J. Dudel

Zum Mechanismus der Membranwirkung des Acetylcholin an der Herzmuskelfaser

SummaryOn application of acetylcholine (ACh) to the excised arrested atria of the dogs heart we found:1.The membrane resistance is reduced, simultanously the resting potential is increased.2.Depolarisation is observed if the resting potential is increased above 110 mV by anelectrotonic pulses. The equilibrium potential for the action of ACh was found to be at about 102 mV.3.The equilibrium potential diminishes with increasing external potassium concentration and fits well to the characteristic of a potassium potential.4.It is concluded that the mechanism of the ACh effect is a specific increase of the membrane permeability to potassium ions.

The effect of tetrodotoxin on the membrane current in cardiac muscle (Purkinje fibers)

ZusammenfassungAn verkürzten Purkinje-Fäden zeigt Tetrodotoxin (TTX) erst in Konzentrationen von >10−6g/ml eine Wirkung. Bei 10−5g/ml TTX ist die Anstiegssteilheit des Aktionspotentials auf etwa ein Zehntel vermindert; das Plateau wird verkürzt, während das Schrittmacherpotential unbeeinflußt bleibt. Selbst wenn TTX längere Zeit in einer Konzentration von 2 · 10−5g/ml einwirkt, sind seine Effekte durch Auswaschen voll reversibel.Der negative, erregende (Einwärts-) Natriumstrom, der während erzwungener Änderung der Membranspannung fließt, wird durch TTX beinahe aufgehoben. In Natrium-freier Lösung wird ein positiver (Auswärts-) Natriumstrom beobachtet, der in Gegenwart von TTX vermindert ist. Im stationären Zustand nach einem Depolarisationsschritt oder während sehr langsamer De- oder Repolarisation bei konstanter Geschwindigkeit hat TTX keinen sichtbaren Effekt auf den Membranstrom in Tyrodelösung.Die Differenz der Ströme, die in Tyrodelösung mit oder ohne TTX gemessen werden, wird als Natriumstrom interpretiert. Nach einer überschwelligen Depolarisation nimmt der Natriumstrom innerhalb von 10 ms auf etwa 1% ab, nach weiteren 140 ms auf etwa 0,1%.Die Zunahme des positiven Membranstromes in Natrium-freier Lösung kann nicht auf Wegfall eines Natriumstromes beruhen. Entfernung des extracellulären Natriums verringert einen negativen Strom, der nicht von Natriumionen getragen wird, darüber hinaus wird möglicherweise der Kaliumstrom vergrößert.SummaryIn short Purkinje fibers tetrodotoxin (TTX) is only effective in concentrations >10−6g/ml. At 10−5g/ml TTX the rate of rise of the action potential is reduced to about 10%. The plateau phase is shortened, while the pacemaker potential is not affected. Even after long application of 2 · 10−5g/ml the effects of TTX are fully reversible by washing.The negative excitatory (inward) sodium current flowing during voltage changes enforced by a voltage clamp is nearly abolished in the presence of TTX. In the sodium-free solution a positive (outward) sodium current is observed which is reduced in presence of TTX. In the steady state after a voltage step or during very slow de- and repolarization at constant speed TTX does not have an appreciable effect on the currents measured in Tyrodes solution.The difference of the currents measured in Tyrodes in presence and absence of TTX is interpreted as sodium current. Following a superthreshold voltage step sodium current declines to about 1% within 10 ms, after further 140 ms to 0.1%.The increase of positive membrane current on removal of extracellular sodium cannot be attributed to lack of negative sodium current. Under this condition a negative current decreases which is not carried by sodium ions, in addition to possible effects on the potassium current.

The dynamic chloride component of membrane current in Purkinje fibers.

