IONENB ALAN CEERIN G T. P. FEENSTRA IONENBALANCEERING IONENBALANCEERING ACADEMISCH PROEFSCHRIFT TER VERKRIJGING VAN DEN GRAAD VAN DOCTOR IN DE GENEESKUNDE AAN DE RIJKSUNIVERSITEIT TE UTRECHT, OP GEZAG VAN DEN RECTOR MAGNIFICUS Dr. W. VOGELSANG HOOGLEERAAR IN DE FACULTEIT DER LETTEREN EN WIJSBEGEERTE, VOLGENS HET BESLUIT VAN DEN SENAAT DER UNIVERSITEIT, TE VERDEDIGEN TEGEN DE BEDENKINGEN VAN DE FACULTEIT DER GENEESKUNDE OP DINSDAG 5 JULI 1921 DES NAMIDDAGS TE 4 UUR DOOR TJERK PIETER FEENSTRA ARTS GEBOREN TE GORINCHEM A. OOSTHOEK — 1921 — UTRECHT AAN MIJNE OUDERS EN AAN MIJNE VROUW Gaarne neem ik de gelegenheid te baat, mij door het voltooien van dit proefschrift geboden, om U, Hoogleeraren en Lectoren in de geneeskundige en philosophische faculteit dank te zeggen voor de voorlichting en steun, die ik van U bij mijne studie mocht genieten. In het bijzonder denk ik daarbij aan U, Hooggeleerde Zwaardemaker, hooggeachte Promotor. De vriendelijkheid, waarmede Gij mij reeds als jong student gelegenheid gaf om in Uw laboratorium te werken en de hulpvaardigheid waarmede Gij mij steeds in mijn werk voort hebt geholpen, hebben mij zeer aan U verplicht. Gedurende de jaren, dat ik het voorrecht had Uw assistent te zijn, hebt U mij in de gelegenheid gesteld de physiologie nader te leeren kennen. Door den aangenomen omgang en het belangwekkende der onderzoekingen is het werken in Uw laboratorium voor mij steeds een genoegen geweest. De bereidwilligheid. Hooggeleerde Rinqer, waarmede Gij mij steeds behulpzaam waart, stel ik op hoogen prijs. De moeite. Hooggeleerde Kruyt, die U zich hebt willen getroosten om een der moeilijkste onderwerpen van de colloidchemie met mij te bespreken en de kritiek, die ik van U mocht ontvangen, zijn voor mij van groot belang geweest. INHOUD. HOOFDSTUK 1. Litteratuuroverzicht. r , Bladz. Inleiding § 1. Het werk van Sydney Ringer 2 § 2. Het onderzoek onder invloed van de theorie der electrolytische dissociatie 6 § 3. De verklaringen volgens de theorie der massawerking 13 § 4. Kolloidchemische aanknoopingspunten .... 16 § 5. Verdere pogingen ter verklaring 20 HOOFDSTUK 2. Experimenteele gegevens. Inleiding • '23 § 1. De proefopstelling 24 § 2. Het onderzoek van het uranylnitraat 28 § 3. Het onderzoek van de thoriumzouten 32 § 4. Het onderzoek der kalium- en rubidiumzouten . 34 § 5. Het onderzoek der radiumemanatie 35 § 6. Bespreking der resultaten 37 HOOFDSTUK 3. Een theorie der balanceering. Inleiding 40 § 1. De samenstelling der grenslaag protoplasma-weefselvloeistof § 2. De aschbestanddeelen der eiwitstoffen resp. lipoiden 48 § 3. Electrochemische beschouwingen 55 HOOFDSTUK 4. Toepassingen yan de theorie. § 1. Het zeewater en de vloeistof van Sydney Ringer 65 Bladz. 73 § 2. Proeven van Loeb § 3 De gewijzigde vloeistoffen van Ringer . HOOFDSTUK 5. 78 Beschouwingen over de theorie HOOFDSTUK 6. De ionenbalanceering en het radio-physiologisch ^ antagonisme SAMENVATTING 89 HOOFDSTUK I. Litteratuuroverzicht. INLEIDING. Bij het onderzoek van organen, die uit het lichaam zijn genomen is, ten einde een zooveel mogelijk normale werking van het orgaan e ver rijgen, het onderhouden van een goede circulatie een der voornaamste eischen. Het eerste uitgebreide onderzoek in deze richting werd gedaan door de school van Ludwig, wiens leerlingen omstreeks 1865 verschillende, van het lichaam geisoleerde, organen unstmatig doorstroomden ). Als doorstroomingsvloeistof werd toen gebruikt versch gedefibrineerd bloed van dezelfde diersoort. In den beginne trachtte men dus, ook wat de circulatie betreft zooveel Sn m 6 .no™ale verho"dingen te benaderen, doch reeds spoedig arna bleek dat wat de doorstroomingsvloeistof betreft, men ook met andere vloeistoffen zijn doel kan bereiken. Toen S. Rinqer omstreeks 1880 een onderzoek instelde naar de ZugvVan ve^schilIende stoffen op het hart van den kikvorsch, maakte hij voor de kunstmatige doorstrooming van het hart gebruik an gedroogd ossenbloed, dat opgelost werd in water, zoodat hieruit een oplossing ontstond, die overeenkwam met normaal bloed. Deze eis o werd nu verdund met eene zoutoplossing van 0.75% NaCl en wel zoodanig, dat op een deel bloed vijf deelen zoutoplossing wer en toegevoegd '). Ringer heeft toen getracht om den invloed na te gaan, die de verschillende bestanddeelen van het bloed uitoefenen op de contracties van het kikvorschenhart. Reeds tevoren von Lj^gei866-1874.Phy6i0l0giSChen AnStalt Z" Leipzig' ^rausgegeben 2) S. Ringer. Journal of Physiology Vol. 3 p. 380, 1880—1882. was door Merunowicz ') aangetoond, dat de asch van verbrand bloed, indien deze weer werd opgelost, in staat was om het hart te doen kloppen, terwijl Gaule 2) concludeerde, dat het werkzame bestanddeel van deze asch een alkalicarbonaat zou zijn. In tegenstelling met Kronecker3) kwam hij tot de slotsom, dat het hart bij kunstmatige doorstrooming zijne organische voedingsstoffen uit zijn eigen weefsel zou putten zoodat in de voedingsvloeistof alleen anorganische bestanddeelen aanwezig behoefden te zijn. § 1. Het werk van Sydney Ringer. Langs zuiver empirischen weg is het toen aan S. Ringer, een practizeerend arts te Londen, gelukt om de beteekenis der anorganische bestanddeelen in de voedingsvloeistof duidelijk aan te toonen. Uitgaande van de eenvoudige 0.75 % keukenzoutoplossing kwam hij tot de ontdekking 4), dat deze oplossing niet in staat is om het hart normaal te doen kloppen, maar dat dit wel wordt bereikt indien aan deze oplossing een kleine hoeveelheid bloed of een spoor van eiwitstof wordt toegevoegd. In die eiwitstof waren albumine en kalium de twee hoofdbestanddeelen. Bij het afzonderlijk beproeven van deze bleek, dat toevoeging van kaliumchloride hetzelfde effect had op het hart als de toevoeging van de oorspronkelijke vloeistof. Ringer trok hier toen de conclusie uit, dat een natriumchlorideoplossing met wat kaliumchloride in staat zou zijn om het hart normaal te doen kloppen. Dit gegeven strookt niet met de werkelijkheid. Ringer heeft ook zelf de fout ontdekt, die in zijne proefneming was geslopen, want in een volgende mededeeling5) geeft hij aan, dat het voor de oplossingen gebruikte water, afkomstig uit de waterleiding, niet als zuiver water mag worden beschouwd. Een kikvorschhart, doorstroomd met een 0.75% keukenzoutoplossing vertoonde een verlengde diastole en een tonusvermeerdering, hetgeen waarschijnlijk op rekening van het calciumgehalte van het leidingwater gesteld moest worden. Eene herhaling van zijn proeven met gedestilleerd water en chemisch zuivere zouten gaf dan ook het resultaat, dat in de ') Merunowicz, zie „Arbeiten" l.c. 2) Gaule. Du Boys Reymond's Archiv 1878 p. 291. 3) Kronecker. Du Boys Reymond's Archiv. 1881, p. 474 en 1882, p. 569. 4) S. Ringer. Journal of Physiology Vol. 3 p. 380, 1880—1882. 5) S. Ringer. Journal of Physiology Vol. 4 p. 29, 1883. S. Ringer. Journal of Physiology Vol. 4 p. 222, 1883. voedingsvloeistof niet alleen natriumchloride en kaliumchloride noodig zijn, maar dat ook de aanwezigheid van calciumchloride vereischt wordt. Een gewone keukenzoutoplossing van 0.75 % is op zichzelf niet in staat, om het hart te doen kloppen, na korten tijd verliest het zelfs zijne prikkelbaarheid. Toevoeging van calciumzout aan de zoutoplossing verbetert wel eenigszins de werking van het hart, maar toch blijft er een lichte tonus en een verlengde diastole bestaan. Wordt echter bovendien nog kaliumchloride toegevoegd, dan gaat het hart kloppen, zooals dit met het bloedmengsel het geval is. Oorspronkelijk gebruikte Ringer een calciumzout, dat de vloeistof licht alcalisch maakte, doch een opzettelijk onderzoek leerde hem, dat indien het gebruikte calciumzout neutraal reageerde, er toch een ander bicarbonaat aanwezig moest zijn. Zij het ook dat zonder bicarbonaat het hart nog normaal eenige uren doorklopt. De conclusies, die Ringer hieruit trok, zijn, dat een calciumzout noodig is voor het onderhouden der contractiliteit van de hartspier en dat het kaliumzout en calciumzout in een bepaalde verhouding aanwezig moeten zijn om een normale contractie te verzekeren. Deze gevolgtrekkingen baseert hij op het feit, dat een hart niet blijft kloppen, indien het wordt doorstroomd met een gewone zoutoplossing met kaliumchloride, met bicarbonaat of met beiden. Heeft echter de contractiliteit opgehouden, dan is toevoeging van een calciumzout voldoende om deze te doen weerkeeren. Indien dit zoo was, dan zou een physiologische oplossing, waarin het kaliumchloride niet aanwezig is, in staat moeten zijn om het hart normaal te doen kloppen. Dit is echter niet juist. Wel is waar gaat een hart, dat met calciumlooze physiologische zoutoplossing wordt doorstroomd, direct stilstaan, maar ook een hart doorstroomd met een kaliumlooze physiologische zoutoplossing gaat, gemiddeld na een half uur, eveneens stilstaan. Het calciumzout is dus niet het eenige noodzakelijke voor de automatie van het hart. Maar in zijn tweede conclusie, dat het kaliumchloride en het calciumchloride in een bepaalde onderlinge verhouding aanwezig moeten zijn om normale contracties van het hart te verkrijgen, heeft Ringer voor het eerst een verschijnsel beschreven, dat van blijvende waarde is en voor allerlei andere organen is bevestigd. Het gelukte Ringer om aan te toonen, dat in het normale organisme een antagonisme bestaat, dat zelfs doorgaat indien het calciumchloride en kaliumchloride niet in physiologische hoeveelheden maar in toxische hoeveelheden voorkomen '). ') S. Ringer. Journal of Physiology, Vol. 5 p. 247, 1884. Bovendien bleek, veratrine een werking te bezitten, die overeenkomt met die van calciumzouten '). Het veratrine is, hoewel onvolmaakt, in staat om een calciumzout te vervangen, terwijl, bovendien het kaliumchloride de tonische werking van het veratrine, evenals die van het calciumchloride kan tegenwerken. De temperatuur heeft op dit proces een zoodanigen invloed, dat bij warm weer het kaliumchloride volkomen de veratrine kan tegenwerken, maar dat omgekeerd veratrine slechts gedeeltelijk een groote hoeveelheid kaliumchloride kan balanceeren. Ringer komt tot de conclusie 2), dat er waarschijnlijk geen directe verbinding tusschen het kalium en calcium en de moleculen van het spierweefsel optreedt en dat, indien er al eene verbinding gevormd mocht worden, deze van zeer lossen aard moet zijn. Hij grondt dit vermoeden op het feit, dat bij verandering van circulatievloeistof er ook spoedig veranderingen optreden in de werking der hartspier. Reeds in 1880 had Biedermann 3) aangetoond, dat een dwarsgestreepte spier, indien hij in een zuivere NaCl oplossing werd gelegd, rytmische contracties vertoont. Toevoeging van calciumchloride plus een kaliumzout doet deze contracties ophouden 4). Het kaliumchloride heeft een dusdanigen invloed op de contracties der dwarsgestreepte spier, dat toevoeging van 1 deel KC1 aan 5000 deelen NaCl-oplossing, in staat is om den tonus der spier sterk te verhoogen, terwijl het CaCl2 deze werking van het kaliumchloride te niet doet. Te dezen opzichte constateerde Ringer5) een verschil tusschen de hartspier en de skeletspier, maar wat betreft het antagonisme tusschen de calcium- en kaliumzouten: dit is voor de skeletspier en hartspier gelijk. Het hart van den kikvorsch en de aal komen wat de werking der anorganische zouten betreft, in alle opzichten overeen. Bovendien kon Ringer6) aantoonen, dat ook voor de bloedstolling een antagonisme is waar te nemen. Voor het verder onderzoek naar de physiologische werking van deze kleine hoeveelheden calciumchloride en kaliumchloride gebruikte Ringer nu visschen. In gedestilleerd water sterven zij in ') S. Ringer. Journal of Physiology. Vol. 5 p. 352, 1884. 2) S. Ringer. Journal of Physiology. Vol. 6 p. 150, 154, 361. 1885. 3) Biedermann. Wiener Sitzungsber. Bd. 132, p. 257, 1880. 4) S. Ringer. Journ. of Physiol. Vol. 7 p. 291, 1885. 5) S. Ringer. Journ. of Physiol. Vol. 8 p. 15 en 20, 1887. 6) S. Ringer. Journ. of Physiol. Vol. 11 p. 369, 1890. een paar uur, maar indien aan water wat calciumchloride werd toegevoegd dan kon het leven worden verlengd. Behalve het calciumzout bezitten ook kalium- en natriumzouten deze eigenschap maar volgens Ringer hebben calciumzouten die wel in de sterkste mate. Water zou, naar de meening van S. Ringer niet zonder meerde normale functie van het protoplasma helpen onderhouden, het zou alleen aanwezig, verwoesting bewerkstelligen. Deze verwoesting zou worden tegengegaan door toevoeging van een kleine hoeveelheid kaliumchloride en calciumchloride. Bovendien wordt door het gedestilleerde water de samenhang der cellen verbroken; Ringer ') beschrijft dit alles als een zwelling van de stof, die de cellen verbindt. Met Buxton werden de proeven omtrent het gedrag van gedestilleerd water voortgezet. Hij gebruikte daarvoor de alge laminaria, waarbij hij zag, dat de buitenste laag cellen in gedestilleerd water sterk zwollen, welke zwelling ook weer werd tegengegaan door toevoeging van calciumzouten. Onder invloed van eene posthume mededeeling van C. NaGELi2) is het aan ringer3) en Locke4) gebleken, dat hunne conclusies! dat gedestilleerd water schadelijk zou zijn voor zee- en zoetwatervisschen, foutief waren. NaGELi had namelijk gevonden, dat gedestilleerd water, waarmee het hem gelukte om de alge Spyrogyra te dooden, verontreinigd was met koperzouten. Een nader onderzoek leerde hem, dat de koperzouten reeds dan in het gedestilleerde water giftig werkten, indien 700q 00q deelen koper in de vloeistof aanwezig waren. Deze uitkomsten waren voor S. Locke4) en Ringer3) aanleiding om Ringer's proeven met gedestilleerd water te herhalen, waarna beiden tot de slotsom kwamen, dat werkelijk zuiver gedestilleerd water onschadelijk was. Opzettelijk is in dit overzicht van het werk van S. Ringer gesproken van antagonisme der zouten, teneinde zijn nomenclatuur zoo veel mogelijk te volgen. Zooals uit het overzicht blijkt heeft Ringer het verschijnsel zeer uitvoerig en aan verschillende proefieren onderzocht, zoodat mag worden aangenomen, dat door hem de basis voor de studie hiervan is gelegd. Dat hij met verklaringen steeds zeer spaarzaam is geweest behoeft ons niet te verwonderen, ') S. Ringer. Journ. of Physiol. Vol. 7 p. 118, 1885. 3\ c' Denkschr. Vo„r Piantence ien werd .e^derge ^ ujlïl<)kking van het nrSasma dafStr ui, in een verdwijnen der plasmolyse en een gefixeerd zijn der ejtoroplasten bij een^Iugeeren. b]j h In den laatsten tijd is ook aoo j de kolloiden ZÏÏ&ÏÏS5S ££?£££ -n zij vonden, da, >) Michaelis en Tak^a®{jysi®\0 5 Mines. Kolloidchem.Beiheft.Bd. 3. Pg J91, «) Höber.Pfl. Archl^Bd. 101 p. 627. 1904. 7) Fluri. Flora. Bd 99. p. 8^ Bd. 52 p. 269, 1913. 8) Szücs. Jabresber f Wisse.iscn. ^ 121> 1920. 9) Jodlbauer und Haffner. FH. Are het keerpunt der ionenwerkingen samenvalt met het uitvlokkingsoptimum der kolloiden. De in deze paragraaf samengevatte gegevens .zijn voor mij aanleiding om naar een verband te zoeken tusschen electrolytwerkingen en lading der levende cel zooals dat voor kolloidale oplossingen is aangetoond. Waar juist door verschillende onderzoekers de electrolytwerkingen in verband zijn gebracht met de permeabiliteitsverschijnselen, is het niet onmogelijk, dat electrolytwerking, permeabiliteit en lading der celoppervlakte gemeenschappelijk verklaard zouden kunnen worden. Maar dan is het onwaarschijnlijk, dat men door het aannemen van een zuivere chemische binding tusschen electrolyt en eiwitstof tot zijn doel zou geraken. Door het onderzoek van Mines, waaruit blijkt, dat zeer kleine doses van een driewaardig kation reeds physiologische werkingen veroorzaken, is men geneigd om bij de electrolytwerking naast eene •chemische binding tusschen electrolyt en eiwitstof, die ongetwijfeld bestaat, tevens aan eene adsorptieve werking te denken. Van Oyen') meent, dat een bepaalde chloride minder wordt geadsorbeerd dan NaCl en KCl in combinatie, en hij vermoedt, dat dit proces zich •ook bij de biologische balanceering afspeelt. Met Freundlich zou men dat kunnen aannemen, dat de lading, die tusschen twee grensvlakken bestaat, te beschouwen is als adsorptiepotentiaal d. i. een •ongelijke adsorptie van anionen en kationen. Tracht men dit gegeven te gebruiken ter verklaring van de antagonistische zouwerkingen, dan kan men toch niet tot een bevredigende oplossing komen. Bovendien is het door de nieuwste onderzoekingen van Lanomuir2) twijfelachtig geworden, of er werkelijk een zoo groot verschil tusschen adsorptie en chemische binding bestaat. In één opzicht echter zijn alle onderzoekers het met elkaar eens, n. 1. hierin dat de in de cel overal aanwezige kolloidale oplossingen bij de verklaring der electrolytwerkingen een groote rol spelen. Ten leste is zelfs Loeb een eindweegs met deze gedachtengang meegegaan en heeft getracht om langs kolloidchemischen weg het vraagstuk op te lossen. In een reeks van publicaties beschrijft hij') het gedrag van amphotere kolloiden, waaruit intusschen tenslotte blijkt dat hij toch in beginsel aan zijne reeds in 1904 verkondigde theorie is trouw gebleven. In de eerste plaats onderzocht hij bij het gelatine de wijze waarop dit kan dissocieeren en zijne afhankelijkheid van het isoelectrische punt. Aan de zure kant van het isoelectrische punt kan de eiwitstof ') v. Oyen. Biochem. Zeitschr. 88, 418—424, 1918. 2) Langmuir. Journ. Amer. Chemie. Soc. 39, 1848, 1917. 3) Loeb. Journ. of General Physiol. Vol. 1. 1919. alleen met anionen van een neutraal zout zich vereenigen, en daarentegen aan de alkalische kant alleen met kationen. Bovendien kon hij door het geleidingsvermogen voor den electrische stroom na te gaan, aantoonen, dat in het iso-electrische punt de eiwitstof practisch niet is gedissocieerd. § 5. Verdere pogingen ter verklaring. Het heeft in de kolloidchemie zelf niet ontbroken aan pogingen om het antagonisme der ionen, dat biologisch zoo veelvuldig wordt geconstateerd, in modelproeven te herhalen. Linder en PictOn ') hebben het eerst waargenomen, dat gelijkwaardige kationen zich bij het uitvlokken van een arseensulfidsol additief gedragen. Gebruikt men hier echter een eenwaardig en tweewaardig kation voor, dan blijkt dat men van het eene kation veel minder kan gebruiken, dan bij een zuiver additief gedrag van allen gezamelijk het geval zou zijn2). Deze proeven die door Pauli3) en Koch4) zijn herhaald bij eiwitstoffen en lecithine blijken geen van allen aan te toonen, dat zij elkaar volkomen tegenwerken. Daarenboven gelukte het in deze modelproeven alleen om een zoogenaamd antagonisme te vinden en dit nog alleen tusschen kationen van verschillende waardigheid. De proeven aan levende organismen verricht wijzen echter duidelijk uit, dat het antagonisme een veel algemeenere eigenschap is. Ook kationen van eenzelfde waardigheid kunnen onderling balanceeren, terwijl dan bovendien van een v o 11 e d i g tegenwerken sprake is. Zoodoende blijkt het zeer twijfelachtig of de met bovengenoemde modelproeven verkregen resultaten met het biologische ionenantagonisme een voldoende analogie bezitten. Lenk5) meent de antagonistische ionen werking als een eenvoudige zwelling der eiwitstoffen te mogen beschouwen, waartoe hij eveneens een modelproef te hulp heeft geroepen. Hij nam gelatine en onderzocht het gedrag van deze stof in de zoutmengsels waarvan Lenk er drie onderscheidde. In de eerste plaats gebruikte hij zoutmengsels met een gelijk kation, in de tweede plaats zoutmengsels met ongelijke anionen en kationen. Het resultaat van dit onderzoek was, dat in ') Linder en Picton. Journ. of the Chemical Soc. 67, 1895. 2) Ook Höber en Qordon, die deze proeven bevestigden, beschouwden het verschijnsel als een analogon van de biologische ionenbalanceering. Hofmeisters Beitrage. 5. 1904. 3) Pauli. Hofmeister's Beitrage. 3. 1903 ; 5. 1904. 4) Koch. Zeitschr. f. physiol. Chemie. 37, 1902. 5) Lenk Biochem. Zeitschr. 