Aus dem Pharmakologischen Institut der kgl.-ung. Peter-Pgzmgny-Universitgt, Budapest.

(~ber den Vergleich des Sauerstoffverbrauchs des lebenden und iiberlebenden Muskels.

Von

M. v. ttarangoz6-O~oszy und B. V. Issekutz jun.

(E4,ngegangen am 5.2r 1942.]

Bereits vor mehreren gahrzehnten beganner T h u n b e r g 1 W i n t e r - s t e i n 2 u n d Usu i a den Sauerstoffverbraueh des iiberlebenden F, osch- riiskenmarks, P a r n a s ~ den des Mnskels, S i e b e c k 5 sowie R o h r e r 6 den der Niere mittels des Mi]<rorespbbmevers bzw. des W a r b u r g s c h e n Mano- meters zu messen. 1923 Wies W a r b u r g 7 daranf bin, dab die an rela~iv dicken Organstiicken vorgenommenen Untersuchnngen mit dem grand- legenden Fehler behaftet sind, der gerhlgen Diffusionsgeschwindigkeit des Sauerstoffs nicht Rechnnng zu tragen; diese hat zur Folge, dab lediglich die gu~eren Zellschich~en gut mi~ Sanerstoff versorgv werden, wogegen die innersten Zellen kanra etwas 02 erhalten. Darans ist also zu schliegen, da~ die yon solchen Bestimmungen her erhaltenen Werte eigentlich Funk- tionen der Dicke der Gewebsstiicke and des partiellen Saners~offdrucks s ind. Nach W a r b u r g S Berechuung liegt die optimale Sauerstoffversorgung s~mtlicher Zellen bei 0,47 mm Grenzschichtdicke nnd 1 Arm. Sauerstoff- druck. So nimmt man s'eit damals die Bestimmnngen im allgemeinen an nach W a r b n r g s Weisnng angefertigten Gewebsschnitten vor. Allein der anf diese Weise gemessene Sanerstoffverbraneh i st -- worauf zuerst Gr a fe

�9 und Mitarbeiter s hiuwiesen -- 5--10ms1 grSSer als der ira lebenden Orga- nismus. Dies hat seinen Grund hauptss dar{n~ dag die Sauerstoff- versorgung de r Zellen der Gewebsschnit~e eine optimale, also erheblJch reichlichere a]s ira lebenden Organismus ist, in welshem ein groger Teil der Kapillaren, wenigstens im Rnheznstande, geschlossen ist, weshalb die Zel[en nut wenig Sanerstoff erhaben. Welch groge l~olle dies besonders bei der Reguliernng des Mnskelstoffwechsels spielt, hat die fxfihere A~beit eines yon uns beiden 9 gezeigt, nach welsher der Mnskelsauerstoffve~b~anch dnrch jedes gef~gerweiternde Mittel stark gesteigert wbd.

1 Thunberg , T.: Skand. Aroh. Physiol. 17, 74 (1905). -- ~ Win te r s te in , i . : Zbl. Physiol. 21, 869 (1908); Bioohem. Z. 46, 440 (1912). -- a Usui, R.: Pfliigers Arch. 147,100 (1912). -- 4 Parnas , L: Ebenda 193, 141 (1910). -- 5 Siebeok, R.: In Abderhalden: Bi0chem. Arbeitsmethod. 8, 33 (1915). -- 6 l~ohrer: Bioohem. Z. 145, 154 (1924). -- 7 Warburg ,O. : Ebenda 152, 317 (1923). -- 8) Grafe ,E . , N.l:~einwein u. Singer: Ebendu 165, 102 (1925). -- 9 v. I s sekutz inn.: Naunyn-Sohrniedebergs Arch. 197, 313 (1941).

Vergleich des Saucrstoffverbrauchs des lebenden und iiberlebenden -,'Viuskels. 147

Aus alledem folgt, dal3 es nich~ mSglich ist, den Muskelst0ffweehsel als st/indigen Weft anzusprechen, indem dieser als yon der Blutversorgung abh/~ngig sich sehr ]eich~ und danernd gndert. Gerade aus diesem Grunde l~13t sJch aus dem Sauerstoffverbrauch des ausgeschnittenen M uskelstiicks kaum eine Schlugfolgerung auf dell Zustand im lebende~ Organismns ab- leiden. Wird die Gewebsschni~tatmung nach der Warburgschen ~ethode gemessen, dann erhglt man solche hohe Werte, wie sic die Muskeln lediglich bei st~rkerer Arbeit aufweisen kSnnen, denn nut dam1 niihert sich die Sauerstoffversorgamg infolge Erweiterung der Kapillaren dem optimalen Werte.

