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Der Sauerstoffverbrauch phasischer und tonischer Skelettmuskeln des Frosches in Lösungen mit hohem K+- und variiertem Ca++-Gehalt

Ein Beitrag zur „elektro-metabolischen Kopplung“

The oxygen-consumption of phasic and tonic skeletal muscles of the frog in solutions with high K+ - and varied Ca++-content

A contribution to the „electro-metabolic coupling“

Helgoländer wissenschaftliche Meeresuntersuchungen volume 9, pages 230–244 (1964)Cite this article

Abstract

The O2-uptake of phasic and tonic muscles fromRana temporaria was measured under the influence of high extra-cellular concentrations of K+ by means of the Pt-electrode together with simultaneous registration of muscles-mechanics. The O2-uptake in isotonic KCl coincides with the amount of tension (tetanus and contracture); at relaxation the stimulation of respiration ceases; in spite of the permanent depolarization also the “resting respiration” decreases. If isotonic KCl is replaced by Ringer, respiration remains at an elevated state; so-called after-contractures expressing a plastic tonus reveal no additional O2-uptake. In muscles deprived of Ca++ the development of tonus and increase of respiration is strongly reduced, whereas both parameters increase considerably on Ca-enriched muscles. By removing of Ca++ in Ca-free Ringer a slight increase in O2-uptake occurs; in phasic muscles because of twitches, in tonic muscles because of weak contractures (Ca-withdrawal contracture). After addition of Ca++ the increase of respiration occurs before mechanical effects become observable. A further increase of Ca-concentration produces a slow and relatively weak tonus, at which O2-uptake increases transitorily, but decreases soon in spite of the developping contracture (rigor). Oxygen uptake is related to mechanics but not to depolarization of the membrane. The latter is linked with both processes by means of coupling reactions, whereby Ca++ plays an important role. In addition to the electro-mechanical coupling, the existence of a direct Ca++-dependent electro-respiratory coupling may be assumed.

Zusammenfassung

Der O2-Verbrauch phasischer und tonischer Muskeln (Sartorius und Rextus abdominis,Rana temporaria) unter dem Einfluß hoher extracellulärer K+-Konzentrationen wurde mit Hilfe der Platinelektrode intermittierend fortlaufend bestimmt bei gleichzeitiger Registrierung der Mechanik. Es sollte besonders untersucht werden, ob Beziehungen bestehen zwischen der Membrandepolarisation, der mechanischen Spannung und dem Energiestoffwechsel, und welche Rolle dabei die Ca++ spielen. Die wichtigsten Ergebnisse sind folgende:

  1. 1.

    Der O2-Verbrauch tonischer und phaischer Muskeln in isotonischer KCl-Lösung geht der Spanungsentwicklung (Tetanus und Kontraktur) parallel. Die Atmungssteigerung geht zurück, sobald sich die Verkürzung löst. Trotz Weiterbestehens der Dauerdepolarisation sinkt die „Ruhe-Atmung“ laufend ab. Wird dagegen die isotonische KCl-Lösung rechtzeitig durch Ringerlösung ersetzt, so bleibt die Atmung noch einige Zeit gesteigert (restitutive Prozesse). Sogenannte „Nachkontrakturen“ als Ausdruck eines „plastischen Tonus“ zeigen keinen O2-Mehrverbrauch.

  2. 2.

    Bei Ca-verarmten Muskeln sind in isotonischer KCl-Lösung (ohne Ca) sowohl die Spannungsentwicklung als auch die Atmungssteigerung stark reduziert, während umgekehrt beide Größen bei Ca-reichen Muskeln erheblich zunehmen.

  3. 3.

    Wird dem Muskel in Ca-freier Ringerlösung Ca entzogen, so steigt der O2-Verbrauch mäßig an, bei phasischen Muskeln wohl wegen der auftretenden Spontanzuckungen, bei tonischen Muskeln wegen einer schwachen Kontraktur („Ca-Entzugskontraktur“ tonischer Muskeln vonRana temporaria).

  4. 4.

    Wird dem Muskel in Ca-reichen Ringerlösungen (9–18 m mol/l CaCl2) Ca zugeführt, so steigt die Atmung bereits deutlich an, noch bevor mechanische Effekte erkennbar sind. Wird die Ca-Konzentration stärker erhöht (36 m mol/l bis isotonischem CaCl2), so erfolgt eine langsame, relative schwache Spannungsentwicklung. Dabei steigt der O2-Verbrauch vorübergehend an, um dann bald, trotz bleibender Verkürzung wieder laufend abzufallen (Rigor).

  5. 5.

    Der O2-Verbrauch zeigt Beziehung zur Mechanik, aber nicht zur Depolarisation der Membran. Diese wirkt auf beide Größen unter Vermittlung von Kopplungsreaktionen, bei denen Ca++ offenbar eine wichtige Rolle spielen. Es wird die Frage diskutiert, ob es neben der elektro-mechanischen auch eine direkte Ca++-abhängige elektro-respiratorische Kopplung in der Muskelzelle gibt. Die Beantwortung dieser Frage bedarf weiterer Untersuchungen.

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Authors and Affiliations

  1. Physiologisches Institut der Universität Tübingen, Germany

    Karl Brecht & Siegfried Seeber

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  1. Karl Brecht
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  2. Siegfried Seeber
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Brecht, K., Seeber, S. Der Sauerstoffverbrauch phasischer und tonischer Skelettmuskeln des Frosches in Lösungen mit hohem K+- und variiertem Ca++-Gehalt. Helgolander Wiss. Meeresunters 9, 230–244 (1964). https://doi.org/10.1007/BF01610036

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ISSN: 1438-3888

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