Arch. exper. Path. u. Pharmakol., Bd. 220, S. 83--99 (1953). Aus dem ,,Merck Institute for Therapeutic Research" Rahway, N. Y. und der pharmakol. Abteilung des Mount Sinai Hospitals, N. ¥. (~ber tIemmungs- und Potenzierungs-Ph~inomene am quergestreiften Muskel*. Von ]~. P. PICK~ H.L. HOLLINCK und G. ZACHARELLIS. Mit 5 Textabbildungen. (Eingegangen am 3. Mdrz 1953.) In einer frfiheren Mitteflung 3° wurde gezeigt, da~ der Zusatz yon Glutathion und Thiamin zu dem in I~INGER-LSsung suspendierten M. Rectus abdominis yon Esculenten und Temporarien denselben vor der Kontraktion mit kr~tftigen Muskelgiften, wie Prostigmin, Ryanodin und Neoarsphenamin schfitzt. Dabei ergab sich, dab der dutch Curare sowie Thiole vorbehandelte Muskel in zweifacher Art mit Acetylcholin reagieren kann: einmal derart, dal~ dutch Zusatz yon kleinen, an sich motorisch unwirksam gewordenen Acetylcholindosen (0,1--0,5~,) der Muskel ffir nachfolgende Prostigminbehandlung und dadurch erzeugte Kontraktion fiberaus empfindlich wird, andererseits in der Weise, dal] Prostigminzusatz, dessen motorische Muskelwirkung durch Curare oder Thiole gehemmt worden war, am Muskel eine hohe Empfindlichkeits- steigerung ffir nach/olgend zugesetztes Acetylcholin bewirkt. Die contrac- tionserregende Muskelwirkung des Prostigmins und seine sensibilisie- rende F~thigkeit sind demnach voneinander verschieden. Um fiber diese beiden Empfindlichkeitsph~nomene des quergestreiften Muskels und die dabei beobachtete Funktion des Acetylcholins und Prostigmins neue Aufschlfisse zu gewinnen, wurden die folgenden Untersuchungen an- gestellt. Dieselben besch~ftigten sich mit der Einwirkung zahlreicher organischer Substanzen, deren Hemmungseffekt auf die quergestreifte Muskulatur teilweise bekannt war, die aber mit modernen Erregungs- mitteln bisher nieht in Verbindung gebracht worden waren. Methode. Die hier besprochenen Untersuchungen wurden wie jene vorher (PICK u. TULLIUS 31, PICK U. HOLLINCK 30) am M. rectus von mi~nnlichen Esculenten und Temporarien durchgeffihrt; der in 8 cm 3 mit 0 3 durchliifteten RINGER-LSsung bei p~ 7,5 in iiblicher Weise aufgeh~ngte Muskel schrieb seine Bewegungen mit dem im Gleichgewicht gehaltenen Schreiber an dem beruBten Kymographion bei Zimmertemperatur yon 24 ° C. * Zur Feier des 80. Geburtstages yon Professor Dr. OTTO LOEWI in alter Freund- schaft und aufrichtiger Verehrung. (E. P. P.) 6*
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`84 E. P. PICK, H. L. HOLLINCK und G. ZACItARELLIS: Die beniitzten Pharmaka waren meist hergestellt von Merck u. Co. Inc. in Rah- way, 5[. J., Prostigminmethylsulfat in LSsung yon 1:1000 von HOFFMA~-LA ROCHE, Nutley. Die prostigmini~hnlichen neuen Muskelstimulantien RO 2-3198 (Tensilon) und RO 2-2561 waren liebenswiirdigerweise dem einen yon uns (E. P. P.) von Dr. LEO A. PIRK der gleichen Firma iiberlassen, das Tetra~thylpyrophosphat, gelSst in Propylenglykol, war von Victor Chemical Works in Chicago 4, Ill., ge- liefert worden, ttydro-Stilbamidin verdanken wir Prof. Dr. I. SNAPrER, Synthalin war einem yon uns durch Dr. W. GRAUBNER (H. Boehringer's Sohn), Ingelheim a/Rh. und Dr. R. TIsLOW der Scheriug Corp. in Bloomfield, N. J., giitigst iibcr- lassen worden; reinstes Paludrin entstammte der Freundliehkeit yon Dr. Km K. CHEN der Lilly Research Labs. in Indianapolis. Fiir die giitige Unterstiitzung sind wir allen genannten Herren und Institutionen zum grol]en Dank verpflichtet. Als Hemmungsstoffe erwiesen sich 4 verschiedene Gruppen organischer Sub- stanzen am isolierten rectus abd. recht wirksam-* 1. neben Acetamid mannigfache aliphatische und aromatische Amidine, 2. Guanidin, Creatin und die Diguanidine Synthalin und Paludrin, 3. Lokalan~sthetika wie Coeain, Procain und Magnesium- sulfat und schliei~lich 4. die schon friiher angewandten Thiole Glutathion und Thiamin. Als Erregungsmittel des durch diese Stoffe gehemmten Muskels dienten die bereits yon einer Reihe von Autoren (RANDALL 32, RIKER U. WESKOE 39, HOBBIGER 19, UN~A u. Mitarb. 