ZusammenfassungAn verkürzten Purkinje-Fäden wurden die Membranpotentiale unter Spannungsklemmbedingungen geändert. Die Membran wurde sprunghaft oder mit konstanter Geschwindigkeit de- und repolarisiert. Bei Depolarisation erscheint bei −20 mV ein positiver (Auswärts-) Strom, der bei Depolarisation zu positiveren Membranpotentialen größer wird. Der positive Strom erreicht sein Maximum etwa 20 ms nach Beginn der Depolarisation, und wird mit einer Zeitkonstante von ca. 50 ms inaktiviert. Wird unmittelbar nach der Depolarisation die Membran repolarisiert, so ist der positive Strom von dieser Richtungsänderung nicht beeinflußt. Auch während der Repolarisation zeigt er eine ähnliche Potential- und Zeitabhängigkeit wie bei Depolarisation.Der positive Strom ist unabhängig von der extracellulären Natrium- oder Kalium-Konzentration. Sowohl in natriumhaltiger als auch natriumfreier Lösung ist der positive Strom stark vermindert, wenn das extracelluläre Chlorid durch ein gering permeirendes Anion ersetzt wird. Hieraus wird geschlossen, daß bei Depolarisation bei −20 mV und positiveren Membranpotentialen ein zeitabhängiger Chloridstrom ausgelöst wird. Bei negativeren Membranpotentialen ist der Chloridstrom klein.Es wird gezeigt, daß der positive Chloridstrom für die schnelle Phase der Repolarisation von der Spitze des Aktionspotentials zum Plateau verantwortlich ist.In Präparaten, die in chloridfreier Lösung gehalten wurden, ist der erregende Natriumstrom bei Depolarisation vergrößert.SummaryIn short Purkinje fibers the membrane potential was changed by a voltage clamp technique. The membrane was de- and repolarized using voltage steps or voltage changes at constant speeds. On depolarization from the resting potential, at −20 mV a positive (outward) current component appears which increases at more positive potentials. The peak of the positive current is delayed by about 20 ms relative to the start of the depolarization. The positive current is inactivated with a time constant of 50 ms. Time and voltage dependence of the positive current seem to be independent of the direction of potential change.The positive current is not affected by removal of extracellular sodium or potassium. In the absence as well as in the presence of sodium, removal of extracellular chloride markedly reduces the positive current. It is concluded that a time dependent chloride current is triggered above −20 mV. At more negative membrane potentials the chloride current is small.The positive chloride current is shown to be responsible for the early rapid repolarization from the crest of the spike to the plateau of the action potential.Preparations kept in chloride-free solutions display an increased excitatory sodium current during depolarization.

Der Mechanismus der automatischen rhythmischen Impulsbildung der Herzmuskelfaser

Das automatisch tätige Herzmuskelgewebe ist dadurch ausgezeichnet, daß das Membranpotential seiner Fasern sich während der Diastole langsam verringert. Es erreicht dabei am Schrittmacher die Schwelle und löst das nächste Aktionspotential aus (I%IJLA~~ 1931, GOLDENB~I~G u. t~OT~B]~~GE~ 1935, A~VA~ITAKI 1938, BOZL~~ 1943). Dieser Befund wurde durch intracelluliire Messungen zuerst von WEID~AN~ (1951) bestätigt; er diskutierte (WEID~A~~ 1955), ohne zu einer Entscheidung zu kommen, als Ursache für dieses Schrittmacherpotential folgende 3 Möglichkeiten: 1. eine Abnahme der Kalinmleitfähigkeit, 2. eine Zunahme der Natrinm]eitf£higkeit, und 3. eine Abnahme der Tätigkeit einer Natriumpumpe im Laufe der Diastole. Bei der Untersuchung der Wirkung des Acetylcholin (ACh) auf das Schrittmacherpotential (T~AvTw~I~ u. RUDEL 1958b) ergaben sich einige Argumente für die erste vonWEID~A~~ vorgeschlagene Hypothese. Es soll nun hier versucht werden, als Ursache des Schrittmacherpotentials eine Abnahme der Ka]iumleitfähigkeit der Membran nachzuweisen. Über einen Teil der Ergebnisse wurde bereits kurz berichtet (T~AuTWnI~ 1958).

