Ueber die Reizwirkungen von flüssigen Substanzen liegen systematische
Untersuchungen von Stahl und Pfeffer vor.
Stahl (IV. 35) hat als Untersuchungsobject auch hier wieder die
+Lohblüthe+ benutzt. Auf diese kann schon einfaches Wasser als
Reiz wirken, eine Erscheinung, die Stahl als +positiven+ und
+negativen Hydrotropismus+ beschrieben hat. Ein gleichmässig
auf einen Streifen feuchten Filtrirpapiers ausgebreitetes Plasmodium
zieht sich stets, wenn das Papier auszutrocknen beginnt, nach den
Stellen zurück, welche noch am feuchtesten geblieben sind. Wenn man
während des Austrocknens über das Papier senkrecht einen mit Gelatine
bestrichenen Objectträger in 2 mm Abstand anbringt, so erheben sich
an dieser Stelle, durch den von der Gelatine ausgehenden Wasserdampf
angezogen, einzelne Aeste vom Plasmodiumnetz senkrecht in die Höhe,
bis sie die Gelatine erreichen und sich auf ihr ausbreiten; nach
wenigen Stunden kann so das ganze Plasmodium auf die feuchtere
Unterlage übergewandert sein. Zur Zeit, wo sich die Myxomyceten
zur Fruchtbildung anschicken, tritt an Stelle des positiven der
negative Hydrotropismus. Die Plasmodien suchen jetzt im Gegentheil
die trockensten Stellen ihrer Umgebung auf und weichen vor feuchten
Gelatinestückchen und angefeuchtetem Filtrirpapier, das man in ihre
Nähe bringt, zurück.
Die Erscheinungen des Hydrotropismus finden leicht ihre
Erklärung darin, dass das Protoplasma ein gewisses Quantum von
Imbibitionswasser enthält, welches in gewissen Graden schwanken und
auch während der Entwicklung des Zellkörpers zu- und abnehmen kann.
Je reichlicher vom Imbibitionswasser das Protoplasma durchtränkt
ist, um so lebhaftere Bewegungen wird es im Allgemeinen zeigen.
Während der vegetativen Periode hat das Plasmodium von Aethalium die
Neigung, seinen Wassergehalt zu erhöhen und wird sich daher nach der
Wasserquelle zu bewegen; beim Eintritt in die Fortpflanzungsperiode
dagegen flieht es die Feuchtigkeit, weil bei der Sporenbildung der
Wassergehalt des Protoplasmas vermindert wird.
Manche chemische Substanzen wirken anziehend, andere abstossend auf
Plasmodien ein. Wenn man ein auf feuchtem Substrat ausgebreitetes
Netz von Aethalium mit einer Filtrirpapierkugel in Berührung
bringt, die von einem Lohaufguss durchtränkt ist, so kriechen
alsbald einzelne Plasmastränge nach der Nahrungsquelle hin; schon
nach wenigen Stunden sind alle Zwischenräume der Papierkugel vom
Schleimpilz durchsetzt.
Um den negativen Chemotropismus zu studiren, bringe man an den
Rand eines auf feuchtem Filtrirpapier ausgebreiteten Schleimpilzes
einen Kochsalzkrystall oder Salpeter oder einen Tropfen Glycerin.
Man wird dann sehen, wie sich unter dem Reiz der im Filtrirpapier
sich ausbreitenden, concentrirten Salz- oder Glycerinlösung
das Protoplasma von der Reizquelle in immer grösserem Umkreise
zurückzieht.
So besitzen die leicht zerstörbaren, nackten Plasmodien die
wunderbare Fähigkeit, auf der einen Seite schädlichen Substanzen
aus dem Wege zu gehen, auf der anderen Seite ihr Substrat nach
allen Richtungen zu durchsuchen und die ihnen zusagenden Stoffe
aufzunehmen. „Trifft nämlich irgend einer der zahlreichen Zweige
eines Plasmodiums zufällig auf einen an Nährstoffen reichen Boden, so
erfolgt sofort ein Zufluss des Plasmas nach der begünstigten Stelle.“
In bahnbrechenden Untersuchungen hat Pfeffer (IV. 26) den
+Chemotropismus kleiner, freibeweglicher Zellen, wie Samenfäden,
Bakterien, Flagellaten, Infusorien+ genauer erforscht und dabei
ein sehr einfaches und sinnreiches Verfahren eingeschlagen.