37) sorgfiiltig gepriiften Prostigmin-Derivate. das 3-Hydroxy- phenyltrimethylammoniumbromid (R02-2561) und das 3-Hydroxyphenyldi- methyli~thylammoniumchlorid (RO 2-3198)/Tensilon. Diese beiden als Anticurare- stoffe auch am Menschen beniitzten quatern~ren Ammoniumbasen sind viel weniger giftig als Prostigmin* und besitzen naeh ]~ANDALL nur etwa 1/loo der Anticholinesterasewirkung des Prostigmins; der geringe muscarinartige Effekt des Tensilons (etwa 1/5 des Prostigmins) befi~higt diesen kurzwirkenden Curare-Anta- gonisten zum Ersatz des stark vagotropen und die Reizleitung des Herzens blok- kierenden Prostigmins. Weiter verwendeten wir das Tetra~thylpyrophosphat, eines der st~rksten Anticholinesterasen, welches von BURGEN 4 und yon GROB U. HARVEY 16 sowohl experimentell an Tieren, wie therapeutisch an Menschen bei Myasthenia gravis verwendet wurde. Ergebnisse. 1. Hemmung dutch Acetamid und Amidine. In diese Gruppe gehSren neben Acetamid (CH 3 . CO. NH2) und dem Acetamidin CH 3 • C =- NH I NH 2 . HCI eine Reihe aromatischer Amidine, die wertvolle Chemotherapeutika gegen menschliche Trypanomiasis, Kala- Azar, Leishmaniosis, Histoplasma capsulatum und Blastomyces-Derma- titides sind, vor allem das yon SN~2~ER, LIE~EN U. Mitarb. 35 klinisch und experimentell untersuchte Stilbamidin und das weniger toxische 2-HO-Stilbamidin (4-4-diamidinostilben); beide sind nach NACHMAN- SOHN2, 26 kr~ftige Antagonisten der Acetylcholinesterase und sollen nach ihm nicht nur die neuromuskuli~re ~bertragung wie Curare blok- kieren, sondern auch die nervSse Leitung im Axenzylinder hemmen. • Vgl. auch die giinstigen Erfahrungen mit Tensflon am Menschen bei A. G. :D0vGHTY and W. D. WYLIE.* Brit J. Anaesth. 24, 67 (1952).
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`Hemmungs- und Potenzierungs-Ph~nome am quergestreiften Muskel. 85 Weitere hierher gehSrige Diamidine, die ebenfalls als Chemothera- peutica gegen Trypanosomen beniitzt werden, sind Propamidin, Pent- amidin und Phenamidin. Naeh unseren Untersuehungen hemmen alle diese Amidine wie auch Acetamid die quergestreffte Muskulatur und die yon uns beniitzten Stimulantien Tensilon, RO 2 - 2561, Prostigmin und Tetra/~thylpyrophosphat nach einer Einwirkungsdauer yon 10--20 min. Die yon uns verwendeten Dosen dieser Hemmungsstoffe betrugen in der Regel 40--50 7, um 100--200 7 Tensilon oder RO 2--2561, bzw. 50 7 Prostigmin und 100--200--500 7 Tetra/ithylpyrophosphat zu neutrali- sieren; es geniigten aber zuweilen yon manchen Diamidinen Dosen von 2--10 7, wie z. B. yon HO-Stilbamidin, um die obigen Muskel-Stimu- lantien zu hemmen. Bemerkenswert ist, dab HO- ~'- Stilbamidin und die iibrigen Ami- dine /~hnlich wie d-Tuboeurarin auch die Acetylcholincontraction hemmen, aber dadurch dem ge- hemmtenMuskel einehoheEmpfind- lichkeit fiir den nachfolgenden Zu- [ [ [ f I satz eines der sonst gehemmtenMus- 3~ w 3 ~25 3 ~ 3 TMI 3 ~I ~oo kel-Stimulantien verleihen. Umge- 1 z 3 4 5 kehrt veranlassen die yon diesen Abb. 1. Yersuch 1: Hemmung von Tetra~tthyl- Amidinen gehemmten Muskel-Sti- pyrophosphat dutch Propamidin und Sensibili- sierung yon Acetylcholin durch den motorisch mulantien fiir eine naehfolgende, gehemmten Erreger. Bei 1 40 7 Propamidin, 25 rain sp~ter bei 2 500 ~ Tetra~thylpyrophos- am unvorbehandelten Muskel un- phat:vSlligemotorischeltemmungdurch35min; wirksame Acetylcholin- oder Ka- bier bei 6 5 ~, Acetylcholin mit sehr kr~ftigcr, bei RINGER-Wechsel teilweise reversibler liumehlorid-Dosiseinederartighohe Kontraktion in 5 min. Empfindlichkeit, dab die vorherige Hemmung nunmehr von einer maximalen Acetylcholin- oder KC1-Mus- kelkontraktion abgelSst wird. Als Beispiel mag hier angefiihrt sein, dab ein mit HO-Stilbamidin oder Phenamidin vergifteter Froschmuskel im- stande ist, das stark wirksame Erregungsmittel Tetra/~thylpyrophosphat in Mengen yon 500 ~ an der Erzeugung yon Kontraktion und Kontraktur zu verhindern und trotzdem den Muskel 15 min sparer ffir 2 ~, Acetyl- cholin hochempfindlich zu machen; andererseits ist eine Vorbehandlung des mit den genannten Diamidinen gehemmten Muskels mit an sich ffir eine Contraction unwirksamen Mengen yon 0,17 -- 2 7 Aeetylcholin ge- niigend, um den bis dahin erschlafften Muskel fiir einen Zusatz der glei- chen Dose Tetrai~thylpyrophosphat rasch zu einer kr~ftigen Kontraktion zu bringen, wiewohl dieselbe Menge des Stimulans bei dem mit Acetyl. eholin unvorbehandelten Muskel vSllig versagt hat (vgl. Abb. 1, sowie Versuchsprotokolle 2 und 3, bei denen der Kurvenverlauf sehr/~hnlich war, wie auf Abb. 1). Diese Beispiele, die noch sp/~ter ausfiihrlicher
