Aus der Pharrnakologischen Anstalt der Universitiit Basel. (Verst. Prof. H. Staub.)

Wirkung yon Histamin im Vergleich mit andern Aminen und Ammoniak auf Frosch und FroschherzL

B e i t r a g zu: , , C h e m i s c h e K o n s t i t u t i o n u n d p h a r m a k o l o g i s e h e W i r k u n g " .

Von

g . Sigg.

2dit 13 Textabbildungen.

(Eingegangen am 9. M~irz 1937.)

Bei der Durchsieht der Literatm" fiber die Wirkung des Histamins am Frosch st6Bt man sowohl bei den Angaben fiber die Wirkung am Ganztier, wie aueh fiber die Wirkung auf isolierte Organe, auf ungenaue und sich widerspreehende Angaben. Aueh die zusammenfassende Darstellung yon F e l d b e r g und S e h i l f 1 fiber die Wirkung des I-Iistamins am Froschherz und auf das Ganztier kommt nieht zu einheitliehem Ergebnis.

Naeh einigen Autoren hat Histamin auf das Frosehherz eine positiv inotrope, naeh andern eine negativ inoerope Wirkung. B e r e s i n 2 be- sehreibt eine Verstgrkung der Herzaktion naeh Hisgamin, wglu'end G u g g e n h e i m a, E i n i s 4, R o t h l i n 5, L i e 6, K r u l l 7 eine Herabsegzung der Herzleistung sahen. F e l d b e r g und S e h i l f 1 glauben, dab das saure Histamindihydroehlorid die aktuelle Reaktion der RingerlSsung naeh der sauren Seite versehiebg, und dadureh die Herzleistung versehleehtert wird.

Die gMehen unklaren Verhgltnisse bestehen aueh bezfiglich der IIista- minwirkung am Ganzfroseh. D a l e und L a i d l a w s erreiehen mit 60 mg Histaminehlorhydrat intravenSs den Exitus im Verlaufe yon 2 0 - 6 0 Mi- nuten. Dies entsprieht 1,7 g/kg K6rpergewieht. Die letale Dosis liegt bier 3000real hSher als beim Meersehweinehen, bei dem sehon 0,5 mg/kg einen tSdliehen Sehoek hervorrufen. F e l d b e r g und S e h i l f 9 betraehten daher den Exitus beim Froseh nieht als spezifisehe Histaminwirkung. Die eigen~- liehe Todesursaehe ist nieht erklgrt.

* Als Dissertation eingereicht an die Med. Fakult~t der Universit~t Ba~el am 19. Dezember 1936.

1 Fe ldberg u. Schilf: Monographie tiber Histamin 1930, S. 345--348. - - 2 Beresin:zit . nachFeldbergu. Schilf:Ebenda 1930, S. 345--348. - ~ Guggen- heim, M. : Biochem. Z. 51, 369 (1913). - - 4 Einis, W. : Ebenda 52, 96 (1913). - -

Rothl in , E. : Pflt~gers Arch. 185, 111 (1920). - - 6 Lie : Arch. int. de pharmaeodyn. 33, 409 (1928). - - 7 Krull : zit. nach Fe ldberg u. Schilf: ,,Histamin", S. 346. - - SDale, H. H. u. Laidlaw: J. of Physiol. 41, 318 (1911). - - 9Feldbergu. Schilf: ,,Histamin", S. 90.

Wirkung yon Histamin auf Frosch und Froschherz. 645

Versuche am isolierten Froschherz (Methode Straub).

H i s t a m i n d i h y d r o c h l o r i d hat am Froschherz nie eine fSrdernde Wirkung. Es wirkt erst in einer Konzentration 1 : 10000 und dann immer herzseh~digend. Eine L5sung 1 : 100 bis 1 : 500 macht diastolisehen Herz- stillstand. Nieht nut am Frosehherz, auch am Froschdarm wirkt Histamin- dihydrochlorid erst in sehr hohen Konzentrationen. W/ihrend am isolierten Warmbliiterorg~n (Meerschweine, henuterus und Meerschweinchen- bzw. Katzendarm) Histamin bereits bei 1 : 10 s stark erregend wirkt, reagiert der Frosehdarm erst bei gleieher Konzentration wie das Frosehherz, d. h. bei 1 : 10 a. Auch der Frosehdarm wird dutch Histamindihydroehlorid hie erregt, sondern zeigt immer nur L~hmung. LSsungen in so hoher Konzentration reagieren sauer gegen Laekmus. Die IIemmung naeh Histamindihydroehlorid diirfte eine reine Siiurewirkung sein. Dies best~tigen fol- gende Versuehe: 1. Eine in ihrer Azidit~t einer 1%igen

HistaminlSsung entspreehende Salz- s~urelSsung zeigt genau dieselbe Wir- kung (Abb. 1).

