Z. Zellforsch. 97, 160--168 (1969)

Zum Feinbau des Glykogenkfrpers im Riickenmark der Taube*

ULRICH WELSCH

Anatomisches Institut der Universit~t Kiel (Direktor: Prof. Dr. W. BARGMA~)

KLAUS WACHTLER

Zoologisches Institut der Tier~rztlichen Hochschule Hannover (Direktor: Prof. Dr. M. RSHRS)

Eingcgangen am 24. Februar 1969

The Fine Structure o/the Glycogen Body o/the Pigeon Spinal Cord

Summary. The cytoplasm of the glycogen rich cells of the lumbar portion of the spinal cord is crowded with glycogen particles wich most frequently appear in the form of fl-particles; a- particles are comparatively rare. The remainder of the cellular organelles is confined to narrow spaces in the periphery. Striking is the contents of numerous bundles of filaments which extend into most of the abundant cytoplasmic processes. The fine structure of these cells supports the view that they are modified neuroglial cells. They reach on the one hand the dorsal surface of the spinal cord and on the other hand perforate the ependymal layer and invade the lumen of the central canal. The observation of synapses on their surface is interpreted in favor of an innervation of the glycogen body.

Zusammen/assung. Das Zytoplasma der glykogenreichen Zellen im Lumbalmark der Taube wird weitgehend von Glykogenpartikeln ausgeffillt, die meist in Form der fl-Partikel vorliegen; a-Partikel sind selten. Die iibrigen Zellorganellen liegen peripher. Auffallend ist der Gehalt an Filamentbiindeln, die bis weir in die zahlreiehen Zellausl~ufer hineinziehen. Die Feinstruktur der GlykogenkSrperzellen stiitzt die Annahme, da] sie modifizierte Gliazellen sind. Diese Zellen erreichen einerseits die dorsale Oberfl~che des Riickenmarks, andererseits durchbrechen sie das Ependym und fiillen das Lumen des Zentralkanals aus. Das Vorkommen von Synapsen auf ihrer Oberfl~che spricht fiir eine Innervation des GlykogenkSrpers.

I m Lumbalbereich des Ri ickenmarks der V6gel beobachtete EMMERT im Jahre 1811 erstmalig eine auffallende Verdickung, die durch ein dorsal ,,auf dem eigent- lichen Nervengewebe liegendes gallertiges, wasserhelles Kfigelchen" verursacht sei. J~hnlieh ~ui]erten sich NICOLAI (1812) und LEu (1854), die von einer ,,eiwei•- i ihnlichen" bzw. , , lymphatischen Fliissigkeit" sprachen. V. KSLLICKER (1902) und IMHOF (1905) bezeichneten die kaudale Auf t re ibung des Vogelriickenmarks als ,,dorsale Gliawucherung" oder , , lumbalen Gliawulst", womit sie zum Ausdruck brachten, dab diese S t ruk tu r aus Gliazellen aufgebaut u n d dami t ein Teil des Ner- vengewebes sei. Dieser Ansicht widersprachen u.a . HANSEN-PRuss (1924) und KAPPERS (1926), die fiir sich eine En t s t ehung der Zellen der Lumbalmarksver-

dickung aus dem Piagewebe aussprachen. Der heute gebr/iuchliche Ausdruck , ,GlykogenkSrper" geht auf T E R ~ (1924)

zurfick. TERNI (1924) und spitter WATTERSON (1947) und DOYLE und WATTERSOI~ (1949) wiesen n~mlich mi t unterschiedlichen histo- u n d biochemischen Methoden

* Diese Untersuchung wurde mit dankenswerter Unterstiitzung durch die Deutsche For- schungsgemeinschaft durchgeffihrt.

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nach, dab in den Zellen der Lumbalmarkserweiterung Glykogen gespeichert wird, ein Befund, der beim Huhn elektronenmikroskopisch yon REVEL, NAPOLITANO und FAWCETT (1960) und REVEL (1964) best~tigt wurde.