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`86 E. P. PICK, H. L. HOLLINCK und G. ZACHARELLI8: besprochen werden sollen, zeigen den entscheidenden Einflul~ der klein- sten Acetylcholinmengen ffir die Muskelkontraktion und den Muskelstoff- wechsel scheinbar unabh~ngig yon der chemischen Natur des Hemmungs- gfftes. Versuch 2: Hemmung yon Tetradthylpyrophosphat durch Phenamidin und Potenzierung des Aeetyleholins durch das gehemmte Tetra~thyIpyrophosphat. Zusatz yon 10 y Phenamidinehlorhydrat ohne Wirkung, 10 min sparer 500 Tetra~thylpyrophosphat, dessen Wirkung durch 32 min gehemmt bleibt, bis das dann zugesetzte, durch das gehemmte Tetra~thylpyrophosphat potenzierte Aeetyl- cholin (2 ~) eine starke, durch RINGEB-Wechsel teflweise reversible Muskelkontrak- tion hervorruft. Versuch 3: Hemmung des Tetradthylpyrophosphats dutch 2.Hydro-Stilbamidin und Potenzierung des Acetylcholins durch das gehemmte Tetraathylpyrophosphat. Zunachst 40 ~ Hydro-Stilbamidin, 15 min sp~tter 500 ~ Tetraathylpyrophosphat, das durch weitere 15 min gehemmt bleibt, aber das dann zugesetzte Acetyleholin (2 ~) zu einer sehr kr/iftigen, irreversiblen Muskelkontraktur erregt. 2. Hemmung durch Guanidin, Creatin und die Diguanidine Synthalin und Paludrin. I)a~ Guanidin den quergestreiften Muskel fiir Acetylcholin bedeutend steigert und den isolierten Froschmuskel in der Konzentration von 0,2% curare~hnlich l~thmt, ist bereits vor langer Zeit durch E. FRANK, NOTHMAN~ Uo GUTTMANN 13 festgestellt worden; die Besserung der neuerdings beobachteten Muskelfunktion bei Myasthenia gravis (siehe MINOT, DODD u. RIVEN 25, HARVEY ls) dutch Darreichung yon Guanidin ist deswegen in unseren nachfolgend berichteten Versuehen yon Interesse, weil diese Steigerung der Muskelfunktion auf eine Sensibilisierung durch Acetylcholin zurtiekgefiihrt wird, wiewohl Guanidin keine Anticholinesterase ist. Es daft daher angenommen werden, dab auch in unseren Versuchen dort, woes sich um den mit Guanidin gehemmten und mit seheinbar unwirksamen Acetylcholindosen sensibili- sierten Muskel handelt, so daft die Muskel-Erregungsmittel wieder kr~ftige Kon- traktionen herbeifiihren kSnnen, nicht um eine durch Anticholinesterase im Musket freigewordene Acetylcholinmenge handelt; ebensowenig wahrscheinlich mag es sein, dal3 die schwachen und iiberdies dureh Guanidin gehemmten Anticholin- esterasen Tensflon und RO 2-2561 den mit Guanidin vergifteten Muskel auf diesem Wege fiir Acetylcholin hochempfindlich machen. Auch das Diguanidin Synthalin (1,10-diguanidino-decan) HN ~ C(NH2)~NH--(CH2)10--NH--C--(NH2) : NH---2 tIC1 ist seit lange sorgfMtigen Untersuchungen durch FRANK, NoTrrMA~ u. WAG~m~ 14 unterworfen worden als Insulinersatz und Hemmungsstoff der Leberglykogen- bildung bei Hypoglyk~mie und dabei anwachsender Bfldung und Ausseheidung der Milehs~kure, die iibrigens auch bei Darreichung yon Guanidin auf das 10fache ansteigt. Gleichzeitig hemmt Synthalin die Aminooxydase und die Desamino- funktion der Leber, wodurch eine ansehnliche Ausscheidung des Aminostiekstoffes manchmal auftritt. Naeh JU~KMA)rN 3e und STAUB 8sa schi~digt Synthalin die Atmung der Muskelzellen und daher aueh die Resynthese der Milchs~ure zu Glykogen; eine ~hnliche StSrung in dem Sauerstoffverbraueh des quergestreiften Muskels dureh Gua- nidin und verschiedene Harnstoffderivate ist yon GRANT U. KRANTZ 15 beobaehtet worden. Es mag hier schlieBlich bemerkt werden, dab Lom~IE u. YORKE 23 auf Grund der eben erwahnten Wirkungen vermuteten, dab dem Synthalin und den verwandten Diguanidinen trypanoeide Eigenschaften innewohnen.