73, p. 58, 1916. een elektrolytcombinatie de zwelling der gelatine anders verloopt dan in oplossingen der afzonderlijke electrolyten. In de electrolytcombinatie is de zwelling grooter dan het zwakst werkend electrolyt alleen zou veroorzaken en bovendien kleiner dan wanneer het sterkst werkende electrolyt alleen aanwezig zou zijn. Van een zuivere additie is dus geen sprake. Uitzonderingen bestaan alleen voor zouten, die in groote concentratie aanwezig zijn. Of hier werkelijk van een antagonisme sprake is, is twijfelachtig, en men kan zooals Neuschlosz opmerkt, alleen besluiten, dat we met een ingewikkelde electrolytwerking te maken hebben. Bovendien is het niet gemakkelijk om uit de gegevens van Lenk conclusies te trekken, die biologisch beteekenis hebben. De biologische werking van het ionen-antagonisme doet zich haast onmiddellijk voor, terwijl in Lenk's proeven het duidelijk verschil eerst na 5 tot 10 uur optreedt. Vooral op de vondsten aan hoogere dieren gedaan, is zijne hypothese dus niet toepasselijk. Neuschlosz ') heeft daarna verband gebracht tusschen de oppervlaktespanning en electrolytwerking. Wordt een electrolyt toegevoegd, dan blijkt bij lagere concentraties de oppervlaktespanning van een lecithinesol eerst toe te nemen om bij hoogere concentratie, na een maximum te hebben bereikt, weer te dalen. Dit maximum is afhankelijk van de waardigheid. Indien nu echter een mengsel van twee zouten wordt genomen, dan neemt de oppervlaktespanning af en deze vermindering heeft bij een bepaalde verhouding der zouten een minimum. Neuschlosz onderzocht verschillende mengsels, zooals ^ Cel voorts enz. Zooals reeds door Handovsky2) is betoogd, Na is vooral wat betreft de verhouding -rr het werkelijk bestaan van K een minimum der oppervlaktespanning niet aangetoond, welke op merking door Neuschlosz3) niet voldoende wordt weerlegd. Maar in ieder geval toonen deze proeven toch, dat er inderdaad merkwaardige verhoudingen bestaan tusschen oppervlaktespanning en electrolywerking, gelijk trouwens ook reeds gebleken was uit het onderzoek van Pauli en Handovsky4). Deze proeven geven dus een aanwijzing in welke richting het onderzoek misschien tot resultaten kan voeren. Door het werk van Langmuir5) is het waar- ') Neuschlosz. Pfl. Archiv. Bd. 181, p. 16. 1920. 2) Handovsky, Pfl. Archiv. Bd. 185, p. 7, 1920. 3) Neuschlosz. Pfl. Archiv. Bd. 187, p. 136, 1920. 4) Pauli en Handovsky. Biochem. Zeitschr. 24, 245. (1910). 5) Langmuir. Journ. Amer. Chemical Society. 39, p. 1848. schijntijk, dat de oppervlaktespanning tot een electrisch verschijnsel is terug te brengen. Het ligt voor de hand in het algemeen te vermoeden, dat de electrolytwerkingen en dus ook de ionen-balanceering als electrische verschijnselen te beschouwen zijn. Er is trouwens meer, dat ons hierin als gids kan dienen. In 1920 heeft Tadokoro') bij het ultramicroscopisch onderzoek van bloedserum gevonden, dat er bij toevoeging van een electrolyt b.v. ZnSÜ4 of CaCl2 aan het verdunde serum er groote aggregaten ontstaan, die hun oorzaak hebben in samenklonteren der micellen. Worden echter twee elec- . , , .. , ZnSÜ4 CaCI2 trolyten in een bepaalde verhouding b.v. „ — of .. ' toege- LaLb NaLl voegd, dan verdwenen deze aggregaten weer en werden de micellen weer vrij en bewegelijk. Neemt men met Michaelis aan, dat het samenklonteren der micellen er op wijst, dat de kolloidale oplossing zijn iso-electrisch punt nadert, m.a.w. dat de lading der micellen nadert tot o, dan kan men zeggen, dat ook hier electrolytwerkingen eene verandering in de lading der micellen veroorzaken. In dit verband moet dan ook nog worden gewezen op eene mededeeling van Mathews2), die op grond van voortgezette studiën aan Funduluseieren tot de conclusie komt, dat in plaats van de waardigheid der ionen vooral de oplossingsspanning een rol zou spelen. ') Tadokoro. Kent. Chemie. Laborat. Univ. Chicago. 26, 1 — 7, 1920. 2) Mathews. Amer. Journ. of Physiology. 12, 419. 1905. HOOFDSTUK II. Experimenteele gegevens. INLEIDING. Toen mij in 1916 werd opgedragen om na te gaan in hoeverre het kalium in de Ringer'sche vloeistof vervangen kan worden door andere radioactieve stoffen, viel het aanstonds op, dat ook de kaliumvervangers met de overige bestanddeelen der Ringer'sche vloeistof konden balanceeren ')• Behalve voor het rubidium, aan het kalium zoo nauw verwant, kon dit worden aangetoond voor het uranium en thorium, elementen, welke van het kalium geheel verschillen, al hebben zij met het kalium en rubidium de radio-activiteit gemeen. Voor de andere radioactieve atomen gelijk het radium en radiumemanatie, kon geen balanceering worden gevonden, terwijl de radiumbestraling zich voor een dergelijk onderzoek niet leende. Al deze feiten hebben voor het balanceeringsvraagstuk een groote beteekenis, omdat er duidelijk uit blijkt, dat de balanceering als een eigenschap beschouwd moet worden, die aan alle ionen toekomt, geheel afgescheiden van specifieke werkingen, die de ionen verder openbaren. Bij bepaalde organen zooals b.v. het kikvorschenhart, treden zulke specifieke werkingen sterk op den voorgrond, want zooals bekend is, kunnen de bestanddeelen der Ringer'sche vloeistof slechts door bepaalde andere worden vervangen. Voor andere organismen, zooals de eieren van Fundulus, is van specifieke werkingen weinig te bemerken, zoodat hier alle mogelijke ionen de plaats van de ionen van het zeewater kunnen innemen. Zoo is het dan begrijpelijk, dat in deze laatste gevallen de algemeene ionenwerking sterk naar voren ') T. P. Feenstra, Zittingsversl. Kon. Akad. v. Wetensch. Deel 24, pg. 1822, 1916. Deel 25, pg. 37, 1916. komt, terwijl in de physiologie van het hart de specifieke kaliumen calciumwerkingen domineeren. In de volgende bladzijden zal nu worden getracht een overzicht te geven van de proeven, waarin is aangetoond, dat niet slechts het kalium maar ook zijn vervangers in de Ringer'sche vloeistof met het calciumion kunnen balanceeren. Opzettelijk is in die proeven alleen de balanceering tegenover calcium nagegaan, omdat met het oog op den osmotischen druk der vloeistof het natriumchloride niet voldoende gevarieerd kon worden. § 1. De proefopstelling. Overeenkomstig hetgeen geschied is bij de proeven, die de vervangbaarheid van het kalium door andere radio-actieve stoffen moesten bewijzen, werd gebruik gemaakt van het kikvorschenhart. Het dier werd daartoe gedood door vernieling van hersenen en ruggemerg, waarna het hart werd blootgelegd. Nadat het was vrijgepraepareerd en het pericardium weggesneden, werd, door het orgaan voorzichtig aan den punt op te lichten een ligatuur gelegd ter hoogte van den sulcus atrioventricularis. Deze voorzorg werd genomen om, wanneer de canule in de hartkamer was gebracht, deze vdirekt te kunnen fixeeren. Door het hart opgelicht te houden kon nu hierna met een fijn schaartje de sinus venosus worden ingeknipt, en hierop volgend het septum atriorum worden vernield. Na deze kunstbewerking werd de canule van Kronecker aangebracht. Deze canule „a doublé courant" bestaat uit een stelsel van twee niet even wijde buizen, beide vervaardigd van nieuwzilver. De nauwste van deze twee dient tot toevoer, de wijdste tot afvoer der voedingsvloeistof. Wanneer nu deze canule door de opening in de sinus venosus tot in de hartkamer was gebracht, kon, door het aantrekken der ligatuur het geheel worden gefixeerd. Bij deze methodiek is het noodzakelijk om op eenige bijzonderheden te letten, die voor het welslagen der kunstmatige doorstrooming van het grootste belang zijn. In de eerste plaats moet er voor worden gezorgd, dat bij het aantrekken van de ligatuur deze ongeveer ter hoogte van de sulcus atrioventricularis komt te liggen. Als proefobject dient dan alleen de ventrikel. Bovendien is het noodig, dat de ligatuur sterk wordt aangetrokken. In de tweede plaats is het een vereischte, dat bij het inbrengen de canule geheel en al vrij is van luchtbellen, omdat die anders in de ventrikel blijven hangen en daar storend werken. Zoodra het hart aan de canule is bevestigd, wordt de invoerbuis verbonden met het doorstroomingstoestel, ten einde zoo spoedig mogelijk de doorstrooming in gang te kunnen zetten. Het doorstroomingstoestel bestaat uit eenige flesschen volgens Mariotte, die door buizen uitmonden in een gemeenschappelijke buis, die met de canule van Kronecker verbonden kan worden. Door middel van kranen is het mogelijk om de vloeistof uit elke flesch afzonderlijk te laten doorstroomen. Bij het begin der proef werd er steeds voor gezorgd, dat het hart eerst met Ringer'sche vloeistof werd doorspoeld, opdat het hart zich kon herstellen van de shock, die het afbinden veroorzaakt kon hebben. Bovendien werden zoodoende tevens abnormale harten tevoren herkend. De Ringer'sche vloeistof had de volgende samenstelling: Natriumchloride ... 0.6 0/o kaliumchloride .... 0.01 % calciumchloride . . . 0.02 % bicarbonas natricus . 0.02 % aq. dest. . 100 Aan deze vloeistof werd opzettelijk niet, gelijk Locke deed glucose toegevoegd, omdat we zekerheid wenschten te hebben met chemisch zuivere zouten te werken. De natrium, kalium en calciumzouten, die in de Ringer'sche vloeistof gebruikt werden, konden tijdens het onderzoek, dat in de oorlogsjaren plaats had, chemisch zuiver worden verkregen, maar voor de glucose was dat onmogelijk. Deze stof werd daarom uitgeschakeld, temeer omdat de proeven niet van langen duur zouden zijn. In verband met de samenstelling der Ringer'sche vloeistof moet ook nog op een andere bijzonderheid worden gewezen. Zooals reeds bekend was, gedragen kikvorschharten zich niet altijd gelijk, in het bijzonder tegenover de kationen, die in de voedingsvloeistof aanwezig zijn. De Boer ') heeft dit verschijnsel nader onderzocht en daarbij kunnen aantoonen, dat de door hem in de maanden Juli en Augustus onderzochte kikvorschharten een vloeistof van andere samenstelling noodig hadden, dan de oorspronkelijke vloeistof van Ringer. De oorzaak van dit verschijnsel is tot nu toe nog niet opgehelderd, al zullen waarschijnlijk volgens Zwaardemaker 2) sensibilisatoren er een rol bij spelen. Bovendien is het nog niet geheel en al zeker of er naar aanleiding van dit verschillend gedrag gesproken mag worden van winterkikvorschen en zomerkikvorschen, ') S. de Boer. Archives néerl. de Physiologie Tome II, p. 352, 1918. 2) H. Zwaardemaker. Verslag Kon. Akad. v. Wetensch. Wis-en Natuurk. Afd. Deel 29, 390, 1920. Deel 29, 29 Januari 1921. omdat ook in den afgeloopen winter (1920—1921) de harten een gelijk abnormaal gedrag vertoonden als anders 's zomers. Voor het experiment is het echter in ieder geval noodig om steeds op zulke afwijkingen bedacht te zijn en bij elke proef het gedrag van het hart te vermelden. De zomerkikvorschen leenen zich dientengevolge slecht voor quantitatieve proeven. De omstandigheid, dat de voorwaarden, wat betreft de samenstelling der Ringer'sche vloeistof, voor iederen kikvorsch nagenoeg weer anders zijn, is in hooge mate storend en tijdroovend. Indien dus het hart gedurende 15 minuten normaal met RiNGER'sche vloeistof had geklopt, werd de doorstrooming voortgezet met kaliumlooze RiNGER'sche vloeistof. Deze vloeistof werd bewaard in een der flesschen van Mariotte van het doorstroomingstoestel, welke flesch iederen dag zorgvuldig werd schoongespoeld teneinde verontreiniging met kalium uit de glaswand te voorkomen. Doorspoeling van het hart met deze vloeistof, heeft tot resultaat, dat er in het hartspierweefsel gebrek aan kalium ontstaat, welk gebrek zich uit door een onregelmatige functie, die tenslotte in een volledigen stilstand overgaat. Deze stilstand kwam gewoonlijk na eene doorstrooming van gemiddeld een half uur tot stand. De voorzorg, eerst met kaliumlooze vloeistof door te spoelen, was noodzakelijk omdat, indien het circulatie kalium niet eerst zooveel mogelijk was verwijderd, er een paradoxon zou ontstaan tusschen het jö-stralende kalium en het a-stralende uranium. De hieruit voortkomende verschijnselen zouden voor onze proeven slechts verwarring hebben kunnen stichten, zoodat het noodzakelijk was om steeds een stilstand af te wachten tijdens deze doorstrooming met kaliumlooze voedingsvloeistof. Eerst daarna werd overgegaan tot een nasporen der balanceering. K De balanceering werd onderzocht door bij verschillende hoe- veelheden calciumchloride, die in de vloeistof waren opgenomen, de minimum- en maximum-hoeveelheid zout van het radioactieve metaal te bepalen, die het hart nog juist kon doen kloppen. In de eerste plaats werden deze bepalingen gedaan bij een calciumgehalte van 200 mgr. zonder kristalwater per Liter doorstroomingsvloeistof, waarna het gehalte werd verhoogd tot 250 mgr., 300 mgr., 400 mgr., 500 mgr. en 600 mgr. Met de laatste dosis was de hoogst toelaatbare grens bereikt. Bovendien werden de bepalingen verricht bij een gehalte van 100 mgr. en 150 mgr. calciumchloride per Liter; 40 mgr. CaCl2 is slechts in enkele gevallen toereikend. Voor elke bepaling werd een nieuw kikvorschenhart gebruikt. Slechts in uit- zonderingsgevallen werd na afloop van de kaliumbeproeving een nieuwe calciumdosis bij hetzelfde hart gebezigd. Dit geschiedde alleen, indien het hart niet te veel geleden had, door het achtereenvolgens veranderen van de samenstelling der voedingsvloeistof, in kaliumopzicht. Het is begrijpelijk, dat het zoeken naar de minimum en maximum dosis niet altijd even vlug in zijn werk ging, zoodat de duur der proeven daardoor ook nog al varieerde. Sommige bepalingen waren reeds in 50 minuten afgeloopen, terwijl andere waarden eerst na 2V2 uur opgespoord waren. Op die manier was het mogelijk een aantal gegevens te verzamelen, die ons in staat stelden om het quotiënt in de RiNGER'sche vloeistof te beoordeelen. La Daarbij werd er voor zorg gedragen, dat voordat een bepaalde samenstelling der vloeistof als werkzaam beschouwd werd deze eerst minstens 10 minuten door het hart gestroomd moest hebben. Ging het hart binnen 10 minuten spontaan pulseeren, dan moest het daarenboven 10 minuten doorkloppen, voordat werd aangenomen, dat we met een gebalanceerde oplossing te maken hadden. Aan dezen eisch heb ik steeds vastgehouden, daar anders indrukken, die op toevallige coincidenties berusten, niet in voldoende mate zouden zijn uitgesloten. Overeenkomstig de vondsten van Loeb omtrent de afhankelijkheid der balanceering van de waterstofionenconcentratie werd er in de proeven steeds nauwkeurig op gelet, dat deze zooveel mogelijk constant bleef. Dit was juist in onze proeven van belang omdat de toevoeging van de uranyl- of thoriumzouten gemakkelijk een verschuiving der waterstofionen concentratie veroorzaken kan. Daarom werd aan de vloeistof steeds neutraalrood als indicator toegevoegd, door toevoegen van natriumbicarbonaat kon de vloeistof dan zwak alcalisch worden gehouden. Bovendien moest er rekening mee worden gehouden, dat bij het afwegen van het calciumchloride steeds een zekere hoeveelheid water mee wordt afgewogen, zoodat ook hierop gelet moest worden. Iedere bepaling werd drie maal herhaald, zoodat voor elke waarde een quasi-gemiddelde kon worden opgegeven. Ten einde de bijzonderheden, die hierbij aan het licht kwamen zoo duidelijk mogelijk voor te stellen, werden deze waarden in graphieken vereenigd, welke in de volgende paragrafen zullen worden afgebeeld. Uit den aard der zaak moest het onderzoek beperkt blijven tot de balanceering tusschen het kalium of zijne vervangers en het calcium. De balanceering tusschen calcium en andere niet radioactieve metalen, die door Loeb is aangetoond, kan, bij het hart van den kikvorsch niet worden nagegaan, aangezien dan het kalium verwijderd zou moeten worden. Maar hiermede zou tegelijk de automatie, die in onze proeven als indicator wordt gebruikt, verloren zijn gegaan. Een verdere uitbreiding zou aan het onderzoek gegeven kunnen worden, door het strontium, dat het calcium in de Ringersche vloeistof kan vervangen, in plaats van het calcium te gebruiken. Dit was echter niet noodig, aangezien Jolles ') terzelfdertijd, dat door mij de balanceering van het calcium werd nagegaan, de vriendelijkheid had het strontium in dezelfde richting te onderzoeken. De uitkomsten van dit onderzoek zijn in de verschillende paragrafen aan den voet der bladzijde genoemd. Ook de bij de verschillende proeven optredende moeilijkheden zullen daarin worden behandeld. § 2. Het onderzoek van het uranylnitraat. Het uranylnitraat U02 (N03)2 is een zout, dat zich in oplossing splitst in positief geladen U02 ionen en negatief geladen N03 ionen. De oplossing van uranylnitraat reageert zuur en indien aan deze oplossing een alkali wordt toegevoegd ontstaat een neerslag van uranaten (H2 U2 07 ), dat weer in zuur oplosbaar is. Bij het oplossen in de Ringersche vloeistof is het daarom van het grootste belang om na te gaan, of er werkelijk een neerslag van eenige beteekenis gevormd zou worden. De Ringersche vloeistof reageert zwak alcalisch, zoodat die mogelijkheid niet geheel uitgesloten was. Herhaalde malen is het echter gebleken, dat indien kleine hoeveelheden uranylnitraat, die in physiologische proeven gebruikt worden, eenige dagen in de Ringer'sche vloeistof verbleven, van neerslaan geen sprake was. In die gevallen kwam het dus niet tot de vorming van uranaten in merkbare hoeveelheid, want al zouden die in den beginne in de vloeistof gesuspendeerd kunnen blijven, gedurende eenige dagen is dit onmogelijk. Aangenomen mag dus worden, dat in de Ringersche vloeistof werkelijk uranylionen aanwezig zijn en practisch gesproken ongeveer in een hoeveelheid correspondeerende met de toegevoegde hoeveelheid. Wanneer na toevoeging van het uranylnitraat bleek, dat de reactie van de vloeistof niet meer dezelfde was als die van de oorspronkelijke Ringer'sche vloeistof, dan werd met behulp van natriumcarbonaat de vloeistof geneutraliseerd. Zooals reeds is vermeld werd daarbij het neutraalrood als indicator gebruikt. ') Jolles. Diss. Utrecht. 1917. In de eerste plaats werd nu de minimum en maximum hoeveelheid uranylnitraat (zonder kristalwater) bepaald, die nog juist in staat was om het hart te doen kloppen indien in de vloeistof 200 mgr. zuivere calciumchloride aanwezig was. Daarna werd dezelfde proef herhaald bij een gehalte aan calciumchloride van 100 mgr.; 150 mgr.; 250 mgr. enz. ')■ De resultaten van die experimenten zijn in onderstaande tabel vereenigd. Daarbij dient in het oog gehouden te worden, dat in de tabel zijn opgegeven de gewichtshoeveelheden van de zuivere zouten zonder kristalwater,-en daarnaast de ionenconcentratie in grammoleculen. Deze omrekening was noodzakelijk omdat om later te verdedigen redenen het' waarschijnlijk is, dat we hier met ionenwerkingen te doen hebben. TABEL 1. Balanceering Correspon- Correspon- Correspon- Correspon- Hoeveel- Hoeveel- deerende deerende deerende deerende heid heid minimum minimum maximum maximum CaCl2p. L. Ca+4- hoeveelheid hoeveelheid hoeveelheid hoeveelheid in mgr. in gr. mol. U02(N03)2 U02 ++ U02(N03)2 U02+ + in mgr. p. L. in gr. mol, in mgr. p. L. in gr. mol. 25 mgr. 0.0002 m. 10.0 mgr. 0.000025 m. 30 mgr. 0.000075 m. 100 „ 0.0009 „ 10.0 „ 0.000025 „ 35.0 „ 0.000087 „ 150 „ 0.00135 „ 12.5 „ 0.000031 „ 37.5 „ 0.000092 „ 200 „ 0.0018 „ 15.0 0.0000375 „ 40 „ 0.0001 250 „ 0.00225 „ 2C.0 „ 0.000050 „ 42.5 „ 0.000106 , 300 „ 0.0027 „ 22.5 „ 0.000056 „ 47.5 „ 0.000118 „ 325 „ 0.0029 ff 25.0 „ 0.0000625 „ 50 „ 0.000125 „ 350 „ 0.00315 „ 27.5 „ 0.000069 „ 52.5 „ 0.000131 „ 375 „ 0.0034 „ 32.5 „ 0.000081 „ 55 „ 0.000137 „ 400 „ 0.0036 ff 37.5 „ 0.000092 „ 57.5 „ 0.000144 „ 500 „ 0.0045 „ 52.5 „ 0.000131 „ 75 „ 0.000187 „ 600 „ 0.0054 „ 80 „ 0.0002 „ 95 „ 0.000237 „ Vereenigen wij de in deze tabel opgegeven waarden in een curve en wel zoodanig, dat de hoeveelheden calcium (ionenconcentratie in grammol.) op de absis en de hoeveelheden uranyl (ionenconcentratie in grammol.) op de ordinaat worden uitgezet, dan krijgen we een graphiek zooals in fig. 1 is aangegeven. In deze graphiek geeft de onderste lijn de minimumwaarden; de bovenste lijn de maximumwaarden aan. Het vlak, dat door de beide lijnen begrensd wordt, is dus de zone, waarvan de correspondee- ') Jolles heeft aangetoond, dat in plaats van het CaCl2 ook het SrCl2in de hartspier met uranylnitraat balanceert. In plaats van 200 mgr. CaCl^ bleek 250 mgr. Strontiumchloride te moeten worden gebruikt. 