G. Gebert

The effect of potassium on the tone of isolated arteries.

ZusammenfassungSegmente der Arteria facialis des Rindes wurden unter einen Innendruck von 100 mm Hg gesetzt. Dieser wurde fortlaufend isometrisch registriert, während die Arterien nach der Übertropfmethode verschiedenen Kalium-Konzentrationen ausgesetzt wurden.Kalium-Konzentrationen bis zu 35 mmol/l erniedrigen den Druck der Arteriensegmente. Die maximale Gefäßdilatation wurde bei 10 mmol/l erreicht. Weitere Steigerung der Kalium-Konzentration verminderte die Dilatation. Kalium-Konzentrationen über 50 mmol/l führen stets zur Gefäßconstriction.Herabsetzung der Kalium-Konzentration steigert den Innendruck der Arterien. Der Druckanstieg war anhaltend (bis zu 60 min beobachtet).Tetrodotoxin (8·10−7 g/ml) hatte keinen Einfluß auf die Kaliumwirkungen.Die Befunde werden in Hinsicht auf eine mögliche Funktion des Kaliums bei der Regulation der Durchblutung — besonders am arbeitenden Muskel — erörtert.SummarySegments of bovine facial arteries were placed under a pressure of 100 mm Hg and the inside pressure was isometrically recorded. The arteries were rinsed from outside with various potassium solutions.An increase in the potassium concentration decreases the pressure of the arteries up to a concentration of about 35 mmole/l. Maximum of dilatation was reached with 10 mmole/l potassium chloride. The vasodilatation was lessened by a further increase in the potassium concentration but was still present. Concentrations more than 50 mmole/l potassium chloride invariably lead to contracture.Decrease in the potassium concentration increased the pressure of the arteries and this effect was maintained for a long period of time (observed up to 60 min).Tetrodotoxin (8×10−7 g/ml) does not influence the potassium effects.The results are discussed with regard to the role of potassium in the regulation of blood flow, especially during muscular activity.

Messung der K+- und Na+-Aktivität mit Mikro-Glaselektroden im Extracellulärraum des Kaninchenskeletmuskels bei Muskelarbeit

SummaryRabbits were anaesthetized with urethane and pentobarbitone sodium. The K+ and Na+ activity in the blood of the femoral vein or in the interstitial space of a skeletal muscle (vastus medialis of M. quadriceps femoris) were measured continuously by means of glass microelectrodes during stimulation of the muscles of the hindlimb. The blood flow in the femoral artery was recorded simultaneously by means of a Statham flowmeter. The K+ activity (at rest about 4 mmole/l) rose during the stimulation of the musculature. The course of the K+ increase was similar to that of the functional hyperemia. Maximum values obtained by frequent supramaximal stimulation (40 cps) were 6–6.5 mmole/l in the venous blood and 8–8.5 mmole/l in the interstitial space. The Na+ activity also rose from about 135 mmole/l to 136–140 mmole/l. The findings support the assumption that potassium shifts play a role in the regulation of functional hyperemia.

The mechanical response of isolated arteries to potassium

Die vasodilatatorische Wirkung der K+-Ionen wird bei Applikation von aussen auf Segmente der Art. facialis des Rindes, die in einer feuchten Kammer unter Druck gesetzt wurden, nachgewiesen. Die Befunde werden im Hinblick auf die Bedeutung des Kaliums für die Durchblutungsregulation im Muskel diskutiert.

The antagonism of potassium and catecholamines on the vascular tone of isolated arterial segments

An isolierten Segmenten der Art. facialis (Rind) wurde der Innendruck (Anfangsdruck 100 mm Hg) fortlaufend isometrisch registriert, während die Aussenseite von Tyrode-Lösungen mit verschiedenem Kalium- und Catecholamingehalt umspült wurde. Die durch die Catecholamine (5 × 10 bis7−5 × 10−6g/ml) induzierte Vasokonstriktion kann durch geringe Erhöhung der Kaliumkonzentration (von 2,8 auf 6,34 bis ca. 10 mmol) unterdrückt werden. Bei gleichzeitiger Applikation beider Substanzen setzt sich die dilatatorische Wirkung der K+-lonen durch.

Cyclic AMP and the potassium-induced vasodilation

SummaryThe cAMP concentration of bovine facial arteries (helical strips) increased from 0.84±0.14 to 1.51±0.24 nmole/g wet weight, when the strips were relaxed by exposure to a physiological salt solution containing 10 instead of 2.7 mM KCl. A similar result (increase from 1.13±0.15 to 2.07±0.29 nmole cAMP/g wet weight) was obtained in strips pretreated with 10−7 g/ml β-methyldigoxin. These strips reacted to 10 mM KCl with a constriction. Addition of the phosphodiesterase activator N-methyl-imidazole (3·10−3 M) did not affect the mechanical response to 10 mM KCl. It is concluded that for the potassium-induced vasodilation cAMP does not have a mediating function comparable to that in β-adrenergic relaxation of vascular smooth muscle.

