Permanent electric polarization of the meninges of man

Summary

Two directions of permanent electric polarization are demonstrable in the human meninges; they can be clearly distinguished by appropriate measurements.

The first direction of polarization runs parallel to the longitudinal direction of the collagen fibrils in these structures and is particularly marked in the meninges of the spinal cord. The spinal dura mater, the spinal arachnoidea and the spinal pia mater are characterized by having a longitudinal polarization whose direction is identical in the three meninges, and which continues uninterrupted from the cranial starting point of these structures to their caudal end point. The direction of longitudinal polarization in the sheaths of the human spinal cord corresponds to that found in lower vertebrates (Petromyzon, Acipenser) and is probably a uniform feature of all Vertebrata. The direction of longitudinal electric polarization in the human spinal dura mater has its direct continuation, without any directional changes, in the longitudinal polarization of the epineurium of the sacral plexus, the N. ischiadicus, and then the N. tibialis and the N. fibularis communis.

The meninges exhibit their second direction of polarization between the external and the internal surfaces, i.e. at right angles to the course of the collagen fibrils. An attempt was made to elucidate the principle underlying this direction of polarization. For this purpose, we also carried out comparative studies on aponeuroses (Bos taurus) and the swimming-bladder capsule of carp.

On the basis of X-ray diffraction patterns and the anisotropy established in swelling experiments, it is assumed that a preferred electric direction is in the ultrastructure of the collagen fibrils at right angles to their longitudinal axis. It is further assumed that in the morphogenesis of collagen, the fibrils of certain tissue structures are aligned in such a way that the longitudinal as well as the transverse fibril axes are arranged in a parallel pattern. In this way the two electrical axes of the supportive protein, collagen, are directly interrelated with the morphological axes (e.g. cranial/caudal, dorsal/ventral or outward/inward) in the body of organisms.

The relationship possibly existing between permanent electric outside-inside polarization and selective permeability (“diffusion barrier”) in these structures is discussed briefly.

Zusammenfassung

In den Meningen des Menschen besteht eine permanente elektrische Polarisation mit zwei, meßtechnisch klar unterscheidbaren Polarisationsrichtungen.

Die eine Polarisationsrichtung, welche parallel zur Längsrichtung der Kollagenfibrillen in diesen Strukturen verläuft, tritt besonders klar in den Meningen des Rückenmarks hervor. Die spinale Dura, sowie die spinale Arachnoidea und Pia weisen eine Längspolarisation auf, deren Richtung in allen drei Häuten gleichartig verläuft und vom cranialen Beginn bis zum caudalen Ende dieser Strukturen kontinuierlich durchgeht. Die Richtung der Längspolarisation in den Rückenmarkshüllen des Menschen ist derjenigen bei niederen Vertebraten (Petromyzon, Acipenser) gleich und wahrscheinlich in der ganzen Vertebratenreihe einheitlich. Die Längspolarisation in den Rückenmarkshäuten des Menschen geht ohne Richtungsänderung kontinuierlich über in die Längspolarisation des Epineurium des Plexus sacralis, des N. ischiadicus und weiterhin des N. tibialis und N. fibularis communis.

Die zweite elektrische Polarisationsrichtung besteht in den Meningen von ihrer Außenfläche zur Innenfläche, also senkrecht zum Verlauf der Kollagenfibrillen. Es wurde versucht, diese Polarisationsrichtung grundsätzlich aufzuklären. Hierzu wurden auch Vergleichsuntersuchungen an Sehnenblättern (Bos taurus) und an der Schwimmblasenkapsel des Karpfens durchgeführt. Auf Grund von Röntgen-Beugungsdiagrammen und einer festgestellten Quellungsanisotropie wird angenommen, daß eine elektrische Vorzugsrichtung in der Ultrastruktur der Kollagenfibrillen quer zu ihrer Längsachse besteht. Es wird weiterhin vermutet, daß bei der Morphogenese des Kollagens die Fibrillen einer bestimmten Gewebestruktur so ausgerichtet sind, daß nicht nur die elektrischen Fibrillen-Längsachsen, sondern auch die elektrischen Fibrillen-Querachsen einander parallel orientiert sind.

Auf diese Weise stehen die beiden elektrischen Achsen des Strukturproteins Kollagen in direkter Beziehung zu den morphologischen Achsen (z. B. cranial/caudal, dorsal/ventral, oder auch außen/innen) im Körper der Organismen.

Die möglichen Beziehungen der permanenten elektrischen Außen-Innenpolarisation zur selektiven Permeabilität („Diffusionsbarriere“) dieser Strukturen werden erwähnt.