Pflügers Archiv 270, 161--173 (1959)

Ans dem Physiologischen Institut der Universität GSttingen

Wandelbarkeit des tonisch-phasisehen Reaktionstyps einzelner Extensor-Motoneurone bei Variation

ihrer Antriebe a

Von

~[.-D. HENATSCH~ F, J. SCHULTE** und G. BUSCH**

Mit 4 Textabbfldungen

(Eingegangen am 10. August 1959)

Der gleiche proprioceptive Dehnungsreflex-Mechanismus führt je nach der Auslösungsweise entweder zu ausgesprochen phasischen Eigen- reflexen (HOFFMAN~ 1922), den sogenannten ,I~!'- und ,T-l~eflexen", (MAGLADE~¥ 1955; PAmT~A~D 1955) oder zu den tonischen ,myotatic reflexes" (LIDDELL u. SHEI~I~II~GTON 1924) bzw. ,postural reflexes" (I)E~~Y-BHow~ 1929). Auch bei willkürlichen und unwillkürlichen zentralen Innervationen kann ein gemeinsamer Motoneuronen-Verband einmal zu abrupten physischen Akten, ein anderes Mal zu andauernden tonischen Bewegungen und Haltefunktionen eingesetzt werden.

Die vergleichende Ableitung einzelner» reflektorisch aktivierter Alpha-~otoneurone in Vorderwurzelfilamenten deeerebrierter oder schwach narkotisierter Katzen hat unser Verständnis für diese Gegen- sätze und Wandlungen in den ErscheLaungsformen motorischer Aktivi- täten wesentlich gefördert (Übersieht: G~A~IT 1957). Sie hat zu dem allgemeinen Ergebnis geführt, daß kaum 2 ~otoneurone des gleichen Verbandes bei I)ehnung ihres zugehörigen Muskels mit gleicher Frequenz und Dauer entladen (GHA~I~, tIENATSCH u. STEC~ 1956; ~E~ATSCH u. SCHULTE 1958b). Die einen Zellen antworten mit Impulsserien während der ganzen Dauer der Muskelstreckung (sogenannter toniseher Ent- ladungstyp), andere feuern nur im Beginn der Dehnung (phasiseher Entladungstyp). Zwischen beiden Extremen gibt es alle Übergänge. Tonische und phasische Motoneuronentypen unterscheiden sich aber rächt nur in ihren charakteristischen Reflexantworten auf konstante Muske]dehnung, sondern auch in einer Reihe ~nderer Merkmale (GRA~IT~ PHILLr~s, SKOCLV~D U. STEG 1957; GRA-~IT, PASCOE U. STEG 1957;

* Herrn Professor Dr. PAur. I-IosFMA~~ zum 75. Geburtstag gewidmet. ** S$ipcndiaten der Deutschen Forschungsgemeinsehaft.

162 H.-D. HENATSCIt, F. J. SC~VLT~ Und G. Bvse~:

H]~lVATSCK U. SC~u~T]~ 1958a). In~race]luli~re Registrierungen haben weitere qualits,~ive Unterschiede in den Membraneigensehaften (z.B. Verlauf der postexeitatorischen Hyperpolarisation) und im Reflex- verhal~en der verschiedenen Alpha-Zellen aufgedeckt (EccLEs 1957; EccLv, s, ECCL]~s u. Lv~])]3~~G 1957).

Die in dieser Arbeit, geschilderten Experimente sollen einen der Gründe für die so wechselnde Aktivierbarkeit der 1Vfotoneurone desselben Muskels (1Vf. trieëps surae) angeben. Sie'gehen Von der hgUfigen experi- mentellen Erfahrung aus, da~ nicht n u r an den verschiedenen Alpha- Zellen nebeneinander, sondern auch an der Einze]zelle nacheinander Übergänge vom tonisehen zum phasisehen Entladungseharakter -- und umgekehrt auftreten können. Es soll gezeigt werden, daß hierfür in erster Linie variable Quantitäten ihrer peripheren und zentralen An- triebe verantwortlich sind.

Methodik Versuehstiere waren Katzen, die teils präcolliculi~r decerebriert und danach

narkosefrei waren, teils bei intaktem ZI~S in flacher Dauernarkose mit dem Steroid- ~Tarkoticum Presuren (Fa. Schering A. G., ]~erlin). gehalten wurden. An beiden Arten von Prgparaten ließen sich zentrale Gamma:Aktivierungen sowie tonisehe I)ehnungs- reflex-Antworten geeigneter Alpha-Moteneurone etwa gleich gut erzielen. Ein Teil der Befunde wurde im Rahmen von Untersuchungen mit weitergehenden Frage- stellungen gewonnen; soweit sieh hierdurch methodische Besonderheiten ergaben, werden sie'jeweils im Text aufgeführt. Im übrigen wurde die in früheren Arbeiten bereits geschilderte Operations- und Registriertechnik (I-I]~~ATSeH u. Scm~r~T]~ 1958 a, b) weitgehend beibehalten.