Pfeffer nimmt feine Glascapillaren, die 4–12 mm lang, an einem Ende
zugeschmolzen sind und an dem andern Ende eine Mündung von 0,03–0,15
mm im Lichten je nach der Grösse der zu untersuchenden Organismen
besitzen. Dieselben werden etwa ein Drittel oder zur Hälfte mit
dem Reizmittel gefüllt, während der nach dem zugeschmolzenen Ende
befindliche Raum noch Luft enthält.
Um die Gebrauchsweise zu erläutern, diene +Aepfelsäure+, in
welcher Pfeffer ein Reizmittel entdeckt hat, das die Samenfäden
der Farne in hohem Grade anlockt und das wahrscheinlich zu diesem
Zwecke auch in der Natur von den Archegonien ausgeschieden wird.
Eine Capillare, die mit 0,01% Aepfelsäure gefüllt ist, wird nach
sorgfältiger Reinigung ihrer Oberfläche in einen Tropfen Wasser,
in dem sich viele Samenfäden der Farne befinden, vorsichtig
hineingeschoben. Bei 100- bis 200facher Vergrösserung wird man dann
sehen, wie sofort einzelne Samenfäden nach der Oeffnung der Capillare
zusteuern, von welcher die Aepfelsäure in das Wasser zu diffundiren
beginnt. Sie dringen alsbald in die Capillare selbst ein; ihre Zahl
nimmt rasch zu und ist in 5–10 Minuten auf viele Hunderte gestiegen.
Nach einiger Zeit sind fast sämmtliche Samenfäden mit Ausnahme
weniger Exemplare in das Glasröhrchen hineingeschlüpft.
Wenn man in der angegebenen Weise eine +Prüfung mit verschiedenen
Concentrationsgraden der Aepfelsäure vornimmt, so ergiebt sich ein
ähnliches Gesetz wie bei der Einwirkung verschiedener Wärmegrade auf
die Protoplasmaströmung. Von einem gewissen Minimalwerth an, der bei
0,001% liegt, und den man als Schwellenwerth bezeichnen kann, wächst
die anziehende Wirkung mit zunehmender Concentration der Lösung bis
zu einem bestimmten Punkt, dem Optimum oder Maximum des Reizerfolges;
bei weiterer Zunahme der Concentration nimmt erst die Anziehung
ab, und hier endlich tritt ein Moment ein, wo der positive in den
negativen Chemotropismus umschlägt.+
Die stark concentrirte Lösung wirkt geradezu entgegengesetzt und
stösst die Samenfäden von sich ab. Wie gering die Menge Aepfelsäure
ist, durch welche schon ein Reizerfolg erzielt werden kann, wird man
am besten daraus ersehen, dass in einem Röhrchen mit einer 0,001%
Lösung sich nur 0,0000000284 mg oder der 35millionste Theil eines
Milligramm Aepfelsäure befindet.
Wie schon oben hervorgehoben wurde, muss der chemische Reiz, um eine
bestimmte Bewegungsrichtung bei einzelligen Organismen hervorzurufen,
nur einseitig oder wenigstens von einer Seite intensiver einwirken.
