Part 66

Bei einem Frosch wird in die Aorta eine Glaskanüle gebunden und an ein kleines Pumpwerk angeschlossen, das im Rhythmus des Herzens eine gasfreie physiologische Kochsalzlösung in das Gefäßsystem hineinpumpt. Auf diese Weise wird das Blut durch die Kochsalzlösung allmählich verdrängt, so daß in den Adern des Tieres statt des ernährenden Blutes sehr bald eine völlig indifferente isotonische Flüssigkeit zirkuliert, die nur durch ihren Mangel an Nährstoffen und Sauerstoff wirkt. Gleichzeitig wird der freigelegte Nervus ischiadicus des einen Beines, dessen Musculus gastrocnemius als Indikator für den Zustand der Rückenmarkszentra dienen soll, durch eine kleine Narkosekammer mittels Aether eine Strecke weit blockiert, damit keine Impulse vom Rückenmark zum Muskel gehen können. Dieses Hilfsmittel ist nötig, weil sonst bei heftiger Arbeit der Rückenmarksganglienzellen die vom Rückenmark her kommenden Impulse sehr bald eine Ermüdung der sehr leicht ermüdbaren motorischen Nervenendapparate im Muskel herbeiführen würden, so daß nun keine Impulse zum Muskel mehr gelangen und die Muskeltätigkeit infolgedessen nicht mehr als Indikator für den Zustand der Ganglienzellen dienen könnte. Sobald indessen die erste heftige Tätigkeit der Zentra vorüber ist, kann die Blockade des Nerven ohne Nachteil wieder aufgehoben werden. Noch nach einer anderen Richtung hin müssen aber die sehr empfindlichen Nervenendapparate geschützt werden. Da nämlich zur Steigerung der Erregbarkeit des Rückenmarks dem Frosch Strychnin injiziert werden soll, und da dieses Gift lähmend auf die Nervenendapparate im Muskel wirkt, muß die Extremität, deren Muskel als Indikator dienen soll, vor der Giftwirkung geschützt werden, und das geschieht durch Unterbindung der Schenkelarterie. Ist der Versuch soweit vorbereitet, so erhält der Frosch, während die künstliche Zirkulation unterhalten wird, eine schwache Dosis Strychnin, wodurch die Erregbarkeit des Zentralnervensystems ins Ungeheure gesteigert wird. Sofort brechen die heftigsten Krämpfe bei dem Tiere aus. In dem Moment, in dem das geschieht, wird die künstliche Zirkulation sistiert, so daß die Ganglienzellen des Zentralnervensystems nunmehr ohne Zirkulation angestrengt arbeiten müssen. Infolgedessen kommt es bei der enormen Erregung und Tätigkeit der Ganglienzellen sehr schnell zu einer Arbeitslähmung. In kurzer Zeit sind die Neurone daher völlig unerregbar geworden. Wird nunmehr die künstliche Zirkulation mit gasfreier Kochsalzlösung wieder in Gang gesetzt, so erholt sich der Frosch in wenigen Minuten bis zu einem gewissen Grade. Die Erregbarkeit kehrt wieder. Diese Erholung kann also nur durch die Herausspülung von Ermüdungsprodukten erzeugt werden, denn neues Nährmaterial und neuer Sauerstoff wird ja durch die völlig indifferente Lösung nicht zugeführt. Bleibt jetzt aber die Zirkulation eine Zeitlang im Gange, so fängt das Zentralnervensystem bald von neuem an zu ermüden, bis es schließlich wieder völlig unerregbar geworden ist. Die Auswaschung des Rückenmarks mit physiologischer Kochsalzlösung hat also jetzt keinen erholenden Erfolg mehr und kann die Tätigkeit der Zentra nicht dauernd unterhalten. Wird dagegen jetzt statt der gasfreien eine sauerstoffhaltige Kochsalzlösung durchgespült, so erholt sich der Frosch in 1–2 Minuten von neuem, und zwar jetzt +vollständig+, ein Beweis dafür, daß die Arbeitslähmung im wesentlichen durch Mangel an Sauerstoff bedingt war. In der Tat, man kann sich gerade bei diesen Experimenten am Zentralnervensystem besser als in irgendeinem anderen Fall davon überzeugen, daß man auch bei angestrengtester Tätigkeit der Ganglienzellen viele Stunden lang die Erregbarkeit immer wieder herstellen und unterhalten kann mit Durchspülung der Zentra mittels einer einfachen physiologischen Kochsalzlösung, der man künstlich genügende Mengen von Sauerstoff zugeführt hat. Vermindert man die zugeführte Sauerstoffmenge, so tritt sofort auch wieder die Arbeitslähmung stärker hervor. +Mit der den Ganglienzellen zugeführten Sauerstoffmenge steigt und sinkt die Dauer ihrer Leistungsfähigkeit.+

