Wolfgang Trautwein

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.

Elektrophysiologische Messungen zur Strophanthinwirkung am Herzmuskel

Summary1. The action potential of the papillary muscle is prolonged in the first minutes of Strophanthin application, later it is shortened: ‘plateau loss’. The force of contraction increases throughout the experiment.2. The Strophanthin intoxication of the Purkinje fibre is characterized by the appearance of extrasystoles and a higher rate of slow diastolic depolarisations.3. The membrane resistance increases (up to 200%) with Strophanthin, but in extreme intoxication it is reduced.4. In the presence of Strophanthin the rate of rise of the action potential is reduced.5. The results of 3. and 4. suggest, that Strophanthin reduces the potassium and sodium permeability of the cardiac muscle fibre. This agrees with direct measurements on erythrocytes and sceletal muscle fibres.

Fast and slow gating behaviour of single calcium channels in cardiac cells

Abstract(1)The Ca-channel gating behaviour during steady and stepwise depolarization was examined in recordings of single Ca-channel activity from cell-attached membrane patches of single ventricular cells isolated enzymatically from hearts of adult guinea pigs. The single-channel recordings were performed by means of the improved patch-clamp technique (Hamill et al. 1981) with 90 mM Ba in the pipettes.(2)Upon step depolarization, two types of current records were regularly observed in the ensembles: (1) traces with Ca-channel activity (in the form of closely-spaced brief pulses of inward current with a unitary amplitude) of various length, and (2) blank sweeps without any detectable single-channel opening. The records with Ca-channel activity show a distinct tendency for openings to occur towards the beginning of the clamp pulse, followed by long periods of silence. The blank sweeps seem to reflect a condition or conditions where the Ca channel is unavailable for opening. The corresponding ensemble mean currentI(t) displayed a rapid rising phase to its peak followed by a slow decay.(3)During steady depolarization, kinetic analysis of the distributions of all open and shut lifetimes revealed a monoexponential probability density distribution function of all open times. By contrast, more than two exponential terms were required for an accurate description of the frequency distribution of all shut lifetimes. Corresponding to the two well-separated fast closed time components, individual Ca-channel openings were grouped into bursts of openings. The bursting behaviour reflected fast gating transitions and was related to the fluctuations of the Ca channel between two short-lived closed states and one open state. This fast gating was terminated by the entrance of the Ca channel into at least one long-lived closed state, exit from which was slow in comparison to the rapid cycling. As consequence, bursts of openings were further grouped together in clusters of bursts, the cluster behaviour being related to slow gating transitions in the kinetics of the Ca channel.(4)The biphasic frequency distribution of the first latencies (resulting from the transit through the two short-lived shut states, before the open state is entered) superimposed on the first time derivative of the rising phase of the ensemble mean current,I(t), upon step depolarization. The time constant of the monoexponential distribution function of all cluster lifetimes matched the declining phase ofI(t) during maintained depolarization. Thus, the decrease of the probability of channel opening and the resulting decline ofI(t) seemed to be due to a transition of the Ca channel into the long-lived third class of shut state(s).(5)The responsiveness of the Ca channel in a series of trials decreased at positive holding potentials with a sigmoidal dependence on the potential of the conditioning depolarization due to an increasing number of blank single-channel current records within the ensembles. Traces with channel openings as well as blank sweeps tended to form sequences of consecutive single-channel current records upon conditioning depolarization. The Ca channel was only activatable, if a command pulse was applied during the occupancy of either the open state or the two short-lived shut states. If the long-lived shut state(s) was already occupied at the conditioning potential preceding the step depolarization, the Ca channel was unavailable for opening and a blank sweep was observed upon the voltage pulse.(6)A quantitative patch-to-patch variability in Ca-channel gating behaviour was detected. It was interpreted as the statistical deviation from the average kinetic behaviour of a single population of Ca channels.(7)The total time course of the ensemble mean currentI(t) was reconstructed by a convolution of the first latency and cluster lifetime distribution functions. The peak amplitude ofI(t) was mainly determined by the steady-state occupancy of the activatable states of the Ca channel.(8)Under comparable experimental conditions (90 mM external Ba), the pooled average behaviour of individual Ca channels in different membrane patches was the same as the bulk behaviour of all the Ca channels in the cardiac cell.(9)The fast and slow Ca-channel gating transitions are discussed in terms of a channel-state model where, according to lifetimes and transition rates, the respective channel states are divided into two subsets.

Elektrophysiologie der Herzmuskelfaser

Die Entwicklung der Ionentheorie der Erregung an Nerven- und Skeletmuskelfasern hat auch fur die Elektrophysiologie der Herzmuskelfaser zu neuen Fragestellungen gefuhrt. In diesem Ubersichtsartikel wird versucht, die Tatsachen, Theorien und Hypothesen uber das Ruhe- und Aktionspotential der Myokardfaser, der Automatie des Herzens und der Wirkung der Ubertragerstoffe der Herznerven auf die Herzmuskelfasern darzustellen. Danach wird der gegenwartige Stand des Problems der Beziehung zwischen Aktionspotential und Kontraktion behandelt. Spezielle Probleme der Erregungsausbreitung im Herzen, das Herzflimmern, die Theorie des elektrischen Feldes und sein Abgriff werden nicht berucksichtigt.