Voltage and Time Dependence of Excitatory Sodium Current in Cooled Sheep Purkinje Fibres

ZusammenfassungKleine Präparate von Purkinjefasern wurden auf 4–5°C abgekühlt um die Aktivierung des erregenden Natriumstromes so zu verlangsamen, daß dieser vom kapazitiven Membranstrom getrennt werden konnte. Obwohl das Membranruhepotential bei der niedrigen Temperatur auf −30 mV abnahm, ließ sich das Natriumsystem auslösen, wenn die Membran durch hyperpolarisierende Pulse konditioniert wurde. Mit der Spannungsklemmtechnik wurde die Membran in plötzlichen Rechtecksprüngen depolarisiert und die Natriumströme, die nach einer derartigen Depolarisation fließen, wurden in ihrer Abhängigkeit vom Ausgangssowie Endpotential bestimmt und einer Analyse nach Hodgkin und Huxley unterzogen. Die Ergebnisse konnten mit den Hodgkin-Huxley-Gleichungen befriedigend wiedergegeben werden, wenn auch die absoluten Werte und die Potentialabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstanten von den für das Tintenfischaxon gefundenen Werten in charakteristischer Weise abwichen. Vor allem zeigteh∞, die Variable, die die Inaktivierung des Natriumsystems beschreibt, eine bemerkenswerte Potentialabhängigkeit bei dieser Temperatur, sie erreichte nämlich ihren Maximalwert erst bei −180 mV und field auf Null bei −100 mV. Der zeitliche Verlauf der Aufhbung der Inaktivierung zeigte eine ähnliche Abhängigkeit von Amplitude und Dauer des Ausgangspotentials wie sie für das Tintenfischaxon gefunden wurde. Das relativ niedrige Ausgangspotential von −110 mV mußte bis zu 10 s festgehalten werden um die Inaktivierung völlig aufzuheben. Der Abfall des Natriumstromes, der fließt, wenn man von verschiedenen Ausgangspotentialen auf dasselbe Endpotential depolarisiert, wird durch zwei Zeitkonstanten charakterisiert, im Gegensatz zu nur einer Zeitkonstante beim Tintenfischaxon. Durch Vergleich der Ergebnisse mit den Befunden einiger Experimente, die bei 20°C durchgeführt wurden, konnten Extrapolationen der Resultate auf Körpertemperatur gemacht werden. Sie lassen darauf schließen, daß bei 37°C das Natriumsystem an der Spitze des Aktionspotentials bereits weitgehend inaktiviert ist.SummaryVery small Purkinje fibre preparations were cooled down to 4–5°C in order to slow the activation of the excitatory sodium current to such an extent that the latter could be separated from the capacitive membrane current. Although the resting potential of the membrane decreased to −30 mV at the low temperature, it was possible to trigger the sodium carrying system by conditioning the membrane with hyperpolarizing pulses applied under voltage clamp conditions. The sodium currents flowing after sudden depolarizations starting from various conditioning prepotentials and going to various clamp potentials were analyzed according to the Hodgkin-Huxley equations. It turned out that the results could be satisfactorily fitted by the equations, although the absolute values and the potential dependences of the rate constants differed from those found for the squid giant axon in a characteristic manner. Particularlyh, the variable describing the inactivation of the sodium carrying system, had a remarkable potential dependence at the low temperature extending from unity at a potential as high as −180 mV to zero at a potential −100 mV. The time course of the removal of inactivation showed a similar dependence on conditioning prepotential and time to that found for the squid giant axon. Conditioning pulses of up to 10 s were necessary to remove inactivation at a prepotential of −110 mV. The decay of the sodium current flowing after depolarizations from various conditioning prepotentials to the same clamp potential differed from that of the squid axon in a way that it could better be fitted by two time constants rather than one. By comparison of the data with those obtained from experiments carried out at 20°C extrapolations of the results to body temperature were made. These suggest that at 37°C the sodium carrying system should be almost entirely inactivated when the action potential reaches its crest.

Aktionspotential und Mechanogramm des Warmblüterherzmuskels als Funktion der Schlagfrequenz

