Mechanische Reaktionen des Frosch- und Säugetiermyokards bei Veränderung der Aktionspotential-Dauer durch konstante Gleichstromimpulse

Summary

In isolated preparations of the frog's and the mammalian ventricular myocardium (papillary muscles of cat, rabbit, guinea pig, and rhesus monkey) the duration of the action potential was altered by constant current pulses applied through a sucrose gap. The isometric mechanical response of the polarized muscle section was recorded simultaneously. The following results were obtained:

In the mammalian myocardium the contractile response to alteration of one single action potential lasts for several contraction cycles. Shortening of the action potential by anodal current polarization reduces the peak tension of the corresponding contraction only by shortening of the time to peak. The amplitude of the following contraction, however, initiated by a normal action potential, is even more depressed, due to a decreased rate of tension development. Prolongation of the action potential by cathodal pulses has an opposite effect. If the duration of the action potential is altered repeatedly, summation of the delayed negative or positive inotropic responses occurs. Independent of the frequency of stimulation, 5 to 7 beats are necessary for the development as well as the restitution of a steady state. With increasing extracellular Ca⁺⁺ concentration (up to 5,4 mM/l) the inotropic effects are more pronounced with the first beat, bur are decreased in the steady state.

In the frog's myocardium, the contractile response to alterations of the duration of the action potential is limited to the corresponding contraction. The mechanical time to peak and the rate of tension development are influenced simultaneously.

The differences between the mechanical response of mammalian and frog's myocardium may explain the different contractile reactions accompanying alternating changes of the duration of the action potential as well as paired pulse stimulation. They are considered as a functional manifestation of some differences of the ultrastructure of the sarcoplasmic reticulum in both tissues.

Zusammenfassung

An isolierten Präparaten des Ventrikelmyokards vom Frosch und von verschiedneen Säugetieren (Papillarmuskeln von Katzen, Kaninchen, Meerschweinchen und Rhesusaffen) wurde mit Hilfe einer Saccharose-Trennwand die Aktionspotentialdauer durch konstante Gleichstromimpulse verändert und der Einfluß auf das isometrische Mechanogramm untersucht. Folgende Ergebnisse wurden erhalten:

Im Säugetiermyokard erstreckt sich die mechanische Antwort auf die Beeinflussung eines einzelnen Aktionspotentials über mehrere Kontraktionscyclen. Einmalige anodische Abkürzung der Aktionspotential-Dauer reduziert dabei die zugehörige Kontraktion durch Verkürzung der mechanischen Anstiegszeit nur geringfügig, während die folgende Kontraktion mit unbeeinflußtem Aktionspotential durch Reduktion der Anstiegsgeschwindigkeit beträchtlich abgeschwächt wird. Kathodische Aktionspotential-Verlägerung besitzt den umgekehrten Effekt, d.h. die zugehörige Kontraktion wird infolge Verlängerung der Anstiegszeit nur wenig verstärkt, während das folgende normale Aktionspotential eine wesentlich kräftigere Kontraktion mit erhöhter Anstiegsgeschwindigkeit auslöst. Bei fortgesetzter Veränderung der Aktionspotential-Dauer summieren sich die negativ bzw. positiv inotropen Nachwirkungen. Die Entwicklung und Rückbildung bis zum steady state umfaßt unabhängig von der Frequenz jeweils 5–7 Schläge. Mit steigender extracellulärer Ca⁺⁺-Konzentration (bis 5,4 mM/l) nimmt die inotrope Wirkung der Aktionspotential-Dauer auf das Mechanogramm beim ersten Schlag zu, im steady state dagegen ab.

Im Froschmyokard wird unter den gleichen Bedingungen jeweils nur die zugehörige Kontraktion beeinflußt, wobei sich die mechanische Anstiegszeit und die Anstiegsgeschwindigkeit gleichzeitig ändern.

Die unterschiedlichen Reaktionsformen des Frosch- und des Säugetiermyokards erklären auch das differente Verhalten bei alternierender Veränderung der Aktionspotential-Dauer sowie bei paariger Stimulation. Sie werden als funktioneller Ausdruck der unterschiedlichen Feinstruktur im Bereich des sarkoplasmatischen Reticulums beider Gewebe gedeutet.