Über die Kern-Plasma-Relation differenzierter Gewebezellen: Vorkommen und Grösse

Zusammenfassung Mit Hilfe neu entwickelter Methodik wurden erstmalig differenzierte Gewebezellen verschiedenster Herkunft dreidimensional vermessen und für jede einzelne Zelle das Kernvolumen, das Plasmavolumen und die sich aus diesen ergebende Kern-Plasma-Relation bestimmt.Für die Kerne konnte das bekannte Verdoppelungsgesetz von Jakobj erneut bestätigt werden, darüber hinaus auch das Vorkommen von Zwischenklassen bei der Leber des Frosches, beim Epithel des Plexus chorioideus, bei den Spermiocyten I. Ordnung und beim Amnionepithel des Menschen nachgewiesen werden. Beim Darmepithel der Maus, dem Pleuraepithel des Meerschweinchens und dem Endothel der vorderen Augenkammer des Rindes trat nur eine Kernklasse auf.Beim hungernden Frosch stellte sich gegenüber einem gut ernährten Frosch in den Leberzellen neben einer Verringerung des Plasmavolumens auch eine solche der Kernvolumina ein, und zwar in dem Maße, daß die Kern-Plasma-Relation konstant und die gleiche blieb.Das Auftreten einer konstanten Kern-Plasma-Relation wurde für die Leberzellen eines gut ernährten wie eines hungernden Frosches, für das Darmepithel der Maus, das Pleuraepithel vom Meerschweinchen, das Epithel des Plexus chorioideus und das Amnion, sowie für die Spermiocyten I. Ordnung vom Menschen nachgewiesen. Für das Endothel der vorderen Augenkammer des Rindes ergab sich eine inkonstante Relation. Der Grad der Konstanz wurde durch die Größe des Korrelationskoeffizienten aus Kern- und Plasmavolumina zum Ausdruck gebracht und somit zahlenmäßig erfaßt.Die bei Konstanz der Kern-Plasma-Relation notwendige Erwartung, daß bei Auftreten von Verdoppelungs- und Zwischenklassen der Kernvolumina sich auch solche der Plasmavolumina ergeben müssen, konnte messend bestätigt werden.Die Arbeit wurde als Dissertation (D 27) unter Leitung von Herrn Prof. Dr. R. v. Volkmann angefertigt. Das gesamte Messungs- und Berechnungsmaterial liegt im Anatomischen Institut der Universität Jena zur Einsichtnahme aus.     

Über den Feinbau der Knochenmarkskapillaren

Zusammenfassung Nach den hier mitgeteilten Beobachtungen sind die venösen Kapillaren des Knochenmarkes vom Frosch allseitig durch eine dünne cytoplasmatische kernhaltige Membran gegen das Markgewebe abgeschlossen. Eine Kommunikation mit den Interzellularräumen des Retikulums durch konische Übergangsstellen oder präformierte Öffnungen in den Kapillarwänden konnte nicht festgestellt werden. Die Sinuswände zeichnen sich durch die Fähigkeit der Speicherung von Tusche und Trypanblau aus. Ein Grundhäutchen ließ sich an ihnen färberisch nicht nachweisen, doch zeigen die Wandungen der Venensinus — entgegen den Angaben von Tretjakoff (1929) — eine wohlausgebildete Gitterfaserstruktur, die fließend in die argyrophilen Netze des angrenzenden Retikulums übergeht. Die von Jordan u. Baker (1927) aufgestellte Behauptung, daß im Knochenmark des Frosches eine Kommunikation der Sinus mit den Interzellularräumen des Retikulums bestehe, läßt sich nicht aufrecht erhalten und kann auch auf das Knochenmark der Säuger nicht übertragen werden, dessen Sinus sich von denen des Froschmarkes prinzipiell nicht unterscheiden. Die venösen Kapillaren des Säugermarkes gehen aus langen, engen, relativ dickwandigen und kernreichen arteriellen Kapillaren hervor, auf deren Grundhäutchen typische Pericyten (Adventitialzellen) angetroffen werden. Die Einmündung in die weiten dünnwandigen Sinus erfolgt mit trichterartiger Erweiterung und gleichzeitiger Gabelung der Blutbahn. Das System der Venensinus stellt ein reichverzweigtes Wundernetz dar, das an keiner Stelle präformierte Öffnungen oder kontinuierliche Übergänge in das Markretikulum aufweist. Die Ausschwemmung der reifen Erythrocyten aus dem Parenchym in den Kreislauf ist durch periodische Durchbrechungen der histiocytären Wandmembran zu erklären. Die Darstellung eines Grundhäutchens war auch an den Sinus des Säugermarkes nicht möglich. Das Verhalten der Gitterfasern entspricht dem für das Froschmark geschilderten.Zum Schlüsse möchte ich mir erlauben, Herrn Priv.-Doz. Dr. K. Zeiger für die Anregung zu dieser Untersuchung und ihre Unterstützung herzlich zu danken.     