Das ist nun auch in den mitgetheilten Experimenten der Fall; denn
indem aus der Capillarmündung die Aepfelsäure in die Umgebung
diffundirt, gerathen die Samenfäden, wenn sie zur Capillaröffnung
und wenn sie dann weiter durch dieselbe in der Röhre vordringen, in
Lösungen von allmählich steigender Concentration. Durch die Diffusion
wird eine ungleiche Vertheilung des Reizmittels um den Körper der
Samenfäden hergestellt; „+erst durch Concentrationsunterschiede
wirkt die Aepfelsäure als ein die Bewegungsrichtung bestimmender
Reiz+.“
In einer homogenen Lösung bleiben die Samenfäden, wie nicht anders
zu erwarten ist, gleichmässig vertheilt, doch wird auf dieselben
auch unter diesen Verhältnissen eine specifische Reizwirkung
ausgeübt, die aber nur auf indirectem Wege und zwar daran zu
erkennen ist, dass gewissermaassen +die Stimmung der Zellen gegen
Aepfelsäure+ eine Aenderung erfahren hat. Pfeffer konnte hier
ähnliche Beziehungen nachweisen, wie sie für die Sinneswahrnehmungen
des Menschen durch das +Weber-Fechner’sche Gesetz+ festgestellt
sind. „Während der Reiz in geometrischer Progression zunimmt, wächst
die Empfindung oder die Reaction in arithmetischer Progression.“
Das in vieler Beziehung sehr wichtige Verhältniss soll wieder an dem
Verhalten der Samenfäden gegen Aepfelsäure veranschaulicht werden.
Wenn der Experimentator zu der Flüssigkeit, in welcher sich die
Samenfäden der Farne befinden, etwas Aepfelsäure hinzufügt und
gleichmässig vertheilt, so dass eine 0,0005%ige Lösung entsteht, so
wirkt eine 0,001%ige Aepfelsäure in einer Capillarröhre, die zum
Einfangen dienen soll, nicht mehr anlockend, wie es der Fall war
zur Zeit, als die Samenfäden in reinem Wasser waren. Vielmehr muss
jetzt die Capillarflüssigkeit zur Erreichung des Schwellenwerthes
0,015% und bei einem Gehalt des Wassers von 0,05% Aepfelsäure 1,5%
von diesem Reizmittel enthalten; oder allgemeiner ausgedrückt: +die
Lösung in der Capillare muss 30mal so viel Aepfelsäure enthalten als
die Aussenflüssigkeit, aus welcher die Samenfäden eingefangen werden
sollen. Die Reizempfänglichkeit oder Reizstimmung der Samenfäden
verändert sich also, wenn sie in einem Medium verweilen, das schon
eine bestimmte Menge der Substanz enthält, die als Reizmittel dienen
soll.+ Man kann sie so auf künstlichem Wege auf der einen Seite
unempfänglich machen gegen schwache Lösungen von Aepfelsäure, die
unter anderen Bedingungen als gutes Reizmittel wirken, auf der
anderen Seite können sie reizempfänglich gemacht werden gegen stärker
concentrirte Aepfelsäurelösungen, welche in reinem Wasser befindliche
Samenfäden abstossen.
Wie gegen Licht, verhalten sich die einzelnen Zellkörper auch gegen
chemische Stoffe sehr verschieden. Aepfelsäure, welche die Samenfäden
von Farnen kräftig anlockt, erweist sich für +Samenfäden der
Laubmoose+ völlig wirkungslos. Für diese ist wieder Rohrzucker von
0,1% ein Reizmittel. Samenfäden endlich von Lebermoosen, Characeen
reagiren auf keinen von diesen Stoffen.
Eine 1%ige Lösung von Fleischextract oder von Asparagin hat eine
kräftig anziehende Wirkung auf Bacterium termo und Spirillum undula
und manche andere einzellige Organismen. Schon nach 2 bis 5 Minuten
hat sich ein förmlicher Pfropf von Bakterien an der Mündung eines
Capillarröhrchens angesammelt, das in einen bakterienhaltigen
Wassertropfen geschoben wird.
Wegen des ungleichen Verhaltens der Zellkörper gegen chemische
Reize lässt sich die von Pfeffer ausgebildete und verschiedenartig
zu modificirende Methode nicht nur zum Einfangen entsprechend
empfindlicher Organismen, sondern auch zur Trennung einzelner
Arten in Gemischen verwenden, ähnlich wie der Galvanotropismus
und Heliotropismus. Mit Lockmitteln versehene Glasröhrchen lassen
sich in Flüssigkeiten getaucht als +Bakterienfalle+ und
+Infusorienfalle+ benutzen.