Es ist nun wiederum von Interesse, daß auch an den Ganglienzellen entsprechend den Symptomen der Arbeitslähmung histologische Veränderungen nachgewiesen werden konnten. So haben ~Hodge~[554], ~G. Mann~[555], ~Lugaro~[556] und viele andere in neuerer Zeit an Ganglienzellen von Säugetieren, Vögeln und Insekten mikroskopisch deutliche Ermüdungswirkungen, sowohl am Protoplasma als auch besonders an ihren Zellkernen, festgestellt. Nach ~Hodge~ besitzen z. B. beim Sperling am Morgen nach der Ruhe die Ganglienzellen der Brachialganglien, welche die Flugmuskeln innervieren, helle, runde, bläschenförmige Zellkerne (Fig. 261 _A_), während sie am Abend nach der Anstrengung des Tages einen gezackten Kontur haben (Fig. 261 _B_). Ebenso sind bei der Katze nach Reizung von einigen Stunden die Kerne der Ganglienzellen, die vorher bläschenförmig und rund waren, geschrumpft und unregelmäßig konturiert, während die Anordnung des Inhalts sich wesentlich verändert hat. Nach ~Mann~ und in Uebereinstimmung mit ihm nach ~Lugaro~ besteht die Veränderung der Ganglienzelle während ihrer Aktivität im wesentlichen in einer Turgeszenz des Protoplasmas, während in der Ruhe wieder eine Volumenverminderung eintritt. Die ~Nissl~schen Tigroidschollen, die infolge ihres Verhaltens gegen Anilinfarbstoffe so charakteristische Elemente des Ganglienzellenprotoplasmas vorstellen, lösen sich im Protoplasma mehr und mehr auf (Fig. 260). Dabei wird der Zellkern während der Arbeit unregelmäßig konturiert und immer chromatinärmer, und der Nucleolus kann, wie ~Lugaro~ fand, durch Ermüdung völlig zum Verschwinden gebracht werden. Am interessantesten sind vielleicht die histologischen Bilder, die genau den oben mitgeteilten Versuchen am Froschrückenmark entsprechen. ~Gordon Holmes~[557] hat in ~Edinger~s Institut die Rückenmarke der im Göttinger physiologischen Laboratorium unter den oben geschilderten Versuchsbedingungen ermüdeten Frösche mikroskopisch untersucht, so daß die beistehenden Bilder die exakten Parallelen zu den soeben geschilderten funktionellen Veränderungen liefern. Es hat sich dabei herausgestellt, daß hier bei andauernder Zufuhr von Sauerstoff aber gänzlichem Mangel an Nährstoffen in noch vollkommenerer Weise als in den oben genannten Fällen die ~Nissl~schen Tigroidschollen mit andauernder Arbeit mehr und mehr bis zum vollständigen Schwinden verbraucht werden (Fig. 262).

Schließlich ist es von Interesse, auch noch auf die Ermüdung einer nur schwer ermüdenden Form der lebendigen Substanz einen Blick zu werfen, auf die +Arbeitslähmung der Nervenfaser+.

