Summary
Subletal cyanide intoxication was produced in 17 rats by daily subcutaneous application of a solution of 0.2% KCN. The total daily dosis was divided in 3 injections. Duration of the intoxication period: up to 2 weeks (6 animals); up to 9 weeks (6 animals). Light- and electron-microscopic examination after surviving times up to 9 weeks. All animals were killed by perfusion with glutaraldehyde. Some animals received only a single injection and were examined within the following 3 days. In all cases appeared 1. necrotic lesions in the caudal part of the corpus callosum, accompanied by 2. spongy tissue alterations at the margin of these lesions. In the necrotic region disintegration of all tissue components appeared (histotoxic hypoxidosis). Phagocytotic activity could be observed only from 2 days after the last toxin application. Astrocytic fiber gliosis followed. After 10 weeks remyelinated axons could be seen. In the marginal region which had a spongy appearance the most important changes were swelling of the inner and outer oligodendrocytic covering of the myelin sheaths, supplemented by intramyelinic vacuolisation and mild astrocytic swelling. They are considered as a selective cyanide effect on these parts of oligodendrocytes (cytotoxic edema of the inner glial loop and the outer glial tongue). Disintegration of the myelin sheaths and degeneration of the axon were secondary phenomena. No criteria indicating a direct toxic myelin damage (primary myelinolysis) were found. The perikarya of oligodendrocytes were involved only by reversible swelling of endoplasmatic reticulum. A special vulnerability of the myelin covering oligodendrocytic processes in cyanide intoxication is suggested.
Zusammenfassung
Subletale Cyanidintoxikation wurde an 17 Ratten durch tägliche Applikation einer 0,2% igen Kaliumcyanidlösung (je drei subcutane Injektionen täglich) erzeugt. Dauer der Intoxikation: bis zu 2 Wochen (6 Tiere), länger als 2 Wochen (6 Tiere). Licht- und elektronenmikroskopische Untersuchung nach Überlebenszeiten bis zu 9 Wochen. Glutaraldehyd-Perfusionsfixierung. Einige Tiere erhielten eine einzige Injektion, Untersuchung innerhalb der folgenden 3 Tage. In allen Fällen traten 1. umschriebene Nekrosen im caudalen Abschnitt des Corpus callosum und 2. spongiöse Gewebsveränderungen in der Randzone dieser Läsionen auf. In der Nekrosezone Zerfall aller Gewebsbestandteile (Cytolyse) als Ausdruck einer histotoxischen Hypoxidose der Marksubstanz. Abräumung und Reparation waren während der Dauer der Intoxikation gehemmt, sie kamen erst 2 Tage nach der jeweils letzten Toxingabe in Gang. Nach 10 Wochen waren Remyelinsationsvorgänge nachweisbar. In der Randzone spongiöse Auflockerung der Marksubstanz infolge Schwellung des inneren und äußeren oligodendrocytären Hüllplasmas der Markmäntel, sowie intramyelinärer Vacuolenbildung und Astrocytenschwellung. Die Hüllplasmaschwellungen der Markmäntel werden als cytotoxisches Ödem der äußeren und inneren oligodendrocytären Gliascheiden (selektive Cyanidwirkung) angesehen. Sie führten sekundär zum Zerfall der Markscheiden, und zur Schädigung der Axone. Anzeichen für eine unmittelbare Toxinwirkung auf die Markscheiden-membranen (primäre Myelinolyse) fehlten. Die Perikarya der Oligodendrocyten zeigten lediglich reversible Schwellung des endoplasmatischen Reticulums. Es wird eine besondere Vulnerabilität der die Markscheiden einschließenden plasmatischen Ausläufer der Oligodendrocyten gegenüber der Cyanidvergiftung vermutet.
Similar content being viewed by others
Literatur
Aleu, F. P., R. Katzmann, andR. D. Terry: Fine structure and electrolyte analysis of cerebral edema induced by alkyl tin intoxication. J. Neuropath. exp. Neurol.22, 403–413 (1963).