2. Eine mit Natriumcarbonat gegen Lack- mus neutralisierte Histamindihydro- chtoridlSsung setzt die HubhShe weniger herab; die negativ inotrope Wirkung lhl~t sich nieht ganz aufheben, weil

Abb.1. 1. H i s t ~ m i n d i h y d r o e h l o r i d l : 1000. W ~ A u s w a s c h e n . 2. HC1 au f L a c k m u s e n t s p r e c h e n d de r H i s t a m i n d i h y d r o c h l o r i d -

li3sung 1 : 1000.

1. H i s t a m i n d i h y d r o e h l o r i d 1 :500. 2. His t i - d inbase 1 : 500.

Abb. 2. 1. H i s t a m i n d i h y d r o e h l o r i d 1 : 100. 2. t t i s t i d i n b a s e 1 : 300.

Natriumearbonat allein in der ben6tigten Konzentration ebenfalls die Hubh6he herabsetzt.

3. Die negativ inotrope Wirkung des Histamindihydrochlorids 1/il~t sich vo]lkommen aufheben durch Zugabe der alkalischen tlistidinbase (Abb. 2). Diese Wirkung des Histidins beruht nicht auf einem Antago- nismus zwischen tIistamin und Histidin, sondern ist einfaeh der Aus- druck der Neutralisierung der sauren Histamindihydrochloridl5sung

42*

646 K. SI~G:

dureh die Histidinbase. Denn es gelingt nieht am Meerschweinehen- darm, die Histaminwirkung mit Histidin irgendwie zu beeinflussen.

4. Die t I i s t a m i n b a s e wirkt anders als das salzsaure Salz. Diese Wirkung der tIistaminbase l~gt sieh dureh Histidin nieht beeinflussen.

Versuehe mit der Histaminbase.

Die Histaminbase wurde aus dem Histamindihydroehlorid hergestellt. Das Salz wurde mit Soda versetzt, die L6sung im Vakuum eingedampft und die Histaminbase mit Alkohol ausgezogen. Die freie Base wurde am

Abb. 3. Histaminbase verglichen mit de~ Histamindihydrochlorid'~virkung.

Abb. 4. tI isiaminbase 1 : 200.

Meerschweinchen auf ihre Wirksamkeit gepriift; 0,5 mg/kg Tier erzeugte einen t6dlichen Sehock. Die folgenden Versuche wurden mit dieser selbst hergestellten ttistaminbase, zur Kontrolle abet auch. noch mit einem aus dem Handel bezogenen Pr~parat, ausgefiihrt.

Die Histaminbase wirkt in einer Konzentration 1:10000 pos i t i v i no t rop auf das isolierte Frosehherz (Abb. 3).

Die freie Base wirkt also im Gegensa tz zum Salz f6rdernd . Konzentriertere L6sungen 1 : 1000 bis 1 : 100 geben eine eharakteristisehe Kurve (Abb. 4).

Wirkung von Histamin auf tSrosch und Frosehherz. 647

Die Base wirkt tonussteigernd, der Ful3punkt der Kurve steigt an, die zuerst bestehende positiv inotrope Wirkung schwindet allm~hlich, das tterz ~indert seinen urspriinglichen Rhythmus, schlggt langsamer aber meist regelmgl~ig welter. Die Rhythmusgnderung beruht auf einer Reizleitungs- stSrung: Der Vorhof behgR sein Tempo, der Ventrikel aber sehl~gt in seinem eigenen Rhythmus.