Wie bereits oben bemerkt, haben früher alle Versuche, die Nervenfaser zu ermüden, ein negatives Ergebnis gehabt. Erst im Jahre 1903 fand ~Garten~[558] eine eigentümliche Nervenart, die sich leicht ermüden läßt, im Riechnerven des Hechtes. Dagegen waren alle Versuche an anderen Nervenfasern, vor allem an den markhaltigen Skelettnerven, vollkommen erfolglos geblieben. Nachdem sich aber aus den Ermüdungsversuchen am Zentralnervensystem ergeben hatte, daß die Ermüdung der Ganglienzellen in erster Linie durch Sauerstoffmangel bedingt ist, lag der Gedanke nahe, auch am Nerven Ermüdungsversuche unter Sauerstoffabschluß zu machen. Die Tatsache, daß der Nerv in einer sauerstofffreien indifferenten Stickstoffatmosphäre, wie ~H. von Baeyer~[559] und ~Fröhlich~[560] gezeigt haben, oder in einer vollkommen sauerstofffreien physiologischen Kochsalzlösung, wie in jüngster Zeit ~Fillié~[561] nachgewiesen hat, allmählich seine Erregbarkeit verliert, ließ erwarten, daß der Nerv auch in einem vollkommen sauerstofffreien Medium, wenn er andauernd gereizt wird, schneller unerregbar werden mußte, als wenn er nicht gereizt wurde, denn wenn der Nerv, wie seine Abhängigkeit vom Sauerstoff zeigt, einen Stoffwechsel hat, so war auch anzunehmen, daß dieser Stoffwechsel bei dauernder Inanspruchnahme der Funktion des Nerven durch Reize erregt, also der Stoffverbrauch gesteigert werden müßte. In der Tat konnte auch ~Fröhlich~[562] schon im Jahre 1904 echte Ermüdungssymptome am markhaltigen Nerven in einer reinen Stickstoffatmosphäre hervorrufen. Wenn man den Nerven, nachdem seine Erregbarkeit in einer reinen Stickstoffatmosphäre bis auf einen bestimmten Grad gesunken ist, mit schnell aufeinanderfolgenden Induktionsschlägen reizt, dann zeigt sich, daß von der ganzen Reihe der Induktionsschläge nur der erste wirksam ist und eine Zuckung des zum Nerven gehörigen Muskels hervorruft, während alle folgenden vollkommen wirkungslos bleiben. Erst wenn man die Reizung unterbricht und dann von neuem einsetzen läßt, ist wiederum der erste Induktionsschlag wirksam. Der erste Induktionsschlag ermüdet also den Nerven und da der Nerv keine Zeit hat sich zu erholen, bis der nächste Reiz folgt, bleiben alle folgenden Reize unwirksam. Ganz kürzlich hat nun ~Thörner~[563] noch in anderer Weise die Ermüdung des Nerven demonstriert. Er benutzte nicht wie ~Fröhlich~ als Indikator für die Erregbarkeit des Nerven die Zuckung des dazugehörigen Muskels, sondern den bei jeder Erregung des Nerven an diesem selbst auftretenden elektrischen Aktionsstrom[564], den er mit einem Kapillarelektrometer sinnlich wahrnehmbar machte. Wenn er nun die beiden Nervi ischiadici eines und desselben Frosches in die gleiche Stickstoffkammer brachte und den einen der beiden Nerven an seinem einen Ende andauernd tetanisierte, während der andere in Ruhe blieb, so zeigte sich ausnahmslos, daß bereits nach kurzer Zeit der Aktionsstrom des tetanisierten Nerven sich bei der Prüfung beträchtlich schwächer erwies als der des nicht tetanisierten Nerven, und daß er schließlich ganz verschwand, während der des nicht tetanisierten Nerven stets viel länger zu erzielen war. Wurden dann beide Nerven wieder mit Sauerstoff versorgt, so erholten sich beide wieder vollständig und ihre Aktionsströme wurden wieder gleich stark wie im Beginn des Versuchs. Das beweist also deutlich, daß der Nerv unter Sauerstoffabschluß durch andauernde Reizung ermüdbar ist wie jedes lebendige Objekt. Seine spezielle Eigentümlichkeit ist aber die, daß er unter normalen Verhältnissen immer so viel Sauerstoff findet und diesen so gierig an sich reißt, daß eine Ermüdung nie zustande kommt. Infolgedessen ermüdet die Nervenfaser in unserem Körper niemals. Während die Ganglienzellen ungemein leicht ermüden, sind die Nerven unter +physiologischen+ Bedingungen tatsächlich unermüdbar im Leben unseres Körpers. Wissen wir also aus anderen Erfahrungen, daß der erregungsleitende Teil des Nerven, der Achsenzylinder, nur ein Fortsatz des Ganglienzellkörpers ist, mit dem er zusammen eine einzige zellulare Einheit, das Neuron bildet, so sehen wir doch an diesem Beispiel, daß die Nervenfaser eine Differenzierung des Neurons vorstellt, die sich physiologisch, wenn auch nur quantitativ, sehr abweichend verhält vom Protoplasma des Ganglienzellkörpers. Die Versuche am Nerven haben aber trotz seiner schweren Ermüdbarkeit doch wieder in glänzender Weise die Abhängigkeit der Ermüdung von der Sauerstoffversorgung gezeigt und beweisen geradezu schlagend, +daß bei genügender Sauerstoffzufuhr eine Ermüdung überhaupt nicht eintritt+.