Die Gefrier-Fixation lebender Zellen und ihre Anwendung in der Elektronenmikroskopie

Zusammenfassung Der Gefriervorgang in den Zellen hängt in erster Linie ab von der Gefriergeschwindigkeit, der Frosthärte des Objektes und von der Konzentration eines Frostschutzmittels (Glyzerin) im Zytoplasma. Für die meisten Untersuchungen wurde Preßhefe als Testobjekt verwendet. Der Einfluß der Gefriergeschwindigkeit äußert sich auf drei verschiedene Weisen; das Zellwasser kristallisiert entweder extra oder intrazellulär oder es wird amorph verfestigt (Vitrifikation). Die Bestimmung von Gefrierpunkt, Unterkühlbarkeit und Rekristallisationspunkt ermöglicht eine Erklärung dieser drei Wirkungsweisen und führt zu einem physikalischen Verständnis des Phänomens der Frosthärte. Physikalische Untersuchungen zeigen, wie das Frostschutzmittel eine Erhöhung der Frosthärte bewirkt; physiologische Experimente veranschaulichen einige Nebenwirkungen des Glyzerins.Die Verwirklichung des Gefrierens lebender Zellen hängt in erster Linie von der Wahl geeigneter Gefriergeschwindigkeiten und Frostschutzmitteln ab. Die Endtemperatur des Gefriervorganges muß, je nach der Frosthärte des Objektes, d. h. je nach dem tiefsten in den Zellen auftretenden Rekristallisationspunkt, unter –50 bis –70° C liegen.Das Anwendungsgebiet des Gefrierens lebender Zellen ist sowohl auf biologischem wie auch auf medizinischem Gebiete sehr groß, sei es als reine Gefrierkonservierung oder in der Gefrier-Trocknung oder -Substitution. Mit Hilfe der Gefier-Ätzung können hochauflösende, elektronenmikroskopische Bilder der gefrorenen Objekte hergestellt werden, die vollkommen artefaktfrei sind, insbesondere frei von den durch die üblichen Präparationsmethoden eingeführten Veränderungen.Einige Beispiele illustrieren die Anwendung des Gefrierens lebender Zellen in der Elektronenmikroskopie. Die Methode der Gefrier-Ätzung ist besonders geeignet für die Darstellung der auf den Zytomembranen lokalisierten Partikel; z. B. Fibrillen synthetisierende Partikel in der Plasmamembran, Ribosomen auf einer Vakuolenmembran, Elementarpartikel auf den Cristae mitochondriales und Quantasomen auf den Granalamellen eines Chloroplasten. Die vielfältige Anwendbarkeit der Gefrier-Ätzung wird aufgezeigt an Hand von Mikroorganismen (Hefe), pflanzlichen (Wurzelspitze) und tierischen Zellen (Dünndarmepithel).Diese Arbeit wurde durch einen Kredit des Schweizerischen Nationalfonds unterstützt. Den Vorstehern des Institutes für Allgemeine Botanik der Eidgenössischen Technischen Hochschule, Herrn Prof. Dr. A. Frey-Wyssling und des Laboratoriums für Elektronenmikroskopie, Herrn Prof. Dr. K. Mühlethaler, sei für die großzügige Förderung dieser Arbeit bestens gedankt. Herrn Dr. D. Branton und Herrn und Frau Prof. Dr. H. Ruska (Medizinische Akademie, Düsseldorf) danke ich für ihre Mitarbeit und für die Überlassung der Abb. 17, 20 und 21.     