Wie neuerdhags von Marts fetal und S c h e f f - P f e i f e r io eingehend dar- gelegt wurde, ergibt die alte Methode den Verhttltnissen des lebenden Organismus wesentlich n~herkoramende Wer~e. Sic haben den Sauerstoff- verbrauch der in einer Sauerstoffatmosphgre aufgehgngten grol3en Organ- stticke gemessen und fanden diesen ebenso gro$ wie den des lebenden Organismus, Sie fiihrten indessen zur Kontrolle gleichzeitig keine Parallel- versuche dutch, vielmehr verglichen sic ihre an der kiinstlich durchbluteten Itundeextremitgt fiiiher erzMten Ergebnisse, sowie die auf den lebenden Ka~zengastroenemins beziiglichen ~Iessnngen Verzs n mit dem Saner- stoffverbraueh der Froseh- und 3leersehweinehenmuskelsgiieke. Beim Betrachten ihrer Tabellen f~llt folgendes auf: Wghrend die mit den' Gastro- cnemien yon Froseh und Meerschweinchen durehgefiihrten Bestimmungen sehr geringe Schwankungen zeigen (219--280 emm stiindticher Sauerstoff- verbrauch pro 1 g Muskel) und die grSl3te Abweichung in dem Sauerstoff- verbrauch durehbluteter ttundeextremit/iten 46 ~o betr/ig~ (163--306 cram), sind bei den Verzs Versnehen sehr erhebliche Untersehiede fest- stellbar (138--516 cram). Betreffs der letzteren kSrmte man daran denken, dal~ sie dutch die ziemlich sehwierige Versuchsmethodik, sowie den schweren operativen Eingriff, verursacht sind. Aber auch wit beobadhteten bei unseren Versuchen, die wit mittels der Reinsehen Thermostromuhr~ auf leiehte Weise und ohne jeden ernsthaften operativen Eingriff vornahmen, sehr grol3e Unterschiede Jm Sauerstoffverbraueh der tInndeextremit/iten. In Tabelle 1 shad die auf den normalen Sauerstoffverbraueh beztiglichen Werte unserer mi~ verschiedenen Zwecken durchgeftihrten Versnehe zu- sammengestell~. Aus ihr geht hervor, dal3 der Sauerstoffverbrauch der Extremit~tsmuskulatnr unserer Tiere noch weitaus grSl3ere Schwankungen aufweist als die Versuchsergebnisse Verzs Nach deft Bestimmungen yon J / /nssen und F r e u n d 12 betr/igt der Extremit/itssauerstoffverbraueh yon Katzen mit durchschnittenem Rtickenmark 300--615cmm/g/Std. (Mittelwert 428 cram).

~0 Mansfeld, G., u. I. Scheff-Pfeiffer: Naunyn-Schmiedebergs Arch. 19{}, 585 (1938). -- ~l VerzAr, Fr.: Erg. Physiol. usw. 15, 30 (1916). -- 12 Freund, H. u. S. Janssen: Pfltigers Arch. 2(10,96 (1923).

10"

148 IV[. v. HAI~ANGOZ6-O:RoszY und_ B. u ISSEKUTZ JUN. :

T a b e l l e 1.

Versuch

Nr.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

Datum Tiergewicht

kg

Gewicht des Extremitlits-

muskels 02-Verbrauch

der Ex~remit~t ccm/Std.

02-Verbrauch

emmlg/Std.