Die Motoneurone wurden aus der Vorderwurzel Lv oder S 1 abgeleitet. Sollte die efferente Innervation (und damit die Gamma-Muskelspindel-SchIeife) möglichst intakt bleiben, so wurde von ihr nur ein feines Einzelfilament abgelöst. Für deefferen- tierte Präparate wurden mindestens die Vorderwurzeln L6--S 2 der Versuchsseite vollständig durehtrennt. Die Afferenz blieb unversehrt, soweitnicht auch hier ein möglichst dünnes Probefilament (meist aus der ttinterwurzel L~) zurMitregistrierung von Gastroenemins-Muskelspindelimpulsen abgelöst wurde.

Der Wadenmuskel, dessen lkTn. gastrocnemii med, et lat. auf der Versuchsseite als einzige mit dem Rückenmark verbunden blieben, war unter mäßiger konstanter Vorspannung mit dem beweglichen Dehnnngsmeßstreffen-l~Iyographen verbunden. Dehnungsreflexe wurden manuell durch gleichmäßige Dehnungen des Muskels gegen einen Ansch]ag (meist um 8--12 mm) ausgelöst. Es wurde sorgfältig darauf geachtet, daß w~hrend eines Versuches sowohl die Amplituden und Steflheiten als auch die l~hy~hmik der aufeinanderfolgenden Dehnungen konstant eingehalten wurden. In der Regel folgte auf mehrere (3--6) kurze, rasch wiederholte I)ehnungen eine länger anhaltende, da dieses Vorgehen nach G~NIT, PHILLI£S~ SKOGLUI~D U. STEG (1957) besonders geeignet ist, um tonische Eigenschaften eines Motoneurons optimal zu entfalten. Die einzelnen Dehnungsserien wurden in Intervallen von 5,10 oder 15 sec wiederholt. Das Verhalten des A1pha-Motoneurons in mehreren der anhaltenden (Plateau-)Dehnungen war ausschlaggebend für die Beurteilung seines aktuellen l%eaktionstyps.

Periphere 10roprioeeptive Antriebssteigerungen wurden durch chemische Er- regung der Muskelspindeln mittels S~ccinylcholin (0,Sing/kg i.v.) erzielt (vgl.

WandelbarkeR toniseh-phasischer Motoneuron:Typen 163

H~?¢ATse~ u. Sc]lunTe. 1958 a, b). Flüchtige zentrale Antriebssteigerungen mit vor- wiegend bulbomesencephalem Angriffspunkt wurden auf verschiedene Weise erreicht: durch mechanische 0hrmuschel-Reizung (Pinna-Reflex, vgl. GI~ANIT, JOB U. KAAD± 1953), durch Erregung der Chemoreceptoren aus dem Glomus carotieum (über ihre antreibende Wirkung auf die spinale Motorik siehe SCnVLT~, BVSCg u. H~NATSCE 1959) oder durch andere unspezifisehe l~eizwirkungen mit bekanntem spinalmotorischem ,aronsal"-Effekt. Gemeinsam ist diesen Maßnahmen, daß sie physiologische Afferenzen steigern, welche auch normalerweise in den ttirnstamm einstrahlen und dort (neben anderen Funktionssystemen) die motorisehen l%rder- gebiete der Retikulärzone erreichen. -- Drosselungen der zentralen (vorwiegend reticulären) Antriebe wurden pharmakologisch durch Gabe von Phenothiazinen (Megaphen Bayer oder Versuchspräparat 37~. 338 der Fa. Knoll, je 0,5-- 1 mg/kg i.v.), in einigen Versuchen auch mittels Meprobamat (Miltaun, Lederle Arzneimittel Cyanamid Gmbtt., München) herbeigeführt. War eine vollständige Abtrennung der supraspinalen Antriebe erwünscht, so wurde das decerebrierte Präparat nachträglich (in kurzer Thiogenalnarkose) oberhalb der Lumbalsegmente spinalisiert.

Zur Verstärkung und Registrierung wurden dieselben Geräte und Instrumente wie in früheren Arbeiten benutzt.

