OH

+ 2CeHe + 02 = 2S02<^*i(. jl + 2 H.O.

Il se peut parfaitement qu'à côté des synthèses qui résultent d'une tendance au rétablissement de l'équilibre chimique, il y en ait d'autres qui soient dues ainsi à l'intervention de l'oxygène. Si cette hypothèse était vérifiée, elle nous aiderait encore à comprendre la nécessité universelle de l'oxygène pour les phénomènes delà vie.

c) Morl rapide par manque d'oxygène; action préservatrice de P oxygène.

Il y a toute une série de faits qui me semblent indiquer que l'oxygène peut jouer vis-à-vis de la substance vivante le rôle d'une substance préservatrice. Chez les mammifères (et probablement aussi chez les oiseaux), une interruption de la respiration détermine en quelques minutes un état d'inconscience et bientôt la mort. Il semble donc que les

effets du manque d'oxygène se fassent sentir en premier lieu dans les hémisphères cérébraux, — sans doute dans la substance grise, car la circulation du sang est assez peu active dans les nerfs pour qu'on puisse supposer que leur sensibilité au manque d*oxygène est très faible. Speck a constaté qu'en respirant de l'air contenant seulement 7,36 p. 100 d'oxygène, Sous une pression égale à la pression atmosphérique, il était hors d'état de penser au bout de deux minutes environ et ne tardait pas à s'évanouir (1). Les observations qui ont été faites sur la mort par immersion montrent que la respiration s'arrête au bout d'un temps qui n'est pas beaucoup plus long. Les centres respiratoires sont atteints avant les muscles, car les muscles sont encore excitables au moment de la mort. Nous avons eu souvent dans mon laboratoire l'occasion de constater que, chez de jeunes poissons, par exemple, la respiration s'arrête bien avant le cœur. Récemment, Kuliabko a annoncé que, chez l'homme, on peut encore, 18 heures après la mort, obtenir des battements ou des trémulations fîbrillaires du cœur en le plaçant dans des solutions salines appropriées (2). En somme, le fait important qui se dégage de ces observations est celui-ci : chez les animaux à sang chaud et chez beaucoup d'animaux à sang froid, le manque d'oxygène détermine en peu de temps, dans les centres respiratoires, des modifications qui ne peuvent plus être réparées, même quand on restitue artificiellement de l'oxygène au sang. Au bout d'un certain temps, les autres tissus subissent à leur tour des modifications qui suspendent pour toujours leur fonction. Mais la vitesse avec laquelle se produisent ces modifications est variable suivant les tissus, les organes, et aussi suivant les espèces (3).

(1) Speck, Physiologie des menschlicherwAîmens. Leipzig, 1892,

(2) Kuliabko, P/ïugers Archiv, vol. IHC, p. 539, 1903.

(3) Il est évident que l'arrêt de la respiration doit entraîner, plus ou mo4ns rapidement, la mort de tous les organes par défaut d'oxy-

On peut remarquer que le temps nécessaire pour produire ces modifications irréversibles est d'autant plus long que l'animal est plus jeune. J'ai fait des expériences à ce sujet sur les œufs d'un poisson osseux, le Fundulus. Des œufs qui venaient d'être fécondés pouvaient rester vivants trois ou quatre jours dans une atmosphère privée d'oxygène (à une température de 2T environ) ; des embryons âgés de trois jours et possédant déjà une circulation ne pouvaient résister que 24 heures environ (1).

Ce qui est beaucoup plus important, c'est que le manque d'oxygène semble produire d'autant plus rapidement la mort définitive que la température est plus élevée. Ce fait me semble ressortir nettement des observations personnelles que j'ai pu faire sur des animaux à sang froid mais je ne connais pas d'expériences systématiques sur Ja question.

Si des expériences méthodiques à ce sujet donnaient un résultat positif, on serait amené à supposer que les modifications irréversibles desquelles réèulte la mort par défaut d'oxygène sont dues à des substances nuisibles ou toxiques, qui, normalement, se forment dans l'organisme, mais sont rendues inoffensives par l'oxygène. Nous savons, en effet, que l'accélération des réactions chimiques par l^lévation de la température est un fait très général : il est donc naturel, dans l'hypothèse où nous nous plaçons, que le manque d'oxygène détermine d'autant plus rapidement la mort que la température est plus élevée.

Mais y a-t-il des faits qui témoignent en faveur de cette hypothèse ? Nous citerons ici des expériences qui ont été faites sur le muscle. Araki a constaté que, si on a fait travailler un muscle en l'absence d'oxygène, il contient du glucose et de Pacide lactique, substances qui ne se ren-

g^];ie.. — Si Iç cœur survit si longtemps, c'est que le manque d'oxygè.i\e ne. produit pas si vite des modifications irréversibles dans les muscles que dans les centres nerveux.