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`Hemmungs- und Potenzierungs-Ph~nome am quergestreiften Muskel. 87 Unsere Versuche zeigten, dal3 neben Synthalin auch Paludrin (Nl-p-chlorophenyl-Ns-isopropylbiguanid) NH NH c, oder Chlorguanid, das vortreffliche Antimalariamittel, sogar schon in kleinen Dosen yon 3 y -- 5 ~/-- 10 ~ die erregenden Dosen yon Prostig- min, Tensilon, RO 2- 2561 und Tetra~thylpyrophosphat in ~hnlicher Weise hemmen, wie Guanidin-HC1 und Creatin-HC1. Gleich dem Gua- nidin-hydrochlorid, wurden auch die mit den iibrigen Guanidin-Deri- vaten Creatin-Hydrochlorid, Synthalin und Paludrin gehemmten Muskel durch schwache Zus~tze von 0,1 ~ -- 0,5 ~ Acetylcholin f/Jr nachfolgende, f f 1 Z 3 4 ] 2 Abb. 2. ~,h3o xth, ~o 3 4 Abb. 3. Abb. 2. Versuch 5 : Hemmung yon Tensilon dutch Guanidineldorid und ,~ensibilisierung des ge- hernmten Tensilons/iir KCl. Bei 1 30 ~, Guanidinhydrochlorid, 10 rain spgter bei 2 5 mg KC1 und 5 rain naehher bei 3 200 ~, Tensllon: beide bleiben motoriseh unwirksam. Tensilon sensibflisiert, wiewohl selbst gehemmt, den Muskel ffir 5 mR KC1, die bei 4 dem Muskel zugesetzt, ihn in den n~chsten Minuten in reversible Kontraktion versetzen. Abb. 3. Versueh 8 : Hemmung yon Acetylcholin dutch Eynllmlin und 8ensibillsierung des motorisch unwirksamen Aeetyleholins flit Prostigrnin. Bet 1 20 ~ Synthalin, dem 10 rain spgter der Zusatz yon 2 7 Acetylcholin bei 2 folgte; dieser bleibt motorisch unwirksam, sensibilisiert aber den gehemm- ten Muskel for 50 ~ Prostigmin be! 3: starke Muskel-Kontraktion in den n~chsten 10 rain (bei 4). sonst der Hemmung unterliegende Erregungsmittel sensibflisiert, die wieder ihrerseits selbst im gehemmten Zustande und im gehemmten Muskel eine derartige Potenzierung fiir Acetylcholin erzeugen, dab die kleinen Acetylcholindosen rasch eine kr~iftige Muskelkontraktion be- wirken (vgl. die Abb. 2 und 3, sowie Versuchsbeispiele 4, 6 und 7). Versuch 4: Hemmung yon Tetra~ithylpyrophosphat durch Guanidin und Sen- sibilisierung durch motorisch vSllig gehemmtes Tetra~thylpyrophosphat fiir Acetylcholin. Zusatz yon 50 7 Guanidinehlorid (ohne Wirkung), 10 min sl~ter 100 7 Tetra- ~thylpyrophosphat. Nach 25 min wird der yoU gehemmte Muskel mit 2 y Aeetyl- cholin versetzt; es folgt in 2 rain eine kr~ftige irreversible Muskelkontraktur. Versuch 6: Hemmung yon Aeetylcholin durch Guanidin und Sensibilisierung durch gehemmtes Acetylcholin fiir Tetra2ithylpyrophosphat.
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`88 E. P. PICK, H. L. HOLLINCK und G. ZACIIARELLI$: Zusatz von 30 y Guanidinehlorid, 10 min sparer 2 7 Aeetyleholin, welehe den gehemmten Muskel 10 min sp~ter ftir 100 7 Tetra~thylpyrophosphat sensibilisieren, so dal3 eine starke, nicht starre Muskelkontraktion einsetzt. Versuch 7 : Hemmung des Prostigmins durch Paludrin und Sensibilisierung des gehemmten Prostigmins fiir Acetylcholin. Zusatz yon 50 ~ Paludrinehlorid, l0 min sp~ter 50 7 Prostigminmethylsulfat bleiben durch 30 rain v611ig gehemmt, sensibilisieren trotzdem den gehemmten Muskel fiir 2 7 Acetyleholin, die weitere 10 min spgter zugesetzt werden; starke, durch RINGER-Wechsel reversible Muskelkontraktion in 5 mill. 3. Hemmung durch Cocainhydrochlorid, Procainhydrochlorid und Magnesiumsulfat. Diese 3 Lokalan~sthetika erzeugen neben der curare~hnlichen Aufhebung der Reiziibertragung an den neuromuskul~ren Endplatten zum Unterschied yon Curare auch eine Hemmung von direkten Erregungen an der quergestreiften Muskulatur. Sie kSnnen sowohl eine Blockade der Nerven und der Muskeln herbei- fiihren, wie zahlreiche Untersuchungen, insbesondere yon HARVEY ls, JACO U. WOOD 20 an Nerven und Muskeln mit Proeain-Vorbehandlung gezeigt haben; durch Acetylcholin, Prostigmin, Veratrin, Stoffe, welche eine erhebliche Depolarisierung des Muskels bzw. der Muskelmembranen bedingen (FLECKENSTEIN I1, SHANES @@a, ~]'ORDQUIST 28, HARVEY, JACO u. WOOD, NACHMANSOHN U. Mitarb.), kSnnen dies~ durch Procain hervorgerufenen Hemmungen aufgehoben werden. In gleieher Weise zeigen schon die Arbeiten von MELTZER U. AUER 24, sowie neuerdings jene yon SEAGER U. Mitarb. 