Das fortgeleitete Aktionspotential wird allgemein als Ausdruck der Erregung betrachtet, und man wird ihm den AuslSsungscharakter für die Kontrakt ion kaum absprechen können. Es ist nun die :Frage, ob bei dem vom Skeletmuskel so charakteristisch verschiedenen Aktionspotential des Herzens Formändernngen dieses Potentials in unmittelbare Beziehung zu solchen des ~eehanogramms gebracht werden können, d. h. letztlich, ob der zeitliche Verlauf der Depolarisation der Membran unmittelbar mit dem der Kontrakt ion der Myofibrillen zusammenhängt. Die widersprechenden Ergebnisse der Li teratur bis 1935 hat ScHÜTz 33 zusammengefa.f~t; er stellt sich auch auf Grund eigener Versuche auf den Standpunkt, daß Änderung, vor allen Dingen Abnahme des Mechanogramms, nicht von Änderungen des Aktionspotentials begleitet sein müssen. CuRTIS (1949) 5 findet am Ventrikelstreifen des Schildkrötenherzens, daß ~er Anstieg der Mechanik zumindest so lang wie die Repolarisation des Membranpotentials ist. Synchrone Registrierungen von Ak~ionspotentia] und 1V[echanogramm haben Sc~A~~E~ u. T~AI:TW~IN 3~ auf der Oberfläche des Herzens in situ versucht; dabei wurde ebenfalls der gleichzeitige Ablauf von Aktionspotential und Meehanogramm gefunden (siehe Abb. 21b bei SC~AEF~~3~). Für die Registrierung des 3/[echanogramms des Herzmuskelgewebes ist der Pal0il]armuskel des rechten Ventrike]s der Katze ein ideales Präparat : seine Fasern laufen weitgehend parallel, an einem Ende läßt er sich an seiner Sehne leicht fassen, und er arbeitet in situ unter ~hnlichen mechanisehen Bedingungen wie bei einer isometrischen Zuckung in vitro. Zudem läßt sich die Grenzdicke für eine genügende Oa-Versorgung einhalten, wenn man nur Muskeln unter 1 mm Dicke verwendet (T~AvTWEI~, GOTTSTEI~, DVDEL ~5). Weiterhin liegen für den Papillarmuskel in der Literatur eine Reihe von pharmako]ogischen und biochemischen

The potassium component of membrane current in Purkinje fibers

ZusammenfassungAn verkürzten Schafs-Purkinje-Fäden wurden mit Hilfe der Spannungsklemme Strom-Spannungs-Beziehungen gemessen. Zur Identifikation der Kaliumkomponente des Membranstromes wurde die Kaliumkonzentration der Badelösung variiert. In Kalium-freier Lösung findet man im Bereich negativer Membranpotentiale einen negativen Membranstrom, von dem angenommen wurde, daß er auch bei höheren Kalium-Außenkonzentrationen fließt. Unter Berücksichtigung dieser negativen Strom-Komponente ist der Kaliumstrom größer als es bisher angenommen wurde. Sowohl in Natrium-freier als auch in Natrium-haltiger Badelösung zeigt die Membran anomale Gleichrichtung des K-Stromes: Der K-Strom hat bei −20 mV ein ausgeprägtes Minimum (10−5 A/cm2).Die Kennlinie des K-Stromes ist im wesentlichen unabhängig von der Geschwindigkeit und Richtung der Membranpotentialänderung. Nur bei Depolarisation in Natrium-haltiger Badelösung ist im negativen Potentialbereich der Membranstrom kleiner als bei Repolarisation. Es ist nicht entschieden, ob unter dieser Bedingung der K-Strom verkleinert ist bei gleichzeitiger Verschiebung des K-Gleichgewischtspotentials, oder ob der negative Strom größer ist, als er in K-freier Lösung gefunden wurde.Bei Repolarisation in Natrium-haltiger Badelösung hängt das Potential, bei dem der Membranstrom sein Vorzeichen wechselt, von der Geschwindigkeit der Potentialänderung ab: Bei 300 mV/s liegt dieses Potential negativer als bei 3 mV/s. Dies führt bei ungeklemmter Faser zum Schrittmacherpotential. Die Befunde decken sich nicht mit den bisherigen Interpretationen des Schrittmacherpotentials. Zu ihrer Erklärung muß man annehmen, daß entweder Verschiebungen des K-Gleichgewichtes stattfinden, oder daß der negative Strom eine entsprechende Dynamik aufweist.Durch teilweise Inaktivierung des Natrium-Systems wird gezeigt, daß das K-System praktisch keine Zeitabhängigkeit aufweist. Dieses Ergebnis wird mit gegensätzlichen Befunden von McAllister u. Noble (1966) diskutiert. In der Schlußfolgerung wird ein Übersichtsschema über die verschiedenen Membranstromkomponenten der Purkinje-Faser gegeben.SummaryThe current voltage relations of shortened sheep Purkinje fibers have been measured by means of the voltage clamp technique. In order to identify the potassium component of the membrane current the potassium concentration of the bathing fluid was varied. In potassium-free solution a negative membrane current is observed in the range of negative membrane potentials. It is assumed that this negative current is also flowing in high potassium, therefore, the potassium current should be greater than the positive current measured in sodium-free solution.In sodium-free as well as in sodium-containing solution the membrane shows anomalous rectification of the potassium current: the potassium current is minimal at −20 mV (10−5A/cm2).The current voltage relation of the potassium current is almost independent of speed and direction of the change of the membrane potential. Only on depolarization in Tyrodes solution the membrane current at the negative potentials is smaller than on repolarization. It is not decided, whether under this condition the potassium equilibrium potential shifts or the negative current is larger than observed in potassium-free solution.On repolarization in Tyrodes solution the membrane current changes its sign at different membrane potentials depending on the speed of potential change: At 300 mV/s this potential is more negative than at 3 mV/s. This leads to the pacemaker potential following the action potential. Our findings are not consistent with earlier interpretations of the pacemaker potential. One has to assume that either the potassium equilibrium shifts or that the negative current shows an appropriate dynamic behavior.Using partial inactivation of the sodium system it is shown, that the potassium system is practically time-independent. This result is discussed with contrary findings of McAllister and Noble (1966).In the conclusion section a schematic review is given of the various components of membrane current of the Purkinje fiber.