Ergebnisse I. UmwandInng phasischer in tonische Dehnungsreflex-Antworten Sowohl durch periphere (proprioeeptive) als auch durch zentrale

(supraspinMe) Antriebssteigerungen gelang es, nrsprünghch phasisehe Dehnungsreflex-Antworten in tonisehe zu überführen, ohne daß die testenden Muskeldehnnngen irgendwie verändert wurden.

Massive proprioceptive Antriebssteigerungen für die Motoneurone erzeugten wir wie in früheren Versuchen durch chemische Dauererregung der Muskelspindeln mittels Suecinyleholin (G~A~I% SKOGLOS¢~ U. THES- LEFF 1953). Um von eventuellen Einflüssen über die Gamma-Muskel- spindel-Schleife unabhängig zu sein, waren die decerebrierten Präparate auf der Versuchsseite deefferentiert. Hinsichtlich der erzielten Wirkungen genügt hier ein Hinweis auf die Arbeit I:[v~NATSC~ u. SCJ~uLTE (1958b), in welcher die Umwar, dlung vom ptmsisehen zum tonisehen Reakt ionstyp bereits belegt ist (vgl. die dortige Abb. 2). Auf Grund unserer inzwischen gewonnenen weiteren Erfahrungen könnenwir sagen, daß dieseMaßnahme das sicherste und stärkste uns bisher bekannte Mittel darstellt, um toni- sehe Reflexantworten der Alpha-~otoneurone zu erzwingen.

Einige Zahlen mögen zur Veransehaulichung dienen: unter mehr als 50 untersuchten ~iotoneuronen fanden sich in den Vorkontrollen noch 19 Alpha-Einheiten, welche auch nach Anwendung der von GgANI% PJ~nnres, SKOGL~r~D U. SW~G (1957) beschriebénën tonusfördernden I~outinemaßnahmen hartnäckig am phasisehen Reaktionstyp festhielten. Nach Sueeinylcholin wandelten nur 2 dieser 19 Zellen ihre Antwort über- haupt nicht um, während ein Motoneuron unsichere Übergänge zu wenig vermehrten Reflexentladnngen zeigte. Alle anderen reagierten früher oder später (häufig erst, wenn die vermehrten Muskelspindel-Impulse bereits wieder zurückgingen) deutlich toniseh.

164 H.-D. H~~~TSC~, F. J. SCHULTE und G. Bvsc~:

Die nor~nalen supraspinalen motorischen Antriebe gehen zum großen Teil von den bekannten Fördergebieten der Hirnstamm-Retikulärzone aus (RHINES u. MAOOV~ 1946) oder werden, von anderen Quellen kommend, in ihnen integriert und umgeschaltet. Gegen stereotaktisch durchgeführte elektrische Reizungen in dieser Gegend läßt sieh einwenden, daß derartig erzwungene Synchronaktivierungen zufällig benachbarter Zellstrukturen allein nur bedingt Schlüsse auf ihre normalphysiologisehe

Kontn 0

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P/nna

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Ahb.1. Phasisch« Dehnungsreflex wird tonisch bei zentraler Aktivier~ng durch Ohrmuschel-(Pinna-) Reizung. Katze in flacher Presuren-Narkose. Afferenz und Efferenz intakt außer dünnem Registrier- filamen~ der Vordcrwttrzel Z» M 1VIotoneuronen-Impulsc; großer Spike eine Alpha-Einheit; kleine Spikes Gamma-Impulse (beachte partielle Hemmung bei den Kontroll-lguskel-Dehnungen), MG i~[eehanogramm (Eichung in Gramm am linken ]3iIdrand). Pinna-Reizung aktiviert die Gamma-

lV[uskelspindel-Sehleife und läßt den Alpha-Dehnungsrefiex tonisch werden

Bedeutung zulassen. Wir haben deshalb anstelle von künstlichen Hirn- stamm-Reizungen die im Kapitel ,Methodik" genannten Aktivierungen ihysiologischer Afferenzquellen angewandt, deren Fördereffekte auf supraspinale motorische Antriebe aus anderen Untersuchungen bekannt sind.

Da die auf diese Weise erzeugten zentralen Aktivierungen relativ flüchtig und von sehr wechselnder Stärke waren, ergaben sich insgesamt weniger ausgepragte Effekte als bei den peripheren Antriebssteigerungcn. Solange aber die Gamma-Muskelspindel-Schleife erhalten war, konnten nicht nur viele schon ursprünglich tonisch reagierende Motoneurone zu verstärkter und verl/~ngerter tonischer Reflexantwort, sondern nicht selten auch anfänglich phasisch reagierende Zellen zum Wandel ihres Reaktionstyps gebracht werden.

