Hermann Hager

Electron microscopic study of the reaction of the newborn rat brain to injury.

SummaryThe reaction of the newborn rat brain following needle injury has been studied electron microscopically. Very few protoplasmic astrocytes are present in the newborn brain, and they do not appear to participate in the reaction. Instead, the extracellular space appears to be widened by an accumulation of oedema fluid. The microglial cells react remarkably rapidly; many macrophages containing whole cells as well as myelin figures and lipid droplets are found within 24 hours after the injury. At no time does a dense glial or connective tissue scar form. These reactions are quite different from those characteristic of mature brain tissue, and possible explanations for these differences are discussed.ZusammenfassungDie Reaktion des Gehirns neugeborener Ratten auf Stichverletzung wurde elektronenmikroskopisch untersucht. Die wenigen im Neugeborenenhirn vorhandenen protoplasmatischen Astrocyten erschienen an der Reaktion unbeteiligt. Hingegen erwies sich der Extracellularraum durch Anhäufung von Ödemflüssigkeit erweitert. Die Mikrogliazellen reagieren bemerkenswert schnell; viele, ganze Zellen sowie Myelinfiguren und Fetttröpfchen enthaltende Makrophagen werden schon 24 Stunden nach der Verletzung gefunden. Eine dichte Glia- oder Bindegewebsnarbe bildet sich nicht. Diese Reaktionen sind von denen für das reife Hirngwebe charakteristischen durchaus verschieden; mögliche Erklärungen für diese Unterschiede werden erörtert.

Elektronenmikroskopische Befunde zur Feinstruktur von Axonvernderungen in regenerierenden Nervenfasern des Nervus ischiadicus der weien Ratte

ZusammenfassungNach scharfer Durchtrennung des N. ischiadicus der Albinoratte setzen im proximalen Stumpf bereits nach Stunden „terminale und kollaterale Axonneubildungen” (Cajal) ein. Die Art und Ausprägung der dabei auftretenden Axoplasmaveränderung wurde nach abgestuften Überlebenszeiten (1, 2, 3, 4, 5, 9, 14, 27 Tagen) licht- und elektronenmikroskopisch untersucht. Schon nach 24 Std sind in erhalten gebliebenen, also nicht der „traumatischen Degeneration” anheimgefallenen, markhaltigen und marklosen Nervenfasern progressive Axoplasmaveränderungen festzustellen. Sie sind auch bei längerer Überlebenszeit nur auf einen kleinen Terminalabschnitt von wenigen Millimetern beschränkt. In dieser Zone kommt es innerhalb der Axone in charakteristischer Weise zur Entwicklung von zahlreichen Vesikeln, zur Ausbildung eines ausgeprägten kleintubulären Endoplasmareticulums und zu einer starken Mitochondrienvermehrung. Dies gilt für die axonalen Solitärsprossen, die bündelförmig im Verband wachsenden Axonregenerate und die regenerierenden marklosen Nervenfasern. Proliferierte Schwannsche Zellen treten erst sekundär zu den in Einzahl oder in Bündelformation auftretenden Axonregeneraten in Beziehung; dabei kommt es in zunehmendem Maße zu einer Trennung der primär dicht gebündelten Axonregenerate. Vor der Myelinisierung ist nahezu regelmäßig jedes Axon nur noch von einer Schwannschen Zelle umschlossen.Die elektronenmikroskopisch festgestellte terminale Axoplasmaumformung regenerierender Neuriten führt zu der Annahme, daß der Prozeß der Axonneubildung an eine Umwandlung des Axoplasmas im Sinne einer „Aktivierung” gebunden ist. Den Vorgängen der primären Reizung im Perikaryon der Nervenzellen sind also die auf die eigentliche Wachstumszone beschränkten Axoplasmaveränderungen regenerierender Axone zur Seite zu stellen.SummarySciatic nerves of adult white rats were transsected in order to study regenerative phenomena of nerve fibres. The animals were killed 1, respectively 2, 3, 4, 5, 9, 14 and 27 days after operation. Already 24 hours after the transsection progressive axoplasmic changes occur in myelinated and unmyelinated nerve fibres of the proximal stump as well as in collateral and terminal axonic neoformations. In regenerating neurites, especially in the „growing cone”, a great many of small vesicles with an average diameter of 400 to 500 Å can be found. Additionally there is a well developed agranular endoplasmic reticulum and a highly increased number of mitochondria. In the tip of the growing neurites neurofilaments are missing. The axoplasmic transformation is exclusively restricted to the terminal segment of the outgrowing neurites, even days and weeks after nerve transsection. The regenerating neurites may be single, but are more frequently found in bundles of small axons. In the latter case the axons are packed closely together. About 3 days later Schwann cells may surround and invade the bundles of axons, thus separating them in the course of time into smaller bundles and finally into individual elements. During remyelination nearly every axon is seen in cross sections to be lying within a single Schwann cell.The impressiveterminal axoplasmic transformation of regenerating myelinated and unmyelinated nerve fibres suggests that the process of axonic neoformation is possible only in connection with specific „activation” of the axoplasma in the growing tip of neurites. In regenerating neurons this seems to be an essential factor, as well as the phenomenon of proximo-distal axonal movement (Paul Weiss) and the process of central chromatolysis („primäre Reizung”).

