Über die Durchlässigkeit der menschlichen roten Blutkörperchen für Anionen

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    10-Jul-2016

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  • (Aus dem Physiologischen Institut der Universit/Ct Kiel.)

    Uber die Durehl~issigkeit der mensehliehen roten Blutkiirper- ehen fiir Anionen.

    Von Dr. Ernst Wieehmann,

    Assistent am Institut.

    (Einge~angen am 4. Februar 1921. )

    I. Einleitung.

    Die Frage nach der Permeabilit~t tier Zelle ist so alt wie die physi- kalische Chemie selbst. Zu ihrer L6sung waren yon jeher die roten Blutk6rperchen das beliebteste Untersuchungsobjekt, einmal, well sie als freie Zellen und nicht in einem Zellverband vorhanden sind, und dann, weft sie ein leicht zu beschaffendes Objekt darstellen. DaB aus ihrem Verhalten ein Schlu8 auf viele andere K6rperzellen gemacht werden kann, mul] auch nach den bisherigen Kenntnissen angenommen werden.

    In ein kritisches Stadium war die Frage nach der Permeabilit~t der roten BlutkSrperchen schon durch die Untersuchungen yon R o n al), Mas ing ~) und Kozawa 3) getreten. Dutch die Untersuchungen yon F~l ta und R ichter -Qu i r t her 4) und yon S iebeck 5) ist sie neuerdings wieder in den Mittelpunkt der Diskussion gerfickt worden. W~hrend Mas ing nachwies, dal~ dem Blur zugesetzter Traubenzuckcr in die BlutkSrperchen yon Schwein, Hammel, Kaninchen und Gans gar nicht, in die vom Rind auch nur wenig eintritt, dab jedoch die menschlichen BlutkSrperchen Traubenzucker reichlich aufnehmen, zeigte, Kozawa gleichzeitig in unserem Institut, zum Teil in ~bereinstimmung mit Mas ing , dal3 die Blutk6rperchen yon Schwein, Hammel, Ziege, Pferd, Rind, Katze, Kaninchen und Meerschweinchen fiir Pentosen, Pentite, Hexosen, Hexite, methylierte Zucker, Disacharide, Aminos~uren, Salze organischer S~uren undurchl~ssig oder hSchs~ens wenig durch- l~ssig sind; die Blutk6rperchen vom Menschen, ,4_ffen und Hund sind

    1) Rona und Michaelis, Biochem. Zeitschr. 16, 60. 1909; 18, 375, 1909; 18, 514. 1909. Ron~ und D6blin, ebend~ 3L 215. 1911.

    a) E. Masing, Arch. f. d. ges. Physiol. 149, 227. 1913. 3) Shuzo Kozawa, Biochem. Zeitschr. 60, 231. 1914. 4) W. Falt~ und M. Richter-Q uittner, Biochem. Zeibschr. 100, 148. 1919. 5) R. Siebcck, Arch. f. experim. Pathol. u. Pharmakol. 8~, 214. 1919.

  • 110 E. Wiechmann :