Wir beschränken uns auf 2 Beispicle : Abb. 1 zeigt an einem Präparat in flacher Presuren-Narkose, dessen Effercnz bis auf das abgeleitete dünne Veatralfilament intakt ist, den Dehnungsreflex eines Alpha-Motoneurons vor und nach mechanischer Auslösuug des bekannten ,Pinna"-(0hr- muschel)-Reflexes. -- In Abb. 2 wird eine starke Aktivierung der tonus- regulierenden Zentren des l:[irnstammes durch Erregnng der Chemorecep- toren im isolierten Glomus carotieum mittels NaCN erzielt. Bei intakter

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20see

Wandelb~rkeit tonisch-ph~sischer Motoneuron-Typen 165

Gamma-Muskelspindel-Schleife (Spaße A) werden die ursprüngl ich phasischen Ref lexantworten der abgelei teten A lpha-Motoneurone (Mehr- faser-Fi lament) vorübergehend toniseh, zugleich erscheint eine starke H i n t e r g r u n d a k t i v i t ä t von Gamma-Motoneuronen. Nach Deefferentie- rung (Spalte B) erweist sich die Akt iv ierbarkei t der Alpha-Motoneurone

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20sec

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Abb.2. Zentrale Beeinflussung der 29ehnungsre]lexe durch Chemorcceptor-A~tivierung bei erhaltener u~d durchtrennter Gamma-Muskelspindel-Schleife. Katze in flacher Presuren-Xarkose. Beide Carotis- sinus isoliert und kanüliert. Zweimalige ]~eizung der Chemoreceptoren durch Per£usion von XaC:N- l%inger-Lösung. Bezeichnungen wie in Abb. 1. Ableitung von A1Dha- und Gamma-Motoneuronen aus einem Vorderwurzel-Mehrfaserfilament (LT). Übrige Efferenz in Spalte A intakt, in Spalte B voll- ständig dnrchtrennt. In beiden Fällen deutliche Gamma-Aktivierungen nach NaCST, jedoch nur in A

starkes Tonischwerden der Alpha-Dehmmgsreflexe

nach erneuter NaCN-Gabe nur noch geringfügig gesteigert, ihr Reaktions- typ ble ibt phasiseh. Die starke Ant re ibung der kleinen Gamma-Moto- neurone ist auch jetzt, soger deutlicher, zu sehen, k a n n sich aber wegen der Durch t r ennung der peripheren Schleifg n icht mehr auswirken.

Manifeste Wand lungen ursprüngl ich phasiseher Alpha-l%eaktions- t ypen wurden an deefferentierten P räpa ra t en bei zentralen Akt iv ie rungen nur ganz vereinzelt u n d kurzdauernd beobachtet .

Fflügers Arch. ges. Physiol., Bd. 270 12

166 H.-D. HE~¢ATSCtr, F. J. SC~vT.T~ und G. Bvse~:

H. Umwandlung toniseher in phasische Dehnungsre/lex-Antworten Die Umkehrung der bisher geschilderten Versuche besteht darin,

durch zentrale oder periphere Antriebsmindernng eine Umwandlnng vom ursprünglich tonischen zum phasisehen Reaktionstyp des Alpha-Moto- neurons zu erreichen. Da zur Testung stets der Dehnungsreflex bei gleich- artiger Mnskelstrecknng dienen sollte, verbot sich ein Eingriff in die peripheren proprioceptiven Antriebe, etwa durch partielle Deafferen- tierung, von selbst. Wir haben uns deshalb darauf beschränkt, die zen- tralen Antriebe zu drosseln oder völlig aufzuheben. Die Präparate waren ausnahmslos deefferentiert.

Temporär lassen sieh die supraspinalen Antriebe durch geeignete ~harmakologische Einwirkungen unterdrücken. Besondere Abbildungs- belege erscheinen auch hier entbehrlich, nachdem wir schon in anderem Zusammenhang (HENATSC~ U. SCHOTE 1958b) gezeigt haben, daß auf diese Weise z .B. durch Megaphen ursprünglich tonische Dehnungs- reflexe für lange Zeit phasisch werden. Es sei ergänzend erwähnt, daß wir das gleiche Verhalten auch nach einmaliger i.v. Gabe von anderen Pheno- thiazinen sowie von 20--30 mg/kg 1Vfeprobamat (Miltaun) sahen, in letzterem Fall meist mit kürzerer Wirkungsdauer (10--20 min).