2) H. Zwaardemaker. Kon. Akad. v. Wetensch. Deel 25, p. 1096, 1917. Ca Cl rende waarden U02 (no3)2 de ventrikel van het hart normaal doen kloppen. Men moet de balanceering tusschen twee zouten beschouwen als een verschijnsel, dat in wezen geheel verschillend is van het anta¬ gonisme tusschen geneesmiddelen. Hoewel Ringer het oorspronkelijk als twee gelijkwaardige processen beschouwde, en daardoor bijzondere aandacht wijdde aan de toxische werkingen van de zouten en van het gedistilleerde water en bovendien J. Loeb er door dezen gedachtengang toe kwam om van ontgiftigingscoefficient te spreken, bestaat er toch dit principieele verschil, dat geneesmiddelen voor de levende cel niet noodig zijn, terwijl de zouten in geen geval gemist kunnen worden. Uit de oude onderzoekingen is reeds gebleken, dat eene balanceering optreedt tusschen alle mogelijke ionen. Voor het hart echter hebben alle ionen uit anderen hoofde niet dezelfde beteekenis. Daar moet in het bijzonder aan den eisch worden voldaan, dat in de vloeistof een radioactief bestanddeel aanwezig is, terwijl hiernaast het specifiek werkende calcium het natrium niet gemist kan worden, fieeft men dus in het hart er voor zorg gedragen, dat in de eerste plaats specifiek werkende ionen aanwezig zijn, anderzijds moet men daarenboven voldoen aan den eisch, door de algemeene eigenschappen der ionen gesteld, en er daarom op letten, dat de ionen in gebalanceerde hoeveelheden aanwezig zijn. Om voor het hart een geschikte physiologische vloeistof samen te stellen, is het strikt noodig aan deze twee opzichzelfstaande voorwaarden te voldoen. Daarbij is het dus niet uitgesloten, dat er zich gevallen kunnen voordoen, waarin aan beide voorwaarden niet gelijktijdig zou kunnen voldaan worden. Men zou b.v. een aequiradioactieve vloeistof kunnen samenstellen, waarin de ionen niet gebalanceerd zijn. Of men zou een aequiradioactieve vloeistof kunnen verkrijgen met te weinig, doch toch gebalanceerd calcium. Regelmatige pulseering zou onmogelijk blijken. Bovendien kan een zorgvuldig gebalanceerde vloeistof ontworpen worden, waarin het radioactief bestanddeel in onvoldoende of te groote (toxische) hoeveelheid aanwezig is. Ook in dit geval is slagen der proefneming uitgesloten. De uranylzouten leenden zich bovendien nog tot een nader onderzoek wat betreft de rol, die de anionen spelen. Behalve het uranylnitraat, konden ook het uranylacetaat en het uranylsulfaat nagegaan worden. Daarbij kwam aan het licht, dat al deze zouten tegenover het calciumchloride hetzelfde gedrag vertoonden. Ter staving hiervan zijn voor het uranylacetaat hieronder in een kleine tabel de resultaten opgegeven. TABEL 2. Indifferentie voor anioneninvloed. correspon- corresnon. correspon- C0rreSD0n_ hoeveel- hoeveel- deerende mi- H„"esP°" . deerendema- P°" . heid heid nimum hoe- ~ ™um hoe- tZ Z.lZ' CaCl2 p.L. Ca++ in veelh. U02- Tno Xt veelh- u02" mT! „' I. 100 mgr. 0.0009 m. 9 mgr. 0.000025 m. 31.5 mgr. 0.000087 m. 200 „ 0.0018 „ 13.5 0 0000375 , 36 „ 0.0001 300 „ 0.0027 „ 20 „ 0.000056 . 42 „ 0.000118 , 400 „ 0.0036 „ 34 „ 0.000092 „ 52 „ 0.000144 , Zooals de lezer bespeurt, komen de waarden der UO2++ concentraties in deze tabel geheel en al overeen met de waarden, die gevonden zijn voor het uranylnitraat en die zijn opgegeven in tabel 1. Alleen de totale hoeveelheden gebruikte zout zijn anders door het veranderde moleculairgewicht. § 3. Het onderzoek van de thoriumzouten. Als vervangmiddel van het kaliumzout in de Ringer'sche vloeistof is door Zwaardemaker ook gebruik gemaakt van het thoriumnitraat (TH (NOs)4). Voor het onderzoek van de balanceering van dit zout met calciumchloride hadden we met eenige moeilijkheden te kampen, waardoor het onderzoek slechts binnen zekere grenzen kon worden uitgevoerd. Zoodra toch de hoeveelheid aanwezig thoriumnitraat grooter werd dan 50 mgr. p. L. trad er vrij spoedig in de Ringer'sche vloeistof een neerslag op, van thoriumhydroxyde, dat een quantitatief onderzoek onmogelijk maakte. Dientengevolge kon deze curve niet zoo volledig worden gemaakt als dit met het uranylnitraat het geval was. Op dezelfde wijze als dat voor het uranylzout hierboven is geschied, zijn de gegevens hieronder in een tabel vereenigd. De proeven ' hadden ook in dit geval met winterkikvorschen plaats. ). Ca Ch TABEL 3. Balanceering correspon- correspon- correspon- correspon- Hoeveel- Hoeveel- deerende deerende deerende deerende heid heid minimum minimum maximum maximum CaCl2p.L. Ca++ in hoeveelh.Th. hoeveelheid hoeveelh holheid in ingr. gr. mol. (N03)4 in Th. + + + + .Th (N03)4 Th.++++ ë a mgr. p. L. in gr. mol, in mgr. p. L. in gr. mol. 10 mgr. 0.00035 m. 12.5 mgr. 0.000026 m. 20 mgr. 0.000042 m. 50 „ 0.00045 „ 12.5 „ 0.000026 „ 37.5 „ 0.000078 „ 100 I 0.0009 „ 15 „ 0.000031 „ 40 „ 0.000083 „ 150 „ 0.00135 „ 22.5 „ 0.000047 „ 52.5 „ 0.000109 „ 200 0.0018 „ 30 „ 0.000062 „ 60 „ 0.000124 „ 300 „ 0.0027 „ 40 „ 0.000083 „ 85 „ 0.000177 „ 400 „ 0.0036 „ 80 „ 0.000167 „ Ook deze gegevens kunnen, hoewel zij door het neerslaan van het Th(NOa)4 in alkalische oplossingen in de hoogere doseeringen niet volledig zijn, kunnen in een graphische voorstelling vereenigd worden, welke en fig. 3 is weergegeven. Behalve het hier genoemde geval, waarin gewerkt werd met thoriumzouten in kristalloide oplossingen hebben Streef ) en Levend ) de balanceering nagegaan tusschen het calciumzout en colloidale ■ . ... « i orvrv >) Ook voor thoriumzouten heeft Jolles gevonden, aai in pian» va» ^ mgr. Ca Cl2 van 250 mgr. strontiumchloride gebruik kon worden gemaakt. 2) Streef. Diss. Utrecht 1918. 3) Levend. Diss. Utrecht 1921. thorium en thorium-ioniumoplossingen. Beide komen tot de conclusie, dat ook de in colloidalen toestand verkeerende thoriumverbindingen Fig. 2. Balanceering resp. ioniumverbindingen met het CaCh zouden balanceeren. Bij een nadere beschouwing mag echter van een duidelijke balanceering niet gesproken worden, hoogstens heeft men hier te doen met eene aanduiding van eene balanceering. Ter staving diene het volgende: Streef geeft op blz. 31 de volgende gegevens: TABEL 4. hoeveelheid minimum hoeveelheid maximumhoeveelheid CaCl, in mer d co11- thor' hydroxyde colt. thor. hydroxyde I 8 ' F' in mgr. gebruikt in mgr. gebruikt. Th. (NQ3)4. Th. (NQ3)4. 150 mgr. 37.5 mgr. 62.5 mgr. 200 mgr. 50 mgr. 75 mgr. 300 mgr. 50 mgr. 150 mgr. waarbij hij aanteekent, dat 50 mgr. nitraat per liter wel ongeveer de minimumdosis is, die de hartautomatie opwekt of aan den gang houdt, daar een hoeveelheid coll. thoriumhydroxyde = 37V2 mgr. nitraat slechts een onregelmatig kloppen vermag op te wekken en eerst een hoeveelheid = 50 mgr. nitraat p.L. de regelmatige hartsactie teweeg brengt. 3 Ik zou naar aanleiding van deze opmerking neiging gevoelen het cijfer 37.5 mgr. uit Streef's tabel in een getal tusschen 37.5 mgr. en 50 mgr. ingelegen te vervangen. Voor de ondergrens is dus van eene balanceering op die wijze weinig te bespeuren, terwijl voor de bepaling der bovengrens hoeveelheden zijn gebruikt, die zoo groot zijn, dat een spoedig gedeeltelijk uitvlokken te vreezen is. Het wordt daarom voor de bovengrens eenigszins twijfelachtig of de balanceering hier wel bestaat. Bovendien al ware uit de cijfers een werkelijke balanceering af te leiden, dan was het nog altijd de vraag of het verschijnsel met de colloidale thoriumhydroxyde-complexen in verband moet worden gebracht of wel afhankelijk is van de ionen, welke nevens de complexen wellicht in een gering aantal vrij opgelost voorkomen. Wanneer het aantal dezer ionen bij de hoogere calciumdoseeringen aanzienlijker ware dan bij de lage, zou de tabel zijn toegelicht, ook zonder de aanname van eene balanceering tusschen Ca-ionen en colloidale complexen van thoriumhydroxyde. Ik blijf daarom nog steeds in twijfel of uit Streef's gegevens inderdaad besloten mag worden, dat tusschen het colloidale thorium en het calcium eene balanceering bestaat. Beter te gebruiken dan de waarnemingen van Streef zijn de gegevens die„levend in den winter van 1920 verkreeg, om eene balanceering tusschen de colloidale ionium-thoriumoplossing en het calciumchloride te bewijzen. Eene herhaling van deze proeven in het voorjaar van 1921 leverde echter niet dezelfde mooie resultaten op. Naast enkele harten, waarbij geene balanceering kon worden aangetoond, beschrijft hij ook twee gevallen, waarin naar zijne meening van balanceering gesproken mag worden. In deze twee gevallen zou het hem gelukt zijn om een, met een bepaalde hoeveelheid Io slecht kloppend hart, door verandering van het calciumgehalte te verbeteren. Hoe groot echter in deze proeven de niet neergeslagen hoeveelheid Io in de vloeistof was, is niet precies te zeggen, zoodat het moeilijk is na te gaan of deze verbetering beschouwd moet worden als het gevolg van een juistere verhouding tusschen het Io gehalte en het Ca-gehalte der vloeistof of wel aan een op zichzelf reeds geschikte Ioniumdosis te danken is. § 4. Het onderzoek der kalium- en rubidiumzouten. Volledigheidshalve moeten ook de resultaten worden vermeld, die het onderzoek der balanceering tusschen kalium of rubidium en het calcium hebben opgeleverd, ofschoon dit feit reeds langen tijd bekend was. Ook daarvoor heb ik mijne gegevens in grafische voorstellingen vereenigd, die aangezien de curven voor het kaliumchloride en het rubidiumchloride precies gelijk zijn hier alleen voor de balanceering tusschen het kaliumchloride en het calciumchloride is weergegeven. De gevonden waarden heb ik in tabellen èn voor de balanceering CaH—f- K+ én voor de balanceering Rb+ vereenigd. TABEL 5. Balanceering K Cl Hoeveel- Hoeveel- Minimum Minimum Maximum Maximum heid CaCl2 heid Ca++ hoeveelheid hoeveelheid hoeveelheid hoeveelheid in mgr. in gram- KC1 in mgr. K+ in gram- KC1 in mgr. K+ in gr. P- L. mol. p. L. mol. p. L. mol. 40 mgr. 0.00035 m. 12.5 mgr. 0.00016 m. 80 mgr. 0.00102 m. 100 „ 0.0009 „ 12.5 0.00016 „ 250 „ 0.00325 „ 150 „ 0.00135 „ 15.0 „ 0.00019 „ 400 „ 0.00520 „ 200 „ 0.0018 „ 40.0 „ 0.00052 „ 550 „ 0.00715 „ 300 „ 0.0027 „ 110.0 „ 0.00123 „ 800 „ 0.01040 „ 400 „ 0.0036 „ 175.0 „ 0.00227 „ 450 „ 0.0040 „ 225 „ 0.00292 „ Deze gegevens leveren onderstaande graphische voorstelling. Fig. 3. Balanceering K Cl De met 400 mgr. CaCl2 correspondeerende maximum hoeveelheid kaliumchloride is niet nagegaan, omdat in die gevallen de osmotische druk zoodanig werd verhoogd, dat deze druk zijn invloed zou doen gelden. Voor het rubidiumchloride werden de onderstaande waarden gevonden: Ca Cl2 TABEL 6. Balanceering w^0„0»i Hoeveel- Minimum I Minimum Maximum Maximum Hoeveel- hejd hoeveelheid hoeveelheid hoeveelheid hoeveelheid heid CaCl2 Ca++ in Rb Cl in Rb + Rb Cl in Rb+ P- L. grammol. mgr. p. L. in grammol. mgr. p. L. in grammol. 100 mgr. 0.0009 m. 20 mgr. 0.00016 m. 395 mgr. 0.00325 m. 200 „ 0.0018 „ 60 „ 0.00052 „ 635 „ 0.00520 „ 300 „ 0.0027 „ 135 „ 0.00113 „ 870 „ 0.00715 „ 400 „ 0.0036 „ 275 „ 0.00227 „ 11 § 5. Het onderzoek der radiumemanatie. Behalve met de hier reeds genoemde zouten is ook getracht om met radiumemanatie, dat zooals bekend is het kalium in de Ringer sche vloeistof kan vervangen '), eene balanceering tegenover het calciumchloride vast te stellen. Dit onderzoek was van groot belang, omdat we in de radiumemanatie een kaliumvervanger bezitten, die in de vloeistof noch in ionenvorm noch in colloidale oplossing, maar als opgelost gas voorkomt. Het onderzoek werd hier ook op dezelfde wijze verricht als dat vroeger voor de andere zouten was gedaan, alleen moest hier bijzondere aandacht worden besteed aan het overgieten van de emanatiehoudende vloeistof uit het emanatorium in de flesch van het toestel. Was dit met de meeste zorg geschied,, dan kon worden nagegaan, dat de radiumemanatie in de Ringer sche vloeistof niet door het calciumchloride werd gebalanceerd. Vermeerdering van het emanatiegehalte gaf wel op een bepaald punt een stilstand, maar deze stilstand kon dan niet worden opgeheven door vermeerdering van het calciumgehalte. Voor het quantitatieve onderzoek hebben we eenvoudigheidshalve voor verschillende werkzame doses radiumemanatie de minimum- en maximumhoeveelheid calciumchloride bepaald, die toelaatbaar waren. Deze gegevens zijn hieronder vermeld. '). H. Zwaardemaker en T. P. Feenstra. Compt. rend. Soc. de Biol. T. 84,. pg. 377, 1921. TABEL 7. Verhouding Ra emanatie tot Ca CL Gehalte aan radium- Minimumhoeveelheid Maximumhoeveelheid emanatie in curies. CaCl2 in mgr. p. L. CaCl2 in mgr. p. L. 36 X lO-io 50 500 54 X 10-,„ 50 500 72 X 10-,, 50 500 108 X 10-,o 50 500 180 X lO-io 50 500 270 X lö-io 50 500 360 X lO-io 50 500 Het is haast vanzelf sprekend, dat een nauwkeurige doseering der bestraling van het kikvorschenhart dusdanige moeilijkheden met zich medebrengt, dat van een quantitatief onderzoek in deze richting werd afgezien. Het ideaal zou zijn op een hart, dat bij doorstrooming met kaliumlooze vloeistof, door uitwendige bestraling met radium, mesothorium of polonium, regelmatig kloppend wordt gehouden, alle mogelijke ionen te beproeven. Men zou op die wijze in de gelegenheid zijn het verschijnsel der balanceering in zijn volle algemeenheid te bestudeeren. § 6. Bespreking der resultaten. Een der eerste merkwaardigheden, die bij het beschouwen der resultaten opvalt, is wel deze, dat ionen van verschillende waardigheid met het calciumchloride kunnen balanceeren. Dit is daarom van belang, omdat steeds weer wordt opgemerkt, dat het balanceeringsvraagstuk met de waardigheid der ionen verband zou houden, hoewel reeds door J. Loeb was aangetoond, dat de waardigheid niet de eenigste factor is, die het verschijnsel kan verklaren. Uit de door ons vermelde gegevens, blijkt, dat tusschen de balanceering van het vierwaardige Th-ion; het tweewaardige U02-ion of het eenwaardige K-ion tegenover het Ca-ion, alleen quantitieve verschillen bestaan, maar dat van een qualitatief onderscheid geen sprake is. Er volgt daarom hieruit m.i. zonder meer, dat aan de waardigheid der ionen als primaire verklaringsfactor geen beteekenis gehecht behoeft te worden, een slotsom, waartoe trouwens ook Loeb zelf reeds gekomen is. Voor de nieuwe zoutcombinaties in de Ringersche vloeistof, waarvoor het gelukt is om eene balanceering aan te toonen, is het verloop der balanceeringscurven karakteristiek, hoewel de verschillende onderdeelen der lijnen verschillen vertoonen. Beschouwen we in de eerste plaats de graphische voorstelling van de balanceering tusschen het uranylnitraat en calciumchloride, dan zien we dat deze lijn in de lage waarden ongeveer verloopt in de richting van de abscis, terwijl bij grootere hoeveelheden uranylnitraat de curve een meer en meer omhooggaande richting verkrijgt. Voor de bovengrens is een zelfde verloop waar te nemen met di onderscheid, dat voor de kleine waarden er een plotselinge daling in de hoeveelheid NO* (N03> optreedt, hetgeen in den vorm der . _ Th(N03)% lijn zeer goed waarneembaar is. Voor de balanceering Ca q2 en ^C1 hadden de curven dezelfde eigenschap als bij de balanCaCU ceering het geval was. Deze overeenkomst in den vorm der verschillende balanceeringscurven is ook te constateeren in de lijn die door Zwaardemaker ') is samengesteld uit gegevens die uit'de litteratuur zijn verzameld. Deze kurve is hier afgebeeld. Fig. 4. Balanceering (gegevens uit de litteratuur.) Op de abscis de hoeveelheid Ca C12 in mgr. p. L. op de ordinaat de hoeveelheid KC1 in mgr. p. L. Bij de hoogere hoeveelheden uranylnitraat en calciumchloride blijkt, dat grootere variaties in de hoeveelheid uranylnitraat met een kleinere variatie in- de ionenconcentratie van het calciumchloride in evenwicht kan worden gehouden. Deze wijziging in de verhouding Th(NOa)4 KC1 „. komt ook tot uiting bij de balanceeringen en CaCi2- uit blijkt, dat er bij dit verschijnsel een variabele in het spel is, die vooral bij de hoogere concentraties tot uiting komt. Daarbij moet er op gewezen worden, dat dit een variabele van meer algemeenen aard moet zijn, die in alle balanceerende zoutmengsels aanwezig is en met de specifieke eigenschappen van bepaalde ionen niets te maken heeft. i) H. Zwaardemaker. Zittingsversl. Kon. Akad. v. Wetensch. Deel p. 1096. 1917. Hiernaast komen ook gevallen voor, waarin geen balanceering kon worden aangetoond, mede is dit van groot belang. Zooals reeds bij de bespreking van de werking der thoriumzouten werd opgemerkt, heeft men alle recht om de balanceering der colloidale oplossingen in twijfel te trekken. Voegt men nu hierbij het geheel afwezig zijn eener balanceering van de radiumemanatie tegenover het calciumchloride, dan komt men tot de conclusie, dat eene balanceering alleen duidelijk is aangetoond voor het kaliumchloride, rubidiumchloride, uranylnitraat en thoriumnitraat en wel indien deze in kristalloide oplossing werden gebruikt. In deze kristalloide oplossingen komen nu allereerst voor de zoutmoleculen en bovendien de anionen en kationen, die zich uit die zoutmoleculen kunnen vormen. De zoutmoleculen zelf zullen bij deze verschijnselen hoogstwaarschijnlijk geen merkbare rol spelen, want afgezien van het chloornatrium zijn zij in physiologische omstandigheden in een dusdanige geringe concentratie aanwezig, dat men ze voor nagenoeg volkomen gedissocieerd mag houden. Juist in die sterk verdunde oplossingen vertoonen verschillende van deze zouten hunne typische physiologische werkingen. De anionen zijn ook ten opzichte van de balanceering als indifferent te beschouwen, omdat,zooals een, reeds genoemd, opzettelijk onderzoek met uranylzouten aantoonde, het onverschillig is welk anion naast het uranylion wordt gebruikt, uitgezonderd natuurlijk die anionen, die specifieke werkingen vertoonen. Het is daarom alleszins gerechtvaardigd om de balanceering in het bijzonder als een kationenwerking te beschouwen. Het afwezig zijn van de balanceering bij de radiumemanatie versterkt mij in deze meening. Uit den aard der zaak is men geneigd om de physiologische ionenwerkingen als chemische reacties op te vatten, die zich tusschen de ionen en bestanddeelen van het protoplasma afspelen. Volgt men dezen gedachtengang dan komt men er vanzelf toe om zich af te vragen welken invloed de temperatuur op het proces uitoefent. Een opzettelijk onderzoek in deze richting leidde tot het merkwaardige feit, dat de temperatuur op het verschijnsel geen aantoonbaren invloed, noch quantitatief noch qualitatief, doet gelden. Variaties in de temperatuur tusschen ± 10° en 30° C. gaven volmaakt dezelfde balanceeringsgrenzen. Ook reeds hierom is het onwaarschijnlijk, dat in deze gevallen zuiver chemische reacties in het spel zouden zijn. Samenvattend hebben dus de proeven de volgende gegevens opgeleverd: 1. De balanceering moet beschouwd worden als het gevolg van ionenwerkingen. 2. De waardigheid der ionen speelt bij de balanceering een onder- geschikte rol, kan althans in geen geval dienst doen als verklaringsfactor. 3. Een invloed van de temperatuur op de balanceering is niet merkbaar. 4. De balanceeringscurven hebben een karakteristiek verloop. 5. Daarbij blijkt er een variabele in het spel te zijn, die vooral bij de hoogere dosis tot uiting komt. In het volgende hoofdstuk zal nu gezocht worden naar eene verklaring, waarin al deze feiten opgenomen kunnen worden. HOOFDSTUK III. Een theorie der balanceering. Inleiding. Beschouwt men de structuur van de cel uit een kolloidchemisch oogpunt dan moet men zich het levende celprotoplasma in het algemeen denken ais een sole, aangezien door verschillende onderzoekers als Gaidukov '), Mott2) e. a. is aangetoond, dat in het protoplasma van verschillende cellen de Brown'sche moleculairbeweging is waar te nemen. De cel, opgenomen in het weefsel verband, wordt nu omspoeld door de weefselvloeistof, zoodat het niet behoeft te verwonderen dat juist het grensvlak protoplasma — weefselvloeistof voor het onderzoek naar de levensverschijnselen van de cel, van de allergrootste beteekenis is. Hoewel in de oppervlakte van de cel, althans in verreweg de meeste met behulp van het microscoop geen bijzonderheden zijn waar te nemen, is toch gebleken, dat er zich zeer ingewikkelde verschijnselen afspelen, ja, dat zelfs bepaalde verschijnselen zich, volgens het huidige inzicht, niet anders, dan aan de oppervlakte van het protoplasma kunnen voltrekken. Gaat [men dit grensvlak protoplasma — weefselvloeistof aan een nader onderzoek onderwerpen, dan komt men tot de conclusie, dat volgens het principe van Gibbs-Thomson, alle oppervlakte spanning verlagende stoffen, die in een der beide phasen voorkomen zich in de grenslaag zullen ophoopen. Theoretisch kan men zich op deze wijze de grenslaag tusschen protoplasma en weefselvlóeistof opgebouwd denken uit bepaalde bestanddeelen van de beide aan elkaar stootende phasen, waarbij men er echter op bedacht moet zijn, bij het bepalen van de oppervlakte-spanning verlagende eigenschappen voor bepaalde stoffen, ook in het experiment twee phasen te kiezen, ') Gaidukov. Dunkelfeldbeleuchtung und Ultramikroskopie in der Biologie und Medizin. Jena. G. Fischer pag. 62. 1910. 2) Mott. British Medical Journal, p. 780 — 783. 