In der vorliegenden Arbeit werden die Feinstuktur der einzelnen Glykogen- kSrperzellen der Taube untersucht sowie ihre Beziehungen zu anderen Strukturen des Riickenmarks wie Ependym, Zentralkanal, Kapillaren und Leptomeninx.

Material und Methoden

Adulte Haustauben wurden mit Nembutal narkotisiert und fiber die Aorta descendens mit phosphatgepuffertem 3,5% Glutaraldehyd (pH 7,4) 20 min ]ang perfundiert. Der aus der Wirbels~ule herauspr~parierte Bereich des Lumbalmarks mit dem Glykogenk6rper wurde in 1,5 mm dicke Scheiben zerschnitten und in Phosphatpuffer ausgewaschen. Im AnschluB an eine zweistfindige Nachfixierung in 4% OsOa wurde das Gewebe fiber eine/~thanolreihe in Araldit eingebettet. Die Diinnschnitte wurden je 10 min mit Uranylacetat (gesEttigte L6sung in 70% Methanol) und Bleicitrat kontrastiert. Elektronenmikroskop: Zeiss EM 9 A.

Befunde

Die Zellen des Glykogenk6rpers der Haustaube ffillen den gesamten aufge- w61bten mediodorsalen Raum eines 6--8 mm langen Tells des Lumbalmarks aus. Ventral sind sie bis in einen Bereich kurz unterhalb des Zentralkanals anzutreffen. Die medial liegenden Zellen sind hi~ufig ann~hernd polygonal, peripher besitzen sie stets zahlreiche Fortsi~tze. Ihr Zytoplasma ist weitgehend mit Glykogenpartikeln angefiillt, die nach der Glutaraldehydperfusion meist in Form yon fl-Granula ( ~ 200 ~90 A) vorliegen (Abb. 2). In einzelnen Zellen wurden auBerdem cr tikel (Rosetten) angetroffen. Hiervon abweichende Erscheinungsbflder (z.B. flockige F~den) werden als Artefakte angesehen, die m6glicherweise die Folge einer ungenfigenden Fixierung sind (Abb. 2 a) (s. REVEL, 1964, und Diskussion). Der relativ kleine Zellkern liegt peripher. Auch die iibrigen Zellorganellen (kleine Mito- chondrien vom Crista-Typ, glattes und ribosomenbesetztes E. R., Golgiapparat) sind auf wenige periphere Abschnitte der Zelle oder auf den Bereich um den Kern herum beschrKnkt. Die Zisternen des granul~ren E. R. sind oft stark erweitert und mit feingranul~rem Material geffillt. In ihrer N~he liegen vereinzelt helle Lipidein- schlfisse.

AuBer durch Glykogenreichtum sind die Zellen durch kr~ftige Filamentbfindel gekennzeichnet, die yon einzelnen Mikrotubuli begleitet werden (Abb. 2). Sie bil- den auf der Innenseite des Plasmalemms ein lockeres Netzwerk und ziehen welt in die Zellausl~ufer hinein. Die einzelnen glykogenreichen Zellen sind durch kurze Desmosomen und besonders h~ufig durch nexusartige VerschluBstellen mitein- ander verbunden (Abb. 5 a).

Auf der Oberfl~che der Glykogenk6rperzellen sind regelm~13ig Synapsen mit zahlreichen optisch leeren und einzelnen grSBeren ,,dense-cored-vesicles" anzu- treffen (Abb. 3).

Die glykogenreichen Zellen grenzen unmittelbar an die fibrigen Elemente des Nervengewebes im Rfickenmark. Sie werden nicht yon einer Basalmembran um- hfillt. Besonders die KuBere Randzone des GlykogenkSrpers durchziehen zahlreiche markhaltige und marklose Axone (Abb. 1). Marklose Fasern sind auch zentral an- zutreffen, sie stehen vermutlich mit den oben erw~hnten Synapsen in Verbindung.