Was ergibt sich nun aus allen diesen Erfahrungen für die Theorie der Arbeitslähmung? Ziehen wir das Fazit, so müssen wir sagen, zwei wichtige Tatsachen haben sich ergeben, die in dem Vorgang der Arbeitslähmung zum Ausdruck kommen: +einerseits Mangel an nötigem Ersatzmaterial zur Unterhaltung der normalen Lebensvorgänge und andererseits die Anhäufung von lähmend wirkenden Stoffwechselprodukten. Wir können diese beiden Tatsachen auch sprachlich in kurzen Ausdrücken unterscheiden, indem wir den Mangel an Ersatzmaterial als „Erschöpfung“, die Anhäufung von lähmenden Stoffen als „Ermüdung“ im engeren Sinne bezeichnen.+

Die +Erschöpfung+ im engeren Sinne ist, wie die sämtlichen Erfahrungen an allen aeroben Formen der lebendigen Substanz zeigen, unter physiologischen Verhältnissen, d. h. im intakten Körper, stets ein Mangel an Sauerstoff. Nur unter künstlichen, experimentell hergestellten Bedingungen, nämlich bei dauernd genügender Sauerstoffzufuhr unter Ausschluß aller anderen Nahrungsstoffe, können wir eine Erschöpfung erzielen, die in einem Mangel an anderem, vor allen Dingen wohl organischem Ersatzmaterial besteht. Das ist darin begründet, daß die lebendige Substanz, sofern sie überhaupt Sauerstoff in Reserve besitzt, nur sehr geringe Mengen zur Verfügung haben kann, während ihr Reservematerial an anderen, besonders an organischen Ersatzstoffen stets sehr reichlich vorhanden ist. Infolgedessen tritt bei angestrengter Tätigkeit sehr schnell Mangel an Sauerstoff ein, aber unter physiologischen Bedingungen kaum jemals Mangel an anderen Stoffen. +Die Erschöpfung ist also unter physiologischen Bedingungen stets eine Erstickung, nur unter bestimmten experimentellen Bedingungen kann sie in einem Verhungern bestehen.+

Die +Ermüdung+ im engeren Sinne beruht auf einer Anhäufung von lähmend wirkenden Stoffwechselprodukten, die wir im einzelnen noch nicht chemisch namhaft machen können, die aber jedenfalls bei ein und derselben Form der lebendigen Substanz schon mehrere chemische Verbindungen vorstellen, und die voraussichtlich bei verschiedenen Formen der lebendigen Substanz untereinander wieder verschieden sind. Von diesen „+Ermüdungsstoffen+“ ist ein Teil sicher mit wässerigen Lösungen aus der lebendigen Substanz ausspülbar, ein anderer Teil scheint nicht mit solchen Spülflüssigkeiten aus der Zelle herauswaschbar zu sein, ein Verhalten, das sich aus den Eigenschaften der Protoplasmaoberflächen als semipermeabler Membranen verstehen ließe.

+Was nun aber besonders wichtig ist, das ist die Tatsache, daß Erschöpfung und Ermüdung in einem untrennbaren Zusammenhange stehen, indem die letztere die Folge der ersteren ist.+ Der Mangel an Sauerstoff führt zur umfangreichen Anhäufung von Ermüdungsstoffen, die bei ausreichender Sauerstoffversorgung der lebendigen Substanz entweder gar nicht entstehen oder in demselben Maße wie sie entstehen, wieder beseitigt werden. Das zeigt uns der Nerv in geradezu klassischer Weise. Da der Nerv mit sehr geringen Sauerstoffmengen auskommt, so findet er schon an bloßer Luft oder im intakten Körper bei andauernder Tätigkeit genügend Sauerstoff, um dauernd von der Anhäufung lähmender Ermüdungsstoffe verschont zu bleiben. Nur wenn seine Sauerstoffversorgung geringer wird, als sein Sauerstoffbedarf, ist er ermüdbar.

+So ist also jede Arbeitslähmung bei den aeroben Formen der lebendigen Substanz unter physiologischen Bedingungen stets identisch mit der Erstickung und ihren Folgen, denn sie beruht immer auf relativem Sauerstoffmangel.+

2. Das Refraktärstadium.

Die Arbeitslähmung der lebendigen Substanz ist um so größer, je andauernder oder stärker ihre Erregung durch Reize, also ihre funktionelle Beanspruchung war. Schon bei kurzdauernder oder schwacher Reizung aber lassen sich geringe Lähmungssymptome beobachten und es konnte nachgewiesen werden, daß sogar schon ein ganz schwacher und momentaner Einzelreiz eine der Erregung folgende Arbeitslähmung hervorruft, eine Tatsache die, wie sich in neuster Zeit ergeben hat, von sehr großer Bedeutung ist für das Geschehen im Leben unseres Nervensystems.