28 Sept. 1912. die de beide phasen protoplasma — weefselvloeistof nabijkomen. Doch in dezen eisch ligt tevens al opgesloten, dat aan het experimenteel onderzoek hier groote moeilijkheden in den weg worden gelegd, want niet alleen heeft men te doen met zeer samengestelde phasen, maar bovendien moet men met Zwaardemaker1) aannemen, dat zich in het levende weefsel een som van kringprocessen voltrekken. Daardoor is tijdens het leven het protoplasma zoowel als de weefselvloeistof, voortdurend aan verandering onderhevig. Ook de grenslaag aan de oppervlakte der cel is aan onophoudelijke veranderingen onderworpen, en de door ons waargenomen verschijnselen die zich in die grenslaag afspelen, moeten dan ook worden opgevat als een gevolg van voortdurende toestand-veranderingen in dat grensvlak. Ook de in het grensvlak optredende merkwaardige electrische verschijnselen maken deel uit dezer oppervlaktewerkingen. § 1. De samenstelling der grenslaag protoplasma — weefselvloeistof. Bij de meeste dierlijke cellen is van een membraan in den waren zin des woords geen sprake. In de eerste plaats is een dergelijk celbestanddeel, dat van de overige cel verwijderd zou kunnen worden, noch microscopisch (dubbele contour), noch uit de waargenomen verschijnselen aan te toonen, maar in de tweede plaats is het voor de verklaring der verschijnselen niet noodig en behoeft dus het bestaan ervan niet te worden verondersteld. Natuurlijk wordt daarmede gelijktijdig de pas afgesneden aan theorien, die de aan de oppervlakte der cel plaats hebbende processen langs zuiver mechanischen weg willen verklaren. Stelt men zich op het zooeven ingenomen standpunt en neemt men aan, dat zich op de oppervlakte der cel per se een grenslaag moet vormen, waarvan de samenstelling afhankelijk is van de samenstelling der beide aangrenzende phasen, dan verkrijgt de theoretische grondslag een zeer bepaald karakter. Door de groote voortdurende verandering, waaraan de phasen-complexen, die elkaar hier aanraken onderhevig zijn, in het bijzonder van die, aan het protoplasma eigen, ligt dan ook het vermoeden voor de hand, dat de verschillende eigenschappen, die aan het grensvlak worden toegekend, niet constant kunnen zijn. Daaruit volgt dan ook, dat, ') Zwaardemaker. Leerboek der Physiologie 3e dr. I, blz. i. 19AJ. (Ik zie af van de andere litteratuur van bespiegelend karakter, waarin de vloeibaarheid van het celprotoplasma wordt bepleit.) zelfs afgezien van het ontbreken van een dubbele contour, ook bij wijze van physische hyphothese niet van een membraan mag worden gesproken en het verstandiger is, om alle verwarringen te voorkomen, het grensvlak als grenslaag van het protoplasma aan te duiden. Reeds Kühne') heeft zich omtrent de oppervlaktelaag der cel in deze richting uitgesproken en een scherp onderscheid gemaakt tusschen een eigenlijke membraan d. i. een van te voren bestaand en anatomisch te scheiden vormsel en daartegenover een oppervlaktelaag „welche sich auch an einen Flüssigkeitstropfen in einem Medium, mit dem er sich nicht mischt, als eigentümlich für seine Oberflache zeigt." Deze opvatting heeft nadien meer en meer aanhangers gekregen. Daarbij moest echter ook een verschil ter sprake komen, dat bij onderscheidene cellen is waar te nemen tusschen de buitenste en binnenste laag protoplasma en welke als ectoplasma en endoplasma werden aangeduid. Pfeffer2) kon zich er bij de plasmodien der slijmschimmels van overtuigen, dat bij vernietigen van het ectoplasma zich een nieuw ectoplasma op die plaats vormde, waaruit hij concludeerde, dat het ectoplasma een product was van het protoplasma. Volgens hem ontstaat een dergelijke laag overal waar het protoplasma een vrij oppervlak vormt. De protoplasmalaag, het ectoplasma, moet echter niet worden verward met de grenslaag tusschen protoplasma en weefselvloeistof, die gevormd wordt door eene ophooping van stoffen, die de oppervlaktespanning verlagen. De laag, die wij bedoelen moet uit den aard der zaak zeer dun zijn. Volgens Langmuir3) is zij slechts een molecule dik. Microscopisch kan zij onmogelijk waarneembaar zijn. Het ectoplasma moet men derhalve met Pfeffer beschouwen als een bestanddeel van het protoplasma, terwijl de grenslaag protoplasma — weefselvloeistof een bestanddeel is, dat zoowel tot protoplasma als tot weefselvloeistof behoort, en in haar samenstelling van beide afhangt. Ten einde de samenstelling dezer grenslaag na te gaan, kan men toepassing trachten te maken van de gegevens der physische chemie. Oppervlaktespanningverlaging aan een grensvlak is experimenteel onderzocht aan het grensvlak vloeistof — gas en het grensvlak vloeistof ') Kühne. Untersuchungen über das Protoplasma und die Kontraktilitat. Leipzig 1864. Moore en Roof. Biochemical Journal. Vol. 3, p. 55, 1907. 2) Pfeffer. K. Sachs. Ges. d. wissensch. Bd. 27 p. 187, 1890. Pflanzenphysiol. Bd. 1 Leipzig. 3) Langmuir. Amer. Chemie. Soc. II p. 1847, 1917. — vloeistof. Wil men de uitkomsten dezer onderzoekingen op ons terrein overbrengen, dan moet men er zich van bewust blijven dat de gegevens aan eenvoudige stelsels verkregen, slechts van betrekkelijke waarde kunnen wezen voor de ingewikkelde stelsels van het levende weefsel. Het behoeft dan ook niet te verwonderen, dat de inzichten der verschillende onderzoekers sterk uiteenloopen. Gaat men de verschillende bestanddeelen van protoplasma en weefselvloeistof na, dan blijkt, dat verschillende daarvan zich ophoopen in een grenslaag vloeistof — vloeistof of een grenslaag vloeistof-lucht. In de eerste plaats de lipoiden, de verzamelnaam voor alle vetachtige stoffen. Hoewel deze stoffen overeenkomst vertoonen met vetten, moet men toch in het oog houden, dat zij ook verwant zijn met de hydrophyle kolloiden; zij hebben de eigenschap om in vrij sterke mate de oppervlaktespanning te verlagen ')• Hierop afgaande heeft Overton in 18992) de veronderstelling geopperd, dat de grenslaag alleen uit lipoiden zou zijn opgebouwd. Deze z.g. lipoidtheorie heeft naast aanhang ook veel tegenstand uitgelokt. Overton staafde zijne theorie aan het feit, dat verschillende stoffen, die z.g. „lipoidlöslich" zijn, gemakkelijk in de cel kunnen binnendringen. Als zoodanig gedragen zich verschillende narcotica als chloroform en alcohol, voorts ook oplossingen van ureum, vetzuren, sommige ammoniumzouten en verder bepaalde „lipoidlösliche" kleurstoffen. Men moet echter in het oog houden, dat Overton's theorie, hoewel er ongetwijfeld veel door opgehelderd wordt, juist door het op den voorgrond dringen van het feit, dat er in de grenslaag alleen lipoiden zouden voorkomen, in strijd geraakt met allerlei verschijnselen, die aan de levende cel zijn waar te nemen. De proeven van Osterhout3) met Spyrogyra toonen aan, dat de cellen van deze alge permeabel zijn voor natriumchloride en andere zouten, wanneer ze alleen aanwezig zijn, terwijl wanneer deze zouten in gebalanceerde oplossingen voorkomen, de permeabiliteit verdwijnt. Bestond de grenslaag alleen uit lipoiden, dan zou het volgens Hamburger en Loeb 4) onmogelijk zijn, dat ionen, die in een ') Bayliss. Principles of general Physiology, p. 129, 1915. 2) Overton. Vierteljahrschr. naturf. Gesellsch. Ziirich. 44, 88 — 135. Jahrb. wissensch. Botanie. 34, 669, 701. 3) Osterhout. Science. 34. p. 187 — 189. 4) Loeb, in Oppenheimer, Hdb. der Biochemie Bd. II1, p. 105. 1909. waterige oplossing voorkomen in de cel dringen. Overton ') gelooft dit, wel is waar, in overeenstemming met de feiten, omdat cellen in hypertonische zoutoplossingen schrompelen, maar in werkelijkheid vindt men in de cellen, hoewel weinig, kationen en anionen (Höber2), terwijl volgens Macallum 3) kalium, volgens Hamburger calcium in niet gedissocieerde toestand in de cel is aangetoond. Ook niet „lipoidlösliche" kleurstoffen kunnen binnendringen. Robertson toonde aan, dat zuiver methylgroen de levende cel kleurt, terwijl het in vet en lecithine onoplosbaar is 4). Uit de onderzoekingen van Loeb 5) over kunstmatige parthenogenese blijkt voorts dat een kunstmatige eimembraan kan worden verkregen door het ei 50 — 60 minuten in een hyperisotonische NaCl-oplossing te leggen. Op deze manier kan het ei tot ontwikkeling worden gebracht. In plaats van een zuivere hyperisotonische keukenzoutoplossing te nemen kan men ook van een hypertonische rietsuikeroplossing gebruik maken, waarbij men echter, naar den osmotischen druk gerekend, met een veel geringere concentratie kan volstaan. Loeb verklaart dit door aan te nemen, dat de eimembraan voor keukenzout beter doorgankelijk is dan voor rietsuiker. Deze en ook vele andere gegevens pleiten tegen de lipoidtheorie van Overton in zooverre, dat het met de feiten niet in overeenstemming is te brengen, dat de grenslaag geheel uit lipoiden zou bestaan. Dat echter de lipoiden wel een belangrijk bestanddeel vormen, blijkt uit de vele verschijnselen die hiermede te verklaren zijn. Bovendien zijn later door Loeb 6) voor sommige plantencellen nog nieuwe gegevens aangebracht. Al is het daarom aannemelijk, dat in de grenslaag lipoiden aanwezig zijn, er zullen daarnevens toch noodzakelijk ook andere bestanddeelen in moeten worden aangetroffen. De onderzoekingen van Ryvosh 7) en Ramsden 8) hebben doen zien, dat roode bloedlichaampjes in verschillende mate hamolytisch zijn tegenover hypotonische zoutoplossingen en saponine en wel in zoodanigen zin, dat des te gevoeliger zij zijn tegenover hypotonische zoutoplossingen des te ongevoeliger zij zich blijken te gedragen tegenover saponine. Bayliss 9) concludeert hier- ') Overton. Pflüger's Archiv. Bd. 92, p. 115, 1902. 2) Höber. Pfl. Arch. Bd. 148, pag. 189. 3) Macallum. Journ. of Physiol. Vol. 32 p. 95, 1905. 4) Robertson. Journ. of biological Chemistry. IV p. 1. 1908. 5) Loeb. Univ. of California publications. III, 81. 1908. 6) Loeb. Biochemische Zeitschrift. Bd. 51, p. 288,1913 en Bd. 59 p. 195,1914. 7) Ryvosh. Pflüger's Archiv. Bd. 116 p. 229. 8) Ramsden. Proc. Royal. Soc. 72. 156. 9) Bayliss. General Physiology. p. 134, 1915. uit, dat de hypertonische oplossingen in een ander bestanddeel der grenslaag aangrijpen dan de saponineoplossingen. Wil men de grenslaag mede uit andere bestanddeelen opbouwen dan alleen uit lipoiden, dan is het daarom nog niet noodzakelijk de opbouw zoo gecompliceerd te maken als dit door Brailsford Robertson ') geschiedt. Robertson denkt zich de oppervlakte der cel opgebouwd uit een eiwitoplossing, waarbinnen soms een onsamenhangende lipoidlaag kan voorkomen. In het kader van zijne veronderstelling, dat de chemische binding tusschen eiwitstoffen en ionen het voornaamste is, komt hij er toe om aan te nemen, dat op de grens van het protoplasma een eiwitlaag aanwezig moet zijn. Hij laat daarbij in het midden of er bovendien nog lipoiden aanwezig kunnen zijn. Omtrent de plaats, die de lipoiden dan zouden innemen, heeft hij geen scherp oordeel uitgesproken. Stelt Overton de lipoiden in de grenslaag op den voorgrond, Robertson meent, dat het hoofdbestanddeel der grenslaag wordt gevormd door de eiwitstoffen, terwijl dan de lipoiden een secundaire rol vervullen. Het midden tusschen deze beide theorien houdt de voorstelling van Bottazzi2), die aanneemt, dat de grenslaag is opgebouwd uit kolloidale complexen, die bestaan uit lipoidbestanddeelen en eiwitbestanddeelen, waarbij echter in de grenslaag het lipoid de overhand heeft. Bottazzi veronderstelt, dat deze „lipoproteinmembraan" gelijktijdig de min of meer veranderde eigenschappen van een lipoid- en eiwitmembraan bezit. Langmuir3) heeft echter in 1916 aangetoond, dat niet enkel LordRayleigh's olielaagje, maar elke grenslaag, die zich tusschen twee phasen vormt bij beperkte concentratie slechts een molecule dik zal zijn. In dit geval echter kan er in de grenslaag niet sprake zijn van kolloidale complexen, zooals Bottazzi zich dat voorstelt, maar zou men moeten aannemen, dat de grenslaag van de cel gedeeltelijk opgebouwd is uit lipoiden, gedeeltelijk uit eiwitstoffen of andere stoffen, die de oppervlaktespanning verlagen. Men zou zich dan kunnen voorstellen, dat het lipoidgehalte van weefselvloeistof en protoplasma niet toereikend is om de geheele celgrenslaag te vormen en dat de op die wijze openblijvende plaatsen door andere oppervlakte spanning verlagende stoffen zouden kunnen worden ingenomen. ') Robertson. Journ. of biologie. Chemistry. Vol. 4. p. 1, ïau»; univ. ui. Calif. publications. Vol. 3 p. 115, 1909. 2) Bottazzi, in Handb. der Vergl. Physiologie von Winterstein. Bd. I p.235. 3) Langmuir, l.c. Op deze wijze zou dan de grenslaag zoowel uit lipoiden als eiwitstoffen en mogelijk andere stoffen bestaan, waarbij dan de onderlinge hoeveelheid geheel afhankelijk is van de samenstelling van protoplasma en weefselvloeistof. Door deze afhankelijkheid der grenslaag van protoplasma en weefselvloeistof is het vanzelf sprekend, dat de grenslaag voortdurend aan veranderingen onderhevig moet zijn. Ter verklaring van het feit, dat voedingsstoffen dikwijls niet in de cel kunnen indringen, maar dat onder bepaalde omstandigheden de celoppervlakte toch permeabel zou kunnen worden voor deze stoffen, neemt Höber') aan, dat we hier te doen zouden hebben met een specifieke levensfunctie der cel en niet met eenvoudige diffusieverschijnselen. Hij komt dan tot de volgende twee mogelijkheden t. w. öf dat deze voedingsstoffen bepaalde chemische veranderingen zouden ondergaan, waardoor ze wel in de cel kunnen binnendringen öf dat de celoppervlakte veranderingen kan ondergaan, waardoor voedingsstoffen kunnen worden opgenomen. Als voorstander der eerste mogelijkheid heeft Overton een methode aangegeven, waarop koolhydraten in een in lipoid oplosbaren vorm konden worden overgebracht. Hoewel hiermede de experimenteele bewijzen voor de eerste veronderstelling zijn uitgeput, is het Loeb2), Höber') en Lillie3) gelukt allerlei stoffen te vinden, die in staat zijn een der eigenschappen van het celoppervlak t. w. de permeabiliteit, te veranderen. Volgens Höber zijn het speciaal de zouten en het koolzuur, die in physiologische omstandigheden hiertoe in staat zouden zijn. Ter verdere staving van dit vermoeden heeft men gebruik gemaakt van electrophysiologische gegevens. W. Ostwald ') heeft in 1890 het eerst erop gewezen, dat wanneer zich tusschen twee electrolyten van verschillende ionenconcentratie een membraan bevindt, de mogelijkheid is gegeven, dat deze membraan niet voor alle doch slechts voor bepaalde ionen doorgankelijk is. Zoo is men zich eene bepaalde voorstelling gaan vormen omtrent het verloop der bioelectrische verschijnselen van de levende organismen. Bernstein is op deze wijze tot zijne bekende theorie over het ontstaan van den ruststroom in de spier gekomen. Het is daarna aan Höber gelukt, om onder aanname, dat de permeabiliteit der grens- ') Höber. Ergebnisse der wissensch. Medizin. p. 538 — 554, 1910. 2) Loeb. Handb. der Biochemie Oppenheimer. Bd. II1 p. 104. 3) Lillie. Biol. Bullet. Vol. 17 p. 188, 1909. Proc. Soc. for exp. Biol. and. Med. Vol. 6 p. 57, 1909. 4) W. Ostwald. Zeitschr. f. physik. Chemie. Bd. 6. p. 71, 1890. laag aan veranderingen SL^TÏÏ^ÏS^ zou zijn, niet de kaliumionen zijn, maar de H-ionen. denken dat twee electrolyten ge- rrsss is, een potentiaalverschil ver dat door de membraan verschil hangt^af^van yan het evenwicht, dat woTgevormd tusschen het verschil der osmotische drukkingen der beide oplossingen en de ontstane electromotonschegracht Op deze wijze is het potentiaalverschil volgens Hardy ). RT j C2 ^ngV",ïihdo^ ïa-^«rbrSe^d=^ gevormd, waarbij de drijve , . k trachten te nivel- kationen, die het verschil in osrn° hetgeen uit de formule blijkt leeren. Bovenstaande vergel,,k.ng gddt, beige*, utt de o 1^ ,„„r de gevallen da. er aan be,derdendmk. tratieverschillen bestaan of formule uit van een een- Hardy gaat dan ook bij de af' ' 1 g electroiytisch gedissocieerd "ss Ï»f *rB H-i= * —^ voorkomende ioneiTals indffleren'.e deetrolytl worden besebouwd. Bovendien .. 1) Höber. PhysikaHsche Chemie J^^Vp^iologr^i6^2'8 ^ 2) Hardy. in Bayliss, Pnnciple tracht heeft op de ionenwerkingen vast de osmotische druk binnen en buiten de cel gelijk, aangezien de celoppervlakte permeabel is voor water. In dat geval zal volgens Nernst ') het potentiaalverschil tusschen beide electrolyten tot nul naderen, ook al zou dan de H-ionenconcentratie binnen en buiten de cel niet gelijk zijn, omdat de concentratie der H-ionen zeer gering is tegenover de ionenconcentratie van het electrolyt. Dat niettemin de algemeene ionenconcentratie in het protoplasma toch aanzienlijk is blijkt uit de onderzoekingen van Höber 2), die vond, dat deze overeenkomt met die van een 0.4% NaCl oplossing. Ter verklaring van het potentiaalverschil, dat zijn zetel heeft in de grenslaag, kan echter de ontdekking van Ostwald niet gebruikt worden, want die potentiaalverschillen zouden in de celgrenslaag oneindig klein moeten zijn en niet experimenteel aan te toonen. Bayliss 3) zinspeelt hier terloops op. De door ons waargenomen potentiaalverschillen moeten derhalve op een andere manier tot stand komen. Ik wil trachten aan te geven op welke andere wijze men ze ontstaan kan denken in de hoop daardoor het balanceeringsvraagstuk te kunnen verduidelijken. Maar daarvoor moeten eerst eenige eigenschappen der eiwitstoffen nader worden besproken, waarbij deze beperking noodzakelijk was, omdat omtrent lipoiden in dit opzicht in de litteratuur niets bekend is. § 2. De aschbestanddeelen der eiwitstoffen resp. lipoiden. Hoewel reeds lang bekend is, dat bij verassching van eiwitstoffen steeds metalen kunnen worden aangetoond, is het tot nu toe nog niet duidelijk op welke wijze die metalen met de eiwitstoffen zijn verbonden. De eenvoudigste voorstelling, die men zich omtrent deze verbinding kan maken, is wel die van een gewone chemische binding. Chemische binding. Wanneer men zich de constructie der eiwitstoffen denkt volgens de synthese van Fischer, dan is het duidelijk, dat de metalen, die oorspronkelijk als metaalionen in de vloeistof aanwezig waren, zich binden aan de COOH groepen van de eiwitstof. Ten einde het bestaan van deze zuivere chemische binding na te gaan kan het caseine dienen. Het zuivere caseine is onoplosbaar in water, maar wanneer men het in een alkalische oplossing brengt, gaat het in oplossing ') Nernst. Lehrb. der theoretischen Chemie, s. 779, 1913. 2) Höber. Pflüger's Archiv Bd. 148, p. 189. 3) Bayliss. Gen. Physiology, p. 648, 1915. 4 over De bestaande dissociatie van de caseine-zoutoplossing zou naast caseineionen niet kunnen bestaan uit kationen van het gebonden metaal, aangezien Loevenhart') heeft aangetoond, dat leb niet inwerkt op calciumcaseinaat indien niet tevens hoeveelheid dissocieerbaar calcium aan de vloeistof wordt toegevoegd. Het aan het caseine gebonden calcium is dus niet in staat om als Ca ion in de vloeistof voor te komen. Wel kan men het calcium van het caseine vrijmaken door er een zuur aan toe te V°Rohman en Hirschstein2) vonden echter, dat in zilvercaseinaatonlossingen geen zilverionen zijn aan te toonen. Hoewel door deze nog in geenen deele is aangetoond, dat de zouten m o„gedissocieerde!, toestand langs den gewonen chemisctien weg met het eiwitmolecuul zijn verbonden, en daardoor niet in ge dissocieerden toestand voorkomen, blijkt hieruit toch wel dat de wijze waarop de metalen met de eiwitmoleculen zijn verbonden, niet zoo eenvoudig is, als dit bij de anorganische zouten het geval is. De moeilijkheden, die zich bij onderzoekingen in deze nch ing voordoen is vooral gelegen in de niet altijd constante samenstelling der op deze manier verkregen z.g. eiwitzouten. De proeven van Pfeiffer en Modelski 0 hebben bewezen dat de samenstelling der kristallen van glycocol met cal-chlo" e <: lithiumchloride niet van constante samenstelling zijn; volgens Bayliss ) zelfs niet indien verdund azijnzuur wordt toegevoegd. Ondanks deze moeilijkheden zijn er echter aanwijzingen, chemische binding zou bestaan. osborne5) toonde aan, da wanneer calciumcaseinaat in een dialyseerbuis wordt gebracht, welke in een zeer verdunde kwikzilverchlorideoplossing is gedompeld, dit daa in de buis diffundeert en daar in ongedissocieerde toestand wordt vastgehouden^ y«) ^ mogeljjkj dat de binding Van zouten aan het eiwitmoiecule langs zui.e, ehemischen weg,„ stand kan komen, zoodat b.v. voor een neutraalzout de H van en COOH groep de anionen en kationen kan binden. 3 -nd eTJetski. Zeitsch,. t. physiot. Chemie |d. 81. |. 329-354, ■>) Bayliss. General Physiology, 1918. p. 105 s) Osborne, Journal of Physiology, 34, 84, 19 . 6) Pauli en Handovsky, Bischem. Zeitschr. 