Presynaptic and postsynaptic effects of inhibitory drugs on the crayfish neuromuscular junction

Zusammenfassungγ-amino-Buttersäure (GABA) und verwandte Substanzen verkleinern das postsynaptische erregende Potential (e.p.s.p.) des Nerv-Muskel-Präparates des Krebses. Die wirksamen hemmenden Konzentrationen dieser Drogen wurden verglichen, und es wurde versucht, Art und Ort der Hemmungswirkungen — postsynaptisch oder präsynaptisch — festzustellen.GABA, γ-amino-β-hydroxy-Buttersäure, guanidino-Essigsäure, β-Alanin und andere erhöhten die Leitfähigkeit der Muskelzellmembran. Bei Gabe dieser Drogen verschiebt sich auch das Membranpotential in derselben Richtung wie das hemmende postsynaptische Potential. Folglich hat diese Gruppe von Drogen dieselbe Wirkung auf die Muskel-Zell-Membran wie der hemmende neurale Überträgerstoff.β-guanidino-Propionsäure (βGP), β-guanidino-Buttersäure und andere Guanidinosäuren haben keinen Einfluß auf die Membranleitfähigkeit der Muskelzellen. Der hemmende Effekt dieser Drogen ist also nicht vom Typ der postsynaptischen Leitfähigkeitshemmung.Beide oben erwähnten Gruppen von Substanzen (GABA und βGP) setzen die Menge des pro Reiz von der erregenden Nervenendigung freigesetzten Überträgerstoffes herab, sie hemmen also präsynaptisch ebenso wie die neurale Hemmung. Diese präsynaptische Hemmung wurde bewiesen durch Analyse des Quantengehalts der erregenden postsynaptischen Potentiale: Die hemmenden Drogen verkleinerten die Zahl der pro Reiz ausgeschütteten Quanten, ohne die Größe des Quantums zu verändern.Obgleich βGP keine direkten Effekte auf den Membranwiderstand der Muskelfasern hat, verkleinert es das postsynaptische hemmende Potential und setzt die Wirkung von GABA auf die Leitfähigkeit der Muskelzellmembran herab. GABA und βGP verdrängen sich gegenseitig am Hemmungs-Receptor der Muskelmembran, so daß βGP den Effekt von GABA kompetitiv hemmt.Summaryγ-aminobutyric acid (GABA) and related drugs reduce the size of the excitatory postsynaptic potential (e.p.s.p.) in the crayfish neuromuscular preparation. The effective inhibitory concentrations of these drugs were compared and the sites of action—postsynaptic and presynaptic—were determined.GABA, γ-amino-β-hydroxy-butyric acid, guanidino acetic acid, β-alanine and others were found to increase the membrane conductance of the muscle fibers. These drugs also shift the membrane potential in the same direction as the inhibitory postsynaptic potential. It is concluded that this group of drugs imitates the postsynaptic action of the inhibitory transmitter substance.β-guanidino-propionic acid (βGP), β-guanidino-butyric acid and others did not affect the membrane conductance of the muscle fibers. These drugs therefore do not inhibit through the conductance type of postsynaptic inhibition.Both groups of drugs mentioned above (GABA and βGP) did reduce the amount of transmitter released from the excitatory nerve terminal per stimulus, they thus have a presynaptic inhibitory effect similar to neural inhibition. This was shown by analysis of the quantum content of the excitatory postsynaptic potential: The inhibitory drugs reduced the number of quanta liberated per stimulus, the size of the quantum remaining constant.Although βGP has no direct effects on the membrane resistance of the muscle fiber, it reduces the inhibitory postsynaptic potential and diminishes the action of applied GABA on the membrane conductance. GABA and βGP seem to compete for the inhibitory receptor site on the muscle membrane.