Eigenschaften und Beeinflußbarkeit der mechanischen Spontanaktivität isolierter Arterien

SummaryIn isolated bovine facial arteries the spontaneous mechanical activity was investigated by measurement of the pressure or the flow resistance fluctuations. The time between two contraction peaks was about 15 sec±8 sec (s.e.). Mostly the frequency as well as the amplitude of the contractions showed great variations. Enhanced K+-concentration induced a decrease in frequency and an increase in force of the spontaneous contractions. By this means the irregular mechanical activity was often changed into a rhythmical one. Poisoning of the arteries by tetrodotoxin (8×10−7) did not influence the spontaneous mechanical activity. The relation between the autonomous rhythm of the arteries and the blood pressure waves is discussed.ZusammenfassungAn isolierten Gefäßsegmenten (Art. fac. vom Rind) wurde die mechanische Spontanaktivität über die Schwankung des Innendrucks oder des Strömungswiderstandes gemessen. Die mittlere Periodendauer (Abstand zwischen zwei Kontraktionsgipfeln) betrug ca. 15 sec bei einer Standardabweichung des Einzelwertes von ca. 8 sec. Bei den meisten Gefäßen traten unregelmäßige Schwankungen in Periodendauer und Kontraktionsamplitude auf. Erhöhung der K-Konzentration führte zu einer Abnahme der Frequenz und zu einer Zunahme der Amplitude der Kontraktionen. Häufig geht die unregelmäßige in rhythmische Spontanaktivität über. — Vergiftung mit Tetrodotoxin (8·10−7) beeinflußt die mechanische Spontanaktivität nicht. Der Zusammenhang zwischen der Eigenrhythmik der Gefäße und den Blutdruckschwankungen III. Ordnung wird diskutiert.

Der Einfluß von Milieuänderung, Temperatur und Präparation auf den Ionengehalt und die Kalium-Dilatation muskulärer Arterien in vitro

SummaryThe potassium content of bovine facial arteries falls after incubation in physiological salt solution or in plasma from about 200 to about 140 mequ/kg dw. The sodium content increases from about 240 to about 270 mequ/kg dw. Cooling of the arteries to room temperature for several minutes induces a further decrease in the potassium content to about 80 mequ/kg dw and an increase in the sodium content to about 340 mequ/kg dw. Storage in defibrinated, oxygenated blood (4°C) decreases the potassium content of the arteries after one day to about 60, after two days to about 40 and after three days to about 30 mequ/kg dw. The calcium content does not change significantly. When the arteries are equilibrated in warm (38°C) salt solution or in plasma after the storage at 4°C, a slow increase in potassium content and a slow decrease in sodium content occurs. This process is accelerated by a higher potassium concentration in the bathing solution. The values of fresh vessels were never reached.—During the increase in temperature after cold storage the tone of the arteries changes without related changes in the K-content. The dilatation in response to a slight increase in the outer potassium concentration is not influenced by the variations in the potassium content of the arteries.ZusammenfassungBei Einbringen in 38°C warme, oxygenierte physiologische Salzlösung oder in Serum fällt der Kaliumgehalt von Rinderfacialarterien von etwa 200 auf etwa 140 mequ/kg Trockengewicht (TG). Gleichzeitig steigt der Na-Gehalt von ca. 240 auf ca. 270 mequ/kg TG an. Bei kurzzeitiger Abkühlung der Arterien auf Zimmertemperatur sinkt der K-Gehalt auf ca. 80 mequ/kg TG, und der Na-Gehalt nimmt auf ca. 340 mequ/kg TG zu. Lagerung bei 4°C in defibriniertem, oxygeniertem Blut läßt den K-Gehalt nach 1 Tag auf ca. 60, nach 2 Tagen auf ca. 40 und nach 3 Tagen auf ca. 30 mequ/kg TG sinken. Der Ca-Gehalt der Arterien ändert sich nicht signifikant. Bei Äquilibrierung in physiologischer Salzlösung oder in Serum von 38°C nach der Lagerung bei 4°C kommt es zu einem langsamen Anstieg des K- und Abfall des Na-Gehaltes. Erhöhung des K-Gehaltes der Badelösung beschleunigt diesen Vorgang. Die Ausgangswerte frischer Gefäße werden jedoch nicht annähernd erreicht. — Bei Erwärmung der Gefäße kommt es zu Tonusänderungen ohne entsprechende Verschiebung des K-Gehaltes. Die Dilatation auf geringe Erhöhung der K+-Außenkonzentration wird von dem K-Gehalt der Arterien nicht beeinflußt.