Eine genauere Analyse der Effekte dieser Substanzen auf die spinalmotorischen Systeme soll an anderem Ort durchgeführt werden (Busch, H~~A~SCK u. SC~~LTE, in Vorbereitung). Hier genügt die Feststellung, daß ihre Hemmungswirkungen hauptsächlich -- wenn auch nicht aussehliel~lich -- an supraspinalen Fördergebieten des Hirnstammes angreifen (für die Phenothiazine vgl. I-IX~BEL, BOXVALL~T U. DELL 1954; H~~¢ATSC~ u. I~GWU~ 1956; SC~ULT~ U. H~~¢A~SC~ 1958).

Als radikalste Maßnahme haben wir an einigen decerebrierten Präpa- raten sämtliche zentralen, suprasegmentalen Antriebe durch Spinali- sierung knapp oberhalb der Lumbalsegmente abgetrennt.

Abb. 3 gibt einen solchen Versuch wieder. Die Kontrolle zeigt den Dehnungsreflex eines deutlich tonischen Alpha-Motoneurons. Nach Ab- klingen der kurzen Thiogenal-Zwisehennarkose und des akuten Spinali- sierungsschocks kehrt zwar die Aktivierbarkeit dieses Motoneurons durch Muskeldehnung wieder, was durchaus nicht immer der Fall ist, aber der Antwort typ hat sich grundlegend gewandelt: die Zelle reagiert nur noch phasisch. Dieser phasische Charakter blieb immer bis zum Versuchsende bestehen, sofern nicht, wie in diesem Fall, entgegenwirkende 1V[aßnahmen (siehe Abschnitt I I I ) durchgeführt wurden.

III. Restitution unterdrückter tonischer Antworten durch anderweitige Antriebssteigerungen

Die Abb. 3 enthält in ihren weiteren Registrierreihen noch einen bisher nicht besprochenen Befund, den wir sowohl nach Spinalisierung als auch unter anhaltender Phenothiazin-Wirkung erheben konnten :

Wandelbarkeit tonisch-phasischer Motoneuron-Typen 167

Nachdem der Übergang vom tonisohen zum phasischen Verhalten sicher erreicht war, haben wir die weggefallenen supraspinalen Zuflüsse durch proprioceptive Antriebssteigerungen ersetzt, indem die

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Abb. 3. Tonischer Dehnungsreflex wird phasisch nach Spinalisierung und wieder tonisch nach Muskel- spindel-Aktivierung. Decerebrierte, deefferentierte Katze. MSp KontroIl-N[uskelspindel (übrige Afferenz intak0. Sonstige Bezeichnungen wie bisher. Brach ]~ontroll-P~egi~trierung Durchschneidung des l~ückenmarks oberhalb der Lumbalsegmente. Dehmmgsreflex von jetzt ab permanent phasisch bis zu den nachfolgenden chemischen Muskelspindel-Erregungen. Brach 1. Succinyleholin-Injektion

partielle, nach 2. Injektion verstärkte ~ückkehr des tonischen Antworttyps

12"

168 H.-]). HEN±TSCtt, F. J. SCtIULTE und G. BvsctI:

Mnskelspindeln für mehrere Minuten durch Succinylcholin erregt wurden. Das l~esultat war in der Regel das gleiche wie in der hier gezeigtenAbbil- dung: die nr~terdrüekte, ursprünglich tonische Antwortf/~higkeit der Moto- neurone kehrte p rompt zurück. Manchmai restitnierten sich die tonischen

Presuren..«omg/k 9 L~

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30min

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C«rg/~zo/." £~T~9/k 9/: v.

7 s e c ! !

Abb. 4. Unterdrückung des tonisehen Dehnungsre]lexes durch al¢ute 2Var»ose und pavtielle Restitution durch zentrales Wec~mittel. Präcol l iculär decerebr ier te Ka tze . ;gezeichnungen wie bisher. Der in der Kont ro l le gu t tonische Dehnungsref lex Yerschwindet bis a u f einen phasischen R e s t nach rascher i .v. In j ek t ion einer g röberen Dosis Presuren . N a c h Cardiazo1-Gabe par t ie l le II,iickkehr des

tonischen Antworttyps

Dehnungsreflexe nur par tiell, nicht selten aber wurden sie nach der Spindel- erregung sogar stärker als in den Kontrollen vor der Spinalisiernng.