(1) LoEB, Pflugers Archiv, vol. LV, p. 530, 1894.

contrent pas dans le muscle qui a été suffisamment pourvu d'oxygène (1). Faut-il admettre que, dans ce dernier cas, ces substances ne se sont pas formées ? Il est probable, au contraire, que le glucose représente un produit intermédiaire de la décomposition du glycogène en CO2 et H2O ; l'acide lactique a probablement une origine analogue. La différence entre les deux cas résulterait donc de ce que ces substances, qui, dans les conditions normales, sont bien vite transformées par oxydation, restent telles quelles dans le muscle s'il y a défaut d'oxygène. Nous n'avons pas le droit d'affirmer, d'ailleurs, que ces substances soient précisément celles qui nuisent à la vie du muscle; mais nous voyons, à tout le moins, que le manque d'oxygène peut déterminer la persistance de produits de désassimilation anormaux (2).

La bactériologie nous fournit de nombreux faits du même genre. Hueppe a constaté que le bacille du choléra produit des substances plus toxiques, quand il est cultivé à l'abri de l'oxygène. Kastleet Elvove citent le fait suivante la toxine diphtérique s'affaiblit très vite quand elle est soumise à l'action de la lumière en présence d'une atmosphère qui contient de l'oxygène : en l'absence d'oxygène, la lumière est sans effet. On sait, d'autre part, que la lumière favorise l'oxydation de beaucoup de combinaisons organiques : il est donc naturel de penser que la toxicité plus grande du bacille diphtérique en l'absence d'oxygène tient à la non-oxydation de certaines des substances qu'il produit. Pasteur avait observé déjà que des cultures du bacille du charbon devenaient moins toxiques, quand on les exposait à l'air. De nouvelles expériences de Kastle et Elvove ont montré que certaines substances fortement réductrices sont particulièrement toxiques ; ces auteurs inclinent à

(1) T. Araki, Zeitschr, fur physiol Chemie, vol. XV, p. 335, 1891.

(2) D'après Richet et Broca, le muscle qui a été « fatigué » en l'absence d'oxygène ne recouvre que très incomplètement son excitabilité.

admettre que beaucoup de toxines appartiennent à la catégorie des poisons réducteurs (1).

En résumé, le manque d'oxygène provoque en peu de temps dans les organes, — notamnjent dans ceux où les échanges sont le plus actifs, — des modifications telles qu'un apport nouveau d'oxygène ne peut plus rétablir leurs fonctions. Ces modifications peuvent être de nature chimique (production ou non-destruction de substances nuisibles, arrêtant, par exemple, l'activité des ferments) (2) ou physique (altérationà de la structure de certains éléments) (3). En tout cas, nous voyons que l'oxygène n'est pas seulement une source d'énergie, mais [aussi une « substance préservatrice » de l'organisme. (V. leçonV, l*"® partie).

d) Changements de structure déterminés par le manque d^oxygène.

Les changements de structure déterminés par le manque d'oxygène peuvent être observés d'une façon très nette chez les premiers blastomères du Ctenolabrus (Poissons osseux) (4). Si on attend que les œufs fécondés aient atteint le stade à 4 ou à 8 blastomères et qu'on les mette alors dans une chambre à gaz de Engelmann traversée par un courant d'hydrogène, on voit, en assez peu de temps (une demi-heure ou plus suivant la température), les parois des cellules se diviser en petites gouttelettes, qui se réunissent ensuite en gouttes plus grosses (fig. 1-5). Si on leur restitue assez tôt de l'oxygène, on peut voir commencer une nouvelle segmentation ; mais si on attend un peu plus

(1) Kastle et Elvove, Amer, chem. Journal, vol. XXXI, p. 195, 1904,

(2) S.-W. Young, a montré qu'il y a tout une série de substances organiques qui arrêtent l'action des catalysateurs.

(3) Par exemple, la production d'acides pourrait déterminer la coagulation de certaines parties du protoplasma.

(4) J. LoEB, Pflugers Archiv, vol. LXII, p. 249, 1895.

LOEIl. 4

longtemps, le processus cesse d'être réversible et la vie est éteinte définitivement.— Les œufs d'autres espèces ne présentent pas, dans les mêmes conditions, de modifications de structure aussi nettes.

