Aus dem Physiologischen Institut der Universit~t Wien.

[~ber die Aufnahme yon Stromdosiskurven mit Wechselstrom.

Von

Kurt Eckel. 3/iit 6 Textabbildungen.

(Eingegangen am 21. August 1941.)

S c h e m i n z k y zeigte, dal~ in Wasser mit Wechselstrom durehstrSmte Fische und FrSsche 1 sowie andere Wassertiere 2 bei einem bestimmten Stromstgrkewert in eirsen allgemeinen tetanischen Krampf verfallen. Nach S c h e m i n z k y und ~i tarbei terna l~13t sich die zur Herbeifiihrung des Krampfes eben erforderliche Stromstgrke durch Vorbehandlung der Tiere mit z e n t r a l 1 ~ h m e n d e n ~ i t t e l n -- dutch Summatiott yon Phar- makon nnd Stromwirkung erhShen. Wird die erforderliehe Wechsel- stromdosis vo rund nach Einspritznng des Pharmakons in gleiehbleibenden Zeitabst~nden f o r t l a u f e n d bestimmt, so lassen sieh -- wie mit ab- bzw. aufsteigendem Gleichstrom - S t r o m d o s i s k u r v e n gewinnen, die fiir das eingespritzte 5{ittel kennzeichnend sindL Die A u f n a h m e y o n S t r o m d o s i s k u r v e n m i t W e e h s e l s t r o m kann daher eine wertvolle ErgSnzung der Stromdosiskurven mit Gieichstrom darstellen. ~ber An- regung yon Prof. Dr. F. S c h e m i n z k y wurden weitere Untersuchungen iiber solche Wechsclstrom-Stromdosiskurven durchgefiihrt, vor Mlem im Hinblick auf die Streuung der Kontrollwerte, auf die Abhgngigkeit des Kurvenverlaufes yon der eingespritzten Dosis sowie auf die Rolle der Konzentration des l~Iitteis. Da gemde bei F r S s c h e n das Eintreten des allgemeinen tetanisehen Krampfes an der Streckung der Itinterbeine leichg zu erkennen ist, wurden die Untersuchungen (durehgefiihrt in den ~onaten Mgrz bis Dezember 1939) an g a n a esculent, a vorgenommen.

Methodik.

Bei dem Stromdosis-Verfahren naeh Scheminzky h~ndelt es sich darum, den Schwellen-S~roms~grl~ewer~ fiir eine bestimmte S~romwirkung - - irn vor- liegenden FM1 far den Wechse ls t rornkrampf -- vorund nach der Einspritzung eines Pharmakons in den Riickenlyml0hsack des Frosches in regelmi~Bigen Zeit- abstgnden zu bestimmen; die Einzelwerte je Mel3zeitl0unkt sind dann zur Strom- dosiskurve zu verbindcn.

1 Scheminzky, F.: Pflfigers Arch. 202, 200 (1924); 233, 371 (1933). -- 2 Scheminzky, Fe. u. Fr. : Z. vergl. Physiol. 25,170 (1937). -- a S cheminzk y, F. : Pfltigers Arch. 233, 371 (1933); Kraus , tI., u. W. igeiffenstuhl: Ebenda, S. 380; Adler, P.: Z. Biol. 99, 19 (1938). -- a Scheminzky, F.: Forschungen und Fort- schritte 15, 223 (1939); daselbst Ubersieht und Scllrifttumshinweise.

408 K. ECKEL:

Die e l e k t r i s che D u r c h s t r S m u n g effolgte in einer Wanne von 340 • 160 mm Grundfl~che bei einem Wasserstand yon 80 mm (Wiener Leitungswasser), an deren Schmalseiten zur Stromzufiihrung den Quersehnitt ausfiillende Kohleplatten ein- geh~ngt waren. Der W e c h s e l s t r o m wurde dem ll0-V-Stadtnetz fiber einen als Spammngsteiler geschalteten Widerstand entnommen; im NebenschluB zum Wider- stand lag die Versuchswanne mit einem Wechselstrom-Milliamperemeter in Reihen- schaltung. Zur feineren Regelung der Stromst~rke wurde sp~iter noch ein Reihen- widerstand yon einigen 100 Ohm in den Nebenkreis gebraeht.