Ferner ergiebt sich aus den mitgetheilten Experimenten, dass chemisch
besonders empfindliche Organismen gewissermaassen als Reagentien
benutzt werden können, um die Gegenwart von Stoffen, die als Reiz
wirken, nachzuweisen. So sind nach Engelmann (IV. 7) gewisse
Spaltpilze ein ausgezeichnetes Reagens für Sauerstoff, indem schon
der trillionste Theil eines Milligramms genügt, um sie anzulocken.
Nicht alle Stoffe, die anlockend wirken, haben einen Nährwerth für
die Organismen oder sind ihnen unschädlich; manche führen sogar
alsbald zur Vernichtung der angelockten Organismen, wie salicylsaures
Natron, salpetersaures Strychnin oder Morphium. Indessen haben die
meisten Stoffe, die schädlich auf den Protoplasmakörper einwirken,
auch eine abstossende Wirkung auf denselben, so die meisten sauren
und alkalischen Lösungen. Citronensäure und Natriumcarbonat wirken
schon in 0,2% Concentration deutlich abstossend.
Im Allgemeinen und unter der obigen Einschränkung lässt sich
daher immerhin sagen, dass durch den positiven Chemotropismus die
Organismen in den Stand gesetzt werden, ihnen zusagende Stoffe
aufzusuchen, während sie in Folge des negativen Chemotropismus
schädlichen Stoffen ausweichen.
+Die Erscheinungen des Chemotropismus sind von grosser Bedeutung
auch für das Verständniss vieler Vorgänge im Körper der Wirbelthiere
und des Menschen.+ Auch hier giebt es Zellen, welche auf chemische
Reize durch bestimmt gerichtete Bewegungen und Ortsveränderung
reagiren. Es sind dies die weissen Blutkörperchen und die Lymphzellen
(die Leukocyten oder Wanderzellen).
+Die chemische Reizbarkeit der Leukocyten+ ist durch Versuche
von Leber (IV. 17a und b), Massart und Bordet (IV. 20, 21),
Steinhaus (IV. 36), Gabritschevsky (IV. 10) und Buchner (IV. 2)
festgestellt worden. Wenn man nach dem Verfahren von Pfeffer feine
Capillarröhrchen mit einer kleinen Menge „entzündungserregender
Substanz“ füllt und in die vordere Augenkammer oder in den Lymphsack
des Frosches einführt, so füllen sich dieselben in kurzer Zeit mit
einer beträchtlichen Menge von Lymphkörperchen, während Röhrchen
mit destillirtem Wasser nicht die gleiche Wirkung äussern. In das
Unterhautbindegewebe gebracht, rufen die Röhrchen Auswanderung der
Leukocyten (Diapedesis) aus den nächst angrenzenden Capillargefässen
und unter Umständen Eiterbildung hervor.
Unter den entzündungserregenden Substanzen stehen in erster Reihe
obenan viele Mikroorganismen und ihre Stoffwechselproducte. So
erwies sich bei den Versuchen von Leber namentlich ein Extract von
Staphylococcus pyogenes sehr wirksam. +Dadurch greift die Lehre
vom Chemotropismus in die Lehre der durch pathogene Mikroorganismen
erzeugten Krankheiten bedeutungsvoll ein.+ Erst durch genaue
Kenntniss des ersteren werden viele wechselvolle Erscheinungen,
welche uns das Studium der Infectionskrankheiten darbietet,
verständlich gemacht.
Es kann nun wohl von vornherein keinem Zweifel unterliegen, dass
wenn die Leukocyten überhaupt durch chemische, von Mikroorganismen
erzeugten Substanzen in einen Reizzustand versetzt werden können,
dies nach ähnlichen Gesetzen wird geschehen müssen, wie sie für die
Zelle im Allgemeinen haben festgestellt werden können. Positiver und
negativer Chemotropismus, Reizschwelle, Veränderung der Reizschwelle
durch gleichmässige Vertheilung des Reizmittels, Reiznachwirkung
werden auch auf diesem Gebiete in Betracht kommen.