    dagegen fiir die Monosacharide durchlgssig, ffir die anderen genannten Verbindungen aber gerade so wenig durchl~ssig wie die der iibrigen Sauger. Demgegeniiber behaupten Fa l ta und R iehter -Qu i t tner l ) , daft sich unter physiologischen Verh~tl~nissen regelmgftig Zucker, Rest- N-KSrper und Chloride ausschlieftlich im Plasma resp. Serum finden. Die Abweichung ihrer Untersuchungsergebnisse yon denen fast aller iibrigen Autoren fiihren sie auf ihre Methode der Plasmu- und Serum- gewinnung zurfick. Naeh ihrer Behauptung sch~tdigen Na-Fluorid, Na-Oxalat, Eiskiihlung und Schlagen zum Defibrinieren die Bht- kSrperchen und machen sie permeabel. Das yon ihnen verwandte Hirudin soll dagegen die BlutkSrperchen in ihrer physiologischen Impermeabilit~t konservieren. B r in k m a n und van D a m 2) bezeich- nen ebenfalls die Erythrocyten yon Froseh und Mensch unter physio- logischen Verh~ltnissen, d. h. solange kein Gerinnungsanfang eingetreten ist, als impermeabel fiir Glucose. Fiir die menschliehen BlutkSrper- chen haben sie den ~achweis indessen nur osmotisch geftihrt. Von den verschiedensten Seiten 3) ist jedoch Fa l ta und R iehter -Qu i t tner bereits widersprochen worden. Auch wenn die Angaben yon Fa l ta und R ichter -Qu i t tner ebenso wie die yon Br inkman und van Dam zu Reeht bestehen sollten, danu bleibt noeh immer die Frage unbeant- wortet, warum nach Kozawa nur Permeabilitht der menscMiehen Erythrocyten ffir Monosaeharide, nicht aber ftir ttexite, Disaeharide, Aminos~uren besteht, und warum sich die menschlichen BlutkSrperchen yon denen yon Schwein, Hammel, Ziege, Pferd, Rind, Katze, Kaninchen und Meersehweinehen so weitgehend unterseheiden. S iebeck 4) be- leuchtet das Permeabilit~ttsproblem yon einer ganz anderen Seite. Er stellte lest, dal3 im normalen menschliehen defibrinierten Blut das Chlor in fast konstantem Verh~ltnis -- 1 :2 -- auf die K6rperchen und das Serum verteilt ist, Wurde der grSl3te Teil des Serums durch eine isotonisehe NatriumsulfatlSsung ersetzt, so war das Chlor nachher genau im gleiehen Verhgltnis auf Zellen und L6sung verteilt, wie vorher auf Zellen und Serum. In gleicher Weise zeigte sich, daft die Zellen aueh an eine isotonische Rohrzuckerl6sung Chlor abgeben, jedoeh in der gleichen Zeit nur etwa den vierten Teil tier ~r die sie an die SulfatlSsung abgeben. Durch mehrm~liges Auswaschen mit Natrium- sulfafl6sung wurden die Blutk6rperchen ehlorfrei und zeigten dann

    1) loc. cir. 2) Br inkman und van Dam, Arch. internat, de physiol. 15, 105. 1919. - -

    Dieselben, Biochem. Zeitschr. 105, 93. 1920. 3) Andrese n, Biochcm. Zeitschr. 1107, 251. 1920. - - Ege, Biochem. Zeitschr.

    107, 246. 1920. - - Derselbe, Compt. rend. des S6ances de la Soc. de Biologie 83, 697. 1920. - - ttagedorn, Biochem. Zeitschr. 1107, 248. 1920. - - E. I. Warburg, Biochem, Zeitschr. 107, 252. 1920.

    4) loc. cir.

  • ~ber die Durchl~ssJgkeit der menschlicben roten BlutkSrperchen flir Anionen. 111

    immer noeh dieselben osmotischen Eigensehaften wie unver~nderte: in hypotonischer NaC1-LSsung nahmen sie wie sonst an Volumen zu.

    Aus allem ergibt sich, da~ die Frage nach der Permeabilit~t der roten BlutkSrperchen eine brennende ist. Soll sie gelSst werden, so kann das nur durch Untersuehungen yon den versehiedensten Seiten aus gesehehen. Demgem~ kSnnen meine auf Anregung yon Iterrn Professor Dr. HSber angestellten Versuche, die die Durchl~ssigkeit der roten BlutkSrperchen ffir Anionen behandeln, das Problem nur yon einer Seite aus beleuehten.

    II. Eigene Untersuchungen. 1. Die Dureh l~ss igke i t der ro ten B lu tkSrperehen ff ir das

    Su l fa t -An ion .