i5. IV. 1940 18. IV. I940 29. IV. 1940 3. V . 1940 6. V. 1940

22. V. 1940 9. V. 1940

26. V. 1940 21. VI. 1940 27. VI. 1940

1. VII. 1940 27. I. 1942 29. I. 1942

6. II . 1942 13. I I . 1942 18. I I . 1942 25. I I . 1942

4. II. 1942 11. II . 1942 16. I I . 1942 20. II, 1942 2G II . 1942 23, I I . 1942 27. I I . 1942 27~ II . 1942

3. I I I . 1942 4, II1. 1942 6. I I I . 1942

11. I I I . 1942 18. III. 1942 19. III. 1942 23. III. 1942 27. IlL 1942 10. IV. 1942 15. IV. 1942 17. IV. 1942

20,0 12,4 12,0 14,0 11,0 18,0 18,0 9,0

13,0 10,0 12,0 15,0

9,7 12,0 14,5 10,5 11,5 14,5 17,0 13,0 II,0 II,0 15,5 15,0 15,0 17,5

10,0 18,0 20,0 20,0 20,0 12,0 11,0 13,5 49,0

9,0

900 450 400 470 370 800 720 320 440 370 420 550 350 380 53O 380 400 560 670 470 410 410 570 530 53O 690 370 80O

1050 1010 990 400 350 380 735 210

130 144 120 266 225 560 220 550 200 540 260 325 220 305 186 580 216 490 390 1050 216 515 515 930 383 1090 159 420 142 268

84 215 300 750 133 237 137 205

96 205 230 560 242 580

72 126 199 375 200 377 269 380 196 530 159 199 366 350 865 85 203 206 157 393 287 820 198 520 230 310

62 296

Mittelwert: 436

Die Ursache d a v o n i s t da r i~ zu suchen, dab d i e B lu tve r so rgung der E x t r e m i t ~ t s m u s k u l a t u r den Sauers to f fve rbrauch sehr s t a rk beeinf luBt . J e naeh dem MaSe des vSll igen Ruhezus t andes der Musku la tu r und der Tiefe der Narkose , je nach dem Grade der durch l e t z t e re bewi rk t en Gef/~B- e rwei te rung f a M e n wi t den Saue r s tb f fve rb rauch klehler oder grSBer. J ede ger i~gs te E inwi rkung , die den R u h e z u s t a n d s tSr t , b r i ng t die E rwe i t e rung des grSSeren Tells der K a p i l l a r e n und d a m i t eine s t a rke Zunahme des Sauers to f fverbrauehs hervor . Insbesondere ve rmag die I n a n s p r u c h n a h m e der Muskeln fiir Zweeke der Tempera tu r r egu l i e rung solche Verande rung

zu veraulassen . A~ders l iegt der F a l l be im i ibe r lebenden Gas t rocnemius , dessen

o2 -Verb rauch unabh~ngig yon der B l a t v e r s o r g u n g ist . t t i e r s ind die

Yergleich des Sauerstoffverbrauchs des lebenden und flberlebenden ~uskels. 149

wichtigsten Regulations~aktoren die Diffusionsgeschwindigkeit des Saner- stoffs nnd die Schichtdicke des Muskels. Sind diese beiden best~adig, ,de es bei den Messungen yon Mansfe ld nnd S c h e f f - P f e i f e r lo der Fall war, dann kann der O~-Verbraueh lediglich geringe Schwankungen anfweisen. Indem aber bei diesen Bestimmungen gerade der *dchtigste Faktor, die Blutversorgnng, ausgesehaltet war, und deren Rolle yon einem anderen, im lebenden Tiere weitaus weniger wiehtigen Faktor, der Diffusionsgeschwin- digkeit, fibernommen wurde, halten *dr es fiir sehr wahrscheinlich, daI~ man aus diesen Messnngen nnr wenig Schlfisse anf die im lebenden Orgs- nismus vorhandenen Verhgltnisse ableiten kann. Insbesondere ungeeignet erscheint dieses Verfahren fiir das Stndium der Wirkung stoffwechsel- steigernder Mittel, um zu entseheiden, in welchem Mal~e die einzelnen Organe an der Stoffwechselsteigernng teilnehmen. Im lebenden Organismus ist n~mJieh der erhShte Os-Bedarf der einzelnen Organe dnrch Besserung der Blutversorgung leicht zn befriedigen. Besonders in den Mnskeln vermag das ~ffnen der Kapillaren eine gewaltige Zunahme des O2-Ver- brauchs hervorzurufen, ohne dab dies mit irgendeiner Ver~ndernng der Atmnngskapazit~t oder des Oxydationssystems der Mnskelzellen ver- bunden zu sein branehte. So kann es z. B. vorkommen, da]~ der 02-Vet- branch der Muskulatur zunimmt, wenn der des ganzen Organismus ver- mindert ist (v. I s s e k n t z inn. 9).