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162 U. WELSCH und K. W)iCHTLER:

Abb. 1. t2bersichtsaufnahme der lateralen Randzone des GlykogenkSrpers. Beachte die enge Verflechtung der glykogenreichen Zellen (G) mit Ausl~ufern yon Nervenzellen. M myelini-

sierte Axone. Vergr. 4000 •

Ebenso durchquer t die dorsale Faserverbindung zwischen linker und rechter RfickenmarkshKlfte den GlykogenkSrper. Dorsal erreichen die glykogenhalt igen Zellen die hier s tark gefaltete Obcrfli~che des Riickenmarks und hegen dami t direkt tinter der dfinnen Pia mater (Abb. 5 b).

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Abb. 2 a ~ . Unterschiedliche Erscheinungsbilder des Glykogens in verschiedenenZellen des- selben Tiers. F l~ngsgetroffenes Filamentbfindel. Vergr. a 20400X, b 24000x , c 18000X.

d 1800O •

11"

164 U. WELSC~ und K. WACHTLER:

Abb. 3a--c. Synapsen auf Glykogenk6rperzellen. F Filamentbiindel. Vergr. a 20000• b 23500 • c 20000 x

Ausl/~ufer der glykogenreichen Zellen durchbrechen an einigen Stellen das Ependym des Rfickenmarkkanals und ffillen dessen Lumen fast vollst/~ndig aus (Abb. 4). Der freie Raum im Zentralkanal ist auf ein schmales System yon Spalten zwischen Ependym und Glykogenzellausl/~ufern beschr/~nkt. Die Ependymzellen

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Abb. 4. Ausl/iufer der glykogenreichen Zellen (G) im Zentralkanal. E Ependymzellen, die durch Desmosomen miteinander verbunden sind (Pfeile). Z Zilien im Zentralkanal. Vergr. 3500 •

selber en tha l t en nur vere inzel t Glykogen. Sie s ind bei der Taube meis t re ich an Ribosomen und besi tzen an ihrer freien Obeffl~che einzelne Zflien und e inen Mikrovi l lussaum.

Die Kapf l l a ren im GlykogenkSrper un tersche iden sich in ihrer F e i n s t r u k t u r n ich t von denen des i ibr igen Lumba lmarks . Die g lykogenre ichen Zellen lagern un- m i t t e l b a r auf ihrer Basa lmembran .

166 U. W~LSCH und K. WXCHTLER:

Abb. 5. a Haftstellen (Pfeile) zweier Glykogenzellen. b Dorsale Oberfl~che des Glykogenk5rpers. Vergr. a 24000, b 18000 •

Diskussion Die Annahme, da[3 es sich bei den Zellen des Glykogenk6rpers u m modifizierte

Gliazellen handele, die seit DUVAL (1877), Yon K6LLICKER (1902), IMHOF (1904)

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und TERNI (1924) vertreten wurde, wird durch die Kenntnis der Feinstruktur ge- stfitzt. An Gliazellen (Astrocyten) erinnern abgesehen yon den zahlreichen Zellaus- l~ufern besonders die Filamentbfindel und die Lagebeziehungen zu den Kapillaren. Auch ihre Innervierung ist im Vogelgehirn kein Einzelfall. So haben aueh GRIGNON, GUDENET und HATI~ (1967) Synapsen auf Gliazellen in der Neurohypophyse des Huhns besehrieben. Damit gewinnt die Hypothese, dab der GlykogenkSrper neu- ralen Ursprungs ist, die zuletzt von WATT]~RSON (1949) auf Grund seiner Unter- suchungen an der Embryonalentwiklung des t tuhns aufgestellt wurde, weiterhin an Gewicht 1.

Die Angabe WATTERSO~S (1949), da~ sich beim Huhn das Ependym weit- gehend auflSst und der Zentralkanal als eigene Struktur oft verschwinden kann, kSnnen wir ffir die Taube nieht best~tigen. Die Ependymzellen bilden hier einen durch Desmosomen verbundenen epithelialen Verband, der nur an einzelnen Stel- len von den Glykogenzellen durehbrochen wird. Der Mikrovillussaum, die Zilien der Ependymzellen und ihr Gehalt an zahlreichen Ribosomen und Lysosomen deuten auf eine normale Funktion dieser Zellen. Der Zentralkanal ist allerdings durch die Ausl~ufer der glykogenreichen Zellen auf ein Spaltensystem reduziert.