    In allen Versuchen handelte es sieh um Blur, das normalen mensch- lichen Individuen aus der Vena mediana eubiti entnommen war. Um die Gerinnung zu verhindern, wurde das Blur entweder in dem Zehntel- volumen einer 5proz. Natriumcitrat-L5sung aufgefangen oder mit in einigen Tropfen physiologischer KochsalzlSsung gelSstem Hirudin (E. Saehsse & Co.) versetzt. In anderen F~llen wurde das Blur dureh Schfitteln mit Glasperlen oder durch Schlagen defibriniert und dutch Gaze filtriert. Da naeh Hamburger 1) unter dem EinfluB der Kohlen- s~ure Sulfat-Anionen in die BlutkSrperchen eindringen, wurd e prinzipielt sofort naeh der Entnahme 30 Minuten lang ein kr~ftiger Sauerstoff- strom dutch das Blut geleitet, um die Kohlens~ure auszutreiben. Dann wurde das Blur zentrifugiert, das Plasma resp, Serum abpipettiert, und die BlutkSrperchen zweimal mit isotonischer KochsalzlSsung ge- wasehen. Von dem gewasehenen BlutkSrperehenbrei und einer iso- tonischen NatriumsulfatlSsung (1,63proz.) wurden gleiehe Volumina mit einander gemischt, und diese Suspension naeh gutem Umschfitteln ffir zwei Stunden in den Eissehrank (durchschnittliche Temperatur ~- 2 bis ~3 ~ C.) gestellt. Sedimentierung wurde hie beobachtet. Nach Ablauf der zwei Stunden wurde der Sulfatgehalt der Gesamtsuspension und der Zwisehenflfissigkeit analytiseh ermittelt, und mitre]st Haema- tokriten der Sulfatgehalt der KSrperchen dann dureh Rechnung gefun- den. Mit dem Haematokritveffahren l~{~t sich, wie Ege ~) neuerdings wieder gezeigt hat, das wahre BlutkSrperchenvolumen genau ermitteln. Zur Analyse wurde die Gesamtsuspension resp. die Zwischenfliissigkeit nach S c h e n e k enteiweil~t, die.Schwefels~ure in einem aliquoten Teil des Filtrats mit Chlorbarium gef~llt und gravimetrisch Ms BaSO4 bestimmt. Stets wurden Doppelanalysen ausgeffihrt.

    1) Hamburger , Osmotischer Druck und Ionenlehre, Wiesbaden 1902, I, S. 246.

    ~) R. Ege, Biochem. Zeitschr. 109, 241. 1920.

  • 112 E. Wiechmann :

    Ich gelangte so zu folgenden Ergebnissen:

    T a b e 11 e L Die Verteilung des Sulfat-Anions.

    Vet- Versuchs- BaS04 g in BaSO4-KSrperchen sucha, datum Art des Blutes 100 ccm Zwi- 100 ccm Blur- BaSO4-Zwischenfliissigkeit Nr. 1920 schenfliissigkeit kOrperchen

    1 26. l I I . Citrat 2,0611 0,2054 1 : 10,0 2 1. IV. Citrat 2,27 0,0632 1 : 35,9 3 13. IV. Citrat 2,524 0,1749 1 : 14,4 4 28. IV. tIirudin 2,428 0,2857 1 : 8,5 5 3. V. Defibriniert 2,454 0,177 1 : 13,9 6 10. V. Citrat 2,484 0,07 1 : 35,5

    E in Blick auf die vorstehende Tabelle geniigt, um zu zeigen, dab nach Austreibung der Kohlens~ure die menschlichen roten BlutkSrper- chen fast vSllig impermeabel ffir Sulfat- Ionen sind. In Hinbl ick auf die Behauptungen yon W. Fa l ta und M. R ichter -Qu i t tner 1) erscheint auch die Feststel lung wichtig, da~ das Verhalten der roten Blutk(irper- chen gegen Sulfat- Ionen dasselbe ist, ganz gleich, ob es sich um dutch Hirudin oder durch Natr iumci t rat unger innbar gemachtes oder durch Schlagen defibriniertes Blur handelt.