Zur B e s t i m m u n g der S c h w e l l e n - S t r o m d o s i s ffir den K r a m p f wurde der Frosch in die Wannenmitte gesetzt und seine L~ngsachse mit einer Glasgabel in die Richtung der Stromlinien ( : senkrechte Elektrodenverbindungslinien) ein- gestellt. Anschliel]end erfolgte allm~hliehe Verst~irkung des Stromes von Null aus mit dem Gleitkontak~ am Spannungsteiler bzw. am Vorschaltwiderstand bis zum plStzliehen Eintreten des Streckkrampfes der Hinterbeine, worauf am Milliampere- meter die Sehwellenstromdosis abzulesen ist. Um ein m5glichst scharfes Eintreten des Streckkrampfes hervorzurufen, ist es ~weckm~l~ig, das Tier wi~hrend der Strom- verst&rkung mit der es umfassenden Glasgabel ganz leieht um seine L~ngsachse naeh links und rechts hin und her zu drehen; dieser Bewegungsreiz wirkt sich so aus, dal] die bis knapp vor dem Erreichen der Sehwellen-Stromst&rke bestehende Ruhe- haltung des Tieres gan~ plOtzlieh -- bei geringster ErhShung der Stromsti~rke -- in den Streckkrampf fibergeht. Bei einiger Ubung gelingt es, die Bestimmung der Schwellen-Stromdosis in etwa einer halben Minute durchzuffihren.

Der a l l g e m e i n e V e r s u e h s v e r l a u f bestand zun&chst in der Bestimmung der Krampfschwelle des noch unbeeinflul]ten Tieres, die naeh einer Pause yon 12 Minuten wiederholt wurde. Anschliei~end an diese zweite Bestimmung wurde die Einspritztmg des Mittels -- gelSst in Aqua dest. -- in den R i i c k e n l y m p h s a c k vorgenommen. In weiteren AbstKnden yon gleiohfalls 12 Minuten wurden dann immer wieder die Sohwellen-Stromst~rken Ifir den Wechselstromkrampf festgestellt, so lange, bis eine durch das Mittel etwa bewirkte ~nderung der Stromdosis wieder ab- geklungen war.

Jeder Versuch wurde gleichzeitig mit 5 Tieren durchgeffihrt, die abwechselnd in 12-Minuten-Absti~nden durchstrSmt wurden. Da -- abh~ngig yon KSrpergrSI~e, Erregbarkeit und sonstigen physiologischen Eigenheiten des einzelnen Tieres -- die Schwellen-Stromst~rken yon Frosch zu Frosch verschieden sind, mfissen die ge- messenen Werte von allen Tieren eines Versuchs auf eine vergleichbare Basis ge- bracht werden. Zu diesem Zweoke wurde der Mittelwert aus der ersten und zweiten Krampfschwellen-Bestimmung (beide nooh v o r Einspritzung des zu prtifenden Stoffes) gleieh 100 gesetzt und alle folgenden an diesem Tier bestimmten Krampf- sehwellen in Prozente dieses Ausgangswertes umgerechnet. Schliei]lich wurden alle Prozentwerte je Mel~zeitpunkt der 5 zu einem Versueh gehSrenden Tiere zu einem Mittelwert zusammengezogen. Diese mittleren Prozentwerte liefern dann, in ein Koordinatensystem -- mit der Zeit als Abszisse, dem Prozentwert tier Stromdosis als Ordinate -- eingetragen, die gesuchte Stromdosiskurve. Bei Kontrolltieren pendeln die wiederholt bestimmten Krampfsehwellen nur in geringem Ausmal~ um die Linie flit 100% (vgl. spi~ter).

Steigt nach der Einspritzung eines Stoffes die Stromdosiskurve fiber die Linie fiir 100% hinaus ( E r h S h u n g der Sehwellen-Stromdosis), so muB das eingespritzte Mittel einen z e n t r a l l ~ h m e n d e n Einflul] entfaltet haben; umgekehrt zeigt ein Sinken der Stromdosiskurve unter die Linie yon 100 % die Einwirkung eines Mittels mit z e n t r a l e r r e g b a r k e i t s s t e i g e r n d e r Wirkung an. Je nach der Wirkungs- dauer des geprfiften Stoffes kehrt die Stromdosiskurve naeh ktirzerer oder l~ngerer Zeit wieder zur Linie ffir 100 % zuriick, um dann weiterhin urn diese, so wie vet der Einspritzung, nur in geringem Ausmal] zu pendeln.