24, 245, 1910. A d s o r p t i e-b i n d i n g. Tegenover een zuiver chemische binding der kristalloiden aan de eiwitstoffen kan men zich denken, dat de binding langs zuiver adsorptieven weg tot stand komt. Ophooping van stoffen aan eene oppervlakte zal in al die gevallen optreden, waarin volgens Gibbs') de oppervlaktespanning wordt verlaagd. Deze ophooping heeft plaats afgezien van welke processen ook, die zich nadien in die oppervlakte zullen afspelen. Bovendien zij er hier op gewezen, dat de ophooping aan eene oppervlakte veel sneller tot stand komt, dan de diffusie in het binnenste van een lichaam en dat bovendien het adsorptieevenwicht zich volgens Freundlich2) snel instelt, mits slechts geen andere processen het secundair beinvloeden. Volgen we voor de adsorpties de indeeling volgens Zsigmondy, dan hebben we bij de eiwitstoffen, die in de physiologische oplossingen als colloidale deeltjes voorkomen, te doen met de opname van kristalloide opgeloste stoffen door de micellen der coilloidale oplossing. Hierbij kunnen zich twee mogelijkheden voor doen en wel: 1°. het systeem blijft schijnbaar onveranderd. 2°. het systeem is aan waarneembare veranderingen onderhevig. Bestaat er in de levende cel gelegenheid tot adsorptie dan is het zonder meer duidelijk, dat onder physiologische omstandigheden steeds met de onder sub 1° genoemde mogelijkheden te maken hebben. Men moet er dan echter op bedacht zijn, dat het systeem alleen in physisch chemischen zin schijnbaar onveranderd blijft, want het leidt geen twijfel dat juist de adsorpties in physiologischen zin tot sterke, duidelijk waarneembare veranderingen aanleiding geeft. Anorganische zouten verhoogen de oppervlaktespanning in de grenslaag lucht — water, maar verlagen volgens Lewis de oppervlaktespanning in de grenslaag water — koolwaterstofgroep.i Theoretisch volgt daaruit, dat een adsorptie mogelijk is tusschen proteinen en anorganische zouten. Bechhold3) kon daarenboven met behulp van ultrafiltratie aantoonen, dat kolloidaal albumine in staat is het kristalloide methyleenblauw op te nemen. De hiergenoemde gegevens wijzen allen erop, dat kristalloiden ') Gibbs. Thermodyn. Studiën. S. 271. 2) Zsigmondy. Kolloidchemie, 1912, p. 62. 3) Bechhold. Zeitschr. f. physik. Chemie Bd. 60 p. 257—318. door eiwitstoffen in kolloidalen vorm kunnen worden opgenomen, maar het antwoord op de vraag of we óf met een chemische binding óf met adsorptie te doen hebben blijft onduidelijk. Sommige onderzoekingen wijzen daarenboven uit, dat een chemische binding alleen niet alle verschijnselen kan verklaren zooals o.a. blijkt uit Samec s onderzoek ') over de invloed van anionen op de imbibitie van water door albumine. Moleculaire valentie van Moore. MOORE2) tracht het antwoord op onze vraag te geven, door naast de atoomvalentie (d.i. de gewone chemische binding) een moleculaire valentie aan te nemen. Hij veronderstelt, dat indien in een molecuul een binding van atomen aan atomen niet meer kan plaats hebben, het molecuul in staat zou zijn zich met een ander molecuul te binden. Volgens deze hypothese zou dan een molecuul dat als zoodanig verzadigd is, in staat zijn zich met een ander molecuul te verbinden evenals dat met de atomen het geval is. Volgens de hypothese is dan een moleculaire binding tusschen alle mogelijke moleculen mogelijk, zooals b.v. proteinen en zouten, lipoiden en zuren enz. Voortgaande komt Moore tot de conclusie, dat ieder colloidaal complex bestaat uit een colloidaal gedeelte in engeren zin en verder uit een kristalloide groep. De eigenschappen van deze laatste groep wisselen. Bovendien zouden zij, doordat zij electrolytisch zijn gedissocieerd, de lading der complexen bepalen. Theorie van Langmuir. Hoewel dus Moore zich een voorstelling tracht te maken van de samenstelling van de colloidale complexen en deze daarbij feitelijk een plaats laat innemen tusschen de gewone chemische binding en de adsorptie, laat hij ons toch omtrent het wezen der zaak in het duister, want het bestaan der moleculaire valentie wordt verder niet aannemelijk gemaakt. Het is daarom als een groote vooruitgang te beschouwen, dat Langmuir3) in de laatste jaren nieuwe voorstellingen omtrent de adsorptieverschijnselen heeft ontwikkeld. Deze theorie is van zoodanig belang ook voor physiologische vraagstukken, dat ') Samec. Kolloidchemische Beihefte. 3. p. 123. *) Moore. Arch. di fisioloog. Vol 7, 1909, pg. ^ ^ igifc •») Langmuir. Journ. Amer. Chemical Society Vol "xXXÏX- pg. 1848, 1917. een meer uitvoerige bespreking hier wel op zijn plaats geacht kan worden. Uitgaande van de fundamenteele eigenschappen van de stof onderwerpt Langmuir in de eerste plaats de vaste stof en in het bijzonder de kristallen aan een onderzoek. Volgens de theorie van Lewis ) zal, bij beschouwing van het atoommodel van RutherfordBohr, de kristalstructuur afhankelijk zijn van primaire en secundaire valentie. Beschouwen we een keukenzoutkristal dan zal van de atomen natrium en chloor volgens de moderne atoomtheorie het atoomnummer bedragen respectievelijk 11 en 17. In den binnensten ring om de atoomkern bewegen bij het natrium 2 electronen, in den tweeden ring 8 electronen en in den derden ring 1 electron. Bij het chloor daarentegen bewegen in den binnensten ring eveneens 2 electronen, in den tweeden ring 8 electronen en in den derden ring 7 electronen. Volgens de thans geldende opvattingen hebben de electronen eene neiging om in groepen van twee of acht voor te komen. Het resultaat van deze eigenschap wordt door Lewis samengevat onder den naam van primaire valentie. Bevinden zich in den ring om de atoomkern 2 of 8 electronen, dan hebben we te maken met stabiele elementen die onder den naam van edele gassen bekend zijn. Wanneer een element een atoomnummer heeft, dat afwijkt van een der nummers van de reeks van Rvdbere N = 2 X l. N = 2 (22). N = 2 (1 + 22 + 22). N = 2 (1 -r 22 + 32) enz. dan zal een dergelijk element trachten, indien mogelijk, in den buitensten ring 8 electronen te verzamelen. Beschouwen we het keukenzoutkristal. De Na Cl moleculen bevatten ieder een natriumatoom met in den buitensten ring slechts een electron; het chlooratoom met in den buitensten ring 7 electronen. Wordt nu het natriumchloride gedissocieerd, dan zal het electron uit den buitensten ring worden afgegeven aan den buitensten ring van het chlooratoom met 7 electronen. Met andere woorden het natriumatoom wordt een positief ion; het chlooratoom een negatief ion. Wanneer echter een natriumatoom en een chlooratoom met elkaar ') Lewis. Journal American Chemical Society Vol. 38, 762, 1916. in aanraking komen, dan zal het gevolg zijn, dat het electron uit den buitensten ring van het Na-atoom overgaat in den buitensten ring van het chlooratoom. Een molecuul NaCl is dus standvastig doordat er nu een buitenste ring van 8 electronen wordt gevormd met daarbinnen een positief geladen natriumion en een negatief geladen chloorion. Het koolstofatoom heeft het atoomnummer 6. In den binnensten electronenring bevinden zich 2 electronen in den buitensten ring 4 electronen. Waterstof daarentegen met het atoommnummer 1 heeft 1 electron in den buitensten ring. Bij de vorming van methaan zullen b.v. de 4 electronen van de waterstofmoleculen met de 4 electronen van het koolstofatoom de groep van 8 volmaken. De 8 electronen rangschikken zich in groepen van 2, waarbij zoo'n paar electronen en waterstofkern op dezelfde wijze in evenwicht houdt als dit bij de twee waterstofkernen geschiedt in het waterstofmolecuul. In het molecuul methaan kan men dus niet zeggen, dat de positief geladen waterstofionen electrostatisch in evenwicht worden gehouden door het koolstofatoom met 4 negatieve ladingen. Waterstof en koolstofkernen met de 8 electronen behooren in het methaanmolecule tot een systeem. Beide bindingen komen tot stand door zoogen. primaire valentie. Maar de buitenste electronenring zal steeds verdwaalde krachtvelden vormen, die hun invloed kunnen doen gelden op naburige moleculen. De dusdanig gevormde electrostatische velden zijn nu in staat moleculen of molecuulgroepen bij elkaar te houden. In dit geval spreekt men van secundaire valentie. Nu komt het slechts zelden voor, dat een stof alleen door primaire valentie is opgebouwd. Hoogstwaarschijnlijk is de diamant de eenige stof, die in zijn geheel door primaire valentie bestaat, en merkwaardig genoeg is deze stof niet in vloeibaren toestand te verkrijgen. De andere vaste stoffen echter worden evenals de vloeistoffen bijeengehouden, zoowel door primaire als secundaire valentie. Zoo wordt b.v. in kristallen het molecuul samengehouden door primaire valentie, maar de moleculen onderling door secundaire valentie. Doordat nu de vloeistoffen en vaste stoffen in eigenschappen • veel minder van elkaar verschillen dan vloeistoffen en gassen onderling, neemt Langmuir aan, dat in de vloeistoffen de moleculen ook door secundaire valentie bijeen worden gehouden, en dat de bewegelijkheid van een vloeistof te danken is aan eene verandering in den onderlingen stand der atomen resp. moleculen. Langmuir vestigt vooral de aandacht op de z.g. groepmoleculen, d.z. bepaalde groepen in hetm olecuul, die speciale eigenschappen bezitten.. Miss Pochels ') en daarna Lord Rayleigh 2) hebben aangetoond, dat de oppervlaktespanning van water alleen dan door olie sterk wordt verlaagd, indien de olielaag op het water 1.3 10—7 C.M. dik is Wordt de laag dikker dan treedt een snelle daling der verlaging op! Langmuir denkt zich nu, dat de spreiding van olie op water het gevolg is van een bepaalde aantrekking tusschen zekere ar0epmoleculen van de olie en groepmoleculen van het water. Worden in bepaalde gevallen alle groepmoleculen van een stof aangetrokken door de groepmoleculen van het water dan is een stof oplosbaar; worden slechts bepaalde groepmoleculen aangetrokken en andere afgestooten, dan zal zoo'n stof zich aan de oppervlakte ophoopen. In het ohezuur b.v. worden de carboxylgroepen aangetrokken door groepmoleculen van het water in tegenstelling met de koolwaterstofgroepen, die een grootere aantrekking voor elkaar bezitten dan tegenover water. Is de olielaag op het water een molecuullaag dik dan zullen alle carboxylgroepen zich met water kunnen verbinden en de carboxydraatgroepen niet van elkaar gescheiden behoeven te worden. Heeft dus een olie geen carboxylgroepen, dan zal ook geen spreiding op het wateroppervlak optreden; voor paraffineolie komt dit ook werkelijk uit: een spreiding heeft niet plaats. Doordat de koolwaterstofgroepen zich in dit geval niet met de watermoleculen verbinden zullen zij in de oppervlaktelaag worden gericht en zullen er van deze groepmoleculen verdwaalde krachtvelden blijven bestaan. Uitgebreide waarnemingen, door Langmuir beschreven, toonen ook aan, dat er een zoodanige richting der groepmoleculen optreedt, dat de koolwaterstofgroepen vrij blijven t.o.z. van het water. De bestaan blijvende verdwaalde krachtveiden zijn te beschouwen als electro-magnetische krachtvelden, afkomstig van de electronenbewegingen in de atomen. De oppervlaktespanning of oppervlakteenergie is dan het verdwaalde electro-magnetische veld, dat uitstraalt van de oppervlakte laag. De oppervlaktespanning is dus toe te schrijven aan het ten opzichte van het oplosmiddel minst werkzame gedeelte van het molecuul en een gevolg van de manier van rangschikking der moleculen in de oppervlaktelaag. Men moet zich daarbij voorstellen, dat b.v. bij ohezuur de COOH groep in contact is met water en de koolwaterstofgroepen hier loodrecht op staan. Nemen we met Lewis 3) aan, dat de anorganische zouten in ') Miss Pochels. Nature, 43, pg. 437, 1891. 2) Lord Rayleigh. Philosophic. Mag. 48, 331, 1899 3) Lewis. 1. c. electrolytisch gedissocieerden toestand op de grenslaag waterkoolwaterstofgroep worden geadsorbeerd, dan kan men dit uitbreiden voor de oppervlaktelaag van de cel en bovendien voor eiwitmoleculen of moleculencomplexen. Al bestaat derhalve de mogelijkheid, dat kationen worden gebonden langs zuiver chemischen weg; daarnaast zal bovendien steeds een adsorptie van kationen plaats hebben, op de manier, zooeven beschreven. In beide gevallen zullen we echter te doen hebben met secundaire valentie en zal het feitelijke van het proces, zij het dan een chemische binding of een adsorptie, hierin bestaan, dat het vrije ion tot den vorm van een gebonden ion ') overgaat. § 3. Electrochemische beschouwingen. Plaatsen we een staaf zink in een oplossing van zinksulfaat, dan zullen van de zinkstaaf zinkionen worden losgemaakt, waardoor het zink een negatieve lading krijgt. Dit losmaken van zinkionen zal zoolang voortgaan totdat het potentiaalverschil tusschen zink en zinksulfaatoplossing zoo groot is geworden, dat een verdere toevoer van zinkionen kan worden tegengegaan. Er treedt dus een evenwicht op, dat indien de concentratie van het electrolyt gelijk wordt gehouden, zal blijven bestaan. Aan de grens tusschen het metallische zink en de zinksulfaatoplsssing bestaat dan een dubbellaag van Helmholtz met negatieve ionen aan den kant van het zink en positieve ionen aan den kant van het electrolyt. Nernst2) heeft getracht dit evenwicht in-een formule vast te leggen. Hij voerde daarvoor, het begrip oplossingsspanning van het betreffende metaal in en omdat hier ionen worden vrijgemaakt sprak hij van „electrolytische oplossingsspanning". Is nu P deze z.g. electrolytische oplossingsspanning en p de osmotische druk van de metaalionen in de vloeistof dan is: e=-E O) n p waarin n de waardigheid der ionen aangeeft. Omtrent het begrip der electrolytische oplossingsspanning merkt Nernst nog op, dat men zich de electrolytische oplossingsspanning moet denken als een voor ieder metaal bestaande constante en wel een constante, die aangeeft de kracht waarmee de ionen van het metaal in de oplossing worden gedreven. ') Langmuir. Journal of Industr. and Engineering Chemistry. Vol 12, No. 4. p. 386. , 2) Nernst. Theoretische Chemie 1913, p. 783 e.v. (1898) Smits') heeft deze electrolytische oplossingsspanning nader gedefinieerd en aangenomen, dat zij gelijk is aan de verzadigingsconcentratie van de ionen in het oplosmiddel. Hij kwam daarbij tot de formule: RT , K E = vz{nV (2) i r s ft zn —ftxzr\ waarin ln K — — en waarbij dan fizn de moleculaire dynamische protentiaal is van het zink in het vaste metaal en ^'zn de moleculaire dynamische potentiaal van het zink in de oplossing. Zooals van Laar2) reeds heeft opgemerkt is de formule van Smits identiek met de furmule van Nernst, alleen met dit verschil, dat Smits de osmotische druk ter zijde laat. In de formule (2) is nu C de ionenconcentratie in het electrolyt en K een bepaalde constante. De grootte van deze constante kan bepaald worden voor het geval: K = c. dat is bij die ionenconcentratie in het electrolyt, waarbij het potentiaal verschil gelijk wordt aan nul. Hoewel Nernst het begrip der electrolytische oplossingsspanning oorspronkelijk heeft gebruikt voor metalen, blijkt reeds voldoende uit de definitie, dat dit begrip ook tot andere vaste stoffen kan worden uitgebreid. Nernst ■*) zelf heeft hier het eerst opgewezen; terwijl dit later door Haber') en Michaelis5) is uitgewerkt. Beschouwen we een willekeurig zout, dan zal ook daar van een elektrolytische oplossingsspanning sprake zijn. Bij een keukenzoutkristal zullen dan bij oplossing in water NaCl moleculen, Na ionen en Cl ionen in oplossing gaan, zoodat hier van drie oplossingsspanningen sprake is. Doordat echter electrisch neutrale NaCl moleculen en elkaar compenseerende Na- ionen en Cl- ionen in het spel zijn, zal hier van een electrisch verschijnsel alleen in zooverre sprake kunnen zijn, als de verschillende ionen een verschillende bewegelijkheid bezitten, welk verschijnsel verdwijnt zoodra het geheele molecuul is opgelost. De oplossingsspanning zal in dit geval ') Smits. Verh. Kon. Akad. v. Wetensch. Amsterdam Deel XIV p. 859,1906 2) v. Laar Electrochemie, 1907 p. 129 e.v. 3) Nernst Zeitschr. f. physik. Chemie. Bd. 9 p 137, 1892 '•) Haber. Annale der Physik (4), 26 p. 927. 1908. 5) Michaelis, Zeitschr. f. Electrochemie. 14, p. 353, 1908. ibid., Dynamik der Oberflachen, Dresden 1909. ook gelijk zijn aan de verzadigingsconcentratie der keukenzoutoplossing. Wanneer we nu te doen hebben met in de oppervlaktelaag van de cel voor komende eiwitmoleculen, waaraan kationen zijn gebonden of geadsorbeerd, dan zal ook hier van een oplossingsspanning sprake zijn. Nemen we eenvoudigheidshalve een eiwitmolecuul waarin een lithiumion aanwezig is, dan kunnen we dit voorstellen door de formule: LiR. Dit eiwitmolecuul zal gedeeltelijk electrolytisch gedissocieerd kunnen worden, waardoor een evenwicht zou kunnen ontstaan: Li R ^ Li + R. In dit geval heeft men te doen met drie oplossingsspanningen t.w. de oplossingsspanning van het geheele molecule en de electrolytische oplossingsspanningen van het lithium en radikaalion. Reeds Höber') heeft hierop gewezen. Van deze oplossingsspanningen zal die van het geheele molekuul zoowel als de electrolytische oplossingsspanning van het radikaalion practisch gelijk zijn aan nul. Zij kunnen tenminste verwaarloosd worden tegenover de electrolytische oplossingsspanning van het lithiumion. Doordat nu het radikaalion in de oppervlaktelaag wordt vastgehouden, zullen de uittredende Li-ionen een potentiaalverschil doen ontstaan, dat volgens Haber2) en Michaelis3) de wet van Nernst zal volgen. Dientengevolge zal dus aan de oppervlaktelaag der cel een dubbel, laag van Helmholtz optreden als gevolg van een potentiaalverschildat bepaald is door de reeds vroeger genoemde formule: E = *1 in A (2) n c Bij deze beschouwing is uitgegaan van de veronderstelling, dat in het, de cel omspoelende medium slechts één electrolyt aanwezig is. Eenvoudigheidshalve is deze veronderstelling aangenomen; in de nu volgende bladzijden zal dit worden uitgewerkt voor het geval er meerdere electrolyten aanwezig zijn. Uit de formule blijkt dus, dat het potentiaalverschil afhankelijk is van de oplossingsspanning K en de concentratie van de ionen in de vloeistof. De moeilijkheid is om de waarde van deze constante K te vinden. Aangezien omtrent eiwitstoffen zeer weinig bekend is, is een berekening der oplossingsspanning direct uit de formule in het algemeen onmogelijk. Echter zal deze berekening in een bijzonder ') Höber. Physik. Chemie der Zelle und der Gewebe. p. 242, 1914. 2) Haber. Annale der Physik (4), 26 p. 927 1908. 3) Michaelis, Zeitschr. f. Electrochemie. 14, p. 353, 1908. ibid., Dynamik der Oberflachen, Dresden 1909. geval kunnen plaats hebben, en wel voor het geval, dat het potentiaalverschil gelijk is aan nul. In die omstandigheden toch zal K = c zooals reeds vroeger door Smits ') is aangegeven. Op welke wijze laat zich in dat geval de oplossingsspanning berekenen? Hierbij komt ons de kolloidchemie te hulp. Zooals reeds bekend is uit het werk van Picton en Linder2) bezitten de micellen in de kolloiddale oplossing een positieve of negatieve lading. Hardy3) heeft er het eerst op gewezen, dat het mogelijk is deze lading te veranderen, en dan voor het geval de lading gelijk wordt aan nul de stabiliteit der oplossing het geringst 's. Rona en Michaeus ') hebben dit nader uitgewerkt en gevonden, dat het verdwijnen dier lading kan geschieden door verandering der H-ionenconcentratie. Bij een bepaalde ionen-concentratie bleek dan het z.g. isoelectrische punt bereikt te zijn. Bovendien is uit de onderzoekingen van Ridsdale Ellis5) gebleken, dat tusschen de lading der micellen en de stabiliteit der oplossing een direct verband bestaat, en Donnan heeft hieruit de gevolgtrekking getrokken, dat door de lading der micellen, deze elkaar afstooten. Wordt nu de lading gelijk aan nul, dan zullen tengevolge daarvan de micellen, die de Brown'sche beweging uitvoeren, gelegenheid hebben met elkaar te versmelten en zoodoende uit te vlokken. Ook nog op nadere wijze dan door verandering der H-ionenconcentratie kan het iso-electrische punt bereikt worden. De onderzoekingen van Burton6) hebben ons geleerd, dat wanneer aan een suspensiecolloidale oplossing eene bepaalde hoeveelheid van een sterk electrolyt wordt toegevoegd er in de eerste plaats een vermindering optreedt in de kataphoretische snelheid; wordt er dan meer electrolyt toegevoegd, dan kan er onder bepaalde omstandigheden een omkeering der lading optreden. Op grond van onderzoekingen van Freundlich7) neemt Höber aan, dat die electrolyten, die het sterkst worden geadsorbeerd ook in de geringste concentratie in staat zullen zijn om de lading der micellen te doen verdwijnen, als gevolg waarvan een uitvlokken tot ') Smits 1. o. 2) Linder en Picton, Journ. Chemie, soc. 67, 63, 1795. 