PRESYNAPTIC INHIBITION OF THE EXCITATORY NERVE TERMINAL IN THE NEUROMUSCULAR JUNCTION OF THE CRAYFISH.

SummaryIf a capillary microelectrode is positioned near a nerve terminal, on stimulation of the excitatory nerve an excitatory nerve terminal potential (e.n.t.p.) is recorded. The e.n.t.p. can be triphasic (positive-negative-positive), diphasic (positive-negative) or monophasic positive.Monophasic positive e.n.t.p.s and diphasic e.n.t.p.s with a relatively large positive phase seem to be recorded from a position next to the terminal. This and other findings are interpreted to indicate a block of conduction of the action potential in the nerve fiber proximal to the terminal.During presynaptic inhibition some diphasic e.n.t.p.s are increased (by up to 14%), others are decreased (by up to 55%). Monophasic e.n.t.p.s always are decreased by inhibition (by up to more than 80%). The e.n.t.p.s that decrease on inhibition are presumably recorded from nerve portions nearer to the terminal than those giving rise to increased e.n.t.p.s.It is derived from the cable equations that, if the membrane resistance decreases in a nerve fiber, an extracellularly recorded electrotonic potential increases near the point of current injection, and decreases at more distant portions of the fiber. It is concluded that the results of inhibition on the e.n.t.p. indicate a decrease of membrane resistance in the nerve terminal during presynaptic inhibition.The possibility is discussed that the same inhibitory transmitter substance mediates pre- and postsynaptic inhibition. The mechanism of both kinds of inhibition may be a decrease of the membrane resistance, resulting in a reduced excitatory potential change.ZusammenfassungAm Öffnermuskel der Krebsschere wurde der Mechanismus der präsynaptischen Hemmung untersucht. Befindet sich die Spitze einer Mikroelektrode nahe einer Nervenendigung auf einer Muskelfaser, so wird nach Reiz des erregenden Nerven von der erregenden Nervenendigung eine Potentialschwankung, das e.n.t.p., abgeleitet. Die Form dieses e.n.t.p. kann triphasisch (positiv-negativ-positiv) diphasisch (positiv-negativ) oder monophasisch positiv sein.Monophasisch positive e.n.t.p. und diphasische e.n.t.p. mit relativ großer positiver Phase werden von der äußersten Nervenendigung abgeleitet. Dieser und weitere Befunde legen die Interpretation nahe, daß die aktive Fortleitung des Nervenaktionspotentials etwas proximal der Endigung aufhört, und nur passive, elektronische Potentialänderungen die Nervenendigung erreichen.Wird die neuromuskuläre Übertragung präsynaptisch gehemmt, so sind an einigen Endigungen die diphasischen e.n.t.p. vergrößert (um bis zu 14%), an anderen sind sie verkleinert (um bis zu 55%). Monophasische e.n.t.p. werden bei Hemmung immer kleiner (bis zu mehr als 80% Abnahme). Die sich bei der Hemmung verkleinernden e.n.t.p. werden an der äußersten Nervenendigung gemessen, während die sich bei der Hemmung vergrößernden e.n.t.p. von etwas mehr proximal abgeleitet werden.Aus den Kabelgleichungen läßt sich ableiten, daß bei einer Erniedrigung des Membranwiderstandes einer Nervenfaser das extracellulär registrierte elektrotonische Potential nahe der Stromquelle vergrößert wird, während es in entfernteren Faseranteilen stark abnimmt. Es kann deshalb aus den Effekten der Hemmung auf das e.n.t.p. auf eine Verringerung des Membranwiderstandes in der Nervenendigung während der präsynaptischen Hemmung geschlossen werden.In der Diskussion wird die Hypothese besprochen, daß die hemmende Nervenendigung einen Überträgerstoff ausschüttet, der sowohl die präsynaptische Hemmung der erregenden Nervenendigung wie auch die postsynaptische Hemmung der Muskelfaser bewirkt. Der Mechanismus beider Arten der Hemmung könnte der gleiche sein: der hemmende Überträgerstoff führt zu einer Abnahme des Membranwiderstandes, wodurch erregende Potentialänderungen verkleinert werden.