Aufnuhme yon Stromdosiskurven mit Wechselstrom. 409

Ergebnisse.I

1. Die Streuung der Krampfsehwellen bei Kontrolltieren.

Nach einiger ~bung gelingt es, wie auch Abb. 1 zeigt, die Streuung der a n unbeeinfiul~ten Tieren wiederholt gemessenen Krampfsehwellen auf dem geringen Weft yon etwa ~ 3 % zu halten. Aus Abb. 1 geht ferner hervor, dag eine wiederholte, aber kurzdauernde DurehstrSmung der FrSsehe mit Weehselstrom selbst bei einer Gesamtversuehsdauer yon 2 Stunden die Stromdosis n i eh t verschiebt. Dies ist deshalb grund- siitzlietl wiehtig, weil auf Grund dieses Befundes aueh Mittel l ange r

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Abb. 1. Die Weehselstrom-Krampfschwellen an nnbeeinflai~ten FrSschen (Kontrollen), in Zeit- abst~nden von je 12 ~Iinaten best immt ; drel versehiedene Versuehe mit je 5 Tieren.

Wirkungsdauer mit Weehselstrom untersueht werden kSnnen ohne dal~ die Gefahr einer Krampfsehwellen-Erniedrigung etwa als Folge einer Stromsehgdigung besteht.

2. Vergleich yon Stromdosiskurven zentral l~ihmender Mittel mit verschieden groller Wirkungsdauer bzw. Wirkungstiefe.

Da die LS~nge der Stromdosiskurve mid die HShe des Maximums nach dan bisherigen Erfahrungen in erster Linie yon der injizierten ~enge

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Abb. 2. Stromdosiskarven ftir Pernocton in 0,20]0iger L~)sung'. Injizierte Menge 0,025 g je kg Froseh (= h~lbe Dosis effieax minima). Der Pfeil e~tsprieht dem Augenbliek der ]njektiom Die diinn ausgezogenen Kurven entspreehen je einem Versueh mit 5 Tieren. Die roll nnd stark aas-

gezogene Kurve verbindet die Mittelwerte arts allen drei Versuchen.

des Pharmakons abhiingt, miissen bei Vergleichsversuchen stets gleich- wertige Dosen verwendet werden. So wie friiher beim Stromdosis- Verfahren mit Gleichstrom wurde daher auch bier den einzelnen Tieren jeweils die halbe Dosis e f f icax min ima eingespritzt. Ich benutzte die

410 K. ECKEL :

fiir Rana esculenta bereits yon Adler und Hradecky~ festgestellten Dosiswerte, wobei unter Dos. elf. rain. -- ausgedrfiekt in Granml fiir 1 kg Froseh -- jene Mengen zu verstehen sind, we]ehe bei mindestens 4 yon 5 Versuehstieren deutliehe Beeintrgehtigung des Verhaltens (Be- nommenheit bzw. Bewegungsunlust bei noah erhaltener Lagekorrektur nach Umdrehen in Rfiekenlage) hervorbraehten.

In Abb. 2 sind in versehiedener Striehffihrung 3 Stromdosiskurven ffir P e r n o e t o n in halber Dos. eft. min. (0,2%ige LSsung 0,025 g je kg Tier) dargestellt. Jede einzelne der mit 5 Tieren aufgenommenen Kurven zeigt einen etwas zaekigen Verlauf, der auf die Streuung der einzelnen MeBwerte zurfiekzufiihren ist. Werden die 3 Kurven der Abb. 2 jedoch zu einer -- in Abb. 2 stark ausgezogenen - Mittelkurve zusammengefaBt, so ergibt sich ein wesentlieh gJatterer Ver]auf. Gleiches konnte auch bei

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Abb. 3. Stromdosiskurven fiir drei zentral l~thmcnde :Mittel mit verschieden langer Wirkungs- dauer in h~lber Dosis efficax min ima: Chloreton O,5OIoige L~isung, 0,035 g je kg Frosch), Aver- tin (0,5o/oige LSsung~ 0,025 g je kg) and J(thylalkohol (5o/oige Li)sung, 1,75 g je kg). Der Pfeil

entspricht dem Aagenblick der Injektion.

der Zusammenziehung anderer Stromdosiskurven beobachtet werden, so da~ es zweckmi~ig ist, zur ~estlegung einer endgiiltigen Stromdosis- kurve nicht einen Einzelversuch nlit 5 Tieren, sondern mindestens 3 solcher Versuehe heranzuziehen.