Elektrophysiologie des Reiz-bildenden und -leitenden Gewebes

Der normale Herzrhythmus ist an eine Reihe von Voraussetzungen geknupft: (1) die rhythmische, spontane Bildung von Erregungen im Sinusknoten und deren Fortleitung uber die Vorhofe; (2) die Uberleitung zur Kammer; (3) die Zuleitung der Erregung in verschiedene Kammerabschnitte auf dem Wege des Reizleitungssystems, das die Erregung etwa zwei bis dreimal schneller leitet als das Arbeitsmyokard. (4) Ausbreitung und Ruckgang der Erregung im Kammermyokard mussen in einem bestimmten zeitlichen und ortlichen Muster erfolgen, damit die Erregung an jeder Stelle mindestens so lange andauert, das die gleiche Erregung ihr nicht ein zweites Mal zugeleitet werden kann. Jedoch mussen fur die folgende nomotop im Sinus entstandene Erregung alle Kammerabschnitte wieder ansprechbar sein. Vom Standpunkt der Physiologie stehen somit drei Teilaspekte im Mittelpunkt des Themas: (1) die Erregbarkeit; (2) die Erregungsbildung und (3) die Fortleitung der Erregung.

Quantitatives zur Theorie lokaler Potentialabgriffe beim Elektrencephalogramm (EEG)

ZusammenfassungEs wurde das Problem der Lokalisierbarkeit corticaler Potentiale in mathematisch quantitativer Weise dargestellt. Voraussetzung dazu war die Kenntnis von der Länge der Potentiale — als Vektoren aufgefaßt — in einzelnen Zellindividuen. Sie ergab sich aus der Literatur als in der Größenordnung von 0,2 mm liegend.Eine weitere Voraussetzung war die Kenntnis der Felder solcher Vektoren, die nach früheren Untersuchungen nicht als ideale Dipole aufgefaßt werden können. Ihr Spannungsgradient ist maximal in der Mitte und minimal an den Enden des Vektors. Die experimentelle Darstellung der Felder solcher erzwungener Dipole ergab nur einen belanglosen absoluten Unterschied bei gleichem relativen Gang des Feldes extrapolar in freiem und erzwungenem Zustand.Es wird nun unter verschiedenen Annahmen eine Feldgieichung für zwei Foci verschiedener Entfernung von der Oberfläche aus der Grundgleichung abgeleitet, welche das Verhältnis angibt, in der die beiden Vektoren bei gegebenen Größen des Vektorabstandes und des Elektrodenabstandes zum Angriff kommen.Die Gleichung für benachbarte Foci gleicher Tiefenlage führt zu der praktischen Faustregel, daß von zwei Vektoren dann praktisch nur einer (nämlich mit der dreifachen Intensität des anderen) abgeleitet wird, wenn der zweite vom ersten ebensoweit entfernt ist, wie der erste Focus von der Oberfläche der Kopfschwarte, vorausgesetzt, daß die Elektrode direkt senkrecht über dem ersten Focus liegt. Ferner geht aus ihrer Diskussion hervor, daß man maximale Abgriffe eines Vektors senkrecht über seinem Entstehungsort erhält; will man jedoch von 2 Foki nur den einen möglichst rein ableiten, bei relativ benachbarter Lage der beiden, so ist die Ableitung des einen von beiden spezifischer, wenn man extrapolar von dem abzuleitenden Focus auf der dem auszuschaltenden Focus abgewandten Seite ableitet. Es wird angegeben, welche Entfernungen 2 Foci haben müssen, wenn wir nur einen der beiden ableiten, den anderen praktisch unterdrücken wollen: Ein Focus wird nur dann different abgegriffen, wenn der andere mindestens um die Dicke der knöchernen und weichen Schädelkapsel vom ersten entfernt ist.Endlich kann theoretisch abgeleitet werden, wie die Amplituden abnehmen, wenn ein Vektor nicht senkrecht über seinem Entstehungsort sondern seitlich davon abgeleitet wird. Aus einem Diagramm (Abb. 10) geht die Gesetzmäßigkeit hervor, mit der die abgegriffene Spannung des Vektors mit seiner Entfernung von der Kopfhaut verknüpft ist. Je tiefer der Fccus liegt, desto kleiner ist die absolute Größe seines Potentials im Maximum, desto breiter aber der Gipfel der Potentialkurve.

Elektrophysiologische Befunde unter Digitalis

Es wurde von Ionenflussen in die und aus der Faser unter dem Einflus der Digitalisglykoside gesprochen. Mir ist zugedacht, uber Digitaliswirkungen zu berichten, die man mit elektrophysiologischen Methoden messen kann, also Wirkungen auf das Membranpotential, auf die Leitfahigkeit der Membran fur Kalium - und Natriumionen und auf die Leitungsgeschwindigkeit der Erregung usw.