33, GESSLER U. MATSUBA 33 und K. HAESS 2~, dab Magnesium- sulfat eine direkte Muskelwirkung, wahrscheinlich durch Beeinflussung der Zell- membran des Muskels, ausiibt. In unseren Untersuchungen hat sich zeigen lassen, dal~ alle 3 Lokal- angsthetika sowohl unsere Erregungsmittel wie auch Acetylcholin hem- men; allerdings liegen die bier wirksamen Dosen meist bei 0,1--0,2 mg Cocainhydrochlorid, 0,5mg Procainhydrochlorid und bei 1--2mg Magnesiumsulfat fiir 8 ec RingerlSsung, in weleher der Muskel h~ngt; die Mengen der beniitzten und gehemmten Stimulantien schwankten hier zwischen 50--100 ~ Prostigmin, 200--500 y Tensilon und RO 2-2561, 200---500 ~ Tetra~thylpyrophosphat und 2--5 7 Acetylcholin. Wie bei den frfiher beschriebenen Gruppen yon Hemmungsstoffen konnte auch bei den hier beniitzten Lokalangsthetika trotz der Hem- mung der stimulierenden Stoffe im gehemmten Muskel eine bedeutende Empfindliehkeitssteigerung fiir 2 ~ Aeetyleholin (mit Muskelkontraktion) erzeugt werden; umgekehrt vermochte bei Zusatz derselben kleinen und iiberdies motorisch gehemmten Acetyleholinmenge mit oder ohne Zusatz yon 10 7 Atropinsulfat zu 8 cm a RINc]~R-LSsung jedes der vorher unwirksamen Stimulantien nunmehr eine hohe Sensibilit~tserh6hung und bedeutende Kontraktionssteigerung in dem bis dahin in vollem Ruhezustande befindlichen Muskel hervorrufen (Vgl. die Abb. 4 sowie Versuchsbeispiele 9--11 und 13--14). Versuch 9: Hemmung der Tensilon-Erregung durch Cocainchlorid und Sen- sibilisierung des gehemmten Tensilons fiir Acetylcholin.
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`Hemmungs- und Potenzierungs-Phanome am quergestreiften Muskel. 89 Zusatz yon 0,1 mg Cocainchlorid, 10 rain sparer 10 ? Atropinsulfat und 5 min darnach Zusatz yon 200 ? Tensilon, die motorisch gehemmt, den Muskel fiir eine kr~ftige Muskelkontraktion durch 2 y Acetylcholin sensibilisieren. Versuch 10: Hemmung des .Acetylcholins durch Cocainchlorid und Sensibili- sierung des gehemmten Acetylcholins fiir Tensilon. Zusatz von 0,1 mg Cocainchlorid, 7 min sp~ter Zusatz yon 10 ~, Atropinsulfat und 5 min nachher 2 ~ Acetylcholin. Nach 6 min Zusatz yon 200 ~ Tensilon, sen- sibilisiert durch gehemmtes Acetyleholin fiir eine sehr starke reversible Muskel- kontraktion. Versuch 11: Hemmung yon Tetraiithylpyrophosphat durch Procainhydrochlorid und Sensibilisierung fiir Acetylcholin durch das gehemmte Muskelstimulans Tetra- i~thylpyrophosphat. 0,5mg Procainhydrochlorid, 10 min sparer 200 y Tetra/~thylpyrophosphat; vSllige motorische Hemmung desselben durch 20 weitere Minuten, bis 2 7 Acetyl- cholin eine starke, durch das gehemmte Tetra- ~thylpyrophosphat sensibilisierte Kontraktion in 3 min erzeugen. Versuch 13: Hemmung des Tensilons durch Magnesiumsul/at und Sensibihsierung durch ge- hemmtes Tensilon fiir Acetylcholin. Abb. 4. Versuch 12 : Hcmmlmg dcs Acetylcholins durch Pro- cainhydrochlorid und Sensibilisierung fiir Tensilon durch das gehemmte Acetylcholin. Bei 1 Zusatz yon 0,5 mg Procain- hydrochlorid; 10 min sp~ter bei 2 2 ~, Acetylcholin, welches das nachtr~tglich (5 rain sparer) zugesetzte Tcnsilon 400 ~, bei 3 fiir die Muskelkontraktion potcnziert. I 0L 1 ] 2 3 4 Zuni~chst 2mg MgSOa; 7 min sp~ter 500 ? Tensilon und nach 10 min 2 y Acetylcholin; dasselbe ist durch das gehemmte Tensflon sensibilisiert und erzeugt eine sehr kri~ftige, doch reversible Muskelkontraktion. Versuch 14: Hemmung von Acetylcholin durch Magnesiumsul/at und Sen- sibilisierung durch gehemmtes Acetylcholin ftir Tensilon. 2 mg MgSO 4 und 4 min sp/~ter 2 ? Acetylcholin, welches den Muskel 3 min sp/~ter fiir 500 y Tensilon sensibilisiert. 4. Hemmung dutch Thiamin und Glutathion. Es war zu erwarten, dal~ die Thiole Glutathion und Thiamin, welche die Muskelreizstoffe Prostigmin, Ryanodin und Neoarsphenamin (PICK u. HOLLAND 1) ZU hemmen vermSgen, auch die prostigmin~hnlichen muskelerregenden Derivate, wie auch das Tetra~thalpyrophosphat anta- gonistisch beeinflussen. Trotzdem Thiamin in friiher mitgeteilten Unter- suchungen nicht imstande war, 50 ~ Prostigmin nach kurzer Reaktions- zeit zu hemmen, wurde yon uns nunmehr festgestellt, da~ meist nach 20--30 min langer Einwirkungsdauer yon 1--2 mg Thiamin sowohl Prostigmin (50 ~) wie Tensflon. RO 2-2561 (100---200 ?) und Tetra~thyl- pyrophosphat (in Dosen yon 200--500 ~) in der stimulierenden Muskel- wirkung vSllig gehemmt werden; bei Glutathion ist zur Hemmung dieser Stimulantien ein Zusatz yon 2--4 mg nStig. Cystein und Methionin