In Abb. 3 sind Stromdosiskurven ffir 3 weitere zentra| l~hmende Mittel -- jede wieder aus 3 Versuehen zusammengesetzt - in halber Dos. eft. rain, wiedergegeben. Ffir diese Mitre{ bestehen sowoh] hinsiehtlieh der W i r k u n g s d a u e r -- gekennzeiehnet dureh die Zeit zwischen Anstiegs- beginn der Stromdosiskurve und i]lrer Rfiekkehr zur Linie ffir 100 % -- als auch hinsichtlieh der W i r k u n g s t i e f e .-- gekennzeichnet durch die HShe des Kurvenmaximums fiber der Linie ftir 100% -- betr~ehtliche Unterschiede; auf diese soll aber bier, da das Methodisehe im Vordergrund der Fragestdlung stand, vorl~ufig nieht welter eingegangen werden.

5 Adler, P., u. C]. Hradeeky: Naunyn-Schmiedebergs Arch. 181,541 (1936).

Aufnahme "con Stromdosiskurven mit Wechselstrom. 411

Stromdosiskurven fiir die Mittel in Abb. 3 sind yon A d l e r und / : I r a d e c k y 6 bei gleicher Dosierung auch mit absteigendem Gleichstrom aufgenommen und an dieser Stelle verSffentlicht worden. Vergleicht man Wirkungsdauer und Wirkungs- tiefe im Gleieh- und Wechselstromversuch, so ergibt sieh bei A v e r t i n und C hl o r e t o n nur ein geringgradiger Unterschied (etwas kleinere Wirkungstiefe und etwas ktirzere Wirkungsdauer im Wechselstrom) ; auffallend ist dagegen, dal~ )k t h y 1- a l k o h o l im Wechselstrom eine v i e l ktirzere Wirkungsdauer entfaltet und auch die Ausgangs-Stromdosis in wesentlich g e r i n g e r e m AusmaB verschiebt. Dies k6nnte damit zusammenh~ngen, dab ~thylalkohol zu den ,,Grol]hirnmitteln" gereehnet wird 7; for andere ,,Groghirnmittel" hat A d l e r s bereits gezeigt, dab sich die mit Wechselstrom aufgenommenen Stromdosiskurven -con den mit Gleichstrom aufgenommenen durch ein geringeres AusmaB an I-IShe und L~nge unterscheiden. Es zeigt sieh in der Abweichung "con Gleiehstrom- und Weehse]strom-Stromdosis- kurve vielleicht in neuer Weise eine Besonderheit der als ,,Grol3hirnmittel" be- zeichneten Stoffe; hier sind allerdings noch weitere Untersuchungen nStig.

3. Die Abh[ingigkeit der Stromdosiskurve zentra l ls Mittel yon ihrer Dosierung.

Es i s t se lbs tvers tgndl ieh zu e rwar ten , dal3 sowohl die Lgnge als auch d ie H6he des Max imums der Sgromdos iskurve yon der Dosierung des

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Abb. 4. Abhi~ngigkei& der S t romdosiskurve bei Pernoes yon der e ingespri tz ten Dosis (0,2O/oige Ltisung, injizierte Dosis 0,0375 g, bzw. 0,025 g, bzw. 0,0125 g je kg Frosch). Der Pfeil entspr icht

dem Zei tpunkt der In jekt ion .

Pha. rmakons abh~ng t ; bei grSl]eren NEengen des in j iz ie r ten Stoffes mull sieh jeweils die Wi rkungsdaue r sowie die Wi rknngs t i e fe v e r g r S l ] e r n . I n den Versuehen yon S e h e m i n z k y und Migarbei tern (a. a. 0 . ) wurde dies berei ts f i ir die mi t Gle iehs t rom au fgenommenen Sgromdosiskurven gezeigt. F i i r Weehse l s t rom grifft die genaml te Beziehung naeh meinen Versuehen m i t Pe rnoc ton bzw. Euna reon gleiehfalls zu.