Man kSnnte diese Wirkung einfach der a lka l i sehen R e a k t i o n der Histaminbase zusehreiben. Natriumbiearbonat oder Natronlauge yon gleicher Alkaleszenz wie die Histaminl6sung wirken abet am Frosehherz

Abb. 5. N a t r i u m b i c a r b o n a t I : 500.

Abb. 6. N a t r o n l a u g e 1:4000.

anders (Abb. 5 und 6). Sie zeigen keine positiv inotrope Wirkung wie die Histaminbase. Der Ful3punkt der Kurve kann ebenfalls ansteigen, zugleich nimmt abet die IIubhShe stark ab. Aueh die typische Rhythmusgnderung fehlt.

A m m o n i a k hingegen wirkt genau wie Histamin in fiinf- bis zehmnal sehwiicherer LSsung (Abb. 7). [st nun die Histamin~drkung auf frei werdendes Ammoniak zuriiekzufiihren ? Die NH2-Gruppe macht 1/7 des Molekulargewiehtes des Histamins aus. Wenn nun tats~ichlieh aus dem NH 2 entsprechend Ammoniak gebildet wiirde und als wirksamer Stoff in Frage k~ime, so w~ire das VerMltnis 1:5 his 1:10 der Ammoniak- Histaminwirkung verst~ndlich. Naeh l~ingerer Einwirkurtg yon Histamin auf das Froschherz I~IR sieh aber mit NessIers Reagens kein freier

648 K. StaG:

Ammoniak nachweisen. Auch naeh der Methode yon P a r n a s 1~ l~13t sich kein freier Ammoniak bestimmen.

Trotzdem ist anzunehmen, dal~ die Histaminwirkung am Froschherz auf der Wirkung der NH2-Gruppe beruht, deren Effekt qualitativ dem Ammoniak entsprieht (Oswald 11, 12, H u s e m a n n und Se l ige la, N e b e l - thau14). Urn diese Annahme zu stiitzen, sind vergleielasweise noell A m i n e und A m i n o s i i u r e n auf ihre Wirkung am Froseh untersueht worden.

hbb. 7. Ammoniak 1 : 2000.

Abb. 8. Ne thy lumin 1 : 2000.

Abb. 9. Cadaver in 1 : 1000.

Die gepriiften A m i n e , wie M e t h y l a m i n , C a d a v e r i n , P u t r e s c i n , _ ~ t h y l e n d i a m i n wirken alle qualitativ wie Histamin und Ammoniak (Abb. 8 und 9), nur quantitativ zeigen sic Untersehiede. Ihr Effekt ist

10 Parnas u. Heller: Biochem. Z. 152, 1 (1924.) - - 11 Oswald: ,,Konstitution und Wirkung" 1924, S. 276. - - 1~ Oswald: Ebendg 1924, S. 124, 213. - - 13 Husemann n. Selige: Nannyn-Schmiedebergs Arch. 6, 55 (1877). --14 Nebe 1- thau: Ebenda 36, 451, (1895).

Wirkung yon Histamin auf Froseh und Frosehherz. 649

ngmlieh um so starker, je mehr die NH2-Gruppe im Molekiil hervortritt, d. h. je alkalischer die Verbindung reagiert. Auch bei sehr ghnlichem Bau zweier Molek~ile richter sich die Intensitgt der Wirkung naeh dem Grad der Alkalitgt, wie folgendes Beispiel zeigt: Athylendiamin reagiert infolge des geringeren Abstandes der beiden NH~-Grnppen im Molekiil -- ent- sprechend der kiirzeren aliphatischen Kette zwischen den beiden NH 2- Gruppen -- weniger alkalisch als Putrescin und Cadaverin (Epprecht15). Es zeigt daher auch entsprechend der geringeren Alkalitat eine schwgchere Wirkung auf das Froschherz. Der Ammoniakcharakter dieser Amine wird dnrch die Dissoziationsgleichnng

CHsNH 2 + H20 <----> CHsNH ~ + OH- verst~ndlich.