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`90 E. P. PICK, H. L. HOLLINCK und G. ZACHARELLIS-" erwiesen sich fiir die Neutralisierung auch in grSBeren Mengen unwirk- sam. Wie in den vorher erw~hnten Versuchen, sowi~ in den schon frfiher fiber die Thiamin- nnd GIutathionhemmung berichteten, waren alle hier benfitzten Stimulatoren trotz ihrer gehemmten motorischen Muskel- funktion f~hig, den Muskel ffir die Kontraktion durch kleinste Dosen yon Acetylcholin (2--5 ~) hochempfindlich zu machen. In gleicher Weise unterbrach die Vorbehandlung des thiamingehemmten Muskels mit Acetylcholin (0,5~) oder mit KC1 (5 mg) die Muskelhemmung und machte den Muskel iiberaus reaktionsf/ihig fiir vorher unwirksame Dosen yon 100 ~ Tensilon, 100 ~ RO 2-2561 oder 200 7 Tetra/ithylpyro- phosphat; gleiches Verhalten gilt auch fiir die Glutathionhemmung (vgl. die Abb. 5, sowie Versuchsbeispiel 15 und 17). qb.lo qh~ q~Jo ~,k3s qh~ #~tso ~h58 1 2 3 4 5 6 7 Abb. 5. Versuch 16: ttemmung des Tensilons durch Thiamin und Sensibilisierung durch das gehemmte Tensilon fiir Acetylcholin; der nach RINORR-Wechsel wieder erschlaffte Muskel bleibt gehemmt fur Tensilan, ist abet wieder erregbar fiir Acetylcholin. Bei 1 2 mg Thiaminchlorid; 10 rain nachher bei 2 100 ~, Tensilon, die, obschon ge- hemmt, den Muskel fiir 2 ~, Acetylcholin (bei 3) 10 min sparer iiberempflvdlich machen; der RIN- OER-Wechsel 5 rain sp~ter lii[3t den Muskel er- schlaffen; der Muskel bleibt 5 min nachher noch unempfindlich fiir 100 ~, Tensilon (bei 5), obschon er 10 rain spiiter (bei 6) dutch 2 ~ Acetylcholin wieder kontrahiert werden kann. Versuch 15: Hemmung des Acetylcholins durch Glutathion und Potenzierung ftir Tetradthylpyrophosphat dutch gehemmtes Acetylcholin. Zun~chst werden 2 mg Glutathion, 10 min sparer 0,5 ~ Acetylcholin und nach weiteren 10 rain 50 ~ TetraRthylpyrophosphat zugesetzt: es erfolgt in den nSchsten 20 min eine kr/iftige, aber nicht starre Muskelkontraktion. Versuch 17: Hemmung yon KC1 durch Thiamin und Sensibilisierung durch KC1/i~r Tetradthylpyrophosphat. Zuerst Zusatz yon 2 mg Thiamin-hydrochlorid, 10 min sp~ter 5 mg KC1, welche die (5 min sparer) nachfolgenden 200 ~ Tetraathylpyrophosphat fiir eine kr~ftige Muskelkontraktion, die in Starre iibergeht, sensibilisieren. Besprechung. Die hier untersuchten 4 Gruppen von Hemmungsstoffen: Amidine, Diamidine, Guanidine, Diguanidine, Lokalaniisthetika und Thiole unter- scheiden sich zweifellos in ihrer hemmenden Muskelwirkung sowohl qualitativ wie quantitativ. W~hrend die Amidine und Guanidine in relativ kleinen Dosen (im Durchschnitt 25--50 ~, mitunter auch schon in Mengen yon 5--10 ~ in 8 cc RZNGER-LSsung) nach einer Einwirkungs- dauer von 10---15--20 min den Froschrectus vor einer Contraction mit Prostigmin und ~ihnlichen Vcrbindungen sowie vor einer Reaktion mit Tetra~thylpyrophosphat schiitzen, miissen Lokalan~sthetika Cocain,
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`Hemmungs- und Potenzierungs-Ph~nome am quergestreiften Muskel. 91 Procain und Magnesiumsulfat in Mengen yon 100--500 ? bis 1 mg zu- geffihrt werden und yon Thiamin sind oft 2 mg, yon Glutathion sogar 2--4 mg in 8 cm a RINGwR-LSsung nStig, um den bei 7,5 pH suspendierten Rectus zu hemmen. I)abei spielt aueh die chemische Natur des an- gewendeten Erregungsmittels qualitativ wie quantitativ eine groBe l~olle. Es hat sich ergeben, da~ die rasch und kurz wirkenden Muskel- erregungsmittel Tensilon (3-Hydroxyphenyldimethyl~thylammonium- chlorid, RO 2-3198) und 3-Hydroxyphenyltrimethylammoniumbromid (RO2-2561) unter gleichen Bedingungen am leichtesten inaktiviert werden kSnnen, wobei das Tensilon rascher als die ihm analoge Tri- methylammonium-Base (RO 2-2561) antagonistisch beeinfluBt werden kann; Prostigmin und Tetra~thylpyrophosphat schienen der Hemmung