Potential changes in the crayfish motor nerve terminal during repetitive stimulation

ZusammenfassungAm Öffnermuskel der Krebsschere wurde mit extracellulären Mikroelektroden von Endigungen der motorischen Nervenfasern abgeleitet. Die Änderungen der Potentialschwankungen der Nervenendigung, der e.n.t.p., bei Reizfrequenzen zwischen 1/sec und 40/sec wurden untersucht. Es sollte geklärt werden, ob Vergrößerungen der e.n.t.p. die erhöhte Freisetzung von Überträgerstoff während der Bahnung bewirken.Bei Erhöhung der Reizfrequenz nehmen die postsynaptischen Potentiale immer zu. Diphasische e.n.t.p. dagegen werden bei Frequenzerhöhung kleiner. Ebenso nimmt das vom motorischen Nerven registrierte extracelluläre Aktionspotential ab. Bei erhöhter Frequenz verringert sich auch die Leitungsgeschwindigkeit in der motorischen Nervenfaser. Dieses Verhalten des Nerven kann durch Depolarisation (negative Nachpotentiale) bei höheren Erregungsfrequenzen gedeutet werden.Im Gegensatz zur Reaktion des Nerven nehmen monophasisch positive e.n.t.p. bei Frequenzerhöhung immer zu, die Amplitude dieser Potentiale kann sich von 1/sec–40/sec vervielfachen. Die positiven e.n.t.p. werden mit großer Wahrscheinlichkeit von der äußersten Nervenendigung abgeleitet, sie entstehen durch elektrotonische Ausbreitung der Erregung in die Endigung. Die Zunahme der positiven e.n.t.p. bei Frequenzsteigerung zeigt also eine vergrößerte Depolarisation der Nervenendigung an. Im untersuchten Frequenzbereich ist die Amplitude der positiven e.n.t.p. etwa proportional der Amplitude der an der gleichen Synapse gemessenen postsynaptischen Potentiale. Sehr wahrscheinlich ist also die erhöhte präsynaptische Potentialänderung die Ursache für die vermehrte Ausschüttung von Überträgerstoff.SummaryBy means of extracellular microelectrodes potential changes were recorded from the terminal region of motor nerve fibers in the neuromuscular junction. The influence of frequencies of stimulation between 1/sec and 40/sec on these excitatory nerve terminal potentials (e.n.t.p.s) was analyzed.Postsynaptic potentials always increased with frequency of stimulation. The amplitude of diphasic e.n.t.p.s, however, was reduced at higher stimulation rates. Similarly the extracellularly recorded action potential in the motor nerve fiber is reduced, and its velocity of conduction is slowed. This behavior of the nerve fiber may be explained by depolarisation (negative afterpotentials) at increased rates of stimulation.Contrary to the reaction of the nerve fiber monophasic positive e.n.t.p.s always increased with frequency of stimulation, the change in amplitude of these e.n.t.p.s between 1/sec and 40/sec often exceeds 100%. It must be assumed that positive e.n.t.p.s are recorded from the ultimate terminal, and are generated by electrotonic spread of excitation into the terminal. The increase of positive e.n.t.p.s with frequency thus signals an increased depolarisation of the nerve terminal.The amplitude of positive e.n.t.p.s is about proportional to the average size of postsynaptic potentials in the range of frequencies studied. It seems very probable that the presynaptic potential variations with frequency of stimulation to a great extent determine the output of transmitter substance, i.e. increased potential changes in the terminal are the basis of facilitation.