Daraus fo]gt, dal~ beim iiber]ebenden Muskel nut diejenige Atmungs- steigernng wahrzunehmen ist, die durch eine direkte Wirknng bedingt ist. Wenn im Lebenden die Stoffwechselsteigerung des Mnskels eiDfach eine Folge der besseren Blutversorgung der ~euerSffnung der Kapillaren ist, dana *drd diese Steigerung am ansgesclmittenen Muskel nieht mehr zu erkennen sein, weil in diesem Falle die Gef~l]erweiterung die Oxydation nieht mehr beeinflussen kann.

W~ihrend nach der Warburgschen Methode die Atmungskapazitg~ der Zellen gemessen *drd, d.h. der Q-Verbraneh, auf den die Zellen, im gegebenen Zustande ihres Oxydationssystems, iiberhaupt f~hig sind (v. IssekutzlS) , setzt beim Verfahren yon Mansfe ld und Sehef f - P fe i fe r lo die Diffusionsgeschwindigkeit der mel]baren Oxydations- steigerung eine Grenze. Deshalb vermag keine dieser Methoden fiber die Zellatmung im lebenden Organismus genan zn unterrichten.

Diese Meinung unterzogen wit im nachstehenden der experimentellen Kontrolle. BekaImtlieh wird der Stoffwechsel (lurch ~-Dinitrophenol in hohem Mal]e gesteigert. Unzweifelhaft ist diese Wirkung peripheren Ursprnngs, denn sie ist bei dekapitierten oder mittels Luminal zu tiefst narkotisierten Tieren in unver~derter St~rke hervorbringbar (v. I s s e ku t z und Di rne r 14). Deshalb verglichen wit die im lebenden Tiere verursachte

13 Issekutz, B.v.: Wien. klin. Wschr. 1935, Nr. 43. -- 14 Issekutz, B.v., u. Z. Dirner: Naunyn-Schmiedebergs Aroh. 185, 685 (1937):

1,50 M . v . HAXANGozb-01~OSZY und B. V. ISSEKUTZ SUN. :

Stoffwechselsteigeruag, mit dem~ 02-Verbrauch der ausgesehaittenen Muskeln.

Zuerst .nahmea wit Versuche an Ratten auf die Weise vor, alas wir je eiaea Gastrocnemius der mit Urethan narkotisierten Tiere heraus- ~ahmen uad ihre Atmung aach Ma~sfe ld had S c h e f f - P f e i f e r maSen. Unterdessen bestimmten iwir mittels unserem bereits beschriebenea Stoff- wechselapparat 15 den O2-Verbrauch auch der Tiere. Sodan~ gaben wir ibsen,2 mg pro 100 g ~-Dinit~ophenol snbcutan, and als dessert Wirkung das Maximum erreichte, aahmen wit auch dig anderen Gastrocnemien heraus uad maSen auch deren Oe-Verbrauch im Laufe yon 2 Stunden. Aus unseren in Tabelle 2 zusammeagefai~ten Versuchsergebnissea ging hervor,

T a b e l l e 2.

Sauers toffver- brauch des Tierd

Ver- emm/g/Std. s ~ h

Nr.

Tieres

v0r .I nach

a-Dinitrophenol

9 767 3336 10 526 4800 11 900 2250 12 7G8 2290 14 1645 3G08 16 852 3140 20 1420 1536

02-Verbrau6h des linken

Gastrocnemius Zu- I cmm]glStd. nanme _ = _ _

in 0[0 vor_ . . . . a-Dinitrophenol

1. Std. ] 2. Std. i

02-Verbrauch des rechten

Oastroenemius emm/glStd.

naeh a-Dinitr0Phen.

1. Std. I 2. Std.

335 300.0 ~- 8]4 37210 ~- 150 274,0 L 198 332,3

~- 119 571,9

~ 269 355,9 8,2 394,3

216,8 240,0 196,9 246,4 440,9 251,2 268.3

4~i4,2 ' 244,6 863,8 : 555,5 488,1 326,8 335,6 191,3 921,6 532,4 544,6 341,9 464,0 445.3

geri~nderang in o]0

1. Std. 2. Std.

+ 48 + 12,6

~ 134 + 13i 79,3 + 86,3

1,0 22,0 • 31,3 ~- 20,8 -- 52,4 - - 36,2 + 17,8 - 65,5

M i t t e l w e r t : + 270,5k Mi t te lwerg : ~- 51,9 - - 50,1

dag ~-Dinitrophenol fast in allen Fallen eine bedentende 02-Verbranehs- steigeraag der Muskeln hervorrief, wie dies im iibrigen aueh yon M a n s %1d and Sche f f -P fe i f e r lo festgeste]lt wurde. Allein diese Steigerung erreicht bei weitem nicht die, die im lebenden Organisnms hervorgerufen wurde, denn w~hrend der Stoffweehsel der lebenden Ratten nm 82 814 ~ im Mittelwert nm 270,5 %, wuchs, stieg der O2-Verbraueh der Gas~rocnemien nur um.I 134 ~o, im Mittelwer~ urn 51,9 %.