Quel rapport y a-t-il entre ces modifications de structure, déterminées par le manque d'oxygène^ et la mort dé-

FiG. 1, 2, 3, 4, 5. — Fonte des membranes cellulaires de l'œuf du Cienolabras sous l'action du manque d'oxygène. L'œuf étant au stade 4 (fig. 1) est mis dans la chambre à gaz. Dès qu'on a commencé à faire passer le courant d'hydrogène, on constate une fonte partielle de la paroi cellulaire (flg. 1) : pourtant l'œuf se divise de nouveau et passe en stade 8 (fig. 2). Mais alors le processus s*accentue, et finalement, la position des membranes cellulaires n'est plus indiquée que par des gouttelettes (fig. 4-5).

finitive ? Il est évident que la destruction d'organes aussi importants que les membranes des cellules doit altérer ou arrêter les fonctions de ces cellules. Pour être fixé sur ce point, j'ai étudié l'influence du manque d'oxygène sur les battements du cœur de l'embryon du Ctenolabrus, encore renfermé dans l'œuf. L'œuf est parfaitement transparent, et le tube cardiaque, qui à cette époque du développement est encore extérieur à l'embryon, peut être observé dans

d'excellentes conditions. Dans une chambre à gaz traversée par de l'hydrogène pur, le cœur s'arrête brusquement, au bout de 45 ou 20 minutes. Ce qu'il y a de plus remarquable, c'est que cet arrêt n'est pas précédé par une décroissance progressive du nombre des battements, et qu'il se produit bien avant que tout l'oxygène libre ait pu être enlevé par le courant d'hydrogène. Ainsi, dans une expérience, le cœur battait, avant le passage du courant d'hydrogène 90 fois à la minute ; A minutes après le début du passage du courant, le nombre des battements est de 87 par minute ; 3 minutes plus tard, il est de 77 ; ensuite, le pœur s'arrête brusquement. Je ne crois pas que, dans ces conditions, l'arrêt puisse être attribué à un défaut d'énergie, car*(( la mise en marche » de la contraction cardiaque ne demande qu'une dépense d'énergie relativement très faible, et il semble difficile d'admettre que les processus de dédoublement qui peuvent continuer à se produire en l'absence d'oxygène ne suffisent pas à fournir cette énergie. La soudaineté de l'arrêt fait plutôt penser à la rupture brusque d'un rouage d'une machine. L'arrêt pourrait donc correspondre à un phénomène analogue à la destruction des parois cellulaires qu'on observe cliez le même embryon à un stade moins avancé de son développement (1).

Cette hypothèse est confirmée, dans une certaine mesure, par ce qui se produit chez un autre poisson osseux, le Fandulus, Chez le Fundulus, le manque d'oxygène ne provoque pas la fonte des parois de blastomères : la segmentation peut continuer 12 et 16 heures sous l'action du courant d'hydrogène. Et, d'autre part, le cœur, chez les embryons plus âgés, ne s'arrête pas brusquement, mais seulement au bout de 12 à 15 heures. Le nombre des battements commence par tomber, pendant les premières

(1) 11 se peut aussi qu'il soit dû à une modification physique portant, par exemple, sur la tension superficielle, et non appréciable optiq^uement.

heures, de 100 à 20 ou 10 par minute, après quoi le cœur continue à battre oinsi pendant des heures (Ij. Donc, chez le Fundulus, ni modification visible de la structure des cellules, ni arrêt brusque du cœur.

Budgett a montré que beaucoup d'infusoires présente)it également des modifications de structure visibles, quand ils sont privés d'oxygène. Chez Oxytricha, la membrane superficielle se rompt en un point, et le contenu du corps s'écoule par cette déchirure. Les Paramécies se vacuolisent fortement et finissent par éclater. Les amibes se va-^ cuolisent et deviennent sphériques. Sur mon conseil, Budgett a recherché si des poisons tels que le cyanure de potassium, la morphine, la quinine, Tantipyrine, la nicotine, Tatropine, etc., ne produiraient pas des changements morphologiques analogues à ceux que détermine le manque d'oxygène, et il a obtenu des résultats positifs (2). En ce qui concerne le cyanure de potassium, on savait déjà, depuis les recherches de Schônbein, de Claude Bernard, de Geppert, qu'il arrête les oxydations dans les tissus. Budgett a admis que les autres poisons que nous venons de mentionner devaient avoir la même action, et, depuis, W. S. Young a en effet montré que les alcaloïdes ralentissent certains processus d'auto-oxydation. Budgett pense que le manque d'oxygène agit en déterminant la persistance de produits de désassimilatioij toxiques, qui sont la cause des changements de structure observés.