    2. D ie Durch l~ss igke i t der ro ten B lu tkSrperchen f f i r das Ch lor -An ion .

    Nachdem sich unter best immten Bedingungen eine fast vSllige Impermeabil it i~t der roten BlutkSrperchen fiir Sulfat- Ionen ergeben hatte, war der gegebene Weg, festzustellen, wie sieh die BlutkSrper- chen gegeniiber Chlor- Ionen verhalten. Methodisch habe ich mich hierbei an die oben angegebene Anordnung gehalten. Da naeh Z u n tz 2), Hamburger 3) und v. L imbeek 4) bei Einleitung yon C02 in Blut die Menge des t i t r ierbaren Alkalis im Serum zu-, sein Chlorgehalt abnimmt, und da ferner naeh Ha mb urger die durch die C02-Zufuhr eingeleitete Versehiebung durch Austreibung der Kohlensi~ure wieder ri ickg~ngig gemaeht werden kann, und diese Verschiebung sich auch im Leben fortw~hrend entsprechend dem periodischen Wechsel von h6herem und niederem CO~-Gehalt des Blutes zwischen den Venen und Arterien ab- spielen sollS), habe ich auch bei diesen Versuchen die KohlensSure dureh

    1) Ioc. cir. 2) Z untz, Inaug.-Diss. Bonn 1868. 3) Hamburger , Zeitschr. f. Biol. 28, 405. 1892. - - Derselbe, Arch. f. Physiol.

    1894. 419. - - Derselbe, Osmotischer Druck und Ionenlehre I, Wiesbaden 1902. 4) v. L imbeck , Arch. f. experim. Pathol. u. Pharmakol. 35, 309. 1895. ~) Nach den neuen Untersuchungen yon Fridericia (vgl. Beriehte fiber die ges.

    Physiol. 3, 236. 1920) ist der Grund des Chloraustausches zwischen Plasma und Blutk6rperchen in dem H~moglobin zu suchen, das die in die Blutk6rperchen gewanderten Anionen bindet.

  • [Tber die Durchllissigkeit der menschlichen roten BlutkSrperchen fiir Anionen. 113

    halbstfindiges Durchleiten von Sauerstoff aus dem Blur auszutreiben versucht.

    Das Chlor wurde teils nach der yon S iebeek angewendetenl), teils nach der von v. Korany i ~) angegebenen und yon Fa l ta und R ichter -Qu i t tner a) angewendeten Methode bestimmt. Beide Me- thoden bewShrten sich gleieh gut. Titriert wurde nach Vo lhard , Doppelbestimmungen wurden stets ausgefiihrt.

    Im nativen Blur (naeh Sauerstoffdurehleitung) ist die Verteilung des Chlors auf BlutkSrperchen und Plasma resp. Serum folgende:

    Tabelle II. Die Verteilung des Chlors im nativen Blur.

    Vers.- Versuchs-

    Nr. datum 1920

    1 8. VI. 2 14. ,VI. 3 21. VI. 4 29. VI. 5 10.VII.

    Art des Blutes

    Citrat Defibriniert Hirudin Hirudin Hirudin

    Methode

    Siebeck Siebeck Siebeck Siebeck Koranyi

    cly~ in 100 ccm P lasma 100 ccm Blut-

    resp. Serum kSrperehen

    262,04 170,3 301,42 209,3 388,0 138,5 350,0 210,1 392,0 126,8

    C1-KOrperchen C1-Plasma

    (Serum)

    1 : 1,5 1 : 1,4 1:2,8 1 : 1,7 1:3,1

    Die Versuche zeigen, dal~ im nativen menschlichen Blur das Plasma resp. Serum immer etwa zweimal soviel Chlor enth~lt wie die Blut- kSrperchen. In den einzelnen Versuchen schwankt das VerhMtnis des Chlorgehaltes der BlutkSrperchen zu dem des Plasmas resp. Serums zwischen 1 :1 ,4 und 1 :3 ,1 ; der Mittelwert ist 1 :2 ,1 . Meine Werte stimmen im wesentlichen mit denen yon S iebeck fiberein, der als Mittelwert ffir das Verh~ltnis des Chlorgehalts der BlutkSrperchen zu dem des Serums 1 : 2,0 land; seine Werte schwanken jedoch in geringerer Breite als die meinigen, n~mlich zwischen 1 : 1,7 und 1 : 2,3. Die Werte, die Snapper a) land, liegen im ganzen etwas hSher als die meinigen, n~mlieh zwischen 1 : 2,2 und 1 : 2,9. Obgleich ich genau den yon Fa l ta und R ichter -Qu i t tner 5) gemachten Angaben gefolgt bin, kann ich ihre Versuchsergebnisse, nach denen in Blut, das mit Hirudin inkoa- gulabel gemacht ist, alles Chlorid im Plasma vorhanden ist, nicht best~tigen. Meine Versuche zeigen, daI3 im Hirudinblut wie im Citrat- blur oder auch im defibrinierten Blur das Verhhltnis des Chlorgehalts der Blu~kSrperchen zu dem des Plasmas oder Serums immer ungef~hr dasselbe ist. Ich mSchte bier auch nicht die Feststellung unterlassen, dab R ichter -Qu i t t ner 6) selbst im Jahre 1919 eine Arbeit verSffentlicht

