Die Bedeutung eines „synaptischen Transformationsprinzips“ für neuropharmakologische Effekte, demonstriert am Beispiel des Curarins

Zusammenfassung

Am Nerv-Muskelpräparat des Gastrocnemius von betäubten oder decerebrierten Katzen läßt sich durch Variieren der Reizspannung am motorischen Nerven (oder der zugehörigen Vorderwurzeln) die Anzahl der erregten motorischen Einheiten abstufen. Als Maß für die Anzahl der jeweils erregten Nerven- und Muskelfasern kann das integrierte Aktionspotential gelten. Die Auswertung ergab, daß zwischen prä- und postsynaptischer Aktivität keine lineare Beziehung besteht. Es ist vielmehr so, daß schon die Erregung von weniger als 50–60% präsynaptischer nervöser Einheiten einen maximalen postsynaptischen Erfolg erzielt und daß die Erregung von weniger als 10–20% präsynaptischer nervöser Einheiten keinerlei postsynaptischen Erfolg mehr erkennen läßt: Als funktionelle Einheit betrachtet, transformieren also die motorischen Endplatten die präsynaptischen Impulse in Abhängigkeit von der Anzahl erregter nervöser Fasern effektiv verschieden.

Aus diesem „synaptischen Transformationsprinzip“ läßt sich ableiten, daß die neuromuskuläre Erregungsübertragung bei untermaximaler Erregung für Synapsengifte besonders labil sein muß. Tatsächlich kann sie schon durch geringe Dosen von d-Tubocurarin (0,1 mg/kg i.v.) völlig gehemmt werden. Die gleiche Dosis pflegt den Reizerfolg bei supramaximaler Stimulation noch nicht zu beeinträchtigen.

Da die physiologische Muskelinnervation stets untermaximal ist, läßt sich mit Hilfe des „synaptischen Transformationsprinzips“ auch erklären, daß ein partieller Ausfall von motorischen Endplatten (unter der Einwirkung neuromuskulär blockierender Verbindungen oder ähnlich) eine totale Lähmung von Reflexen oder eine Lähmung der Atmung zu einem Zeitpunkt bewirken kann, zu dem der Reizerfolg am Muskel bei supramaximaler elektrischer Reizung der entsprechenden Nerven noch nicht sichtbar vermindert ist. Bei der pharmakologischen Prüfung von Pharmaka wurde früher oft aus solchen Befunden irrtümlich auf einen zentralnervösen Angriffspunkt der untersuchten Substanz geschlossen.

Summary

The number of stimulated motor units in a nerve muscle preparation of the gastrocnemius of decerebrated or anaesthetized cats can be varied by altering the intensity of the stimuli applied to the motoric nerve or to the ventral roots. The number of fibres taking part in the stimulation in the nerve or the muscle can be measured by the integrated action potential. The evaluation (of corresponding nervous and muscular action potentials) revealed, that there is no linear relationship between the pre- and postsynaptic activity. Thus already a stimulation of less than 50–60% of the presynaptic nervous units, renders maximal postganglionic response while a stimulation of less than 10–20% of the presynaptic units, fails to elicit a postganglionic response. Therefore, the motor endplates as functional units do transform presynaptic impulses in a different way, depending on the number of nerve fibres stimulated. It can be derived from such a “principle of synaptic transformation” that the neuromuscular transmission of a submaximal stimulation, is especially liable to be affected by synaptic poisons (drugs imparing or blocking the synaptic transmission). In fact small amounts of d-tubocurarine (0,1 mg/kg i.v.) were sufficient to fully inhibit the neuromuscular transmission of submaximal stimuli. The same dose does usually not impair the response to supramaximal stimulation.

The physiological stimulation does never include all nerve fibres, it is always submaximal. This fact together with the “principle of synaptic transformation“ offers an explanation for the finding, that a total paralysis of reflexes or of respiration is observed although only part of the motor endplates are rendered inactive by neuromuscular blocking agents. At the same time the response of the muscle to supramaximal electrical stimulation is not markedly diminished.

In the pharmacological analysis of the action of a drug, formerly such results led to the erroneous conclusion, that the investigated drug may have a direct action on the central nervous system.