viel l~nger zu widerstehen. Es mag dabei daran erinnert sein, dab die beiden letzteren lang- wirkenden quatern~ren Ammoniumbasen sehr kr~ftige Cholinesterase- hemmer sind, w~hrend die erstgenannten nach RANDALL a2 nur etwa ein Hundertstel der Wirkung des Prostigmins besitzen. Es w~re daher m5glich, dab die verh~ltnism~ig schwache Freisetzung yon Aeetyl- cholin im Muskel mit der kurzdauernden Muskelerregung durch Ten- sflon und RO 2-2561 in Verbindung steht. Die qualitative Verschieden- heir der Stimulantien geht schon daraus hervor, dab die beiden kurz- wirkenden quaterniiren Ammoniumbasen Tensilon und RO 2-2561 eine sehr leicht reversible Muskelkontraktion erzeugen, w~hrend Prostig- min und Tetra~thylpyrophosphat, zumal in Verbindung mit Acetyl- cholin vieffach irreversible Kontrakturen am Muskel bewirken. Die quantitative Differenz der Stimulantien ~ul~ert sich in den fiir die Mus- kelcontraction des isolierten Rectus zweckmiiBigen Dosen, welche bei unserer Versuchsordnung ffir Tensilon und RO 2-2561 100--2007, fiir Prostigmin 10 bis 20 ~ und ffir Tetra~thylpyrophosphat 50--100 ~ be- trugen. W~hrend die verschiedenen ttemmungsstoffe der 4 untersuchten Gruppen die oben genannten Muskelstimulantien motorisch gehemmt haben, so dab die Muskulatur scheinbar im normalen Ruhezustand blieb, zeigte sich bei nachtr~glichem Zusatz yon an sich kaum wirksamen Mengen yon (0,1--0,5 7') Acetylcholin oder KC1 (5 mg), dab der schein- bar ruhende, motorisch unver~nderte Muskel dennoch eine bedeutende Ver~nderung erfahren hat; denn die vorher gehemmten Stimulantien haben den ruhenden Muskel fiir den neuen, durch Acetylcholin gesetzten Reiz iiberempfindlich gemacht, so dal~ er auf sonst unwirksame Acetyl- cholindosen mit kr~ftiger Kontraktion reagiert; ~hnlich ist der Muskel auch gegen kleine Dosen yon KC1 reaktionsf~hig geworden, wenn diese den anscheinend unwirksamen Erregern 5 oder 10 min sp~ter zugesetzt worden sind. Die Vorbehandlung des motorisch gehemmten Muskels
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`92 E. P. PICK, H. L. HOLLINCK und G. ZACHARELLIS: mit den genannten Stimulantien mag trotz des scheinbaren Ruhe- zustandes eine Ver~nderung der Muskelmembran oder der Muskel- fibrillen oder beider erzeugt haben, so daB zugesetztes Acetylcholin oder KC1 rascher durch die Muskelmembran die Muskelfibrillen er- reichen und diese kontrahieren kSnnen. Es liegt nahe, auf Grund der Untersuchungen von ECCLES 8, FLECKENSTEIN 12, KUFFLER 21 und FELD- B~,RO 9 anzunehmen, dab die beniitzten Stimulantien zu schwach waren, die unter dem EinfluB der Hemmungsmittet repolarisierte und gedichtete Muskelmembran in geniigender Menge zu passieren, um den gehemmten Muskel zu depolarisieren und eine Contraction desselben zu bewirken. Erst der Zusatz yon starkeren Depolarisatoren, wie Acetylcholin oder Kaliumchlorid bewirkt eine rasche potenzierte Acetylcholin- oder Kaliumchloridkontraktion in dem bisher gehemmten Muskel; dieser hat aber infolge der stimulierenden Vorbehandlung wahrscheinlich schon eine Permeabilitats-Steigerung seiner Zellmembranen erfahren und wurde dadurch fiir die genannten Depolarisatoren wie fiir die an sich schwache- ren Stimulatoren durchgangig und empfindlich. Wie weit die Acetyl- cholinpotenzierung dieser motorisch gehemmten Muskeln auBerdem mit der Freisctzung von Acetylcholin im Muskel selbst, z.B. durch die ,,Anticholinesterasen" der bentitzten Stimulantien oder auf einem anderen Wege zusammenhangt, geben unsere bisherigen Vcrsuche keinen sicheren AufschluB. Es mug aber hier bemerkt werden, dab Hemmungssubstanzen ohne Anticholinesterasen-Wirkung, wie die Gua- nidine, die gleiche Ausbfldung der Potenzierung fiir Acetylcholin oder Kaliumsalze erlaubten, wie andere Hemmungsstoffe, wenn sie mit obigen Stimulantien vorbehandelt waren. Andererseits blieben die ge- hemmten Muskeln trotz Vorbehandlung mit den sonst stimulierenden ,,Anticholinesterasen" in voller Ruhe bis zu dem Augenblick, in dem das zugesetzte, an dem nicht vorbehandelten Muskel kaum wirksame Acetylcholin oder Kaliumchlorid eine volle Depolarisierung der NIuskel- membranen und Muskelfibrillen