I n Abb. 4 s ind 3 S t romdos i skurven aus Versuehen m i t P e r n o e t o n wiedergegeben (jede wieder aus 3 gleiehen Versuehen mi t insgesamt

6 A d l e r , P., u. C1. H r a d e e k y : Naunyn-Schmiedebergs Arch. 181,541 (1936); vgl. dort Abb. 1 auf S. 546. -- : T3ber die Einteilung yon Nareoticis und Schh~f- mittel in ,,Hirnstammmittet" und ,,Grol~hirhmittel" vgl. H. M o l l i t o r u. E. P. P i c k in Jahreskurse f. iirztl. Fortbildung 20, 66 (1929). -- s A d l e r , P.: Z. Biol. 99, 17 (1938).

412 K. ECKEL:

15 Tieren zusammengesetzt). Mit VergrSl]erung der Dosis steigt sowohI die Wirkungsdauer (L~nge der Kurve bis zur Riiekkehr zum Ausgangs- weft) als aueh die Wirkungstiefe (FIShe des Kurvenmaximums). Genat~ so wie bei den Versuehen mit Gleiehstrom wird der WirkungshShepunkt jedoeh um so sp~ter naeh der Injektion erreieht, je grSBer die injizierte Dosis war.

Auffallend ist bei derartigen Kurven, dal] die Verschiebung von Wirkungs- tiefe und Wirkungsdauer nicht proportional der injizierten Dosis erfolgt. Bei Ver- dopplung der eingespritzten Menge (Dos. eft. rain. z/2 s~a~ Dos. elf. min. 1/4 ir~ Abb. 4) wird weder die doppelte Wirkungsdauer noch die doppelte Wirkungstiefe auch nut ann~ihernd erreicht. Die VergrSl]erung dieser beiden Kennzeichen der Narkoticum-Wirkung erfolgt vielmehr nur in bescheidenem Ausmaf~. Diese Er- s cheinung zeigte sich nicht nur in den vorliegenden Versuchen mit W e c h s e lstrom, sondern bereits in den frfiheren Versuchen mit dem Stromdosisverfahren bei Ver- wendung yon Gleichstrom. Auch hier sind weitere Untersuchungen erforderlich.

4. Abhiingigkeit der Stromdosiskurve yon der Konzentration eines zentral l~ihmenden Mittels.

!m Rahmen der vorliegenden methodisehen Untersuehung wurde aueh der Frage naehgegangen, ob bei g le ieher injizierter Gesamtmenge

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Abb. 5. Abh~ngigkei t der S t romdos iskurve fiir Athyl~lkohol yon der Konzent ra t ion bei gleicher e ingespr i tz ter Menge (1,75 g je kg Frosch). Der Pfeil entspr ieht dem Augeli-

blick der Injektion.

die K o n z e n t r a t i o n des wirk- samen Stoffes ftir den Verlauf der Stromdosiskurve eine Rolle spielt oder nicht. Ftir diese Ver- suche wurde J~thyla]kohol heran- gezogen, dessen Stromdosiskurve aus den bier unter Punkt 2 be- sprochenen Versuchen fiir die Kon- zentration yon 5 % bereits bekannt war. Zum Vergleich wurde die gleiehe Menge (1,75 g je kg Frosch), jedoch in 20%iger LSsung injiziert.

Abb. 5 zeigt die beiden Strom- dosiskurven, die sich voneinander

ganz wesentlich unterscheiden. Trotz gleich grol]er injizierter Gesamt- menge ist bei hSherer Konzen~ration nieht nur der Anstieg s t e i l e r und das Maximum hSher , sortdern auch die gesamte Wirkungsdauer wesentlieh ver l~nger t . Der schnellere Anstieg und das grSl~ere Maximum bei hSherer Konzentration erkl~ren sieh wohl aus der grSl~eren Resorptions- geschwindigkeit. Sonst zeigen beide Kurven iihnliehe Gestalt.