Auch die Wirkung der Aminos i iu ren auf das Froschherz l~I3t sich mit derjenigen der Amine vergleichen, nut fehlt bier Tonussteigerung und Rhythmusanderung, wie sie fiir Amine nnd Ammoniak typisch sind. Eingegen ist noch positiv inotrope Wirkung vorhanden, die lange Zeit gleich stark bleibt und nicht, wie beim typischen Ammoniakeffekt, langsam an St~rke abnimmt. Die e inbas i s ehen Aminos~iuren wirken qualitativ alle in dieser Weise (Abb. 10, 11, 12, 13, S. 650). In quantitativer Hinsieht besteht aber ein Unterschied, abh~ngig yon der aktue]len Reaktion der be- treffenden AminosaurelSsung. Das basische H i s t i d i n z.B. wirkt in einer LSsung 1 : 2000 f5rdernd anf das ermiidete Herz, w~hrend das eher sauer reagierende G l y k o k o l l erst bei 1:200 wirkt. Zwe ibas l s ehe Aminos~uren zeigen wieder ausgesprochene Ammoniakwirkung. Sie reagieren auch sehr stark alkaliseh.

Diese Wirkungen der Aminosiiuren lassen sieh theoretiseh in ahnlicher Weise wie diejenigen der Amine ans der Konkurrenz zwisehen Carboxyl- undNtt~-Gruploe erkl~ren, wenn eineZwitterionbildung (~NH 3 R--CO 0-) und daraus abgeleitet eine inhere Salzbildung (H2N--CH R) angenommen

I [ O--CO

wird (vgl. dazu Lehrbiicher der org. Chemie). Bei der Ringstn~turformu- lierung ist die Aminogruppe direkl an die Carboxylgruppe gebunden und verliert dadureh offenbar ihre typischen Eigenschaften, n~mlich alkalische Reaktion und Ammoniakwirkung 1~, 17. Ebenso wie die C OOH-Gruppe hebt aueh die S03H-Grul~pe die NH2-Wirkung auf. So hat Taurin, CH~NH2CH ~ S OaH, die gleiche Wirkung wie einbasische Aminos~uren. Bei den z w e i b a s i s c h e n Aminosi~uren vermag die Carboxy]grupt~e nut die Wirkung der einen Aminogruppe aufzuheben, wahrend die zweite NH~-Gruppe typisehe Wirkung zeigt.

15 E pprecht, A. : ~ber den EinfluI3 eines Substituenten auf die Aciditat einer Saure. Dissertation, ]3asel 1936. -- 16 Frankel: ,,Arzneimittelsynthese" 1927, S. 103. -- 17 Oswald: ,,Konstitution und Wirkung" 1924, S. 288, 127.

650 K. 8I~O:

Das gleiche Verhalten zeigen auch die S~iureamide der Yormel R--CONH~, denn auch bier sitzt die 5IH2-Gruppe am Carboxyl. Die Sgureamide reagieren daher im allgemeinen weniger alkalisch als die

Abb, 10. Valin 1 : 100.

Abb. 11. Sarkos in 1 : 100. Abb 12- Krea t in 1 : I00.

Abb. 13. l : l is t idin 1 : 300.

Amine und zeigen geringeren oder keinen Ammoniakcharakter. Auch der H ar ns t off , ein S~tureamid der hypothetischen Kohlens~ure, reagiert neutral, ist chemisch sehr bestgndig, zeigt am Frosch nicht viel stgrkeren Effekt Ms Aminosguren und hat wie diese keinen typischen Ammoniak-

Wirkung yon Histamin auf Fros~h und Frosehherz. 651

charakter. Bei l~ngerer Einwirkung yon Harnstoff auf das Froschherz liigt sieh aueh kein Ammoniak naehweisen.

Finder sieh im Amin start der Carboxylgruppe eine Alkoholgruppe, so besteht wieder stark alkalisehe Reaktion und Ammoniakwirkung, wie die Versuehe mit Colamin (NH2CH2CH20H) zeigen (vgl. Tabelle).

Versuche am Ganztier (Froseh).