    1) loc. cir. 2) v. Korany i , Zeitschr. f. klin. Med. 3~, 7. 1897. 3) loc. cit. 4) Snapper , Biochem. Zeitschr. El, 53. 1913. 5) loc. cit. a) M. R ichter -Qu i t tner , Biochem. Zeitschr. 95, 179. 1919.

    Pfltigers Archiv f. d. ges. Physiol. Bd. 189.

  • 114 E. Wiechmann :

    hat, aus deren Protokollen hervorgeht, dab das Plasma dieselbe Menge Chlorid enth~lt, ob es nun aus Hirudinblut oder aus Natrium-Oxalat- Blur gewonnen wird.

    In einem weiteren Versuch wurde festzustellen versucht, wie sich der Chlorgeha!t der BlutkSrperchen verhi~lt, wenn sie in chlorreieherer L6sung suspendiert sind. Dazu wurde das native Blur sofort nach der Sauerstoffdurchleitung in zwei Tefle geteilt. Ein Tell (a) wurde sofort, wie oben besehrieben, analysiert; vom zweiten Teil wurde ein bestimmtes Volumen BlutkSrperchenbrei mit dem gleichen Volumen isotonischer NaC1-LSsung gemiseht, und diese Suspension (b) fiir zwei Stunden in den Eisschrank gestellt und dann analysiert.

    Versuch 1. 19. VII. 1920: Citratblut. Methode Koranyi.

    Yers.- ' C1 mg in Ct-KSrperchen

    100 ceml ' lasma 100 ecm Blut- ~l-P lasma resp. Nr. resp. Zwischenfl i issigkeit

    Zwischenfl i issigkeit kSrperchen

    a 362,2 223,9 1 : 1,6 b 542,6 273,1 1 : 2,0

    Es zeigt sich somit, dab eine erhebliche Menge Chlor aus dcr Zwisehen- flfissigkeit in die BlutkSrperchen fibergetreten ist. DaB das Verhi~lt- nis des Chlorgehaltes der BlutkSrperchen zu dem des Plasmas, wie es i m nativen Blut vorhanden war, nicht wiederhergestellt ist, mag sieh daraus erkli~ren, dab in den zwei Stunden bei Eissehranktemperatur noeh kein vollkommener Ausgleich stattfinden konnte. Diese Erkl~rung erscheint umso wahrscheinlicher in Hinbliek auf die yon mir sP~ter (Seite 118) angefiihrten Versuehe fiber den EinfluB der Temperatur und der Zeit auf die Verteilung des Phosphat-Anions zwischen Blutk5rper, chen und Suspensionsflfissigkeit.

    Umgekehrt zeigt sieh, daB, wenn die BlutkSrperehen in chlor~rmerer LSsung suspendier~ werden, eine nicht unbetr~ehtliehe Menge Chlor aus den BlutkSrperehen in die LSsung tibertritt. Die Versuehsanordnung war dieselbe wie bei dem vorhergehenden Versueh, nur dab an die Stelle der isotonischen Natriumchlorid-LSsung eine isotonisehe Natrium- uulfat-LSsung trat. Das Ergebnis zeigt folgende Tabelle:

    Versuch 2. 23. VII. 1920. Defibriniertes Blur. Method...

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