Es ergibt sieh aus diesea Versuchen, daJ] bei Aus yon Stromdosis- kurven auch die Konzentration des zu priifenden Stoffes in seinern LSsungs- mittel nieht unbertieksichtigt bleiben darf. Da] aueh das LSsungsmittel selbst dutch Einfluit auf die Resorptionsgeschwindigkeit Verlauf und Gestalt der Stromdosiskurve verschiebt, hat bereits KSl lensperger ~ fiir Avertin gezeigt.

Aufnahme von Stromdosiskurven mit W echselstrom. 413

5. Die Stromdosiskurve bei zentralerregenden Mitteln.

Da der Wechselstromkrampf durch eine Erregungswirkung auf das Zentralnervensystem zustande kommt, muff jede Erregbarkeitssteigerung in diesem das Eintreten des Krampfes erleichtern; da also weniger Wechselstrom zur KrampfauslSsung erfor- o ~ s/d derlich ist, fiillt hier die Stromdosiskurve. 1o0 x Als Beispiel ist in Abb. 6 ein Versuch mit "-~ % ~ / ' C o ffein wiedergegeben~ fiir welches Mittel ~ 9 o - - - - : ~ 1 / zwar yon S c h e m i n z k y 1~ die Addition ~ ~ . ~ ' zur W echselstromwirkung bereits naeh- ~o I I I l I I gewiesen war, ohne dM] allerdings die Abb. 6. Stromdosiskurve fiir Coffei- zeitliche Verfolgung der Coffeinwirkung in ,urn purum (0,50/0ige LSsung, 0,05 g

je kg Frosch). Der Pfeil entspricht Form der Stromdosiskurve bisher erfolgte, dem Augenblick der Injektion.

Die bier injizierte Dosis war fiir sich allein imwirksam und beeinfluffte das Verhalten der VersuchsfrSsche ia keiner Weise; es sind also auch l a t e n t bleibende Erregungswirkungen mit dem Stromdosisverfahren nachzuweisen und messend zu verfolgen.

Zusammenfas sung . Mit Wechselstrom y o n 50 Hz aus den iiblichen Lichtnetzen kSnnen

unter Beobachtung des Wechselstromkrampfes bei FrSschen ,,Stromdosis- kurven" in entspreehender Art wie mit Gleiehstrom aufgenommen werden, welche repioduzierbar und fiir das in den Riicken]ymphsack injizierte ~ittel kennzeichnend sind. Nach Einiibung werden an Kontroll- tieren selbst im stundenlangen Versuch immer wieder praktisch die gleichen Schwellen-Stromst~rkewerte ftir den Krampf gefunden, die nur eine Streuung von ~_ 3% aufweisen. Injektion eines P h a r m a k o n s mi t zen t r a l 15hmender Wi rkung (untersucht: Pernocton Ch]oreton, Avertin, :~_thylalkohol und Eunarcon, meist in hMber Dosis effica minima) erhSht die Krampfschwellen und fiihrt zum Ans t e igen der Stromdosis- kurve wShrend der Resorption his zu einem IV[ a xim u m, mit der ZerstSrung und Ausscheidung zu deren Abs inken bis wieder zum Ausgangswert. W i r k u n g s d a u e r (gekennzeichnet durch die Zeit yon der [njektion bis zur Riickkehr der Kurve zum Ausgangswert) sowie W i r k u n g s t i e f e (gekennzeichnet durch die Lage des Kurvenbmximums) sired sowohl yogi der e i n g e s p r i t z t e n Menge a]s auch yon der K o n z e n t r a t i o n abhi~ngig. Ein zen t r a l e r r egende r S to f f (untersucht: Coffein) erniedrigt die Krampfschwelle und fiihrt ein A b s i n k e a der Stromdosiskurve zu einem Min imum mit W i e d e r a n s t i e g zum Ausgangswert herbei. Die Auf- nahme yon Stromdosiskurven mit Wechselstrom kann daher bei Pr i i fung yon P h a r m a c i s mi t z en t r a l e r Wirl<ung - unter Beriieksichtigung yon Menge und Konzentration -- eine wertvolle Erg~nzung zur Anfnahme yon Stromdosiskurven mit Gleichstrom darsteUen.

X 6 1 1 e n s p e r g e r , F. K. : Naunyn-Schmiedebergs Arch. 196, 232 (1940). - - l0 S c h e m i n z k y , F. : Pfliigers Arch. 233, 371 (1933).