Schon vor längeren Jahren hat ~Marey~[565] die Beobachtung gemacht, daß der Herzmuskel während der Zeit der Systole vollkommen unerregbar für Reize ist. Er wird erst wieder erregbar, wenn er den Gipfel seiner systolischen Kontraktion überschritten hat, und zwar nimmt von hier an während der Diastole seine Erregbarkeit allmählich zu bis sie wieder ihren Höhepunkt erreicht hat. Das Stadium der Unerregbarkeit, das mit jeder Systole einsetzt und die Systole mit abnehmender Stärke etwas überdauert, ist von ~Marey~ als die „+phase réfractaire+“ bezeichnet worden. In neuerer Zeit ist dieses „+Refraktärstadium+“ des Herzens dann besonders eingehend in zahlreichen Arbeiten von ~Engelmann~ und seinen Schülern studiert worden.

Einige Jahre später haben ~Richet~ und ~Broca~[566] ein gleiches Refraktärstadium an den Ganglienzellen der Großhirnrinde nachgewiesen. Diese Forscher hatten einen Hund, der an Veitstanz (Chorea) litt, d. h. der mit bestimmten Muskelgruppen in unregelmäßigen Intervallen kurze Zuckungen ausführte, deren Impulse von der motorischen Sphäre der Großhirnrinde herkamen. Sie legten nun bei diesem Tiere in Morphiumnarkose die Großhirnrinde frei und reizten die motorische Sphäre mit momentanen elektrischen Reizen. Dabei zeigte sich, daß die Reize immer wirksam waren, d. h. eine Zuckung in den entsprechenden Muskeln hervorriefen, wenn sie mehr als 0,1 Sekunde nach einer Choreazuckung angewendet wurden, daß die Großhirnrinde dagegen unmittelbar nach Entsendung eines Choreaimpulses für 0,1 Sekunde vollkommen unerregbar war. Das gleiche Refraktärstadium von 0,1 Sekunde stellte sich auch nach jeder durch einen künstlichen Reiz hervorgerufenen Impulsentladung der Ganglienzellen ein. Das sind ungemein wichtige Tatsachen, denn sie zeigen, daß die Ganglienzellen unseres Gehirns nicht kontinuierlich in Erregung sein, sondern nur rhythmische Entladungen liefern können. Hier trifft die Erfahrung an den Zentren zusammen mit der alten Erfahrung am Muskel, daß die willkürliche Muskelkontraktion, die ja durch Impulse von der Großhirnrinde her hervorgerufen wird, wie wir bereits sahen[567], nicht ein kontinuierlicher, sondern ein diskontinuierlicher Vorgang, mit anderen Worten eine tetanische Kontraktion ist. Dafür haben wir z. B. auch beim Menschen einen deutlichen Indikator in dem summenden „+Muskelton+“, der schon mit bloßem Ohre über einem willkürlich dauernd kontrahierten Muskel (Kaumuskelkontraktion bei über das Ohr gelegter Hohlhand als Resonator) zu hören ist. Da ein Ton nur durch rhythmisch intermittierende Bewegungsvorgänge entsteht, so muß die Muskelkontraktion rhythmisch intermittierend sein, und da seine Tonhöhe von der Zahl der rhythmischen Unterbrechungen abhängt, so kann aus der Höhe des Muskeltons die Zahl der willkürlichen Impulse in der Sekunde und daher also auch die Dauer des auf jeden Impuls folgenden Refraktärstadiums berechnet werden. Auf diese Weise hat sich ergeben, daß der normale Mensch nur ungefähr 18–20 Impulse in der Sekunde von der Großhirnrinde zum Muskel entsenden kann, daß also das Refraktärstadium der motorischen Ganglienzellen etwa eine Achtzehntel- bis Zwanzigstelsekunde beträgt. Man hat daher gesagt, der Mensch kann nicht öfter als 18–20 mal in der Sekunde „+wollen+“. Wenn nun auch die Berechnung der Impulszahl, welche die einzelne Ganglienzelle in der Sekunde entsendet, auf Grund der Höhe des Muskeltons aus mancherlei Gründen keine exakte und zuverlässige ist, so zeigt die Tatsache des Muskeltons doch ganz zweifellos, daß die Impulse diskontinuierlich von den Ganglienzellen entsendet werden und daß auf jede Impulsentladung ein Refraktärstadium folgt.