Obgleieh kS wenig wahrscheinlich erscheillt, dag dieser gewaltige Untersehied durch eme seitens e-Dinitrophenol bewirkte hShere Oe-Ver- brauchssteigerung der Eingeweideorgane znungunsten der der Muskeln zustandegebracht wgre, hie]ten wir es, um etwaigea Einwendungell ens- gegentreten zu kSnnen, dennoch fiir ratsam, eine zweite Versnehsreihe an tIunden anzastellen.

Zu den Versuchen benutzten wit 10 15 kg sehwere, mit Morphia-Dial (0,003 g/kg Morphia, 0,03 g/kg Dial) narkotisierte Hunde. Naeh Traehe- o~omie registrierten wir den Blutdruek mittels des mit der Carotis vet-

15 I s s e k u t z , B. v. , u. B. v. I s s e k u t z jun . : N a u n y n - S c h m i e d e b e r g s Arch. 199, 306 (1942).

Vergleich des Sauerstoffverbrauchs des lebenden und aberlebenden 1guskels. 151

bundenen Quecksilbermanomefers. An der einen Ven. femoralis distal von der Miindung der Ven. saphena mal~en wir mit der Rein schen Thermostrom- uhr die Menge des durchstrSmenden Blut~es. Diese Bestimmung gesehah in allen Fallen mit zwei versehiedenen Heizungen der Diathermie-Thermo- elemente, und wir verwerteten die erhaltenen Zahlen nur dann, wenn sie untereinander keine mehr als ~ 5 ~o betragende Abweiehung aufwiesen. In dem der Carotis entnommenen arteriellen und dem aus der V. femoralis stammenden venSsen Binge bestimmten wir den Oe-Gehalt mittels des H a v e ma nn sehen 16 photoelektrisehen Kolorimeters naeh einer von uns 1~ bereits friiher besehriebenen Methode. Wit bereehneten jeden W'ert aus dem Mittelwerte Zweier paralleler Bestimmnngen. Gleiehzeitig mal]en wir mittels unserer friiher besehriebenen Apparate 15 aueh den 02-Verbraueh des ganzen Tieres.

Naehdem wir den O2-Verbraueh der Extremiggt bestimmten, sehnitten wir ein kleines 1--2 mm diekes Sttiek Mnskel des Gastroenemius der gleiehen Gliedmage heraus. Dieses teilten wit in gleiehe Hglften und be- stimmten so den 02-Verbraneh der beiden. Danaeh bekamen die Tiere 5 mg/kg e-Dinitrophenol intramuskulgr. Naeh 1--2 Stunden, als ihre Temperatur 40 o C erreiehte, mal]en wir den 02-Verbraueh der Extremitgt und de s ganzen Tieres, sodann sehnitten wir aus dem Gastroenemius aufs nene ein Stfiek hera, s und bestimmten aueh dessen 02-Verbraueh.

Tabelle 3 faltt die hierbei erzielten Versuehsergebnisse znsammen. Ans ihr geht hervor; dab der O2-Verbraueh der Tiere in allen Fgllen um erhebiieh mehr als 100 ~o anstieg, und nnr ein Fall bildete sine Ausnahme, in welehem die Stoffweehselsteigeiang nur 57 ~o betrug. Dis Zunahme des Oe-Verbrauehs der Extremitgt war mi~ Ausnahme eines Falles (Nr. 3) wesentlieh grSl]er als der Gesamt-O2-Verbraueh des Tieres. In den meisten Fgllen geht sie fiber 200 ~o hinaus, und nur in einem Versueh betrggt sie + 88 ~o, in welehem abet c~-Dinitrophenol den Stoffweehsel aueh des ganzen Tieres lediglieh mgl3ig erhShte. In einem Versuehe (Nr. 5) betrng die Znnahme des O2-Verbrauehs der Extremitgt 870%, wozu zu bemerken ist, dab der Ruhestoffweehsel der GIiedmage bei diesem Versueh anl]er- ordentlieh gering war, und daraus ergab sich der grol]e Untersehied im O~-Verbraueh vor und naeh ~-Dinitropheno]. Die ausgesehnittenen Muskel- stfieke wiesen in den meisten Fgllen gleiehfalls sine Stoffweehselzunahme auf, obgleieh diese mehr als 61 o/0 in keinem Falle betrug, in drei Fgllen selbst die 30 ~o nieht erreiehte und bei einem Versueh eine bedeutende Abnghn/e zeigte.