3) Hardy, Zeitschr. f. physik. Chemie. 33, 385, 1900. *) Rona en Michaelis. Bioch. Zeitschr. 27, 38, (1910), ebenda 24,79,1910. 5) Ridsdale Ellis. Zeitschr. f.physik. Chemie,78,321,1911,ebenda 18,597 1912 6) Burton. Phil. Mag. (6), 12. 472, 1906. 7) Freundlich. Kolloidzeitschr. 1, 321, (1907). Zeitschr. f. Physik. Chemie Bd. 85, 641 (1913). stand zou komen. Op die manier zou dan de werking der verschillende zouten in de reeks van Hofmeister ') verklaard moeten worden. Men kan dus zeggen, dat het uitvlokken van een colloidale oplossing tot stand zal komen als de lading nadert tot nul, en dat dit bereikt kan worden zoowel door verandering der H+ ionenconcentratie als door toevoeging van andere electrolyten. Paine2) denkt zich daarbij het uitvlokken zoodanig, dat de ionen zich niet overal gelijkmatig in de vloeistof verdeelen, waardoor er potentiaalverschillen ontstaan die de deeltjes tot elkaar brengen. De colloidale deeltjes zullen zich meer en meer aan elkaar vasthechten, totdat de vlokken het isoelelectrische punt hebben bereikt. Deze gegevens stemmen overeen met de gegevens van Hofmeister '), die vond, dat het uitvlokken bij een zekere concentratie begint, maar bij een andere hoogere concentratie zijn maximum bereikt. Dit maximum is dan te beschouwen als het bereiken van het isoelelectrische punt. Voor de biologisch belangrijke hydrophyle colloiden kan in verband hiermede nog worden medegedeeld -dat in tegenstelling met uitvlokking der suspensoide colloiden de uitvlokkingen der emulsoiden reversibel is. Keeren we nu terug tot de formule ven Nernst, wanneer de lading gelijk is aan nul m. a. w. indien het isoelelectrische punt is bereikt, dan zal: K = c. Weten we de uitvlokkingsconcentratie van een electrolyt, dan volgt daar dus uit, dat de waarde gelijk is aan de waarde der gezochte electrolytische oplossingsspanning. Nu op deze manier de constante in de formule voor elk electrolyt is te bepalen, is het ook mogelijk om deze beschouwingen tot de celoppervlakte uit te breiden. In de gegevens van Loeb omtrent Fundulus eieren blijkt, dat deze eieren zich kunnen ontwikkelen, indien KC1 en CaCl2 in bepaalde onderlinge verhouding aanwezig zijn. Noemen we de K-ionen concentratie van het KC1 c, en die der Ca-ionenconcentratie van het CaCl2 c2 en de respectieve electrolytische oplossingsspanningen C, en C2. De aan de eiwitstoffen in de grenslaag gebonden ionen zullen een potentiaalverschil vertoonen tegenover de ionen in het electrolyt, waardoor dus voor K-ionen geldt: E, = ln — (3) n, c, «n voor de Ca-ionen: E, = KïlnS- (4) 4 rt n ') Hofmeister. Schmiedeberg's Archiv. Bd 24, p. 1 en 247. 2) Paine. Proc. cambridge Phil. Soc. 16, 430, (1912). Koll. chem. Beih. 4, 24, (1912). Waar in deze formules alleen c, en c2 variabel zijn blijkt, dat het potentiaalverschil in beide gevallen afhankelijk is van de verhouding der ionenconcentraties. Zijn deze beide willekeurig gekozen dan zal in het algemeen E, niet gelijk zijn aan E2. M.a.w. er zullen aan de oppervlakte der cel veranderingen in het potentiaalverschil optreden want in het algemeen correspondeeren de waarden van E, en E2 niet met de waarden van c, en c2. Een verder gevolg is een verplaatsing van K-ionen of Ca-ionen. Tengevolge dezer potentiaalverschillen en ter vereffening ervan moeten aan de oppervlakte der cellen electrische stroompjes optreden, die niet ophouden voordat de omspoelende vloeistof haar evenwicht ook aan de oppervlaktelaag heeft opgedragen. Is dit tijdelijk bereikt, dan kan de samenstelling der oppervlaktelaag onmogelijk dezelfde zijn dan die in de diepte van het protoplasma. Onder welke omstandigheden die samenstelling juist dezelfde is, is lastig te zeggen aangezien omtrent de samenstelling der diepere lagen van het protoplasma vrijwel niets bekend is. Het ontbreken van oppervlaktestroomen (niet echter de gelijkheid in samenstelling van oppervlaktelaag en diepte) kan ook nog op een andere wijze bereikt worden, n.1. door de samênsfelling van het electrolytmengsel te wijzigen zoodanig dat zij met die van de oppervlaktelaag correspondeert. Een cel omringd door vloeistof met electrolyten in evenwicht heeft een oppervlaktelaag zonder oppervlakte stroompjes. Dit evenwicht zal alleen bestaan indien voldaan wordt aan de voorwaarde: E, = E2 (5) Uit de formules (3) en (4) volgt dan: RT C, RT, C2 — In —— = — ln -n, c, n2 c2 Nu is n, voor kalium = 1 en n2 voor calcium = 2 dus: RT . C, RT, C2 -r- ln — = — ln ~ 1 c, 2 c2 hetgeen na herleiding wordt: Ci^Cs Cl2 c2 Ten einde dus aan de oppervlakte der cel een physiologisch evenwicht te verzekeren moeten de ionenconcentraties in een onderling constante verhouding aanwezig zijn. Voor het geval, dat alleen K ionen en Ca ionen aanwezig zijn, is deze constante afhankelijk van de electrolytische oplossingsspanning op de manier in formule (6) aangegeven. Hiermede is echter gelijktijdig de ionenbalanceering bepaald en blijkt tevens, dat deze onafhankelijk is van de temperatuur ')• Bevinden zich in de omspoelende vloeistoffen drie electrolyten t.w. NaCl; KC1 en CaCl2 dan krijgen we drie vergelijkingen t.w. lo voor het kaliumchloride: RT . C, E, =— ln — (3) n, c, 2° voor het calciumchloride: Ej = —- In (4) n2 c2 3o voor het natriumchloride: E3 = — ln O) n3 c3 In deze formules moet nu, wil er een evenwicht optreden voldaan worden aan den eisch dat: E, = E2 — E3. voor het geval dat E, = Ê2 blijkt dat: ^ = (8) Ci2 c2 Tevens volgt uit de formules (3) en (9) dat BX |„ = — In ri| c, n3 c3 Nu is n, voor kalium gelijk aan 1 en eveneens n3 voor natrium gelijk aan 1 dus: *Eln&_=BÏ,„Su 1 c, 1 C, C, _ c3 dus: V C Substitueeren we de gevonden waarde voor — in formule 8 C1 dan is: „ v _ _ c, x c3. of c^ _ c, x c3 (10) c, X cs c2 c2 c3 X C2 Op gelijke wijze kan ook de verhouding der ionenconcentraties K Ca — en — worden berekend. Na Na Voor de verhouding —1— vinden we: C3 <) Het onafhankelijk zijn der balanceering van de temperatuur is, in niet gepubliceerde proeven, gedaan in het physiologisch Laboratorium te Utrecht, ook vastgesteld. £l_ — C, X C3 X c2 c3 C2 X C32 (11) en voor: t=§r4^ (>2) De verhouding der ionenconcentratie van het calcium kalium en natrium in de physiologische vloeistoffen moet dus voldoen aan den eisch: 10 ionenconcentratie K C, X C3 ionenconcentratie Ca c3 X C2 2° ionenconcentratie K C, X C3 X c2 ionenconcentratie Na Q, X Cs2 3° ionenconcentratie Ca C, X c, ionenconcentratie Na C, XC3 Waarin C, C2 en C3 zijn de electrolytische oplossingsspanningen der K-, Ca- en Na-proteinen en c, c2 en c3 de resp. ionenconcentraties. Wanneer de vloeistof om de cellen in haar Na-, K-, Ca-gehalte ongebalanceerd is, zullen — zooals uit het bovenstaande blijkt — in de oppervlaktelaag der cel metaalpunten van verschillende potentiaal voorhanden moeten zijn. Het gevolg zijn electrische stroompjes, die er in normale verhoudingen niet zijn. Duurt de stoornis in de balanceering lang dan zal de concentratie der Na-, K-, Ca-atomen in de oppervlaktelaag geheel verschillen met die in het inwendige. Wanneer de mogelijkheid hiertoe bestaat zal bij vermindering van het aantal atomen van een bepaalde soort aanvulling vanuit het inwendige plaats hebben, omgekeerd bij vermeerdering verdringen naar het inwendige. In de hartspiercellen, die een groot K-magazijn inwendig herbergen, schijnt zulks voor het K mogelijk; voor het Na en Ca niet. In andere cellen zal dit wellicht anders zijn. In welke mate nu het onttrekken van K uit het inwendige of het overmatig daarin ophoopen van K in het inwendige der hartcellen nadeelige gevolgen voor de functie van het orgaan heeft, waag ik niet te beoordeelen. Wel echter is het zeker, dat wegname van K uit de oppervlaktelaag of een geweldige ophooping daarvan beslist nadeelige gevolgen heeft. Dit hangt samen met een te weinig of te veel aan radio-actieven invloed van uit de oppervlaktelaag op de prikkelbare substantie uitgeoefend. Ook het ontbreken van Ca uit de oppervlaktelaag of het daarin ophoopen van Ca-atomen is in hooge mate nadeelig. Een hypothese omtrent den aard dezer specifieke werking van calcium op de spier- cel is nog nimmer opgesteld. Wel is van verschillende zijden vermoed, dat deze specifieke werking meer de samentrekbaarheid dan de automatie betreft, getuige het door MInes opgemerkte lang nablijven van het electrocardiogram aan het massaal stilstaand hart van koudbloedigen. Strontium kan het calcium in zijn specifieke werking vervangen. Eindelijk heeft het ontrekken van Na uit de oppervlaktelaag een zeer specifiek nadeelig gevolg. Het kan slechts ten deele, ongeveer de helft, door lithium worden vervangen. De oorzaak, waarom het eigenlijke natrium niet geheel gemist kan worden is evenmin bekend. „ _ . Dit alles betreft de specifieke werking der Na-, K-, La-ionen in de oppervlaktelaag. De balanceering, waarvoor ik hier een theorie ontwerp, vat echter uitsluitend een algemeene ionen-werking in het oog. Deze algemeene ionenwerking is normaal te achten, wanneer zij een onderling electrisch evenwicht tusschen de metaalpunten in de oppervlaktelaag der cellen verzekert; zij is gestoord, wanneer deze metaalpunten onderling in potentiaal verschillen en daardoor stroomen aan de oppervlakte der cel in het leven worden geroepen, een onrust, die naar het schijnt met een normaal functioneeren der hartcel onvereenigbaar is. In een volgende paragraaf hoop ik aan te toonen, dat juist in een groot aantal gevallen, welke hoewel afwijkend van denorma, niettemin de physiologische functie niet verbreken, het kenmerk van electrisch evenwicht in het oppervlak verzekerd is. HOOFDSTUK IV. Toepassingen van de theorie. § 1. Het zeewater en de vloeistof van Sidney Ringer. Hoewel schijnbaar irrationeel zullen wij onze berekeningen aanvangen met die vloeistoffen, waarin drie zouten zijn opgelost. Terwijl op het eerste gezicht het gebruik der formule voor drie electrolyten moeilijker schijnt dan de eenvoudige formule voor twee electrolyten, blijkt, dat er in de gevallen, waarin slechts twee zouten in de vloeistof zijn opgelost, complicaties optreden, die een goede balanceering der twee zouten in den weg staan. Uit de proeven van J. Loeb ') is gebleken, dat de eieren van Fundulus heteroclitus zich evengoed kunnen ontwikkelen in zuiver gedestilleerd water als in zeewater. In de plaats van zeewater is het ook mogelijk daarvoor een vloeistof te kiezen, waarin alleen het natriumchloride, kaliumchloride en calciumchloride in dezelfde verhouding als in het zeewater aanwezig zijn. Volgens de onderzoekingen der Challenger Expedities2) bevinden zich in het zeewater op 100 moleculen NaCl ongeveer 2.2 moleculen KC1 en 1 a 2 moleculen CaCI2, terwijl de osmotische druk overeenkomt met die van een 0.54 mol. keukenzoutoplossing. Indien er dus een evenwicht tusschen de verschillende kationen van een electrolytmengsel, waarin NaCl, KC1 en CaCl2 zijn opgelost, ten opzichte van de eiwitstoffen en lipoiden van het eioppervlak bestaat, dan moet de onderlinge verhouding van NaCl, KC1 en CaCl2 wat betreft hunne ionenconcentratie voldoen aan den eisch, ') J. Loeb. Hdb. der Biochemie van Oppenheimer. Bd. II1 p. 104, 1909. ) Report on the Scientific results of the Voyage of H. M. S. Challenger during the years 1872-1876, II. Physics and Chemistry I, p. 138. 5 dat het potentiaalverschil tusschen eioppervlak en electrolyt voor alle drie de kationen gelijk is. Aan dezen eisch is voldaan, indien de ionenconcentraties functies zijn der oplossingsspanningen volgens de boven aangegeven formules. Deze oplossingsspanningen van de verschillende kationen zijn constanten, die aan de hand van de gegevens van Hofmeister1) ten naaste bij benaderd kunnen worden. Uit deze laatste leert men dat NaCl, KC1 en CaCl2 in bepaalde concentraties een uitvlokking van hydrophile colloiden veroorzaken. Wat betreft het chloornatrium blijkt, dat bij een concentratie van ongeveer 0.213 gram NaCl in 1 c.c.M. uitvlokking plaats heeft. Berekenen we dit in grammoleculen dan blijkt, dat deze oplossing 3.6 moleculair is. Bij een dusdanige concentratie is echter een gedeelte in ionen gesplitst, welk gedeelte is te bepalen uit het aequivalent-geleidings- 42.7 vermogen. Voor een 3.6 moleculair NaCl oplossing is het ——, zoodat van deze oplossing ook slechts dit gedeelte als werkzaam is te beschouwen. Rekenen we dit uit, dan blijkt, dat we hier te doen hebben met een keukenzoutoplossing, waarin 1.3 moleculair Natonen aanwezig zijn. Als maat der oplossingspanning der Na — ionen van de eiwitstoffen mogen we dus aannemen 1.3. Voor het chloorkalium geeft Hofmeister aan, dat een gehalte der vloeistof van 0.253 gr. KC1 in 1 c.c.M. reeds een uitvlokking geeft. Waar we hier te doen hebben met een oplossing, die 3.4 moleculair is, is het aantal in de vloeistof aanwezige kaliumionen in dit geval 2.3 moleculair. Als maat der oplossingsspanning geldt dus hier 2.3. Voor het chloorcalcium kunnen die gegevens op analoge wijze worden verkregen. Berekenen we ook hier naar de opgaven van Hofmeister de concentratie van het CaCl2 waarbij eene uitvlokking wordt verkregen, dan blijkt, dat in dit geval de oplossingsspanning de waarde 3.2 zal moeten bezitten. Als constanten krijgen we dus hier de volgende drie waarden: lo voor kalium C, = 2.3 2o voor calcium C2 = 3.2 3o voor natrium C3 = 1.3 Hebben we dus eene oplossing, waarin het kaliumchloride, calciumchloride en het natriumchloride in dezelfde verhouding voorkomen als in het zeewater dan is volgens de formule (12). ') Hofmeister. Schmiedeberg's Archiv. Bd. 24, p. 1. 1888. ionenconcentratie Ca C2 X c, ionenconcentratie Na C, X C3 Vullen we in deze formule de constanten in, dan vinden we: ionenconcentratie Ca 3.2 X c, ionenconcentratie Na 1.3 X 2.3 In deze formule is nu c, de concentratie der K-ionen in het electrolytmengsel. Voor zeewater is deze c, = 0.01 moleculair, dan is: ionenconcentratie Ca _ 3.2X0.01 _ 1.1 /0.9 \ ionenconcentratie Na 1.3 X 2.3 ÏÖÖ ITÖÖ/ emPir'sc'1* Voor de balanceerïng tusschen het kalium en het natrium geldt de formule (11): ionenconcentratie K _ C, X C3 X c2 ionenconcentratie Na C2 X C32 Vullen we hierin de concentratie in, dan is: ionenconcentratie K _2.3Xl.3Xc2 ionenconcentratie Na 1.6 X c3'Nu is c2 (calcium) = 0.0045 m. c3 (natrium) = 0.5 m. dus: ionenconcentratie K 2.9X0.009 ionenconcentratie Na 3.2 X (0.5)2 14 ~ 1000 of uitgewerkt ionenconcentratie K 1.4 / 2 \ ionenconcentratie Na Ï0Ö VI00/ emPirischTen slotte blijft nog de berekening der ionenconcentratieverhouding tusschen kalium en calcium over. Hiervoor geldt de formule (10): ionenconcentratie K C, X C3 ionenconcentratie Ca c3 X C, Stellen we hier voor de constanten hunne waarden in de plaats dan is: ionenconcentratie K 2.3 X 1.3 ionenconcentratie Ca c3 X 3.2 waarbij C3 (concentratie Na-ionen) = 0.5 dus: ionenconcentratie K 2.9 ^ 2.9 / 2 \ ionenconcentratie Ca — 0.5X3.2 duS~776 \ T j emPirischIn bovenstaande drie berekeningen is voor het kaliumchloride; calciumchloride en natriumchloride nagegaan of indien zij in een concentratie aanwezig zijn als dat in het zeewater het geval is, voldoen aan de eischen, die door ons boven aan een biologisch evenwicht zijn gesteld. De op deze wijze verkregen uitkomsten kunnen direct vergeleken worden met de werkelijk bestaande verhoudingen in het zeewater, doordat deze opgaven tusschen haakjes er achter zijn gevoegd. Deze opgaven zijn berekend naar de ionenconcentraties der vloeistoffen. Ten overvloede zijn hieronder de berekende en empirisch gevonden waarden in een tabel vereenigd. TABEL 8. verhouding~dër ionen- berekend empirisch gevonden concentraties van: Na 100 100 Cï i.i' U7 Na ioo 100 K 1-4 2 K 2.9 Cï ïï 145 _ Zooals hieruit blijkt zijn er weliswaar kleine verschillen waar te nemen, maar ten naaste bij stemmen de uitkomsten overeen. Dat er verschillen bestaan behoeft ons in het geheel niet te verwonderen, daar als uitganspunt voor de berekeningen gebruik is gemaakt van de gegevens door Hofmeister verzameld en waarbij van eiwitstotten gebruik is gemaakt. Indien de uitvlokking niet als indicator ter bepaling van het isoelelectrische punt wordt gebruikt, maar deze bepalingen langs electrischen weg geschieden, dan zal daardoor zeker de nauwkeurigheid worden verhoogd. Ten einde echter de nauwkeurigheid in deze richting te verhoogen moeten verschillende moeilijkheden overwonnen worden, een reden waarom bij deze berekeningen voorloopig van bestaande gegevens gebruik gemaakt is. De hierboven uitgevoerde berekeningen voor het zeewater kunnen zonder verdere wijzigingen worden uitgebreid tot de vloeistof van Ringer. Het is toch een algemeen bekend feit, dat, hoewel de totale concentratie der RiNGERSche vloeistof geringer is dan die van het zeewater, de verhouding der bestanddeelen in beide vloeistoffen gelijk is ')• , . , Duidelijkheidshalve is het toch gewenscht om ook de berekening voor de vloeistof van Ringer uit te voeren. Noemen we ook hier C,; C2 en C3 de oplossingsspanningen resp. van de K-, de Ca- en de' Na- ionen in de proteineverbindingen, en c„ c2 en c3 de con- >) Bayliss. General Physiology, p. 209. 1915. centraties van de K-, Ca- en Na-ionen in het electrolyt, dan gelden ook hier de formules, die op p. 62 e.v. zijn afgeleid. lo ionenconcentratie K C, X C3 ionenconcentratie Ca c3 X C2 2o ionenconcentratie K C, X C3 X c2 ionenconcentratie Na C2 X C32 3o ionenconcentratie Ca C2 X c, ionenconcentratie Na C, X C3 Ten einde uit deze formules de verhoudingen tusschen de verschillende ionen te kunnen berekenen is het noodig om eerst de samenstelling der RiNGER'sche vloeistof na te gaan. Daarvoor is het als het meest geschikt te beschouwen de experimenteele gegevens, die in Hoofdstuk 2 zijn verzameld, als uitgangspunt te nemen. Indien de concentratie van het natriumchloride 0.12 mol. is, blijkt, dat bij een concentratie van het calciumchloride van 0.001 mol. de meest geschikte hoeveelheid kaliumchloride 0.004 mol is. Deze bepaling berust op de uitkomsten, die het onderzoek van de minimum- en maximumehoeveelheden KC1 bij bepaalde hoeveelheden CaCl2 in de RiNGER'sche vloeistof heeft opgeleverd. Als meest geschikte dosis KC1 werd daarbij dan genomen de waarde, die midden tusschen de maximum- en minimumhoeveelheid in gelegen was. Indien we nu deze waarden substitueeren in de formules dan levert dit de volgende resultaten op. Ten overvloede zij hier nog opgemerkt dat de constanten reeds aan het begin van dit hoofdstuk zijn bepaalde en hieronder nogmaals zijn opgegeven. C, = 2.3 C2 = 3,2 C3 = 1.3 „ , , ionenconcentratie K Ter bepaling van de verhouding: ; :—— ïonenconcentratie Ca vinden we: ionenconcentratie K C, X C3 ionenconcentratie Ca c3 X C2 _ 2.3 X 1.3 ~ c3 X 3.2 = — X — 3.2 ^ c3 2.9 ~ 3.2 X 0.12 ionenconcentratie K „ /0.004 . \ ... ionenconcentratie Ca ' 0.001 / ernPinsc • Voor de verhouding ionenconcentratie K C, X C3 X c2 ionenconcentratie Na C2 X C32 levert substitutie der waarden het volgende resultaat op: 2.3 X 1.3 X 0.001 ~ 3.2 X tO.12)2 2.9 X 0.001 — 3.2 X 0.014 2.9 X 0.1 — 3.2 X 1.4 ionenconcentratie K /0.014 0.4 \ .. , — —- 0.012 = — =0.03 empirisch. ionenconcentratie Na \0.12 12 / In de derde plaats moet dan nog worden nagegaan de verhouding ionenconcentratie Ca C2 X c, ionenconcentratie Na C, X C3 Vullen we hier ook de getalwaarden in dan is: ionenconcentratie Ca 3.2 X 0.004 ionenconcentratie Na 2.9 — L1 X 4 — 2~9 ionenconcentratie Ca _ 4.4 /OXI01 _ 8 \ empirisch ionenconcentratie Na 1000 \0.12 1000/ Ook hier zijn de experimenteele gegevens tusschen haakjes achter de berekende waarden vermeld. Om het geheel overzichtelijk te maken zijn de waarden hieronder in een tabel vereenigd. Tabel 9 verhouding der ionen- berekend empirisch gevonden concentraties K _ . Ca 7 4 0.012 0.03 Na ^ 0 044 0.08 Na Indien deze berekening op dezelfde wijze voor de Ringer'sche vloeistof voor warmbloedigen wordt uitgevoerd, dan blijkt, dat de waarden voor deze vloeistof nauwkeuriger uitkomen, dan het voor de vloeistoffen voor koudbloedigen het geval was. Hiervoor wordt als volgt de verhouding der ionenconcentraties berekend. Als geschikte RiNGER'sche vloeistof voor warmbloedigen geeft Locke ) een vloeistof op, die naast 0.90% NaCl meer kalium bevat dan calcium. Ook andere schrijvers achten een zoodanige vloeistof beter dan een vloeistof, waarin het kalium en calciumgehalte