Der GlykogenkSrper der VSgel ist bei den Wirbeltieren das Gewebe mit dem hSchsten Gehalt an gespeicherten Kohlenhydraten. DOYLE und WATTERSON (1949) haben die langsame Akkumulation des Glykogens im Verlaufe der Embryonalent- wicklung des Hfihnehens untersucht und festgesteltt, da~ sein Glykogengehalt bei adulten Tieren bis zu 80 % des fettfreien Troekengewiehts ausmacht. Die Elektro- nenmikroskopie zeigt, da~ die Glykogenpartikel nicht einfSrmig in den Zellen ver- teilt sind. Bereits REVEL, NAPOLITANO und FAWC]~TT (1960) betonen die Variabili- t~t der GrSBe, Form und Diehte der Glykogengranula im elektronenmikrosko- pisehen Bfld, eine Beobaehtung, die auch ffir die Taube zutrifft. Aber auch hier finden sich keine Hinweise daffir, dal~ die wechselnden Erscheinungsbilder unter- schiedlichen Funktionszust~nden entsprechen. REVEL (1964) diskutiert mSgliche Ursachen ffir artifiziell ver~nderte Erscheinungsbflder des Glykogens. In unserem Material war das Glykogen stark ver~ndert in Regionen, die der Spfilflfissigkeit nach der Fixierung besonders leicht zug~nglich waren, z.B. im gesamten Bereich der Oberfl~ehe des Glykogenk5rpers. Hier sind die Zellen nach l~ngerem Aus- waschen (4--6 Std) oft vSllig leer oder das Glykogen bfldet unregelms f~dige Strukturen.

Die funktionelle Bedeutung des GlykogenkSrpers ist bisher unbekannt ge- blieben. GADOW und SELENKA (1891) halten ihn ffir eine funktionell unwiehtige phylogenetische Reminizenz des erweiterten Rfiekenmarkkanals einiger mesozo- ischer Saurier. Die Mehrzahl der neueren Autoren vermutet dagegen eine Funktion im Stoffwechsel des Nervensystems. Seine Innervierung sprieht sogar daffir, dal~ er unter nervSser Kontrolle steht. WATTERSON (1949) weist besonders atff seine Lage in H6he der Spinalnerven 26--29 hin, die die Hauptwurzeln des kr/iftigen N. ischiadicus bilden. Eine besondere Versorgung der Nerven der Beinmuskulatur ist aber wahrscheinlich nicht wichtiger als z.B. die der Flugmuskulatur. Die Lage des GlykogenkSrpers scheint keinen entscheidenden Hinweis ffir seine Funktion zu geben, denn infolge seiner reichen Kapillarisierung (WATTnRSON, 1949) und der

1 Vergleichende Untersuchungen fiber die Glykogenverteilung im ZNS zeigten, dab die Gliazellen bei den VSgeln allgemein sehr glykogenreich sind (OKscH~, 1958).

168 WELSCt{ U, WACItTLER" Zum Feinbau des GlykogenkSrpers im Rfickenmark der Taube

in t ravent r iku l~ren Lage vieler seiner AuslAufer kSnnte er rasch das gesammte ZNS der VSgel mi t Energie versorgen, Aufsehlfisse fiber die F u n k t i o n des Glykogen- kSrpers werden am ehesten Exper imente mi t VSgeln bringen, die un te r verschie- denen physiologischen Bedingungen stehen (z. B. Migration).

Literatur

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Dr. KLAUS WACHTLER Zoolog. Institut der Tier~irztlichen Hochschule 3 Hannover-Kirchrode Bfinteweg 17

Dr. ULRICH WELSCH Anatom. Institut der Universit~Lt 23 Kiel Olshausenstr.