Electron microscopical demonstration of acid phosphatase activity in the central nervous system.

SummaryA modified technique is described for the demonstration of acid phosphatase activity in the central nervous system by means of electron microscopy. Enzyme activity can be demonstrated in lysosomes, pigment bodies, and the Golgi zone of cortical neurons. Glial and endothelial cells also contain acid phosphatase active lysosomes. They are located in the pericarya, and in the processes of the glial cells, respectively.

Ultrastructural observations on phagocytosis of bacteria in experimental (E. coli) meningitis.

A bacterial meningitis was produced by injection of 0.1 cc of a suspension of E. coli intracranially in Syrian hamsters. The animals were sacrificed at intervals from 2 to 72 hours after infection; tissue was removed from the living animals and prepared in the usual manner for electron microscopy. Ultrastructural relationships between bacteria and polymorphonuclear leukocytes and macro-phages in the subarachnoid space were studied. With both cell types there were cytoplasmic extensions around the free organism, with ingestion of the bacterium and fluid in a vacuole whose limiting membrane was derived from the phagocytic cell wall. The relation between this process and pinocytosis was briefly discussed. Degenerating bacteria in polymorphonuclear leukocytes were associated with small amounts of osmiophilic, finely granular material resembling that seen in lysosomes. Considerably greater amounts of this “lysosome material” were seen in the pliagocytic vacuoles of macrophages, although the bacteria were often relatively intact. It is suggested that this material is produced within the cytoplasm of the phagocyte in response to the bacteria, contains hydrolytic enzymes, and may be concerned with bacterial digestion. The fine structure of various types of inclusion bodies seen in macrophages was described.

Electron microscopic features of an experimentally produced porencephalic cyst in the rat brain

SummaryNeedle injury of the newborn rat brain resulted regularly in cavity formation, the lining of which at first consisted of a layer of fibrous astrocytes with many thin cytoplasmic projections. Between the second and third weeks the astrocytic surface became smoother and was lined by a basement membrane, usually in association with an overlying layer of pia-like cells. Only after this time did the fine structure of the cavity wall resemble that of Helds membrana gliae limitans superficialis. It is, therefore, suggested that Spatzs “membrana gliae limitans accessoria” be reserved for this differentiated structure and not used to identify the earlier astrocytic lining. No dense glial or connective tissue scarring, as usually seen in the adult brain, was found. Macrophages disappear before the third week, rather than persisting for months, as in the adult. The presence or absence of scar formation and macrophages may only reflect the age at which the injury occurred and may, therefore, be unreliable in distinguishing between cavities due to malformation and to injury.ZusammenfassungStichverletzung des Gehirns neugeborener Ratten erzeugte regelmäßig eine Defekthöhle, deren Begrenzung zuerst aus einer Schicht fibrillärer Astrocyten mit vielen dünnen Cytoplasmafortsätzen bestand. Während der 2. und 3. Woche wurde die Astrocytenschicht lockerer und durch eine Basalmembran abgegrenzt, die gewöhnlich in Verbindung mit einer darüberliegenden Schicht von Pia-ähnlichen Zellen stand, Erst hernach ähnelte die Feinstruktur der Defektwand jener der Heldschen “Membrana gliae accessoria” für die differenzierte Struktur vorbehalten bleiben und nicht zur Bezeichung der frühen Astrocytenbegrenzung verwendet werden sollte. Keine dichte Glia-oder Bindegewebsnarbe, wie im Erwachsenengehirn üblich, wurde gefunden. Die Makrophagen verschwinden vor der 3. Woche, anstelle monatelang wie beim Erwachsenen zu verweilen. Das Vorhandensein oder Fehlen von Narbenbildung und Makrophagen dürfte nur das Alter, in dem die Verletzung erfolgte, widerspiegeln und daher für die Unterscheidung zwischen Mißbildungs-und Verletzungsdefekten unverläßlich sein.

