Etude de la propagation de l'excitation dans le ventricule de rat au moyen de solutions hypertoniques

Zusammenfassung

In einer morphophysiologischen Untersuchung wird zum Mechanismus der Erregungsleitung, insbesondere der intercellulären Erregungsleitung, am rechten Ventrikel des Rattenherzens Stellung genommen. Wenn die Tonizität der physiologischen Standardlösung sowie in Ca⁺⁺-armen oder Cl⁻-freien Lösungen erhöht wird, verändern sich die Strukturen am Discus intercalaris und das sarcoplasmatische Reticulum: dieses Phänomen wurde als Grundlage der Methode unserer Untersuchungen benutzt. Folgende Ergebnisse wurden erhalten:

• 1. Am normalen Discus intercalaris sind drei Typen von Membrananlagerungen zu erkennen: a) interfibrilläre Regionen (zwei parallel gelagerte Plasmamembranen), b) Nexus oder „tight junctions“ (Verschmelzung der beiden Doppelmembranen in eine Tripelmembran) und c) Desmosomen (Haftstellen, wo die Myofibrillen in den Discus intercalaris einstrahlen).

• 2. Eine Erhöhung der Tonizität der Standardlösung verlangsamt die Erregungsleitung, aber in Ca⁺⁺-armen oder Cl⁻-freien Lösungen wird dieser Effekt unterdrückt.

• 3. Unabhängig von der Art der Lösung wird durch die Hypertonie eine Erweiterung der interfibrillären Regionen am Discus intercalaris erzeugt.

• 4. Bei Ca⁺⁺-armen Lösungen (0,275 mM/l) findet man eine verminderte Haftfähigkeit an den Desmosomen, was bei Hypertonie außer der Erweiterung der interfibrillären Regionen zu einer Ablösung der Desmosomen führt. Die Nexus bleiben dabei jedoch erhalten; auch bei starkem Auseinandertreten der Zellen kann ein Nexus nicht in seine Membraneinheiten zerlegt werden, sondern er wird aus den aneinandergrenzenden Zellen herausgerissen und ist als erhaltene Struktur auf der gegenüberliegenden Zelle zu finden.

• 5. Bei partieller Ablösung des Discus intercalaris in hypertonischen, Ca⁺⁺-armen oder Cl⁻-freien Lösungen wird die Erregungsleitung nicht verlangsamt. Dabei scheint die Erhaltung des Nexus maßgebend zu sein.

• 6. Zusätzlich wurde mit Diffusionstracern nachgewiesen, daß die interfibrillären Regionen des Discus intercalaris über die Tubuli des sarcoplasmatischen Reticulums mit dem Extracellulärraum in Verbindung stehen.

• 7. Es wird angenommen, daß der Nexus Stelle eines niedrigen elektrischen Widerstandes darstellt.

• 8. Der Mechanismus der Erregungsleitungsverlangsamung bei Übergang von der Standardlösung in Hypertonie wird in Zusammenhang mit der Erweiterung des sarcoplasmatischen Reticulums diskutiert.

Summary

In a combined morphophysiological investigation the spread of excitation, in particular the cell-to-cell transmission of excitation in the right ventricle of rat heart, was studied. Upon increasing the osmolality of the physiological standard solution as well as of a low-Ca⁺⁺ or a Cl⁻-free medium, a gradual disruption of the intercalated disc can be obtained in association with a swelling of the sarcoplasmic reticulum. These changes provided the basis for our work. Our results were the following:

• 1. A normal intercalated disc is comprised of three different structures: a) unspecialized interfibrillar regions, b) nexuses (i. e. tight junctions) where the two double membranes merge into a three-layered structure, and c) desmosomes fixation points at which the two parallel membranes show electron-dense areas on their inner surface.

• 2. Increasing the tonicity of the medium produced a drop of the propagation velocity in standard solution, but little change in low-Ca⁺⁺ and Cl-free media.

• 3. Regardless of the composition of the solution the hypertonicity brought about a widening of the intermembrane cleft in the interfibrillar regions of the intercalated disc.

• 4. In low-Ca⁺⁺ media (0,275 mM/l) the cohesion of the desmosomes was weakened leading to their complete disruption in hypertonic media, in addition to the aforementioned widening of the intermembrane space. In contrast, the tight junctions were preserved. Even when the cells were strongly dissociated from one another, it remained impossible to tear the nexuses apart, but they could be torn off, so that one of the two neighboring cells concerned carried the whole structure, and the other showed a tear in its membrane.

• 5. Even after partial disruption of the intercalated discs in hypertonic low-Ca⁺⁺ or Cl⁻-free solution, the propagation velocity was not reduced. Of importance, in this connection, seems to be the preservation of the tight junctions.

• 6. In addition, diffusion tracer studies showed that interfibrillar regions of the intercalated disc are in continuity with the extracellular space via the sarcotubular system.

• 7. It is suggested that the tight junctions represent a low-resistance electrical pathway.

• 8. The mechanism which accounts for the reduction in propagation velocity observed upon increasing the tonicity of the standard solution is discussed in connection with the swelling of the sarcotubular system.