Die Feinstruktur des Dünndarmepithels während der physiologischen Milchresorption beim jungen Goldhamster

Zusammenfassung Im Dünndarmepithel werden helle und dichte Saumzellen und sezernierende Zellen unterschieden. Die dichten Saumzellen entsprechen lichtmikroskopisch dunklen Zellen. Aus ihrer Feinstruktur wird geschlossen, daß es sich um die Stammzellen der hellen Saumzellen handeln kann.Auf den Microvilli der hellen Saumzellen wird eine Decksubstanz gefunden, die als Sekret der Becherzellen gedeutet wird. Sie dürfte nicht nur als Schutzschicht, sondern auch als Fermentträger für die durchtretenden Milchbestandteile von Bedeutung sein.Bei der Deutung des Resorptionsablaufes wurden die Milchfetttröpfchen im Darmlumen berücksichtigt. Sie können im Darmlumen zu kleinsten Partikeln abgebaut werden. Zwischen den Microvilli werden nur sehr selten kontrastreiche größere Partikel (Lipidtropfen) gefunden, nicht jedoch im angrenzenden Schlußleistennetz. Aus den Befunden wird geschlossen, daß Milchfetttröpfchen zu elektronenmikroskopisch nicht mehr sichtbaren Partikeln abgebaut werden können, die als solche resorbiert werden. Andererseits deuten die Befunde darauf hin, daß größere Partikel durch Pinocytose an der apicalen Zellmembran aufgenommen werden. Den morphologischen Befunden können chemisch unterschiedliche Abbaustufen der Milchfetttröpfchen zugrunde liegen. Die intrazelluläre und interzelluläre Verteilung des resorbierten Milchfettes ist ähnlich wie bei Resorption reiner Fette nach experimenteller Fütterung. Kontrastreiche Tröpfchen (Lipid) werden auch in der perinucleären Zysterne und in den Zellkernen gefunden.Im Gegensatz zur Resorption reiner Fette findet man nach Milchresorption in den intrazellulären Bläschen außer den kontrastreichen Lipidtröpfchen noch kontrastarme Substanzen und kleine Vesikeln sowie verschiedenartige Einschlüsse. Dieser Unterschied gegenüber der reinen Fettresorption wird auf die Resorption von Kohlenhydraten und Eiweißen der Milch zurückgeführt.Die Feinstruktur der hellen Saumzellen im Darm des Goldhamsters entspricht im wesentlichen jener der entsprechenden Zellen im Darm von Ratte und Maus.In hellen Saumzellen ohne Lipidtröpfchen werden verschiedenartige Cytosomen beobachtet.Die Feinstruktur von sezernierenden Zellen wird kurz beschrieben.Höhe, Durchmesser, Oberfläche und Anzahl der Microvilli und der Flächenzuwachsfaktor für die apicale Zellmembran werden gemessen und berechnet.Dissertation zur Erlangung des Grades eines Doktors der Medizin. Der Medizinischen Akademie in Düsseldorf vorgelegt. — Arbeit unter Leitung von Priv.-Doz. Dr. Lindner.     

Elektronenmikroskopische Beobachtungen an Kernresten in verhornten Federzellen

Zusammenfassung An Querschnitten durch gelbe lipochromführende Federäste eines Fasans (Lady Imhurst-Fasan) und auch durch die zugehörigen Federstrahlen ließen sich in den verhornten Rinden- bzw. Radienzellen Kernreste mit dem Elektronenmikroskop nachweisen. Ihr Umriß wechselt mannigfach, indem die Austrocknung der Feder am Ende ihrer Entwicklung auch die Zellkerne zum Schrumpfen bringt, wobei benachbarte Tonofibrillenbündel in sie hineingepreßt werden können. Die Reste lassen stets die Kernbegrenzung durch die Zisterne erkennen; der Kerninhalt ist manchmal homogen, manchmal körnig strukturiert. Die elektronenmikroskopischen Befunde lehren also, daß an den Kernorten, die das Lichtmikroskop bei geeigneten Objekten zeigt, zusammengeschrumpfte Zellkerne vorliegen. Auch bei einigen anderen Vögeln wurden Kernreste verhornter Rindenzellen im elektronenmikroskopischen Bild beobachtet, so in den schillernden Schwanzfedern eines polnischen Hahns. Kernreste finden sich also sowohl bei lipochrom- wie bei melaninführenden Zellen.Die Markzellen der hier behandelten Federäste vom Fasan zeigen einen bemerkenswerten Übergang von gewöhnlichen Markzellen (mit Keratinmantel und einheitlichem luftgefülltem intramoenialem Raum) zu Tyndallblau-Zellen (in ganzer Ausdehnung mit schaumiger Gerüststruktur): sie ähneln den erstgenannten Zellen durch den Besitz eines Keratinmantels, enthalten aber zugleich im Innern ein freilich grobes Keratingerüst, das mit dem schrittweise sich auflockernden Mantel zusammenhängt.Frl. Christiane Liebich danken wir für ihre Hilfe bei der elektronenmikroskopischen Arbeit.     