Des températures élevées, — bien qu'inférieures à la température de coagulation, — déterminent également chez les infusoires des changements de structure analogues à ceux que provoque le manque d'oxygène (3). Il se peut qu'à ces températures, la vitesse des réactions qui

(1) LœB, art. cité.

(2) Budgett, Amer. Journal of Physiology, vol. I, p. 210, 1808.

(3) ZoETHOUT, Amer. Journal of Physiology, vol. II, p. 220, 18%.

mm^

produisent les substances nuisibles soit trop grande pour que Foxygène, qui dilFuse lentement dans Teau, puisse suffire à les détruire.

Budgett a cherché à savoir si la mort rapide des animaux à sang chaud qu'on prive d'oxygène ne pourrait pas être attribuée à des changements de structure des cellules nerveuses appréciables au microscope; mais les recherches faites à ce sujet n'ont donné aucun résultat net.

e) Production d'acide carbonique par les ferments.

Sous le nom de respiration, on désigne, comme nous l'avons dit plus haut, un processus qui comprend une absorption d'oxygène et un dégagement d'acide carbonique. Mais il ne faudrait pas croire que tout Tacide carbonique formé par l'organisme résulte directement d'une oxydation de carbone par l'oxygène de l'air. Dans beaucoup d'organismes, sinon dans tous, l'acide carbonique prend bien plutôt naissance par dédoublement.

L'exemple classique de ce mode de formation de l'acide carbonique est celui du dédoublement du glucose par la levure.

On sait que, sous l'inQuenco des cellules de levure, le glucose est dédoublé en COa et en alcool et que l'absence d'oxygène non seulement n'empêche pas ce dédoublement, mais l'accélère plutôt. Le catalysateur de cette réaction est un ferment que Bûchner a pu extraire de la levure en la soumettant à une très forte pression, et qu'il a appelé zymase. L'extraction de ce ferment présente un intérêt supérieur à celui d'une découverte particulière. En elfet, on connaissait depuis longtemps certains catalysateurs qui diffusent facilement des cellules dans l'eau : Tamylase, l'invertine, la maltase, etc. ; mais on n'avait pas réussi jusque-là à extraire des cellules de levure une substance capable de provoquer, comme la levure vivante, la fermentation alcoolique du sucre

Pasteur s'était appuyé sur cette impossibilité d'extraire le ferment de la levure pour admettre qu'il s'agissait, dans le cas de la levure, de processus radicalement différents de ceux que provoquent les ferments solubles dans l'eau. D'après lui, la cellule de levure vivante était Tagent nécessaire de la fermentation alcoolique du sucre, et l'action fermentatrice de cette cellule ne pouvait pas être séparée de l'ensemble de son activité vitale (1). Liebig avait soutenu au contraire que, dans ce cas comme dans les autres, la fermentation dépend d'une substance dont l'existence n'est pas liée nécessairement à la vie des cellules (2). Bûchner, en découvrant une méthode qui permet d'extraire la zymase de la levure, a montré que Liebig avait raison et que, seules, des difficultés techniques particulières s'opposaient à ce qu'on pût isoler le ferment (3).

Des exemples de ce genre sont instructifs, parce qu'ils nous invitent à ne pas considérer comme définitive l'impossibilité où nous sommes d'agir sur tel ou tel phénomène.

Mais le dédoublement du sucre en acide carbonique et en alcool n'est pas un effet spécial à la levure : le même phénomène semble se produire d'une façon très générale chez les êtres vivants. Par exemple, Pasteur a constaté que les fruits mis à l'abri de l'air produisent de l'acide carbonique et de l'alcool. Il semble donc qu'ils contiennent un ferment du type de la zymase. Peut-être l'alcool ne persiste-t-il qu'en raison de l'absence d'oxygène : dans les conditions normales, il apparaîtrait comme produit intermédiaire et serait immédiatement oxydé. — E. Godlewski et F. Polzeniusz ont constaté une fermentation alcoolique dans des graines germant à l'abri de l'air (4).

(1) Pasteur, Etudes sur la bière, Paris, 1876. — Annales de Chimie et de Physique, vol. LVIII, p. 323, 1860.

(2) Liebig, Ueber Gàrung, iiber Quelle der Muskelkraft und Ernàhrung, Leipzig, 1870.

(3) E. BucHNER, H. BucHNER, M. Hahn, Die Zymasegàrungj Mûnchen,

(4) Bulletin de V Académie de Cracovie, 1901.