Das in Abb.4 von einer präeolliculär deeerebrierten Katze abge- leitete Alpha-Motoneuron reagierte anfänglich sehr gut tonisch. Es reduzierte seine Antworten bis auf einen phasischen t~est, nachdem eine relativ hohe Einzeldosis von Presuren rasch i.v. injiziert worden war. I-Iier gelang es durch anschließende Gaben von Cardiazol, also einem zentralen Weekmittel, eine partielle Rückkehr der tonischen Alpha- Entladungen zu erreichen.

Wandelbarkeit tonisch-phasischer Motoneuron-Typen 169

Diskussion Die geschilderten Befunde haben eindeutig ergeben, daß das aktuelle

Verhalten der Alpha-Motoneurone im Dehnungsreflex maßgebend von den augenblicklichen afferenten Zuströmen aus der Peripherie und aus supraspinalen Quellen abhängt. Eine Steigerung dieser Antriebe führt regelmäßig zu vermehrt toniseher Antwortbereitschaft, d. h. das Moto- neuron kalm auf den gleichen Dehnungsreiz mit einer Salve längerer Dauer entladen. Eine Antriebsminderung unter eine kritische Grenze bedingt an der gleichen Zelle den phasisehen Antworttyp. Auch unter maximalen afferenten Antrieben sind nun keineswegs alle Motonenrone in ihrer Antwortbereitschaft gleich : einige Zellen entladen sogar über die Zeitspanne der Muskeldehnung hinaus; die meisten reagieren zumindest während des Dehnnngsplateaus deutlich toniseh; ganz vereinzelte Aus- nahmen behalten einen phasisehen oder Übergangstyp auch einmal bei.

In letzteren seltenen Fällen bestanden bei unseren Präparaten jedoch immer Zeichen eines schlechten Allgemeinzustandes. Wir halten es für wahrscheinlich, daß auch bei ihnen unter günstigeren Bedingungen bzw. durch noch intensivere Gesamt- antriebe der Übergang zu tonisehem Verhalten erzielbar gewesen wäre.

Wenn nach unseren Versuchen der I~eaktionstyp des einzelnen Moto- neurons so eindeutig von der Menge der afferenten Zuströme abhängt, so liegt der Schluß sehr nahe, daß auch die unterschiedliche Reflexaktivier- barkeit verschiedener motorischer Vorderhornzellen auf einer ungleichen Zahl synaptischer Zuflüsse beruht. Diese Ansicht wird durch Befunde von Ecc~Es, ECCL~S u. LV~DBERG (1957) gestützt: die Autoren haben bei intracellulärer Ableitung Motoneurone des gleichen Verbandes mit sehr verschiedener Zahl und Verteilung der synaptischen Antriebe gefunden.

Als Konsequenz ergibt sich aus diesen Feststellungeneine Bedeutungs- verschiebung der Attribute , tonisch" und ,phasisch". Gerade dasjenige Kriterium, von welchem ursprünglich bei der funktionellen Zweiteilung der Alpha-Motoneuron-Systeme ausgegangen wurde, hat sieh nunmehr als beeinflußbar und wandlungsfähig erwiesen. Soweit die tonisch- phasisehe Antwortfähigkeit allein in t~ede steht, ist somit aus einem prinzipiellen Qualitäts- ein relativer Quan%itäts-Untersehied geworden. Wir könr~en zwar noch von Prädilektionstypen der Antworten in dieser oder jener Richtung unter ,normalen" Bedingungen sprechen, nicht aber länger von starr determinierten Verhaltensweisen.

Diese Feststellung bedeutet nicht, daß es bei den Alpha-Moto- neuronen überhaupt keine echten Qualitätsunterschiede mehr gäbe. Spike-Amplitude, bevorzugte Entladungsfrequenz, elektrische Membran- konstanten, Erholungscyclus und andere sind kaum wandelbare Eigen- schaften jeder einzelnen Zelle, die durch , innere Faktoren" vorgegeben sind. Auch das Maximum der überhaupt möglichen Zuströme ist fest- gelegt. Wie aber das Motoneuron im Einzelfall auf einen Dehnungsreiz

170 H.-D. H~~ATsc~, F. J. SeHvnT~ und G, Bvsc~:

reagiert, toniseh, phasisch oder mit allen Übcrgängen, das ist vom Aus- maß dieser ,äußeren Faktoren", d.h. von der jeweiligen erregenden ù Hintergrundaktivität", abhängig.