Die Zellstrukturen des Dünndarmepithels in ihrer Abhängigkeit von der physikalisch-chemischen Beschaffenheit des Darminhalts

Zusammenfassung Am Dünndarmepithel der Maus werden die Wirkungen von blutisotonischen Elektrolytlösungen untersucht. Einleitend werden einige physikalisch-chemische Grundlagen über den Einfluß der Elektrolyte auf lyophile Emulsionskolloide des Protoplasmas besprochen.Blutisotonische NaCl-Lösung führt nach 10 min Einwirkungsdauer im elektronenmikroskopischen Bild zu keiner morphologischen Veränderung der Dünndarmepithelzellen des Dursttiers. Verschiedene Zustandsformen im Fixierungsbild des Kerns werden auf einen wechselnden Hydratationszustand zurückgeführt. KCl führt in blutisotonischer Konzentration zur osmotischen Schwellung der Zellen. Es wird versucht, die Verbindung mit einer von Conway, Küsel und Netter entwickelten Theorie zu schaffen, nach der die osmotische Stabilität der Zellen durch zwei gegeneinandergeschaltete Donnan-Systeme gesichert wird. Ein Zusammenhang zwischen Spannungsveränderungen an Membranen und Depolarisation sowie zwischen dem Auftreten niedermolekularer Stoffwechselprodukte im Zytoplasma und der Stoffwechselwirkung des K⁺-Ions wird vermutet.In Verbindung mit den Befunden nach der Gabe von blutisotonischem MgCl₂ werden die verschiedenen Ursachen für eine Schwellung von Mitochondrien besprochen. Die von diesem Erdalkaliion differenten Wirkungen des CaCl₂ werden teilweise auf die konträre Stoffwechselwirkung des Ca²⁺ zurückgeführt. Dabei wird ein Einfluß auf kontraktile Proteine vom Actomyosintyp in den Mitochondrienmembranen diskutiert.Durchgeführt mit dankenswerter Unterstützung durch das Kultusministerium des Landes Nordrhein-Westfalen und die Deutsche Forschungsgemeinschaft.     

Morphologisch-experimentelle Untersuchungen über eine Faserverbindung der Retina mit den vegetativen Zentren des Zwischenhirnes und mit der Hypophyse