Ergebnisse der Elektronenmikroskopie am zentralen, peripheren und vegetativen Nervensystem

Arbeitsrichtungen, Ergebnisse und Denkweisen in der histologischen und cytologischen Forschung am Nervensystem haben sich bisher weitgehend von den zur Verfugung stehenden Methoden abhangig gezeigt. Durch die Vervollkommnung der histologischen Technik in der zweiten Halfte des vorigen Jahrhunderts, insbesondere durch die Ausarbeitung von Farbe- und Impragnationsverfahren zur selektiven Darstellung einzelner Gewebsbestandteile, wurde eine Fulle von Struktureinzelheiten der Beobachtung und Beschreibung zuganglich gemacht. Das Verlangen, die Lebensvorgange im Nervensystem auf elementare Zellstrukturen beziehen zu konnen, erfuhr durch die mit dem Lichtmikroskop gesammelten Beobachtungen eine nur beschrankte Befriedigung. So wurde man dazu verleitet, sichtbaren Strukturen hypothetische Bedeutungen zuzuschreiben und nicht sichtbar zu machende Gefuge als morphologische Basis von Lebensprozessen zu erdenken. Die mit Impragnationsmethoden darstellbaren Neurofibrillen wurden als erregungsleitende Elemente angesprochen, gewisse Funktionen auf die Nissl-Substanz und den Golgiapparat ubertragen, Lehren von den cytoplasmatischen Granula bzw. Bioblast en (Altmann 1890), sowie andere Theorien uber die Struktur des Cytoplasmas aufgestellt. In den folgenden Jahrzehnten gewann schlieslich die Auffassung an Raum, das fur das weitere Eindringen in die Probleme des Zellebens das Lichtmikroskop kein wirksames Hilfsmittel mehr sein konne. Es erwies sich vielmehr, das die Lebenserscheinungen mit ungemein komplizierten, in kleinsten submikroskopischen Bereichen ablaufenden stofflichen Umsetzungen verknupft sind. So galt es fur die morphologische Arbeitsrichtung, mit Hilfe geeigneter Methoden Aufschlusse uber feinere, in ihren Abmessungen weit unterhalb der Auflosungsgrenze des Lichtmikroskops liegende Strukturanordnungen zu erhalten.

Die feineren Strukturanordnungen im Bereich von Verlötungen der Leptomeninx mit der Hirnoberfläche im Gefolge entzündlicher Prozesse

In den Spatstadien einer bei Goldhamstern experimentell erzeugten Coli-Meningitis weist die durch eine Basalmembran gegen die Pia mater bzw. gegen den Subarachnoidalraum abgegrenzte Oberflache des Groshirns elektronenmikroskopisch starke Verwerfungen auf. Diese kommen durch fingerformige Ausstulpungen und unterschiedlich tiefe Einbuchtungen des Cytoplasmas der subpialen Astrocyten zustande. In den letzteren sind nicht selten Kollagenfibrillen nachweisbar. Die Buchten durften zusammen mit den in ihnen enthaltenen Kollagenfibrillen das feinstrukturelle Korrelat der innigen Verlotung der Leptomeninx mit der Hirnoberflache darstellen, wie man sie bei chronischen oder bei abgeheilten eitrigen Meningitiden gewohnlich vorfindet.ZusammenfassungIn den Spätstadien einer bei Goldhamstern experimentell erzeugten Coli-Meningitis weist die durch eine Basalmembran gegen die Pia mater bzw. gegen den Subarachnoidalraum abgegrenzte Oberfläche des Großhirns elektronenmikroskopisch starke Verwerfungen auf. Diese kommen durch fingerförmige Ausstülpungen und unterschiedlich tiefe Einbuchtungen des Cytoplasmas der subpialen Astrocyten zustande. In den letzteren sind nicht selten Kollagenfibrillen nachweisbar. Die Buchten dürften zusammen mit den in ihnen enthaltenen Kollagenfibrillen das feinstrukturelle Korrelat der innigen Verlötung der Leptomeninx mit der Hirnoberfläche darstellen, wie man sie bei chronischen oder bei abgeheilten eitrigen Meningitiden gewöhnlich vorfindet.SummaryThe superficial cerebral cortex of the Syrian hamster brain was studied by electron microscopy in late stages of experimentally induced E. coli meningitis. The cortical surface which is covered by a basement membrane shows a multifariously corrugated appearance conditioned by numerous finger-like extensions and deep indentations of the cytoplasm of subpial astrocytes. The indentations often contain collagen fibrils. Both, the indentations of the subpial astrocyte layer and the collagen fibrils within them are thought to represent the ultrastructural correlate of the firm adhesion between the brain surface and the leptomeninges which is an usual finding in cases of chronic or of healed purulent meningitis.