Der Vorrang der Quantität vor der Qualität der Zuströme wird be- sonders stark darin sichtbar, daß grundsätzlich die zentralen und pcri- pheren Antriebe gegeneinander austauschbar sind. Werden die supra- spiualen Zuströme gedrosselt oder aufgehoben, dann kann durch Steige- rung der proprioceptiven Znströme die alte Reflexaktivierbarkeit der Motonenrone wieder hergestellt werden. Gemeinsame Voraussetzung zur Manifestierung tonischcr Potenzen scheint lediglich zu sein, daß ein genügender -- von Zelle zu Zelle verschiedener -- Gesamtbetrag der Antriebe erreicht wird.

Jedoch bestehen Unterschiede in der Wcrtigkeit der zu tonisehem Verhalten führenden Antriebssteigerungen. Zunächst fällt auf, daß die von nns benutzten zentralen Aktivierungen insgesamt schwächere und inkonstantcre Effekte als die periphercn hatten; dies kann seinen ein- fachen Grund darin haben, daß sie bei weitem nicht so massiv und lang- dauernd wie die Spindclerregungen waren, bedingt durch die Art der gewählten Maßnahmen. Von den zentralen Aktivierungen waren wieder- um diejenigen am besten tonisierend wirksam, welche mit deutlichen Gamma-Steigerungen einhcrgingen und über die intakte periphere Schleife indirekt die Alpha-Motoncurone erreichten. Die direkten snpraspinalen Alpha-Antriebe reichen in den meisten Fällen nicht aus, um bis zu über- schwe]ligen längeren Entladungsserien zu führen, wenn auch die Reflex- auslösung selbst, ohne daß der Antworttyp geändert wird, vielfach deut- lieh erleichtert ist. Eindeutig an erster Stelle stehen aber in unseren Ver- suchen die chemisch bewirkten Dauererregungen der Muskelspindeln. Hier tritt nun ein gemeinsamer Faktor hervor: denn die periphere Sue- einylcholin-Wirkung auf die Spindeln ahmt am deeffcrentierten Präparat in gesteigertem Malte genau den Vorgang nach, welcher am intakten Organismus durch supraspinale (und reflektorische) Daueraktivierung der Gamma-Spindel-Sehleffe verwirklicht wird. I-Iochfrequente, asyn- chrone, salvenartig an- und abschwellende Entladnngen aus den Muskel- spindeln sind offenbar am besten imstande, tonische l~efiexentladungen der Alpha-Mo~oneurone zu nnterhalten (vgl. G~A~~ 1958). Die besondere Bedeutung des Gamma-Systems liegt darin, daß es über die periphere Spindel-Schleife gerade diese Afferenzmustcr herstellt, wodurch zentrale und periphere Antriebe optimal zu gemeinsamer Funktion verknüpft werden.

Es wird nun auch verständlich, warum die proprioeeptive Antriebs- steigerung durch Suecinylcholin so ungleich wirksamer ist als etwa die v o n GRAI~IT, I-IElvATSCtt U. STEG (1956) angewandte post-~etanisehe Potenziernng der 1Viotoneurone mittels tetanischer elektrischer Syn-

Wandelbarkeß tonisch-phasischer Motoneuron-Typen 171

ehronerregung afferenter Nervenfasermassen. Auch in jenen Versuchen war es zur Verstärkung bzw. Manifestiernng von zuvor verborgenen tonischen Eigenschaften gekommen, jedoch waren 50°/0 aller unter- suchten Motoneurone permanent phasisch geblieben. Die Überlegenhcit der chemisch bewirkten Muskelspindel-Erregungen ist einmal auf den asynchronen und irregulären Charakter der afferenten Impulsfolgcn, zum anderen auf die fehlende Beteiligung der hemmenden Golgi-Sehaenrecep- toren zurückzuführen.

Auch in unseren Versuchen mit proprioceptiven Antriebssteigerungen ist anzunehmen, daß der von den hochfrequenten Spindelimpu]sen hinterlassene, langdauernde Zustand einer posttetanischen Potenzierung der Motoneurone maßgebend am Zustandekommen der tonischen l~eflex- antworten beteiligt ist. I-Iierfür spricht die häufige Beobachtung, daß das Maximum tonischer Antworten vielfach erst dann erreicht wurde, wenn die vermehrten Spindelerregungen bereits wieder zurückgingen. Es sei darauf hingewiesen, daß auch GaA¢*I% PHILLIPS, SKOGLV~D U. ST]SG (1957) bei den verschiedenen von ihnen angewandten Maßnahmen die durch post-tetanische Potenzierung bzw. zeitliche Summation erzielte Ald~umulierung der Einzelwirknnger~ für den ,common denominator" der beobachteten Reflex-Tonisieruugen halten.