Zusammenfassung Bei Hunden, Kaninchen und beim Menschen wurde nach einer morphologisch faßbaren nervösen Bahn zwischen Retina und vegetativem Zwischenhirn gesucht, um die klinischen und experimentellen Beobachtungen einer Lichteinwirkung auf vegetative Vorgänge im Organismus zu erklären. Im normalen Zwischenhirn von Hund und Kaninchen sowie vom Menschen verlassen dicke Stränge markloser Nervenfasern den cranialen vorderen Abschnitt des Chiasma opticum und dringen über die Lamina terminalis in das Grau des 3. Ventrikels ein.Mit Hilfe einer Opticusdurchschneidung beim Kaninchen gelang es, den Zusammenhang dieser Nervenfasern mit dem Chiasma einwandfrei nachzuweisen. Von den angewandten Färbe- und Imprägnationsmethoden erwies sich die Bielschowsky-Methode in eigener Modifizierung als sehr geeignet, da sie die degenerierten Nervenfasern besonders intensiv imprägniert. An degenerativen Merkmalen wie knotigen Verdickungen, kolbigen Auftreibungen, Ring- und Ösenbildungen sowie granulären Zerfallserscheinungen lassen sich die in das Zwischenhirn eintretenden Nerven relativ leicht erkennen. Infolge ihres degenerativen Zustandes können die aus der Sehnervenkreuzung stammenden marklosen Nervenfasern verfolgt werden: Nach ihrem Ursprung aus dem oberen, ventralen Chiasmabezirk begeben sich vegetative Opticusfasern in die vordere Begrenzung des 3. Ventrikels, in die Lamina terminalis. Indem die degenerierten marklosen Fasern die Lamina terminalis und die seitlich von ihr gelegene Substanz als Leitbahn benutzen, schieben sich die vegetativen Opticusfasern in die Subst. grisea des Rec. opticus und des 3. Ventrikels vor. Die als retino-hypothalamische Wurzel bezeichnete Fasermasse erscheint auf Sagittalschnitten und auf Horizontalserien nach einer Opticusdurchtrennung in degeneriertem Zustand. Oberhalb des Chiasma opticum breiten sich in der Regio supraoptica chiasmatis retino-hypothalamische Nerven bis zur Mitte zwischen Chiasmawölbung und Commissura rostralis aus. In einem Bogen der oberen Chiasmawölbung folgend, erreichen die vegetativen Opticusfasern den N. paraventricularis und finden sich in feiner Verteilung ebenfalls im N. infundibularis tuberis. Zahlreiche Nervenzellen des N. paraventricularis lassen in den Zwischenhirnen von Versuchstieren die Anzeichen einer Degeneration erkennen. In ihrem weiteren Weg durchziehen die retino-hypothalamischen Nerven das Infundibulum und den Hypophysenstiel und breiten sich in diffuser Anordnung im Hinterlappen der Hypophyse aus. Die vegetativen Opticusfasern benutzen in ihrem kontinuierlichen Verlauf durch das Zwischenhirn mit einigen Abweichungen das unmittelbar unter dem Ependym gelegene Gewebe.Die retino-hypothalamischen Nervenfasern werden mit Wahrscheinlichkeit als die Fortsätze der von Becher in der Retina beschriebenen vegetativen Nervenzellen angesehen, die den Einfluß des Lichtes auf die vegetativen Zentren des Zwischenhirnes im Sinne eines heliotropen Steuerungs- und Bewirkungs systems vermitteln sollen. Schädigungen von verschiedenen Netzhautquadranten lassen vermuten, daß die retino-hypothalamischen Nervenfasern in cranialer Lage den N. opticus durchlaufen. Die allmähliche Abnahme der Elemente des retinohypothalamischen Fasersystems auf dem Weg zum Hinterlappen der Hypophyse spricht für eine Endigung der vegetativen Opticusfasern in der Wand des 3. Ventrikels, im N. paraventricularis, im N. infundibularis tuberis und im Infundibulum sowie im Hypophysenhinterlappen. Einige nach Opticusdurchschneidung auftretende Wachstumserscheinungen am Ependym des Rec. opticus deuten auf einen engen funktionellen Zusammenhang von retino-hypothalamischen Nerven, Ependym und Liquortätigkeit.Meinem Chef, Herrn Prof. Dr. Dr. Becher, in Dankbarkeit zu seinem 60. Geburtstag gewidmet.     