Wie also ersiehtlieh, weist die Atmung der iiberlebenden Muskel naeh e=Dinitrophenol eine sehr viel geringere Steigerung anf als die in sign mel3bare Stoffweehselzunahme. Dies ist leieht verstiindlieh, wenn man in

16 Havemann: Biochem. Z. 301, 105 (1939). -- 1~ Issekutz, jun., B. v.: Naunyn-Schmiedebergs Arch. 197, 332 (1941).

1 5 2 M . v . H A ] C A % O 0 Z 6 - 0 R 0 S Z u u n d B . v . ISS:EKUTZ ~U~r

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VergMch des Sauerstoffverbrauchs des lebenden und fiberlebenden Muskels. 153

Betraeht zieht, anf welche Weise die Stoffwechselsteigerung in der Extre- mit/it zustande kommt. Aus der Tabelle geht hervor, da~ auf Wirkung yon ~-Dinitrophenol hi~ nicht allein die arteriovenSse Sanerstoffdifferenz w/ichst, was dutch die 02-Verbrauchsznnahme der Zellen ohne weiteres verst/i~dlich ist, sondein aach die Durehblutung. In der Zeiteinheit geht jetzt mehr Blnt dutch die V. feraoralis hindurch als vor der ~-DinRro- phenolzufuhr. Indem jedoch der Blntdruck w/ihrend des ganzen Versuchs nnver/indert blieb, ist dies nur anf die Weise erkl/irlich, da]] Arteriolen nnd Kapillaren eine Erweiter~ng erfuhren; es 5ffneten sich bis dahin verschlossene Xapillaren. Nunmehr wuchs nicht allein der 02-Verbranch der Zellen, vMmehr atmen jetzt anch mehr Zellen als vor dem ~-Dinitro- phenol; der Muskel ger~t also Jn einen Zustand, als ob er Arbeit leistete. So ist es verst/indlich, da~ in dem ausgeschnittenen Muskel, in welehem die 02-u der Zellen yon einem st/indigen Faktor, der Sauersoff- diffusion, beschr/inkt wird, der O.z-Verbrauch auch ann/ihernd nicht i~ dem MaSe anwaehsen kann wie in dem Lebende~, in welehem der Oz-Ver- braueh der Zellen lind ihre Blur- und Sauerstoffversorgung streng parallel laufen.

Anch das ist erld/~rlich, warum der Muskelstoffwechsel auf die Wirkung yon ~-Dinitrophenol bin im allgemeinen st/irker znnimmt als der Os-Ver- branch des ganzen Tieres. Ans dem Umstande, da]] der Blutdruck dutch ~-Dinit~ophenol sich nicht ~ndert, wogegen die Muskelgef/~e sieh erweitern, mu/3 ges?hlossen werden, da]] die Blutgef/il~e der inneren Organe sich, /~tmlich wie bei Muskelarbeit, kompensatorisch verengern, wodurch deren Oe-Yerbranch weniger znzunehraen vermag als der der ~uskeln. Dies hat aber znr Folge, alas der 02-Verbrauch der Extremit/it st/irker zunimmt als der der Eingeweide.

Aus all diesen Yersnchen geht somit hervor, da$ der in vitro gemessene O~-Verbranch nicht identisch ist dem tats~chlichen Oe-Verbranche des lebenden Tieres. Obgleieh e~ also ans den nach ~der M a n s f e l d - S c h e f f - Pfeifersehen Methode durchgeffihrten Messungen nicht mSglich ist, deIx Muskelstoffwechsel des ]ebenden Organismus zu berechnen, so mu]] dennoch anerkannt werden, dal~ die in vitro erhaltenen Werte den ira lebenden Organismus vor sich gehenden u folgen, denn es besteht zwischen den gewonnenen Ergebnissen nnzweffelhaft eine gewisse Parallelit/it.