Wir haben uns in dieser Arbeit bewußt auf das Wechselspiel der verschiedenen erregenden Zuströme für die Motoneuronc beschränkt. Es bedarf keiner I-Iervorhebung, daß im Gesamtgeschehen auch die ver- schiedenen hemmenden Mechanismen wesentlich eingreifen, wodurch die den aktuellen Reaktionstyp beeinflussenden Faktoren äußerst kompli- ziert werden. Weitere Untersuchungen werden nötig sein, um auch ihre Rolle abzugrenzen. Schon die bisher demonstrierten Variationsmöglieh- ketten in den Antwortformen der verschiedenen Motouenrone, sowohl neben- als auch nacheinander, zeigen jedenfalls, wie weit wir inzwischen über eine Auffassung hinausgelangt sind, die im Motonenron schlechthin, ohne Ansehen in dividueller Unterschiede, einen nndiffcrenzierten Sammel- begriff für die ,,gemeinsame Endstreeke" aller motorischen Inncrvationen (SH~R~I~GTON 1906) sah.

Summary In cats decerebrated by precollicular section er lightly anesthetized

by the steroid narcotic Presuren, standard stretch reflex responses of single extensor alpha motoneurones (M.triceps snrae) were recorded.

It was tried to change, in the same eell, its actual response type from phasic to rente (er reverse) by appropriate variations of its peripheral (proprioceptive) er central (supraspinal) exeitatory inflow.

1. In deefferented preparations, chemical exeitation of musclc spindle diseharges by suecinyleholine proved to be most effective to elici$, after

172 H.-D. H~NATSeTr, F. J. SeHur,T]~ und G. BescI~:

some delay, tonic streich reflex responses eren in those motoneurones which previously behaved in a purely phasie manner. Frequently maxi- mum tonic properties did not appear until the excessive spindle diseharges were already deelining. This indieates that they are due, at least in part, to a state of post-tetarde potentiation of motoneurones.

2. Adequate inerements of eentral drive were obtained by exciting natural afferent sourees projeeting to supraspinal motor aetivating eenters, such as mechanieal pinna reflex stimulation or ae~ivation of ehemoeeptors in the isolated earotid bodies by means of eyanide solutions. I f the gamma--musele spindle--loop was left intaet, these proeedures frequently led to ehanges from phasic to tonie stretch reflex responses. In most eases they remained ineffective after interrupting the loop by deefferentation.

3. Tonie alpha motoneurones responded only phasieally after suppress- ton of supraspinal exeitatory drive by means of phenothiazine administra- tion or after eomplete transection of the spinal cord above the lumbar segments. Il, snbsequently, the proprioceptive inflow from musele spindles was inereased snffieiently, these motoneurones regained their original tonie properties.

4. I t is eoneluded that the aetual reflex response type of a moßoneurone is dependent not only on preexisting inherent qualities but also on varying external faetors whieh make its behaviour flexible. I t is a question rather of quanti ty (total amount of eentral plus peripheral drive) than of prineipal quality, whether a motoneurone will reaet tonically or phasi- cally to musele stretehes.

5. tIigh-frequeney, asynehronous and irregular background diseharges from the muscle spindles are most potent to disclose latent tonie pro- perties of nearly all motoneurones. In the intaet organism, this impulse pattern is optimally ereated by maintained supraspinal and reflex aetiva- tion of the gamma-mnsele spindle-loop.

Die Arbeit wurde durchgeführt mit Unterstützung der Deutschen Forschungs- gemeinschaft. Fräulein I. LO~E~Z~~ danken wir für technische Assistenz.

Folgenden Firmen sind wir für Überlassung von Versuchsmengen zu Dank ver- pflichtet: Schering A. G., Berlin (,Presuren") ; Asta-Werke A.G., Brackwede/Westf. (ù Succinyl-Asta"); Knoll A.G., Ludwigshafen (Phenothiazin-Versuchspr/~parat ùNr. 338"); Lederle Arzneimittel, Cyanamid G.m.b.H., München (,Miltaun").

Literatur BtrseE, G., H.-D. H~N~TSeH u. 1% J. Se~~LT~: in Vorbereitung. -- DEN~Y-

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Privatdozent Dr. H.-I). HE~¢ATSCH, Dr. F. J . SCHULTE, Dr. G. BuscH, Physiologisches Inst i tut der Universität Göttingen, Kirchweg 7