Zur Dosimetrie solarer Protonenstrahlenfelder im Raum

Zusammenfassung Im Gefolge großer chromosphärischer Eruptionen der Sonne treten starke Erhöhungen des Protonenfluxes im gesamten Planetenraum auf. In der Umgebung der Erde folgt der Aufbau und Zerfall eines solchen solaren Protoneneinbruchs sehr verwickelten Gesetzen. Die absolute Intensität des Teilchenstromes sowohl wie sein Energiespektrum erleiden fortlaufende tiefgehende Veränderungen, die sich vorwiegend auf Reichweiten beziehen, die für die Tiefendosisverteilung in einem Objekt von der Größe des menschlichen Körpers von Einfluß sind. Vergleichende Messungen einer Reihe großer Eruptionen erlauben die Aufstellung eines synthetischen Maximalereignisses, das die Berechnung der Dosisleistung und Gesamtdosis und deren Tiefenverteilungen in einem Gewebephantom erlaubt. Die Ergebnisse einer solchen Berechnung werden im einzelnen vorgelegt. Sie zeigen die großen Veränderungen, denen die Dosisleistung und Tiefendosis im zeitlichen Ablauf unterworfen sind. Die Abschätzung der tatsächlichen Strahlenbelastung für solche Ganzkörperbestrahlungen mit stark abfallender und sich fortwährend ändernder Tiefendosis erscheint auf Grund des derzeit verfügbaren experimentellen Materials in der Radiobiologie nicht möglich. Die Kilogrammröntgendosis im besonderen ist für diesen Zweck ungeeignet, da sie die für die in Frage stehenden Strahlenfelder charakteristischen starken Änderungen der Strahlenbelastung in oberflächlichen Schichten des Körpers nur sehr unvollkommen wiedergibt.Herrn Professor Dr. Dr. h. c. Dr. h. c. B.Rajewsky zum 70. Geburtstag am 19. Juli 1963 gewidmet.     

Die analyse einer abnormen schnabelbildung bei Corvus F. Frugilegus L.

Zusammenfassung Eine durch eine Verletzung der Unterschnabelspitze verursachte starke Verlängerung des Oberschnabels einer Saatkrähe (Corvus f. frugilegus L.) wird morphologisch, funktionell anatomisch und histologisch analysiert. Die mit der Schnabelmißildung verbundenen Änderungen der Verhaltensweisen werden beschrieden.Die Verlängerungsgeschwindigkeit des stark den Unterschnabel überragenden Oberschnabels beträgt bis zum 71. Kontrolltag 0,16 mm je Tag. Die Geschwindigkeit des Hornflusses wurde bei dem abgebrochenen Oberschnabel für die Zeit vom 99.–160. Versuchstag mit 0,15 mm je Tag bestimmt. Sie liegt zwischen den Geschwindigkeiten für den Hornfluß des Oberschnabels eines großen Buntspechtes und denjenigen eines Kanarienvogels Bowie einer Taube. Die Länge des Unterschnabels bleibt in dem genannten Zeitraum nahezu konstant. Sie kann aber auch im Laufe eines Jahres mit dem Oberschnabel zusammen Änderungen aufweisen, die nicht allein nahrungsbedingt sind. Im verlängerten Oberschnabel sind die Abnutzungszonen auseinandergezogen. Es sind äußeres Deckhorn, inneres Deckhorn, Traghorn; Papillenhorn und Mundhöhlenhorn unterscheidbar.Erst die Abnutzung des Papillenhornes and des dorsal von ihm gelegenen Traghornes bilden die Voraussetzung für den Abschluß der Schnabelspitze. Hier werden die Lamellen des äußeren Deckhornes nur noch von den Lamellen des inneren Deckhornes gehalten. Sobald diese durch Abnutzung abgeschilfert werden, verlieren auch die Lamellen des äußeren Deckhorns ihren Halt. Die schräge Verletzung der Unterschnabelspitze verhinderte eine rechtzeitige Abnutzung des Papillenund Traghornes. Das Mundhöhlenhorn ist an dem Zusammenhalt der dorsal von ihm liegenden Hornlagen bis zu einem gewissen Grade beteiligt.Die mit dem stark verlängerten Oberschnabel verbundenen Veränderungen der Verhaltensweisen waxen in einigen Fällen (Nahrungsaufnahme in schräger Kopfhaltung) den veränderten Bedingungen angepaßt, in anderen Fallen (Trinken auch aus tiefem Gefäß in schräger Kopfhaltung) angenommen oder sogar deutlich sinnwidrig wie beim Stechen in senkrechte Wandnischen oder beim Hacken nach dem Angreifer mit dem Schnabelrücken. Auch mehrere Monate nach dem Abbrechen der Oberschnabelspitze werden die Verhaltensweisen beobachtet. Dabei wurde das Wasser auch aus einem ausreichend tiefen Gefäß vorwiegend mit nach links geneigtem Kopf aufgenommen, die Nahrungsbrocken hauptsächlich in gerader Kopfhaltung, aber außerdem auch mit nach links oder rechts geneigtem Kopf ergriffen. Bei der seitlichen Kopfhaltung wurde beim Fressen im Gegensatz zum Trinken die Rechtsneigung bevorzugt.