Aus diesem Grunde erscheint es erforderlieh zu prfifen, inwieweit die yon Warburg7 bereehnete Grenzschichtdicke als der Grenzwert anzu- erkennen ist, fiber den hinaus die 02-Versorgung dickerer Gewebsstficke als

mangelhaR zu betraehten ist. W a r b n r g zog in seiner Formel d -- 8 Co ~

(worin: d = Grenzsehiehtdicke, Co ---- O~-PaigiMdruck, D -- 02-Diffusions- gesehwindigkeit, A = 02-Verbrauch yon 1 g Organ birmen 1 Mhmte) Ms

154 M.v. I-IAI~AI'~G0z0-OI~oSZY und B. u ISSEKUTZ SUN.:

Diffusionsgeschwindigkeit den von Krogh is am Froschmnskel experi- mentell festgestellten Wert, der 1,4~- 10 .5 betr~igt, in Reehnung. Dieser ist also wesentlieh kleiner als der der Diffusionskonstante yon Sauerstoff in dest. Wasser, der 3,4 �9 10-~ betr~igt. Es taueht die Frage auf, obdie Diffu- siorisgesehwindigkeit in allen Organen und unter allen Umst~inden so gering ist, und ob es mSglieh ist, dag sie z. B. bei der Stoffwechselsteigerung erheblich zunimmt. Indem die Diffusionsgesehwindigkeit yon 02 in einer GelatinelSsung 2,8 �9 10 -5, also um weniges, geringer als in dest. W'asser ist, erseheint es wahrseheiniieh, dag haupts~Lehlieh die Zellmembranen die Diffusion des 02 verlangsamen. Auf die MSgliehkeit des Zunehmens der Membran-Permeabilitgt weisen die Messungen von Kisze ly 19 hin, naeh denen C02 die 02-Diffusion dureh eine leblose kollagene Membran hindureh ~esentlich besehleunigt.

Der andere variable Weft, den Warburg in Reehnung stellt, ist der Sauerstoffverbraueh des Organstiiekes. Er benutzt aus den Messungen yon B a r c r o f t und Shore 90 den auf die Leber beziigliehen h6ehsten Weft 5 .10 .2 eem/g pro Minute, der einem 3000 emm/g stiindliehen O2-Verbrauch entspricht. Er bedient sich also eines welt hSheren Wertes, als von uns tats~ehlieh gemessen wurde.

Wiihrend W a r b u r g die Sehiehtdieke bereehnen wollte, die bei mSgliehst h5ehstem O2-Verbrauch noeh eine optimale Sauerstoffversorgung gewi~hrleistet, hateressiert nns selbst mehr die Frage, wie grog bei Kenntnis des tatsgehlieh gemessengn 02-Verbrauehs die Sehiehtdieke ist, bei der aueh die zu iimerst liegenden Muskelzellen zu ausreieheudem Sauerstoff gelangt wgren. Dies konnten :wir mit tlilfe der Warburgsehen Formel leieht bereehnen, wobei es sieh erwies, dal3 die Sehiehtdicke wesentlieh grSger als die Warburgsehe Grenzsehiehtdieke ist; es erhielt also ehae wesentlieh diekere Sehicht als 0,47 mm geniigend Oz. In allen F~llen aber war der Muskel erheblieh dicker als der yon nns erreehnete Wert, es mugten also .ira Innern des MuskeIstiieks noeh immer Zellen seN, die keinen Sauer- stoff bekamen. O. Meye rho f und W. Sehulz 2~ konnten mit iihnlichen Bereehnungen feststellen, dag der Frosehgastrocnemius in einer nach Tetanus folgenden Erholungszeit ungefiihr nut ein Viertel seines Sauerstoff- bedarfs deeken konnte.