Stoklasa et ses collaborateurs ont pu démontrer que, chez toute une série de plantes et de graines germant à Tabri de l'oxygène, il se forme de l'acide carbonique et de l'alcool, et que les poids de ces deux substances sont dans le même rapport que dans la fermentation alcoolique. Ils ont même pu montrer que la diminution du poids de la substance sèche, après la respiration, est égale au poids du sucre décomposé (1). Enfin, les recherches de ces auteurs nous ont appris qu'on peut extraire des mêmes organes végétaux (racines de la betterave à sucre, tubercules de la pomme de terre, graines de pois, pousses de Torge) un ferment qui provoque la fermentation alcoolique comme le fait la zymase de Bûchner (2).

En ce qui concerne maintenant les animaux, on savait depuis longtemps, grâce à Liebig, que les muscles mis complètement à l'abri de Toxygène continuent à produire de l'acide carbonique, et que cette production d'acide carbonique augmente lors de la contraction du muscle (8). Hermann a mis hors de doute cette production d'acide carbonique à l'état anaérobie en montrant que le muscle peut encore se contracter quand il ne contient plus une trace d'oxygène. D'autre part, on sait que, dans l'activité musculaire, il disparaît du glycogène, et cela en proportion du travail accompli : on est donc amené à penser que l'acide carbonique produit pendant l'activité musculaire est formé aux dépens du glycogène. Comme produit intermédiaire entre le glycogène et l'acide carbonique, on aurait le glucose, dont la présence est en effet facile à constater quand le muscle manque d'oxygène.

(1) Stoklasa, Jelinek, Vitek, Hofmeislers Beitràge zur chem. PhysioL, vol. III, p. 460, 1902. — Pflûgers Archiv, vol. CI, p. 311, 1904.

(2) Stoklasa a montré que ce ferment pouvait même être extrait de plantes soumises à l'action de l'oxygène : l'idée d'après laquelle la zymase ne se produirait qu'on l'absence d'oxygène est donc dénuée de fondement.

(3) Il résulte de ces faits que Texcitation qui détermine la contmc-

Cependant, personne, jusqu^à ces derniers temps, n'avait pu montrer que le muscle pût décomposer du glucose en produisant de l'acide carbonique. Récemment, Cohnheim a comblé très brillamment cette lacune (1), Von Mering et Minkowski ont découvert, comme on le sait, que l'extirpation du pancréas détermine l'apparition de la forme la plus grave du diabète, et des recherches ultérieures ont amené à penser que ce fait est dû à ce que le pancréas verse dans le sang un produit de sécrétion qui accélère le dédoublement du glucose. D'autre part, cette décomposition du glucose semble ne pouvoir se produire que dans le muscle. Cohnheim a été conduit ainsi à rechercher « si le muscle et le pancréas réunis ne contiendraient pas un ferment glycolytique qu'ils ne possèdent pas séparés. » Les expériences ont confirmé cette hypothèse. Cohnheim a réussi à montrer qu'on peut extraire d'un mélange de muscle et de pancréas un liquide qui ne contient aucun élément cellulaire et qui transforme le glucose de telle façon qu'on ne peut plus le déceler par réduction. Des extraits obtenus avec le muscle seul ou avec le pancréas seul ne jouissent pas de la même propriété. Cohnheim lui-même rapproche ce fait des faits analogues découverts parEhrlich, par Pawlow, qui a montré que, pour que le suc pancréatique soit actif, il faut qu'une entéro-kinase, sécrétée par la muqueuse intestinale, s'unisse au trypsinogène du suc pancréatique.

L'ensemble de ces observations permet de comprendre comment les organes vivants peuvent produire de l'acide carbonique en l'absence d'oxygène. Il semble qu'un grand nombre d'organes contiennent des ferments qui décomposent le sucre comme le fait la zymase.

En ce qui concerne la signification énergétique de ces

tion du muscle y provoque directement ou indirectement une hydrolyse : conséquence importante pour la théorie de l'activité musculaire. (1) Cohnheim, Hoppe-Seylers Zeitschr, fur physiol. Chemie^ vol. XXXIX, p. 336, 1903.

CONTRIBUTION A LA THÉORIE DE l'aGTION DES FERMENTS 67

processus de dédoublement, l'énergie qui peut être obtenue par l'oxydation complète du glucose est environ dix fois plus grande que celle qui est dégagée dans la fermentation alcoolique. Bunge a calculé, que, dans un travail musculaire intense, les processus de dédoublement ne peuvent pas suffire à produire l'énergie nécessaire. Mais il se peut que ces processus suffisent à permettre uu travail musculaire faible^pendant un certain temps.

IV, — Contribution a la théorie de l action