ongeveer gelijk is. Als geschikte vloeistof is dan te beschouwen een vloeistof, waarin de concentratie van het natrium, uitgedrukt in grammoleculen, is 0.15 mol. en daarnaast de concentratie van het kalium en calcium resp. 0.006 mol. en 0.001 mol. Voor de verhouding der concentratie Ca vinden we: K ïonenconcentratie Ca c3 X C2 ionenconcentratie K C, X C3 Indien we in deze formule de waarden de/ constanten invullen, ter bepaling waarvan ook hier de gegevens van Hofmeister zijn gebruikt, dan krijgt de formule den volgenden vorm: ionenconcentratie Ca c3 X 3.2 ionenconcentratie K 2.3X 1.3 terwijl in deze formule c3 = 0.15 mol. We vinden dan: ionenconcentratie Ca 0.15 X 3.2 ionenconcentratie K 2.3 X 1 3 = 0-165 Empirisch is gevonden: ionenconcentratie Ca 0.001 ionenconcentratie K 0.006 0-166 Voor de formule, die de verhouding tusschen de ionenconcentraties van het kalium en natrium aangeeft wordt de verhouding als volgt: ionenconcentratie K __ C, X C3 X c2 ionenconcentratie Na ~ X~c^ Substitutie der waarden in dit geval geeft: ionenconcentratie K 2.3 X 1.3 X 0.001 ionenconcentratie Na 3.2 X (0.15V hetgeen na herleiding wordt: ionenconcentratie K ionenconcentratie Na Empirisch is voor deze verhouding gevonden: ionenconcentratie K 0.006 _ 6 ionenconcentratie Na 0.15 150 0-04 Berekenen we ten slotte de verhouding tusschen de ionenconcentratie van het calcium en die van het natrium: ionenconcentratie Ca C2 X c, ionenconcentratie Na C, X C3 ') Locke. Zentralbl. f. Physiol. Bd. XIV, p. 670, 1900. of ionenconcentratie Ca 3.2 X 0.006 0064 ionenconcentratie Na 2.3 X 1.3 Terwijl empirisch gevonden is: ionenconcentratie Ca 0.001 1 „ _ —__ — 0.0066 ionenconcentratie Na 0.15 150 TABEL 10 Verhconcent?aties°nen" berekend empirisch gevonden ~ 0.165 0.166 k ~ 0.04 0.04 Na -- 0.0064 0.0066 Na Vergelijken we de tabellen 9 en 10 met elkaar, dan blijkt, dat voor de warmbloedige ringer'sche vloeistof een betere overeenstemming tusschen de berekende en empirisch gevonden waarden bestaat, dan bij de vloeistof voor koudbloedigen het geval is. Terwijl voor de warmbloedige RiNGER'sche vloeistof eenerzijds hoogstens verschillen bestaan van 0.001, zijn deze voor de koudbloedige vloeistof veel grooter en bereiken eene waarde van 0.2. De oorzaak moet m.i. gezocht worden in het feit, dat de door mij gebruikte gegevens ter berekening van de constanten in de formule door Hofmeister zijn verkregen door gebruik te maken van eiwitoplossingen van warmbloedige dieren. Zoodoende is het verklaarbaar, waarom voor de warmbloedige RiNGER'sche vloeistof betere uitkomsten verkregen werden dan met de koudbloedige vloeistof het geval was. Voor eene nauwkeurige berekening van de RiNGER'sche vloeistof in het laatste geval zou het dan noodzakelijk zijn om de bepalingen, door Hofmeister verricht, met eiwitstoffen van koudbloedige dieren te herhalen. Maar ook al heeft men dit gedaan, dan nog blijft de moeilijkheid over, om het verschillende gedrag tusschen zomer- en winterkikvorschen te verklaren. Door het sterk uitgesproken verschil in gedrag tegenover electrolyten dat hier bestaat komt men er toe om aan een overeenkomst te denken met de agglutininen van Bordet. Höber denkt zich het verschijnsel zoo, dat er door het vasthechten der agglutininen aan de oppervlakte der cel toestandveranderingen . optreden aan de oppervlakte, waardoor de hydrophyle colloiden zouden veranderen in suspensiecolloiden. Men zou zich op analoge wijze kunnen denken, dat in gevallen van evenwicht de spiercellen in haar oppervlaktelagen 's zomers minder kalium zullen bevatten dan met het oog op de radioactiviteit voor de cel noodig is. In dat geval zou dan een sensibilisator (Zwaardemaker) te hulp moeten komen om de activiteit van het mindere kalium te versterken. De mogelijkheid is daarbij niet uitgesloten, dat de agglutinine-achtigen en de sensibiliseerende eigenschappen in een stof vereenigd zijn. § 2. Proeven van Loeb. Ingewikkelder, maar tevens van groot belang, zijn de berekeningen, die uitgevoerd kunnen worden aan de hand van de gegevens van Loeb. Nemen we als uitgangspunt de reeds boven beschreven eieren van Fundulus heteroclitus dan blijkt, dat de ontwikkeling, die plaats heeft in zuiver gedestilleerd water te niet gedaan kan worden door toevoeging aan het gedestilleerde water van een zekere hoeveelheid KC1. Toevoeging van kaliumchloride in een zoodanige hoeveelheid, dat dit in een concentratie van 0.01 moleculair aanwezig was, bleek voor de zich ontwikkelende eieren een zeer sterk gift te zijn. Werd aan deze oplossing, dan bovendien een zekere hoeveelheid CaCI2 toegevoegd, dan bleek dat de giftige werking van het KCl sterk verminderde'). Daarbij kwam aan het licht, dat de ontgiftende werking het sterkste was indien de onderlinge verhouding van het KCl en CaCl2 in de oplossing een bepaalde waarde had. Deze verhouding heeft hier blijkbaar dezelfde beteekenis als de onderlinge verhouding der bestanddeelen in zeewater of vloeistof van Ringer. Loeb2) heeft hiervoor het begrip „ontgiftigingscoefficient'' ingevoerd. Hij verstaat hieronder de verhouding van de concentraties van het giftige tot het ontgiftende zout, die voor de ontgiftiging juist voldoende is. Het is Loeb gelukt om voor verschillende electrolytcombinaties deze ontgiftigingscoefficient te bepalen, waarbij door hem steeds de ontwikkeling der Funduluseieren als maatstaf werd gebruikt. Door de ongevoeligheid dezer eieren voor verschillen in den osmotischen druk was het hem mogelijk om in de electrolytoplossing slechts twee electrolyten te gebruiken en dan van deze twee zouten de ontgiftigingscoefficient vast te stellen. Op deze wijze KCl bepaalde hij o.a. de ontgiftigingscoefficient — CaCl2 ') J. Loeb. Biochem. Zeitschr. Bd. 32 p. 308. 1911. 2) J. Loeb. Biochem. Zeitschr. Bd. 31, p. 451. 1911. Het is echter loeb direct opgevallen, dat er in deze proefreeksen, Kei waarin de verhouding 7^7,^—werd bepaald en waarin dus opzettelijk in het electrolyt het NaCl was weggelaten, onregelmatigheden optraden, die voor een gedeelte afhankelijk waren van de totaalconcentratie en voor een gedeelte daar geen verband mee hielden. Deze onregelmatigheden openbaarden zich in een sterke variatie in de grootte van den ontgiftigingscoefficient, welke wisselingen varieerden tusschen 17 en 220. Loeb verklaarde deze afwijkingen door aan te nemen, dat de gevoeligheid der eieren voor KC1 aan veranderingen onderhevig was. Gelijktijdig echter maakte Loeb van een vondst gewag, die voor deze afwijkingen van het grootste belang is. Voegde hij: aan het electrolytmengsel bovendien 0.01 moleculair NaCl toe, dan bleek, dat de ontgiftigingscoefficient constanter werd, ter verklaring van dit verschijnsel wordt niets gezegd, alleen merkt Loeb op, dat hij het keukenzout toevoegde „um die Bestimmung der Grenzkonzentration für die Entgiftung scharfer zu machen". In het licht der hier ontwikkelde theorie wordt dit verschijnsel echter volkomen duidelijk. Plaatsen we in gedachte een Fundulusei in gedestilleerd water, dan zijn in de oppervlaktelagen der cellen eiwitstoffen aanwezig, waarin natrium, kalium en calcium hetzij gebonden heztij geadsorbeerd zijn. Voegen we nu aan het gedestilleerde water kaliumchloride en calciumchloride toe, dan zal een wisselwerking optreden tusschen het kalium, natrium en calcium, dat gebonden of geadsorbeerd is aan de eiwitstoffen en de ionen in het electrolytmengsel. Doordat nu in dit mengsel in den beginne geen natriumionen aanwezig zijn, zullen er door de wisselwerking eenige natriumionen uit de eiwitstoffen vrij komen, waardoor de concentratie van het mengsel aan Na-ionen oneindig klein wordt. In dit geva' zullen er echter volgens Nernst') tusschen electroden en electrolytmengsel abnormale spanningen optreden, die zooals uit onze theorie blijkt een juiste balanceering in den weg staan. Des te sterker de concentratie van het NaCl wordt, des te meer zullen deze abnormale spanningen verdwijnen en des te meer zal een balanceering kunnen optreden. Toevoeging van 0,01 mol. NaCl verminderde de wisselvalligheid der ontgiftigingscoefficient reeds van 17 tot 55 en het is begrijpelijk, dat een juiste balanceering eerst aanwezig is, indien de concentratieverhouding nadert tot die van het zeewater, dus waarin het NaCl in nog grootere hoeveelheid aanwezig is. In het schijnbare eenvoudige geval, dat voor de ontwikkeling van Funduluseieren dus ') Nernst. Theoret. Chemie, p. 787, 1913. twee zouten aanwezig zijn, wordt de verhouding tusschen eiwitstof en electrolyt ten opzichte van de ionen zoo ingewikkeld, dat zij voor berekening moeilijk toegankelijk wordt, eene moeilijkheid, die zich in het experiment uit door groote wisselvalligheid der uitkomsten. § 3. De gewijzigde vloeistoffen van Ringer. In de RiNGER'sche vloeistof is het mogelijk om het kaliumchloride door andere zouten met een radioactief bestanddeel te vervangen, zooals in Hoofdstuk 2 uitvoeriger is besproken '). Zoo is b.v. voor de normale automatie van het geisoleerde kikkerhart het KCi in de RiNGER'sche vloeistof te vervangen door 25 mgr. U02 (N03)2, welke waarde geldt voor een kikvorschenhart, dat in wintertoestand verkeert. Zooals uit het vorige hoofdstuk bekend mag worden verondersteld, is tusschen het U02 (N03)2 en het CaCl2 in deze gewijzigde vloeistof van Ringer een balanceering vast te stellen 2). Aangezien we hier te doen hebben met het tweewaardige uranylion in tegenstelling met het in de gewone RiNGER'sche vloeistof aanwezige eenwaardige K + ion, is het noodzakelijk onze formule daarvoor eenigszins te wijzigen. Nemen we nu aan, dat de drie electrolyten een electrisch evenwicht vormen lo voor calcium: p RT , C2 Ez = rT ln ~r <4) 2 2 2o voor natrium: p RT , C3 • , v E" = ST'nt (9> 3o voor uranylnitraat: E< = n7 f" ('» dan zal, ten einde een evenwicht tusschen eiwitstoffen en electrolyten onderling te verkrijgen voldaan moeten worden aan den eisch E2 = E3 = E4 Werken we dit nu uit dan krijgen we, daarbij rekening houdende met het feit, dat het uranylion tweewaardig is: ionenconcentratie calcium _ Co2 X c32 ionenconcentratie uranyf ~ C32 X C4 X c2~ ' ' ^ waarin weer C2, C3 en C4 de oplossingsspanningen zijn van het calciumchloride, het natriumchloride en het uranylnitraat. c2 is de concentratie der calciumionen en c die der natriumionen in het electro- ') Zie hiervoor p. 23 e.v. 1916 Dl 25 pgen37rai916erSl' K°"' Akad' V- Wetensch- Dl. 24, pg. 1822, lytmengsel. Substitueeren we nu voor deze oplossingsspanningen weer de reeds bekende waarden voor die van het calciumchloride en die van natriumchloride dan krijgen we: ionenconcentratie calcium 3.22 XC32 ionenconcentratie uranyl ~~ 1.32 X C4 X c2 In deze formules zijn thans nog niet ingevuld de waarden voor de ionenconcentratie van het calcium en natrium in het mengsel n.1. c2 en c3. Deze waarden zijn gemakkelijk te berekenen, en wel is c2 = 0.002 moleculair en c3 = 0.1 moleculair beiden natuurlijk in dit geval voor de RiNGER'sche vloeistof voor koudbloedige dieren. Alleen wat betreft de oplossingsspanning van het uranylnitraat bestond de moeilijkheid, dat omtrent de uitvlokkingsconcentratie van dit zout opgaven ontbraken. Het was daarom noodzakelijk om deze bepalingen zelf uit te voeren. Hierbij moest echter rekening worden gehouden met het feit, dat een oplossing van uranylnitraat zuur reageert, waardoor de uitvlokking van eiwitoplossingen sterk wordt beinvloed. Daardoor werd een uranylnitraat eerst met alcali geneutraliseerd tot een zoodanig punt, dat geen neerslag optrad; de zuurgraad was dan met behulp van rosolzuur vast te stellen. Werd er dan langs dezen weg voor gezorgd, dat alle te gebruiken uranylnitraatoplossingen evenveel waren geneutraliseerd, dan kon langs dezen weg de concentratie worden bepaald, waarbij een maximum uitvlokking optrad. Dit bleek dan op te treden bij een 0.1 moleculair oplossing, zoodat als waarde der oplossingsspanning 0.1 kon worden gebruikt. Plaatsen we nu deze waarden in de formule (15), dan krijgen we: ionenconcentratie calcium 3.22 X O.P ionenconcentratie uranyl 1.3' X 0.1 X 0.002 ionenconcentratie calcium 120 ionenconcentratie uranyl 1 Hebben we nu in de RiNGER'sche vloeistof 10 mgr. uranylnitraat Ca p.L. dan is deze verhouding , rr. volgens de experimenteele ge- UU2 120 gevens ^ > een waarde, die dus dicht tot de berekende nadert. Voor het geval, dat het kalium in de RiNGER'sche vloeistof door thorium is vervangen, wordt de berekening volgens de NERNST'sche formule vrijwel onmogelijk. De samengesteldheid, die optreedt bij de bepaling van de uitvlokking van de eiwitoplossing door het 4 waardige thoriumion, komt tot uiting in de onregelmatigheid, die bij het uitvlokken plaats heeft. Bij deze uitvlokking gaat ook een gedeelte van het vierwaardige thoriumion door hydrolyse in colloidaal thoriumhydroxyde over, waardoor dit colloidaalcomplex ook zijn invloed op de uitvlokking van de eiwitoplossing doet gelden. Dientengevolge spreekt men van „onregelmatige reeksen", waarover Bechhold ') ons nader heeft ingelicht. Het is daardoor onuitvoerbaar de oplossingsspanning van thoriumnitraat te bepalen, waardoor het berekenen der verhouding van de ionenconcentratie niet kan geschieden. ') Bechhold. Zeitschr. f. physik. Chemie. Bd. 48 p. 418, 1904. HOOFDSTUK V. Beschouwingen over de theorie. De in het vorige hoofdstuk aangegeven theorie is eene poging om het balanceeringsvraagstuk uit een algemeen gezichtspunt te beschouwen. Zooals blijkt is daarbij een belangrijke plaats ingeruimd aan de electrische verschijnselen, die zich onder invloed van de electrolyten in de oppervlaktelaag der cellen kunnen afspelen. Ten gevolge van de wisselwerking tusschen de voedingsvloeistof en de ionen, die in de oppervlaktelaag der cel op een of andere wijze worden vastgehouden, ontstaan er potentiaalverschillen tusschen het electrolytmengsel en de celfilm. Daarbij werd aangenomen, mee op grond van de onderzoekingen van Haber, Klemenckiewicz, Michaelis en HöBER, dat deze ionenwerkingen de wet van Nernst volgen. Hierop voortbouwende kwam ik tot de conclusie, dat indien er voldaan moet worden aan den eisch, reeds door Loeb gesteld, dat in de bestanddeelen der celfilms de calcium-, kalium- en natriumionen in een bepaalde verhouding aanwezig moeten zijn, dit alleen dan kan geschieden, indien er tusschen de ionen in het electrolytmengsel en de ionen in de celfilm een electrisch evenwicht bestaat. Een directe consequentie van deze beschouwing is, dat de celoppervlakte een lading moet bezitten tegenover de omgevende vloeistof. En aangezien zulk een lading negatief zal zijn zoolang de oplossingsspanning grooter is dan de ionenconcentratie in de omringende vloeistof zal deze lading ook meestal negatief worden aangetroffen. Omtrent het bestaan van een dergelijke lading zijn reeds verschillende opgaven bekend geworden. Lillie1) ontdekte in 1903 dat spermatozoen in het electrische veld meestal een negatieve lading vertoonen. Kort daarna kon Bechhold2) hetzelfde voor bacterien ') Lillie. Am. Journ. of Physiol. Vol. 8 p. 273 (1903). 2) Bechhold. Zeitschr. f. physik. Chemie. 48. p. 385, (1904). en Höber') voor roode bloedlichaampjes aantoonen. Van groot belang hierbij is het feit, dat bacteriesuspensies door toevoeging van electrolyten tot agglutinatie gebracht kunnen worden. Bordet2) vond daarbij, dat de werking van agglutinine alleen plaats had in tegenwoordigheid van zouten. Höber3) veronderstelt, dat de agglutinatie is te verdeelen in twee phasen t. w. een adsorptie van agglutinine, waardoor de emulsoide colloiden der oppervlakte veranderd worden in suspensoide colloiden en voorts een uitvlokking door de electrolyten. In laatste instantie is de uitvlokking dan te beschouwen als een verdwijnen der lading aan de oppervlakte der cel. Mogelijkerwijze is het agglutinine niets anders als een eiwitstof met speciale eigenschappen t. o. z. van de electrolyten. Zooals uit de boven uitgevoerde berekeningen volgt, komen de uit de formule van Nernst verkregen uitkomsten vrij goed overeen met de werkelijk gevonden feiten. Hoewel dit natuurlijk op zich zelf beschouwd nog geen bewijs is voor de juistheid der theorie, geeft dit toch grond genoeg om haar als werkhypothese te aanvaarden en voorloopig tot verklaring van het balanceeringsvraagstuk aan te wenden, iets wat tot nu toe langs andere wegen niet gelukt is. Wel is vroeger door Mathews4) er op gewezen, dat bij de ionenbalanceering naast de waardigheid ook de oplossingsspanning een rol moet spelen, maar bij deze opmerking blijft het en tot een nader uitwerken der gedachte is het niet gekomen. Als uitgangspunt mijner beschouwingen heb ik de ionenconcentratie gekozen, waarbij een eiwitstof wordt uitgevlokt. In dit geval toch is het potentiaalverschil gelijk aan nul en is de oplossingsspanning gelijk aan de ionenconcentratie in het electrolytmengsel. Het is begrijpelijk, dat in mijnen gedachtengang aan de lading, die aan de oppervlakte der cel is waar te nemen een bijzondere beteekenis wordt toegekend. Daarbij wordt in het midden gelaten of de lading alleen afhankelijk is van de wisselwerking tusschen de eiwitzouten en de electrolyten in de omspoelende vloeistof, dan wel dat ook geadsorbeerde metaalionen hun bijdragen geven. Een consequentie onzer theorie is, dat men zich elke levende cel heeft te denken als aan haar oppervlakte met een lading toegerust. De lading zal moeten varieeren naar gelang de samenstelling der celfilm verandert. Met haar zal de oplossingsspanning veranderen, waardoor het potentiaalverschil tegenover de omringende vloeistof ') Höber. Pflüger's Archiv. 101, 607, (1904); 102, 196, (1904). 2) Bordet. Ann. Instit. Pasteur. 13, 225, (1899). 