In Tabelle ~ sind unsere Bereehnungen zusammengestellt, zu denen die Rattenversuehe (Tab. 2) benutzt wurden. In dieser enth~lt S~ule a die ta~- sgchlieh gemessen e mittiere Schiehtdieke der Muskeln, S~ule a~ abet den Sauerstoffverbraueh pro 1 g des ?r Die S~ulen b undc zeigen die dem Sauerstoffverbraueh entspreehenden zwei Grenzwerte der erreehneten Sehichtdieke, j e naehdem wit die O~-Diffusion mit 1,4 oder 3,4.10 -5 in geeh-

is Krogh, A.: J. Physiol. (Brit.) 52, 391 (1919). -- ~9 Kiszely, G.: Magy. err. Ar0h. 41, 325 (1940). -- 20 Bareroft u Shore: J. Physiol. (Brit.) 45, 296 (1912). -- ~ Meyerhof, O., u. Wi Sohulz: Pfltigers Arch. 217,557 (1927).

Vergleich des Sauers~offverbrauohs des lebenden und iiberlebenden ~uskels. 155

hung setzten. Mnltipliziert man den tats~chlich gemessenen O~-Verbrauch miV a/b bzw. a/c, daan erh~ilt man den Sauerstoffverbrauch des mit geniigend O2 versorgten Muskelstiickteils pro 1 g Muskel; diese Werte si~d in den S~iulen bl und cl enthalten. Dutch den Vergleich der Sgnlen al, bl nnd cl ist feststellbar, da~ der O~-Verbraugh der mit O~ versorgten Muskelzellen we~en~lich hSHer~ist, als ihn d~e ~essunge~ unmittelbar erwiesen. Der Unterschied ist besonders gro~, wenn man die O2-Diffusionsgeschwindigkeit mit dem yon Krogh bestimmtcn Wert in Rechnnng setzt, derm so mull man yon etwa der H~lfte der Muskelstiicke annehmen, da~ sie an der Atmnng nicht teilgenommen hat. Deshalb mull der 02-Verbranch tier andern Muskelstiickh~lfte ungef~ihr doppelt so hoch, als tatsiiehlich ge- messen wnrde, in Anrechnnng gebrach6 werden. Je sehneller man die O2-DiffuSiOn voraussetzt, um so dicker kann man die ~uskelschicht an- nehmen, die mit Sanerstoff ausreichend versorgt wurde, um So geringer wurde also die Differer/z zwischen den errechneten und den gemessenen Werten.

D a man nicht weir, w~eweit die Stoffwechselprodukte die 02-Dfffnsions- geschwindigkeit beeinf]nssen, nnd es auch zweifelhaft ist, ob die mehr nach aul]en liegendeD Zellschichten den f'~ sie nStigen Sanerst0ff voll- kommen zuriickzuhalten vermSgen, wodnrch die zn innerst befindlichen Zellschichten tats~ichlich gar keinen Sauerst/off erhaIten, so miissen wit den vorhergehenden Berectmungen einen giemlich unsicheren Weft bei- messen. Trotzdem hielten wires fiir lohnend, dieselben anzustellen, um za sehen, wieweit es auf diese Weise mSglich ist, den zwische~/dem 02-Ver- branch yon lebendem Tier und ausgeschnittenem Mnskel bestehenden Unterschied zu iiberbriieken. Beim Vergleich der ~ittelwerte sieht man indessen, dal] wahrend :eDinitrophenol den Stoffwechsel des lebenden Tieres nm 270;5 % hob, k0nnten wir bei der Atmnng des a~sgeschnittenen 5Inskels eine 51,9 %ige Sgeigerung messen, und eine 96,8 ~oige errechnen.

Zusammenfassung. Die Afmung des ausgeschnittenen und in einer Sauerstoffatmosph~ire

aufgeh~ngten Muskelstiickes ist in hohem MaBe yon Schichtdicke und O~-Diffusionsgeschwindigkeit abh~ngig. Deshalb kann man aus dem auf diese Weise gemessenen Sauerstoffverbrauch keinen ausreichencien Schlul] auf den Stoffwechsel des lebenden Organismus ableiten. Dies beweisen die an Ratten dnrchgefiihrten Versuche, bei denen wit den 0s-Verbrauch der ganzen Tiere verglichen mit den der ausgeschnittenen Gastrocnemien; dabei s~ellten wir lest, dal] die in letzteren nach g-Dinitrophenoizufnhr gemessene Os-Verbrauchssteigerung welt hinter der tatsachlichen Stoff- weehselzunahme der Tiere zuriickbleibt. Das gteiche fanden wit an Hunden, bei denen wit die Blutversorgung nnd den 02-Verbrauch der Extremitaten maven und rnit der Atmnng der ausgeschnittenen Muskeistiicke vergliehen.'