+So gestaltet sich denn die Beziehung der Leukocyten zu den als
Reiz wirkenden Substanzen zu einem complicirten Process, der je nach
den vorliegenden Bedingungen sehr verschieden ausfallen kann. Denn
die von den Mikroorganismen ausgeschiedenen Stoffwechselproducte
werden je nach ihrer Natur und je nach ihrer Concentration bald
eine anziehende, bald eine abstossende Reizwirkung ausüben müssen.
Ausserdem aber wird die Einwirkung sich noch verändern, wenn die
Stoffwechselproducte der Mikroorganismen sich nicht nur am Ort ihrer
Entstehung in den erkrankten Gewebspartieen vorfinden und von da
aus die Leukocyten reizen, sondern auch noch im Blutstrom selbst in
gleichmässiger Vertheilung enthalten sind. Dann werden, wie es bei
dem Beispiel mit den Samenfäden und der Aepfelsäure der Fall war+
(Seite 97, 98), +die im Blut gleichmässig vertheilten bakteriellen
Stoffwechselproducte die Reactionsweise der Leukocyten gegen die am
Orte der Erkrankung angehäuften Stoffwechselproducte modificiren.+
Hierbei muss das relative Verhältniss der hier und dort vorhandenen,
wirksamen Substanz den Ausschlag geben.
Die zahlreichen Möglichkeiten lassen sich unter zwei Hauptfälle
gruppiren.
Erster Fall. Im Blut und in den erkrankten Gewebspartieen sind
die Stoffwechselproducte in gleicher oder nahezu gleicher Menge
vorhanden. Da es hier zu keiner Reizschwelle kommt, können die
Leukocyten selbstverständlicher Weise nicht mehr nach dem Orte der
Erkrankung auswandern.
Zweiter Fall. Die an beiden Orten angehäufte Substanz ist von
ungleicher Concentration, und zwar stehen beide Concentrationen in
einem solchen Verhältniss zu einander, dass sich daraus eine für die
Leukocyten wirksame Reizschwelle ergibt. Hier können 2 Unterfälle
eintreten. Entweder befindet sich die höhere Concentration am
Erkrankungsherd oder in den Blutgefässen. Nur im ersteren Fall werden
sich die Leukocyten am Erkrankungsherd ansammeln.
Durch Berücksichtigung dieser Verhältnisse scheinen sich mir
viele interessante Erscheinungen erklären zu lassen, welche durch
französische Forscher, Roger, Charrin, Bouchard (IV. 1 b) etc. bei
ihren verschiedenartigen Experimenten mit den Stoffwechselproducten
des Bacillus pyocyaneus, des Milzbrandbacillus etc. und durch Koch
bei seiner Tuberculintherapie beobachtet worden sind. Ich habe
einen solchen Erklärungsversuch unternommen in einer kleinen,
gemeinverständlichen Schrift: „Ueber die physiologische Grundlage
der Tuberculinwirkung, eine Theorie der Wirkungsweise bacillärer
Stoffwechselproducte“ (IV. 13) und verweise ich hiermit auf dieselbe
betreffs der einzelnen zu erklärenden Krankheitserscheinungen und
physiologischen Experimente.
Literatur. IV.
1a) =Claude Bernard.= _Leçons sur les phénomènes de la vie
commune aux animaux et aux végétaux._
1b) =Bouchard.= _Théorie de l’infection. Verhandl. des X.
intern. med. Congresses zu Berlin. Bd. I. 1891._
2) =Buchner.= _Die chemische Reizbarkeit der Leukocyten und
deren Beziehung zur Entzündung und Eiterung. Berliner klinische
Wochenschrift. 1890._
3) =Brücke.= _Untersuchungen über den Farbenwechsel des
afrikan. Chamaeleons. Denkschr. d. math. naturw. Classe der Akad. d.
Wissensch. Bd. IV. 1854._