Die mechanische Reaktion des Froschskeletmuskels auf Ca++ und andere divalente Kationen in der Außenlösung

SummaryFreshly excised frog sartorius muscles go into a contracture when they are dipped into Ringers solution. The contracture tension depends on the Ca++ content of the solution. The threshold concentration is about 0.3 mmole/l CaCl2 (individual and seasonal variations). The maximum tension in isotonic CaCl2 solution is about 200 g/cm2 in whole muscle and about 1800 g/cm2 in single muscle fibres. The contracture can also be produced by direct application of Ringers solution with relatively low CaCl2 content to the surface of sartorius muscles in situ, but not by perfusion with Ringers solution through the blood vessels. Sr++ and Ba++ have the same effect like Ca++. Mg++ in high concentration (10 mmole/l) diminishes the contracture. Co++ is ineffective. Addition of local anesthetics or ouabain and paralysing by flaxedil do not influence the Ca-contracture. Caffeine increases a little the inhibition by prebathing in Ringers solution. — 5 min prebathing in Ringers solution with normal CaCl2-concentration, lower CaCl2 concentration or without CaCl2 leads to a remarkable inhibition of the Ca-contracture, the degree of which depends on the Ca++ content of the prebathing solution. Prebathing in blood plasma of the frog causes inhibition as great as prebathing in Ringers solution with 0.2 mmole/l CaCl2. Increase in the KCl-concentration to 12 mmole/l has no effect on the inhibition by prebathing, but substitution of Na by choline or tris reduces it markedly. — The following is concluded from our results: 1. The Ca++ permeability of frog skeletal muscle in vivo is relatively high. Therefore already a slight increase in the outer Ca++ concentration induces a contraction by the augmented Ca++ influx. 2. The ionic composition of the extracellular fluid of the frog muscle probably is different from that of the blood plasma. 3. The membrane of the muscle fibres is able to diminish its Ca++-permability markedly within a few minutes as a response to an increase in the outer Ca++-concentration.ZusammenfassungFrisch excidierte Frosch-Sartorien zeigen beim Eintauchen in Ringer-Lösung eine kurzzeitige Kontraktur, deren Spannung vom Ca++-Gehalt der Lösung abhängt. Die Schwelle liegt bei ca. 0,3 mmol/l CaCl2 (individuelle und jahreszeitliche Schwankungen). Die maximale Spannung in isotonischer CaCl2-Lösung beträgt bei Ganzmuskeln ca. 200 g/cm2 und bei Einzelfasern ca. 1800 g/cm2. Durch Berieselung von in situ verbleibenden Sartorien läßt sich die Kontraktur ebenfalls auslösen, mit Durchströmung über die Blutgefäße dagegen nicht. Sr++ und Ba++ haben die gleiche Wirkung wie Ca++. Mg++ wirken in hohen Konzentrationen (10 mmol/l) hemmend. Co++ hat keinen Einfluß. Zusatz von Lokalanaesthetica oder Strophanthin sowie Lähmung mit Flaxedil verändern die Ca-Kontraktur nicht. Coffein verstärkt die Hemmung durch Vorbaden des Muskels in Ringer geringfügig.—Vorbaden der Sartorien in Ringer-Lösung hemmt die Ca-Kontraktur in Abhängigkeit vom Ca++-Gehalt der Vorbadelösung. Froschplasma wirkt etwa wie Ringer mit 0,2 mmol/l CaCl2. Erhöhung der KCl-Konzentration im Vorbad auf 12 mmol/l beeinflußt die Hemmung nicht, Ersatz des Na durch Cholin oder Tris setzt sie herab. — Aus den Befunden wird gefolgert: 1. Die Ca++-Permeabilität der Membran des Froschskeletmuskels in vivo ist so hoch, daß auch geringe Erhöhung der Ca++-Außenkonzentration durch den Ca++-Mehreinstrom eine Verkürzung auslöst, 2. Die extracelluläre Flüssigkeit des Frosches hat wahrscheinlich eine andere ionale Zusammensetzung als das Plasma. 3. Die Muskelfasermembran kann als Reaktion auf Steigerung der Ca++-Außenkonzentration innerhalb einiger Minuten ihre Ca++-Permeabilität stark herabsetzen.

Das Verhalten der energiereichen Phosphate und des O2-Verbrauchs des Froschsartorius beim Übergang von in vivo- zu in vitro-Bedingungen

SummaryThe ATP, ADP, AMP, PCr and Cr-concentrations and the O2-consumption of sartorius muscles of rana esculenta were investigated in physiological salt solutions during the first hours after dissection. The PCr concentration rose within the first three hours from 12–13 μmole/g wet weight to 20–21 μmole/g. A corresponding decrease has been observed in the concentration of free Cr. The concentration of adenosine phosphates did not change. The O2-consumption fell to a constant level within two hours. The first values were greater by 50% than the last ones. Ca-depletion or increase in the KCl-concentration to 100 mmole/l did not influence this process. The significance of our results is discussed with regard to measurements of metabolism.ZusammenfassungAn Sartorien von Rana esculenta findet nach Excision und Einbringung in physiologische Salzlösung innerhalb der ersten 3 Std eine Stoffwechselumstellung statt, die durch einen Anstieg des Phosphocreatin auf Kosten des freien Creatin von 12–13 μmol/g Feuchtgewicht auf ca. 20–21 μmol/g gekennzeichnet ist. Der O2-Verbrauch fällt innerhalb von 2 Std auf ein Plateau, das ein Drittel unter den Anfangswerten liegt. Der Gehalt an Adenosinphosphaten bleibt konstant. Senkung des Ca-Gehalts der Ringer-Lösung oder Erhöhung des KCl-Gehalts auf 100 mmol/l haben auf den Ablauf der Veränderungen keinen Einfluß. Die Bedeutung dieses Vorgangs für Stoffwechselmessungen wird diskutiert.