3) Höber. Physik. Chemie der Zelle und der Gewebe. p. 299, 1914. ") Mathews. Araer. Journ. of Physiol. Vol. 12, 419, (1905). wordt gewijzigd. Daarbij is het zelfs heel goed denkbaar, dat in de levende cel het potentiaalverschil tusschen celfilm en electrolyt geen oogenblik constant is. Er is nog een ander belangrijk punt, waarover hier nadere bijzonderheden dienen vermeld te worden. Volgens de theorie zal een balanceering in het algemeen tusschen de verschillende zouten, die in oplossing bestaan, aanwezig moeten zijn. Die balanceering wordt daarbij in de eerste plaats afhankelijk gesteld van de aanwezigheid van ionen. De balanceering d.w.z. de juiste onderlinge verhouding der ionen, is van belang om er voor te zorgen, dat alle ionen in bepaalde verhouding in de celfilm aanwezig zijn, teneinde daar hunne specifieke werkingte kunnen verrichten. Zonder balanceering der ionen en colloidale complexen in het weefselvocht is deze bepaalde samen stelling van den celfilm niet gewaarborgd. Het doel der bovengenoemde theorie der balanceering is dus niets anders dan te trachten het verschijnsel der balancee- ring tot bepaalde verschijnselen derphysischescheikunde terug te brengen. Opzettelijk zijn in deze beschouwingen de anionen buiten beschouwing gelaten, aangezien hier speciaal de balanceering uit physiologisch oogpunt is beschouwd en waarvoor de onderzoekingen van Loeb e.a. de indifferentie der anionen hebben aangetoond. Bovendien is door het gebruik van de gegevens van Hofmeister voor de berekening reeds met den invloed der mogelijk quantitatieve anionen rekening gehouden. Wil men echter het probleem uitbreiden tot een algemeen colloidchemisch vraagstuk en het trachten toe te passen ter verklaring van de lading der micellen dan zal men theoretisch zeker ook aan de anionen zijn aandacht moeten wijden. | Eene opmerking naar aanleiding van eene publicatie van r. f. Loeb ) is hier tevens op zijn plaats. In aansluiting aan de onderzoekingen van Zwaardemaker heeft deze onderzoeker nagegaan of het kalium ook voor de ontwikkeling van de eieren van zeeegels door andere radioactieve bestanddeelen vervangen kon worden. Voor het uranyl- zout gebruikte hij oplossingen van 25Q Q0Q moleculair en sterker, nadat de eieren eerst in kaliumvrij zeewater waren uitgewasschen. Het resultaat, dat op deze wijze werd verkregen, is absoluut negatief. Gebruikt men echter onze formules om de balanceeringsconstanten te vinden, dan blijkt, dat, in het zeewater, waarin de concentratie van het NaCl hooger is dan in de Ringer'sche vloeistof de maximale concentratie UO2 zout, die gebruikt mag worden ^qq qqq ') r. f. Loeb. Journ. of gen. Physiology. Vol. 3 p. 229, 1920. moleculair moet zijn. Ten einde dus aan een juiste balanceering te voldoen zou het uranylzout in deze verdunning gebruikt moeten zijn geworden. Evenwel ook dan is het geenszins uitgesloten, dat de radioactieve sterkte der vloeistof te gering zou zijn geweest. Wellicht is wanneer ook 1 : 500.000 met zorg is beproefd, dit de oorzaak der negatieve uitslag der proefneming. Maar het kan ook zijn dat de gestoorde balanceering aansprakelijk is. Beide voorwaarden en niet een van de 2 moeten verwezenlijkt zijn, zal het leven op den duur bestaanbaar blijken. Is de eerste veronderstelling gerealiseerd dan zouden we hier een duidelijk voorbeeld hebben van het absoluut gescheiden zijn van balanceering en biologische radioactiviteit. Een tweede voorbeeld hiervan is onlangs door Zwaardemaker en Feenstra ') beschreven voor het geval de het kaliumvervangende stof radiumemanatie is. De emanatie is in staat het kalium te vervangen, maar vertoont geen balanceering met het natrium en calcium. In die proeven was de balanceering gestoord en bleef zij gestoord evenwel niet in die mate, dat de functie der cellen onmogelijk werd gemaakt. Het is als vanzelf sprekend te beschouwen; dat aan de in dit proefschrift ontwikkelde theorie der balanceering vele zwakke punten ontdekt zullen worden. Wanneer men voor gevallen als de onze de wet van Nernst aanvaardt, dan zal men bij de uitwerking der hypothese stooten op de moeilijkheid de electrische oplossingsspanning te vinden. Dat ter berekening de electrolytische oplossingsspanningen der zuivere metalen niet gebruikt kunnen worden is gemakkelijk te begrijpen. Ten einde tot een doel te komen restte niets anders dan voor de bepalingen van het isoelectrische punt de uitvlokkingsproeven van Hofmeister te hulp te roepen, hoewel ik mij er zeer goed van bewust was, dat de eiwitoplossingen van Hofmeister nog geen levende celeiwitstoffen zijn. Omtrent de laatste zijn de gegevens in de physiologische scheikunde echter zoo spaarzaam, dat zij voor mijn doel geheel en al te kort schoten. Maar mischien wordt hierover in de toekomst meer licht geworpen. In de tweede plaats heb ik mij de omspoelende vloeistof steeds gedacht samengesteld te zijn als de eenvoudige RiNGER'sche vloeistof. Met opzet heb ik dit gedaan om de berekeningen niet te ingewikkeld te maken. Natuurlijk is het hierdoor slechts mogelijk de normale physiologische toestand te benaderen, want alle andere bestanddeelen van bloed, weefselvloeistof en lymphe heb ik, om de voorstelling te vereenvoudigen, verwaarloosd. ) Zwaardemaker en Feenstra. C. R. Soc. de Biologie. T. 84 p. 377.1921. Men zou zich voorts kunnen denken, dat nieuw toegevoerde zouten, zooals b.v. het uranylnitraat in de Ringer sche vloeistof, in de' proeven van Zwaardemaker zich niet onmiddellijk met de eiwitstoffen vereenigen en daarom niet in mijne theorie mogen worden opgenomen. Stelt men zich echter voor, dat ook in een zich in evenwicht bevindende vloeistof de ionen steeds in beweging zijn, dus dat in een gebalanceerde vloeistof zich steeds evenveel ionen met de eiwitstoffen kunnen binden als er ionen worden afgestooten, dan is er m.i. geen hinderpaal zich in te denken dat zich ook nieuw toegevoegde ionen met de eiwitstoffen zullen verbinden. Ook is het geen bezwaar, dat misschien bij de natuurlijke aanhechting van Na-, K-, en Ca-ionen aan het protoplasma, of de kunstmatige te voorschijn geroepen aanhechting van vervangers de binding niet van zoogenaamd chemischen aard is, maar tot het terrein den adsorpties moet worden geHekend. Immers de oplossingsspanning van Nernst komt onder alle omstandigheden tot uiting, hoe ook de atomen vastgehouden worden, mits het slechts niet geschiedt in ionvorm, Om dezelfde reden is het ook onverschillig voor de toepassing van de in Hoofdstuk 3 ontwikkelde theorie of de aangehechte atomen al dan niet herkomstig zijn uit een colloidale oplossing. Het eenige waarmee de theorie rekening heeft te houden is met de aanwezigheid van niet-geioniseerde atomen aan het celoppervlak en met de concentratieverhouding van het metaalpunt in dit opzicht tot de metaalionen van dezelfde soort in de omringende vloeistof. De theorie, die ik in Hoofdstuk 3 heb trachten te ontwikkelen, verschilt van de oorspronkelijke theorie van J. Loeb in tweeerlei opzicht: lo doordat het protoplasma vrij van een membraan gedacht wordt, zoodat alle permeabiliteitsbeschouwingen, in dit verband althans, komen te vervallen. 2° doordat de oplossingsspanning van Nernst in het geding gebracht wordt met een potentiaal, bepaald door de concentratie der ionen in het electrolyt en de waarde der oplossingsspanning. Wat sub. 1 betreft zij nog opgemerkt, dat ik wel een oppervlaktelaag aan het celprotoplasma toedenk, maar niet als een continueele membraan van bepaalde permeabiliteit. De oppervlakte moge als vlak continu zijn, niet als film van overal gelijkwaardige stof. Volgens de wet van Gibbs kan hier deze soort bestanddeelen, daar een andere zijn opgehoopt. Wat sub. 2 aangaat zij het mij vergund er nog eens uitdrukkelijk op te wijzen, dat ik mij de Na-, K- Ca. atomen of in het experiment hun vervangers mij bepaaldelijk op zeer omschreven plaatsen gelocaliseerd denk en het de bestanddeelen op die plekken zijn, welke de oplossingsspanning bepalen. Wanneer de potentialen in deze metaalpunten niet op alle plaatsen van het celoppervlak gelijk zijn, zullen zich uit den aard der zaak electrische stroomen ontwikkelen, die tot vereffening van deze ongelijke potentialen zullen bijdragen en niet tot rust komen, alvorens overal op het celoppervlak dezelfde electrische lading is ontstaan. Om tot bedoelden toestand van electrisch evenwicht der oppervlakte te geraken zal van het eene metaalpunt atomen moeten worden weggenomen, van het andere moeten worden toegevoegd. De weggenomen atomen worden tot ionen en voegen zich bij de ionen in de vloeistof, de bijgemetselde atomen worden in het algemeen aan de omringende vloeistof ontleend, onverschillig of zij daar in ionvorm dan in dien vorm van moleculen, of van colloidale complexen mochten worden aangetroffen. De theorie is genoodzaakt aan het celoppervlak een eigen lading toe te kennen, onafhankelijk van ionen-adsorptie. Ik vind vrijheid van deze veronderstelling uit te gaan, daar zulk een lading voor een drietal soorten van vrij bewegelijke cellen empirisch werd aangetoond. Bovendien maakt het feit, dat de moderne colloidchemie op grond van de onderzoekingen van Powis het isoelectrische punt niet meer met den ladingloozen toestand vereenzelvigt, het minder gewaagd aan vaste cellen eveneens een eigen zelfstandige lading toe te kennen. Door welke krachten in de metaalpunten de niet-geioniseerde atomen Na, K, Ca, of in het experiment hunne vervangers, worden vastgehouden, is voorshands niet te zeggen. Het kunnen chemische krachten zijn, zooals J. Loeb en Brailsford Robertson zich dit denken of wel oppervlaktewerkingen in den trant van Langmuir. De eenige voorwaarde, waaraan de ophoopingen van metaal met oplossingsspanning moeten voldoen is de niet geioniseerde toestand, waarin de atomen op die plekken komen te verkeeren. Slechts de ion-vorm is onvereenigbaar met de veronderstelling eener oplossingsspanning. In de zooeven geopperde aanname van atoombinding ligt ook het willekeurige mijner theorie, die overigens niets anders bedoelt dan de mogelijkheid te openen eener verklaring der physiologische electrolytwerkingen, welke tot dusverre langs anderen weg niet te bereiken viel. Wanneer het electrolytgehalte der omringende vloeistof aan het celoppervlak een nieuw evenwicht van aangehechte metaalionen opdringt, geldt de nieuwe samenstelling van het protoplasma uitsluitend voor de oppervlaktelaag. De mogelijkheid van een wisselwerking tusschen oppervlaktelaag en diep protoplasma moet onge- twijfeld opengelaten worden. Aangezien dit terrein echter volslagen terra incognita is, durf ik mij er niet op begeven. Van de spier wordt gezegd, dat zij in haar cellen geen natrium zou bevatten ')• Kalium is echter in een groote hoeveelheid aanwezig. Omtrent het calcium verkeert men in het onzekere, vooral wat de localisatie van de sporen, die werden gevonden, betreft. Hoe deze atomen, voor zoover zij aanwezig zijn, in het diepe protoplasma gebonden zijn, zeer vast of los, is geheel onbekend. Alleen is door Zwaardemaker en zijne medewerkers vastgesteld, dat uit de cellen der hartspier door voortdurende doorstrooming met kaliumvrije ringer'sche vloeistof sporen kalium worden vrijgemaakt. Het is dus mogelijk, voor het kalium althans, dat zich een weinig atomen uit de diepte naar de oppervlakte begeven. Ook het omgekeerde kan misschien plaats hebben, zelfs met atomen die de omringende vloeistof aan de oppervlaktelaag opdringt. Hiervoor zal vermoedelijk vrij veel tijd noodig zijn. De balanceeringsverschijnselen ontwikkelen zich echter met groote snelheid, zoowel wanneer zij zich in herstel van functie verraden als wanneer stoornis in balanceering stoornis van functie te weeg brengt. In de theorie der balanceering behoef ik, naar het mij voorkomt deze dieptewerkingen voorloopig niet te betrekken. ') F. Urano. Zeitschr. f. Biologie. Bd. 50 p. 212. 1907. HOOFDSTUK VI. De ionenbalanceering en het radio-physiologisch antogonisme. De studie van de physiologische balanceering van ionen kan plaats hebben zonder dat men bekend is met het radio-physiologisch antagonisme en geheel onafhankelijk daarvan. Deze volkomen onafhankelijkheid ten opzichte van de radio-biologische functies wordt verkregen, wanneer men er voor zorg draagt nooit meer dan één soort radioactieve ionen in de vloeistof te hebben. Zoodra er echter twee zijn is het radio-physiologisch;antagonisme een factor, waarmee rekening moet worden gehouden. Daarom is het goed de twee verschijnselen: ionenbalanceering en radio-physiologisch antagonisme naast elkaar te stellen. Wat men onder ionenbalanceering heeft te verstaan, hebben we op de voorafgaande bladzijden getracht uiteen te zetten. Het geldt een eigenschap, welke verwezenlijkt kan worden met behulp van alle denkbare ionen ')• Onder het radio-physiologisch antagonisme wordt verstaan het ophouden der automatie, door een radioactieve substantie onderhouden, na toevoeging van een tweede radioactief bestanddeel van tegengesteld teeken, dat indien alleen aanwezig ook in staat zou zijn om het hart te doen kloppen. Dit heeft plaats indien het eene bestanddeel a-stralen en het andere /?-stralen uitzendt. Bij het onderzoek naar de werking van radioactieve stoffen op de hartspier, indien deze de plaats van het radioactieve kalium in ') In de theorie der ionenbalanceering is gebruik gemaakt van het door Nernst ingevoerde begrip: „electrolytische oplossingsspanning". Deze oplossingsspanning heeft een hooge waarde voor de z.g. onedele metalen, terwijl zij daarentegen voor de edele metalen zeer laag is. Of ditzelfde voor de verbindingen der metalen ook geldt is niet bekend en kan voorloopig ook niet onderzocht worden. Merkwaardig is het echter, dat de physiologisch werkzame metalen allen een zeer hooge oplossingsspanning bezitten. de Ringersche vloeistof innemen, kwam dit verschijnsel toevallig aan het licht. Werd het hart doorstroomd met een vloeistof, waarin in plaats van 100 mgr. KC1 25 mgr. UOz (NOs)2 aanwezig was, dan kon het hart hiermede regelmatig blijven kloppen. Indien echter dit mengsel werd vervangen door Ringer'sche vloeistof, waarin dus meer kalium aanwezig was, dan ging, merkwaardigerwijze het hart met deze vloeistof stilstaan. Ter verklaring van dit verschijnsel heeft Zwaardemaker verondersteld, dat in dit geval de werking der a-stralen, die door het uranium worden uitgezonden, door het gelijktijdig aanwezig zijnde /ö-stralen uitzendende kalium te niet worden gedaan. Voortgezet onderzoek in deze richting heeft ,meer en meer bewijzen voor deze opvatting opgeleverd, zoodat thans mag worden aangenomen, dat inderdaad het radio-physiologisch antagonisme moet worden toegeschreven aan eene werking tusschen de positieve a-stralen en de negatieve jS-stralen. Indien de a-stralende stof en de /8-stralende stof beiden gelijktijdig in aequiradioactieve hoeveelheid aanwezig zijn, dan zal het hart zijne automatie verliezen. Men kan op die manier bij twee van deze in bepaald opzicht tegengesteld werkende radioactieve stoffen verschillende hoeveelheden vinden, waarbij de automatie te loor is gegaan. Vereenigt men dan deze punten in een graphiek, dan krijgt men een curve van den vorm als hieronder voor het antagonisme tusschen kalium en uranium afgebeeld. Fig. 5. Graphische voorstelling van het radiophysiologisch antagonisme; op de abscis de hoeveelheid KC1 in mgr. p. L. op de ordinaat de hoeveelhetd U02 (N03)2 in mgr. per Liter. Eene vergelijking van deze curve met de graphische voorstelling der balanceering is niet geoorloofd. De punten, die te zamen de lijnen vormen, geven in beide graphische voorstellingen iets geheel verschillends aan. In het eene geval bij het radio-physiologische antagonisme, waar de hoeveelheden der beide radioactieve stoffen op ordinaat en abscis zijn uitgezet, moet men de punten beschouwen als de meetkundige plaats der gecombineerde hoeveelheden kalium en uranium, die het hart tot stilstand brengen. Daarentegen moet men in de balanceeringscurven het gedeelte, dat als balanceeringszone is aangeduid, beschouwen als het gebied, waarin de gecombineerde hoeveelheid der beide balanceerende zouten het hart juist zijne automatie hergeeft en doet behouden. In het eerste geval dus vernietiging van functie, in het tweede herstel. Reeds daarom is het onmogelijk om beide curven aan eene vergelijking te onderwerpen, maar bovendien zijn de beide processen in wezen geheel en al verschillend. Voor het geval dat de electrolyten in de vloeistof gebalanceerd zijn kan men aannemen, dat er een evenwicht aan de oppervlakte der cellen en tusschen protoplasma en omgevende vloeistof is gevormd. Dit evenwicht is een electrisch evenwicht en wordt geinfluenceerd door elke aanbrenging van ionen van buiten af. Voor organen zooals de eieren van Fundulus, waarvoor J. Loeb heeft vastgesteld, dat zij ook in gedestilleerd water kunnen ontwikkelen, zijn de zouten primair voor de ontwikkeling niet noodig. Maar indien toevalligerwijze de zouten aanwezig zijn, dan moeten zij in een gebalanceerde hoeveelheid erin voorkomen. Voor andere organen, zooals het kikvorschenhart, wordt het algemeene verschijnsel der ionenbalanceering op den achtergrond gedrongen. In dit geval zijn de zouten beslist noodig voor een goede functioneering. Hunne tegenwoordigheid wordt niet alleen vereischt ter onderhouding van een goeden osmotischen druk, maar ook met het oog op hunne specifieke werking zijn zij onontbeerlijk. Natuurlijk is het ook in zulke vloeistoffen noodzakelijk, dat de zouten in gebalanceerde hoeveelheid voorkomen, omdat ook hier een evenwicht tusschen protoplasma en omgevende vloeistof vereischt is (algemeen biologisch vereischte). Voor het hart moet er echter bovendien voor worden zorg gedragen, dat de verschillende bestanddeelen hunne specifieke werking kunnen ontvouwen. De specifieke werking van het kalium berust in zijn radioactief karakter. Er komt daar dan bij, dat in bijzondere omstandigheden het radio-physiologisch antagonisme het spel der ionen nog gecompliceerder kan maken. Bij onderzoekingen van de ionenbalanceeringen is het daarom een dringende eisch, dat in de vloeistof slechts één radioactief bestanddeel aanwezig is. Neemt men meer dan een radioactief bestanddeel dan loopt men kans, dat door het optreden van het radio-physiologisch antagonisme groote complicaties insluipen. Ook het natrium en het calcium spelen een specifieke rol voor het kikvorschenhart. Had men hier alleen te doen met de alge- meene ionenwerkingen, dan zou het mogelijk moeten zijn om b.v. het calcium door alle niet-toxische bivalente ionen te vervangen. In werkelijkheid echter is dit niet aldus. Zooals reeds aan Ringer was gebleken kan het calcium alleen door het strontium geheel en al vervangen worden. Hierdoor komt duidelijk aan het licht dat de aanwezigheid van het calcium of het strontium vereischt wordt om een of andere aan deze beide stoffen toekomende eigenschap, waaromtrent tot heden nog niets bekend is. Hetzelfde geldt voor het natrium. Deze stof kan door niets geheel vervangen worden, door lithium alleen eenigermate. De drie in de Ringersche vloeistof aanwezige ionen t. w. natrium, kalium en calcium moeten in de hartspier aanwezig zijn voor hunne specifieke werking, maar teneinde een evenwicht te krijgen tusschen protoplasma en omspoelend electrolytmengsel moet bovendien aan de algemeene eigenschap der ionen voldaan zijn. De balanceering is het gevolg van deze algemeene eigenschap, het radio-physiologisch antagonisme is het gevolg van een der specifieke werkingen, t. w. de radioactiviteit. Balanceering en radio-physiologisch antagonisme zijn twee geheel verschillende verschijnselen, die onafhankelijk van elkaar in de hartspier kunnen optreden. SAMENVATTING. 1. De balanceering der zouten in physiologische oplossingen is een tot onderling evenwicht komen van ionenwerkingen en moet als een algemeene eigenschap der ionen worden opgevat. 2. De waardigheid der ionen is een factor voor het verschijnsel, maar een factor van ondergeschikte beteekenis. 3. De anionen zijn voor de balanceering van weinig belang. 4. Een invloed van de temperatuur op de balanceering is niet merkbaar. 5. Het verloop der balanceeringscurven komt voor alle onderzochte gevallen overeen. 6. Daarbij blijkt er een zekere variatiebreedte te bestaan; de curve wordt daardoor tot een zone. 7. Voor radiumemanatie, dat in de vloeistof niet in ionenvorm, maar als gas is opgelost, kan geene balanceering met calciumionen worden aangetoond. 8. Ten einde eene verklaring te kunnen vinden voor de ionenbalanceering is het noodzakelijk zich rekenschap te geven van de verschijnselen, die zich in de grenslaag protoplasmaweefselvloeistof afspelen. 9. Neemt men aan, dat de in het grensvlak opgehoopte ionen, die daar vastgehouden worden, in evenwicht verkeeren met het omspoelende electrolyt, dan kan op dit evenwicht, dat als een electrisch evenwicht moet worden opgevat, de formule van Nernst toegepast worden. 10. Ter berekening der balanceeringsverhoudingen is het noodzakelijk voor de in de grenslaag vastgehouden ionen de „electrolytische oplossingsspanning" te bepalen. 11. Ten einde deze bepaling te kunnen verrichten, werd de toestand beschouwd, waarin de concentratie van het beschouwde electrolyt dezelfde waarde bezit als de constante der electrolytische oplossingsspanning. In dat geval is het potentiaalverschil gelijk aan nul en is dus het isoelectrische punt bereikt. 12. Uitgaande van de gegevens van Hofmeister was het mogelijk om de waarde der electrolytische oplossingsspanningen te bepalen. 13. Gebruik makende van de gegevens in de daartoe uitgebreide formule van Nernst, was het mogelijk om het evenwicht tusschen de ionen in verschillende physiologische oplossingen te berekenen. 14. De uitkomsten der berekeningen komen voor physiologische vloeistoffen voor warmbloedigen zeer goed overeen met de experimenteele gegevens. Voor de koudbloedigen zijn de verschillen grooter. De oorzaak hiervan moet waarschijnlijk gezocht worden in het feit, dat Hofmeister eiwitstoffen van warmbloedige dieren voor het onderzoek heeft gebruikt. Voor koudbloedige dieren zullen de constanten een eenigszins andere waarde bezitten. 15. In de uitgebreide formule van Nernst komt ook de onafhankelijkheid van temperatuursinvloed en de ondergeschikte beteekenis van de waardigheid der ionen aan het licht. Na -|- K 16. De door J. Loeb gebruikte formule heeft volgens deze theorie wel globale maar geen nauwkeurig quantitatieve beteekenis. 17. Voor zomerkikvorschen zijn de uitkomsten geheel afwijkend. Door vergelijking van de werking der sensibilatoren, die stellig in de grenslaag zullen worden opgehoopt, met de stoffen, die in werking met agglutinine overeenkomen, wordt begrijpelijk, dat hier de constanten een geheel andere waarde moeten verkrijgen. 18. Balanceering is een verschijnsel van algemeenen aard uit het gebied der ionenwerkingen; het radio-physiologisch antagonisme daarentegen is een specifieke werking van in een physiologische vloeistof aanwezige radioactieve stoffen. 19. Voor cellen, wier normaal functioneeren gebonden is aan de aanwezigheid van ionen, heeft men rekening te houden a. met het al of niet gebalanceerd zijn der in de omringende vloeistof voorkomende ionen; b. met de specifieke natuur der in zulk een vloeistof aanwezige ionen.