Auch am Ganztier (Frosch) ist die Histaminwirkung keine Molekiil- wirkung. Histaminbase und Histaminsalz unterscheiden sieh beziiglieh Toxizit/it nieht. Die tSdliche Dosis pro kg Frosch betr/igt 1,5 g S. Die Dosis ist also 3000real hSher als beim Meerschweinchen. Es besteht keine sehock~hnliche Reaktion, wie beim Meersehweinehen. Die Allgemein- erseheinungen gleichen eher einer Ammoniakvergiftung. Wird einem Froseh Ammoni~k intravenSs appliziert 1~, so zeigt das Tier zuerst starke Erregung und Reflexsteigerung. Bald naehher wird es ruhiger und gergt allm~hlieh in ein hypnotisehes Stadium. Die Atmung ist etwas vertieft, der Unterkiefer fiihrt giihnende Bewegungen aus, das Tier zeigt passive Riiekenlage. Die hinteren Extremitgten sind gel~ihmt. Bei hSherer, nieht tSdlieher Konzentration, fehlt das Erregungsstadium, es tritt sofort L~ihmung auf, die mehrere Stunden anhalten kann. Danaeh erholt sieh das Tier wieder. Das Vergiftungsbild naeh His~min und anderen Aminen ist bei entspreehender Konzentration genau dasjenige der Ammoniak- vergiftung. Aueh bier geht der Grad der Giftigkeit parallel der Anzahl NH2-Gruppen und der Alkaleszenz des Amins. Die letale Histamindosis ist dreimal so hoeh wie die des Ammoniaks. M e t h y l a m i n ist ebenso giftig, wie Ammoniak. P u t r e s e i n , Cadave r in und J~ thy lend iamin- h y d r a t entspreehen in ihrer Giftigkeit etwa derjenigen des Histamins, wghrend Orn i th in , Lys in und Arg in in , die auger 2NH2-Gruppen noch eine Carboxylgruppe besitzen zwei- bis dreimal weniger giftig sin& E i n b a s i s e h e Aminos i iu ren sind, wie am Frosehherzen, praktiseh unwirksam, t t i s t i d i n , 50 g/kg Froseh, wird reaktionslos ertragen (be- ziiglieh Konzentration, Herzwirkung, H-Ionenkonzentration und letaler Dosis siehe Tabellen).

Die Wirkung des Histamins auf den Froseh kann also als Ammoniak- undAminwirkung angesehenwerden. Eine spez i f i sehe Molek i i lwi rkung des Histamins, wie sie beim Warmbliiter besteh~, kann beim Froseh nieht naehgewiesen werden. Aueh ]iingeres Verweilen des Frosehes bei 35 o steigert die Histaminempfindliehkeit nicht.

Da der Froseh gegen Histamin nicht empfindlich ist, wie der Warm- bliiter, gelingt es aueh nieht, bei ibm eine Anaphylaxie zu erzeugen (Mez ey und Berger is und andere).

is Mezey u. Berger: Z. f. Immunforsch. 85, 264 (1935).

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Wirkung yon Hist, amin auf Frosoh und Froschherz. 653

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654 K. SI~.

Zusammenfassung .

1. Es wurde die Wirkung des tIistamins, versehiedener Amine, Amino- siiuren, Amide und des Ammoniaks am Froseh und Straubsehen Froseh- herz vergleiehend untersueht.

2. Der Froseh ist auf Histamin praktiseh unempfindlieh. Erst in 3000mal hSheren Dosen als beim Warmbliiter hat tIistamin am Froseh einen Effekt.

3. Die Wirkung so hoher Dosen des Histamins, wie aueh der Amine, wird auf die NH~-GrUplOe zuriiekgefiihrt.

4. Die Amine sind um so wirksamer, je mehr NH~-Gruppen sie be- sitzen.

5. Die Wirkung der NII~-Grulope ist eine Ammoniakwirkung. 6. Aueh die Wirkung des ttistamins am Froseh ist nut eine Ammoniak-

wirkung, beruhg im Gegensatz zu der Histaminwirkung beim Warm- bltiter nut auf der NH~-Gruppe im Molekiil und ist kein spezifiseher Effek~ des ganzen Molekiils.

7. Die Annahme, die Analohylaxie beruhe auf einer Histaminaus- sehiittung, maeht es verstgndlieh, dal~ der fiir Histamin unempfindliehe Froseh nieht anaph.ylaktiseh gemaeht werden kann.

Die Arbeit wurde auf Anregung yon Prof. Staub und mit Untersttitzung der Roche-Studienstfftung, welehe aueh die Reinsubstanzen zur Verffigung stellte, durchgeftihrt.