herbeifiihrte, wobei die durch die Hem- mungsstoffe bewirkte Repolarisierung und Membrandichtung auf- gehoben und der bis dahin den Stimulantien versperrte Durchgang durch die Muskelzellmembranen geSffnet worden war. Wie weir der repolarisierende EinfluB der Muskelhemmungsstoffe reicht, laBt sich aus Versuchen entnehmen, in denen der unter der potenzierten Acetyl- cholinkontraktion gestandene, vorher gehemmte Muskel durch wieder- holten RrNo]m-Wechsel zur vollen, scheinbar normalen Erschlaffung ge- bracht wurde, aber trotzdem fiir die schwacheren Stimulantien, wie Tensilon oder RO 2-2561 unerregbar blieb, weil sie offenbar zu schwach waren, die repolarisierten, nunmehr wieder gedichteten Membranen zu passieren; erst neuerdings dargereichtes Acetylcholin hat abermals eine volle Depolarisierung bewirkt und den potenzierenden Stimulantien
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`I-Iemmungs- und Potenzierungs-Ph~nome am quergestreiften Muskel. 93 den Weg zur Kontraktion der Muskelfibrillen gebahnt (vgl. Abb. 5). Es mag hier fibrigens auch daran erinnert werden, dal~ die Potenzierung des Acetylcholineffektes am M. rectus durch Veratrin oder Sulfacyanid auch nach Hemmung der Cholinesterase durch vollsti~ndige Eserini- sation unveriindert eintritt (VANR]~MOORTER38). Trotzdem ist es mSglich, dab neben den hier zur Erkl~rung der Hemmung und Potenzierung herbeigezogenen Repolarisierungs- und Depolarisierungsprozessen noch andere Reaktionen unter dem Einflusse der von uns benfitzten stimu- lierenden Anticholinesterasen mitspielen, wie insbesondere die Frei- setzung kleiner Mengen von Acetylcholin oder von Kalium-Ionen. So zeigten BvR~s u. PATON 29, dab bei Tetanisierung des motorischen Ner- yen eine erhebliche Verst~rkung der Depolarisierung des normalen Muskels durch Zusatz yon Anticholinesterasen, wahrscheinlich durch Freisetzung yon Acetylcholin, eintreten kann. Da im besonderen durch Kalium-Ionen an den gehemmten und durch Anticholinesterasen vor- behandelten Muskelfasern eine ~hnliche Potenzierung wie durch Acetyl- cholin zu erzeugen ist (vgl. Abb. 2 und Versuch 17), scheint es, dab die Anticholinesterasewirkung, wenigstens in unseren Versuchen, keine so entscheidende Rolle ffir die Potenzierung spielt, wie in den bemerkens- werten quantitativen Auswertungen yon UN~A u. Mitarb.a4 am Frosch- rectus, in denen positive Beziehungen zwischen der Acetylcholinpoten- zierung, der Cholinesterasehemmung und deren Antagonismus gegen Curare zu finden waren. In Ubereinstimmung mit unseren friiheren Untersuchungen an curarisierten Muskeln hat sich auch an den anderweitig gehemmten Muskeln zeigen lassen, wie gro(cid:127) die Bedeutung selbst kleinster Mengen von Acetylcholiu und KC1 fiir die Potenzierung der oben angeffihrten Stimulantien sein kann trotz der motorischen Muskelhemmung. Die vorher angeffihrten Beispiele mSgen die Sensibilisierung der Muskeln fiir die genannten Stimulantien im Vergleich mit der Potenzierung ffir Acetylcholin und Kalium-Ionen aufzeigen. Sie lassen klar die grol~e Be- deutung dieser beiden Stoffe ffir die Muskelerregung und Kontraktion erkennen, selbst wenn sie allein in den angewandten Dosen nicht im- stande siud, infolge der Hemmung durch die repolarisierenden Muskel- gifte die Muskelcontraktion durchzufiihren. Die durch diese beiden Er- regungsstoffe bedingte Depolarisierung und Durchg~ngigkeitserhShung der Zellmembranen des Muskels ermSglicht es den wenige Minuten sparer dem Muskel zugesetzten Stimulantien zu den Muskelfibrillen des bis dahin v611ig polarisierten und an den Zellmembranen gedichteten iY[uskels zu gelangen und nun gemeinsam mit den kr~.ftigeren Depolari- satoren den Muskel zur Kontraktion bzw zur Kontraktur zu bringen. Diese Empfindlichkeits-Steigerung scheint auch hier weitgehend un- abh~ngig zu sein vonder chemischen Zusammensetzung der Hemmungs:
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`94 E. P. PICK, H. L. HOLLINCK und G. ZAOHARELLIS: stoffe wie auch aus den frtiher angeffihrten Grfinden vonder Hemmung der Cholinesterase des Muskels. Denn die verschiedensten Hemmungs- stoffe, wie Curare, Amidine, Diamidine,