Kapaziti~t sehein~, abgesehen yon den zwei ]etzten Ver- suchen, fiberhaup~ nicht yon den Vorg~ngen berfihr~ worde~ zu sein, beim Widers tand dagegen is~ eine geringe Steigerung vorhanden. Bet rug der h6chste Wer~ an der normalen H a u t 90 Ohm, so liegen jetz~ 7 l~'i~- para te fiber 100 Ohm. Wechsel- u n d Gleichstromwiderst~nd verhal ten sieh ~Iso gegensinnig. Wie is~ das zu erkl/~ren:

In dem bekannten Ersatzbfld der t taut (Abb. 4) bezeichnen wir den Konden- sator mit e, den Parallelwiders~and mit r und den Serienwiderstand mit R. D~nn

= 15o0

~ = zao C~

Abb. 4. Ersatzbild der ITaut (r~ Parallelwiderstand veT', r2 nach der U~-Bestrahlung). Vgl. Text.

berechnet sich die Serienkapazit~t des gesamten Systems naeh der Gleiehung:

( ~ 1 ) (Gildemelsterl). 1. C = c l + r2 eo ~ e2

l~iir den gesamtenWirkwiderstand des Systems ergibt sieh:

]? 2. W = R +

1 + r~eo2d" Jetzt setzen wir in das Ersatzbild Werte ein,

die ungef~hr der ers~en Versuehsreihe enSsprechen. Es sei: c = l t tF ; r = 1500 Ohm; R = 70 Ohm.

Als Gleichstromwiderstand finden wir dann r + 1% = 1570 Ohm. Die Wechsel- stromgr61]en sind, da eo 2 r 2 c 2 ~--- 356:

1 C I : 10-6 (1 + - ~ - ) = 1,003"10-~1,003# F.

1500 Wl : 70+1 + 3 5 6 -- 7g,2Ohm.

Betrachten wir jetzt die Verh~ltnisse nach der Bestrahlnng. Der Serienwider- stand R wird sieh kaum ge~ndert h~ben, da el" dutch die Dicke des Gewebes und durch die Leit.f~higkeit des darin entha]tenen Elektrolyten bestimmt wird. Welter- bin wolIen wit ~nnehmen, dab auch der Kondensator seine GrSBe beibehalten hat. Dann mu• also nur der Parallelwiderstand beeinflul]t worden sein. :Nach den Ergebnissen tier Gleichs~rommessung k6nnen wit annehmen, dab er anf ungef~hr 200 Ohm herabgesetzt worden ist. Wit erhal~en dann:

Gleichstromwiderstand = 1% + r = 270 Ohm. Weehselsf~romgrS~en:

eo 2 . r 2. e 2 ~-- 6,32.

C2 = 10 -s (1 +6~-2)=1 - 1,158 10 -6 = 1,1581~. k

2OO W~ = 70 -~ -- 97,3 Ohm.

1 + 6,32 (Vgl. Modellversuche yon ~)ieh~ ~ an Polarisationsze]len mit versehiedenen

Nebensch]fissen.)

1 Gildemeister, M.: Pfltigers Arch. 176, 102 (1919). -- 2 Diehl, 2'.: Z. exper. Med. 100, 145 (1937).

Polar~sierbarkei~ und Permeabilit/~ der b-trosehhaut. :[25

~r sieht also, dab trotz der erheblichen Senkung des Gleichstrom- widerstandes der Wirkwiderstand wachsen kann. Da auch die GrSl3en- ordnung mit den Werten der Tabelle gut fibereinstimmt, finder der experimentelle Befund damit eine zwanglose Erld/irung. Zugleieh zeigt diese Uberlegung, wie bedenklich es ist, aus Wirkwiderstandsmessungen allein etwas fiber die Durchl/~ssigkeit eines Gewebes aussagen zu wollen.

Diehl hat den EinfluB der UV-Bestrahlung auf die Wechselst-rom- mel]gr6flen der mensehliehen Haut untersucht. Um die _~mderungen fiberhaupt fassen zu kSnnen, war ein vorheriges Depilieren notwendig, Kurz nach tier Bestrahlung (etwa 10 iV[in.) findet er eine Senkung des Widers~andes und der Xapazit~t, wg, hrend des Erythems dagegen sind beide Werte erheblich gesteigert. Er kommt daraus zu folgendem Urteil (S. 191): ,,Im Laufe der Liehtentzfindung dureh ultraviole%es Li'eht kommt es naeh anfi~nglicher Dichtung der Membranen(!) zu einer all- m~blieh fortsehreitenden Membranlockerung, gleiehzeitig treten Neben- schliisse erheblichen Grades auf." Abgesehen yon der Phase der iVlembran- dichtung, die wir nie beobachten konnten, stimmen unsere Befunde mit diesen Ergebnissen an der mensehliehen t taut gut fiberein, nur treten die Vers an der Froschhaut sehr rasch auf, w~hrend sie beim Mensehen anscheinend ers~ im Ery~hemstadium fal]bar sind.

Auffal/end ist der Einflu/~ der UV-Bestrahlung auf den Bestands~rom. Er wird, wie ein Vergleich der Tabellen zeigt, auf weniger als 1/i o seines normaIen Wertes herabgedriiek~. Dieser Effek~ kann bereits l0 Min. naeh der ]~estrahlung beobaehtet werden. ])as ultraviolette Licht scheint also sehr rasch tiefgreifende Ver/inderungen an den ZelJgrenzfl/~ehen herbeizufithren. Vielleieht lieg~ hier ein Anhaltspunkt flit die Vorg~nge, die sich in der stummen Phase zwisehen Bestrahlung und Ausbruch des Erythems abspielen.

Zusammenfassung. 1. Die Stromspannungskennlinie der Froschhaut fiix station/~ren

Gleiehstrom ist bei Stromdiehten zwischen --20 und -l-20/zA/cm ~ eine Gerade. Der ,,seheinbare Gleiehstromwiderstand" ist in diesem Bereich weder yon der Stromdiehte noch yon der Zeit abh/ingig.

2. Zwisehen tier Durchlassigkei~ der Hau~ ffir l~hodanionen und ihrem Gleichstromwiderstand besteht eine enge Beziehung, indem mit steigender Permeabilit~,t der Widerstand sinkt.

3. Ultraviole~bestrahlung fiihrt zu einer erhShten Rhodandurch- l~ssigkeit, einem Absinken des Gleiehstromwiderstandes und des Bestand, potentials. Die MeBresul~ate sprechen fibereinstimmend far eine Er- h6hung der Hautpermeabilitgt dureh ultraviolettes Lieht.