Bass, N. H.: Pathogenesis of myelin lesions in experimental cyanide encephalopathy. Neurology (Minneap.)18, 167–177 (1968).
Csillik, B.: Aspects histochimiques de l'écorce cérébelleuse. Acta neurol. belg.65, 251–259 (1965).
Déchaume, J., etM. Chambon: Cyanure de potassium et leucoencéphalite. Arch. Mal. prof.8, 119–124 (1947).
Estler, C. J.: Stoffwechsel und Funktion des Gehirns im Verlauf der nicht letalen KCN-Vergiftung und unter dem Einfluß von Cyanidantagonisten. Fortschr. Med.83, 813–817 (1965).
Ferraro, A.: Experimental toxic encephalopathy: Diffuse sclerosis following subcutaneous injections of potassium cyanide. Arch. Neurol. Psychiat. (Chic.)29, 1364–1367 (1933).
Friede, R. L.: Topographic Brain Chemistry. New York-London: Academic Press 1966.
Hager, H., W. Hirschberger, andW. Scholz: Electron microscopic changes in brain tissue of syrian hamsters following acute hypoxia. Aerospace Med.31, 379–387 (1960).
Harris, B.: Cortical alterations due to methionine sulfoximine. Ultrastructure during seizure activity. Arch. Neurol. (Chic.)11, 388–407 (1964).
Haymaker, W., A. M. Ginzler, andR. L. Ferguson: Residual neuropathological effects of cyanide poisoning. Milit. Surg.111, 231–246 (1952).
Hicks, S. P.: Brain metabolism in vivo. 1. The distribution of lesions caused by cyanide poisoning, insuling, hypoglycemia, asphyxia in nitrogen an fluoroacetate poisoning in rats. Arch. Path.49, 111–137 (1950).
Hirano, A., S. Levine, andH. M. Zimmerman: Experimental cyanide encephalopathy: Electron microscopic observations of early lesions in white matter. J. Neuropath. exp. Neurol.26, 200–213 (1967).
———: Remyelination in the central nervous system after cyanide intoxication. J. Neuropath. exp. Neurol.27, 234–245 (1968).
Houten, W. H., andR. L. Friede: Histochemical studies of experimental demyelination produced with cyanide. Exp. Neurol. 4:402–412 (1961).
Hurst, E. W.: Experimental demyelination of the CNS. 1. The encephalopathy produced by potassium cyanide. Aust. J. exp. Biol. med. Sci.18, 201–223 (1940).
— Experimental demyelination of the CNS. 3. Poisoning with KCN, sodium azide, hydroxylamine, narcotics, carbon-monoxide etc., with some consideration of bilateral necrosis occuring in the basal nuclei. Aust. J. exp. Biol. med. Sci.20, 297–312 (1942).
Ibrahim, M. Z. M., P. B. Briscoe, O. B. Bayliss, andC. W. M. Adams: The relationship between enzyme activity and neuroglia in the prodromal and demyelinating stages of cyanide encephalopathy in the rat. J. Neurol. Neurosurg. Psychiat.26, 479–486 (1963).
—,R. S. Morgan, andC. W. M. Adams: Histochemistry of the neuroglia and myelin in experimental cerebral edema. J. Neurol. Neurosurg. Psychiat.28, 91–98 (1965).
Jedlowski, P.: Sull' encefalomielopatia sperimentale da cianuro di potassio. Riv. path. nerv. ment.51, 231–275 (1938).
Jellinger, K.: Zur Morphologie komatöser und postkomatöser Encephalopathien. Proceed. V. Internat. Congr. Neuropath., Zürich 1965, 3–20, Amsterdam: Exc. Med. 1966.
Jervis, G.: Sulle alteriazioni mieliniche da cianuro. Riv. Pat. nerv. ment.50, 410–419 (1937).
Kolkmann, F. W., andG. Ule: Tin poisoning edema. Brain Edema, Proceed. Symp., Vienna 1965, ed. byI. Klatzo andF. Seitelberger, pp. 530–535. Wien-New York: Springer 1967.
Lampert, P., andM. Cressmann: Axonal regeneration in the dorsal columns of the spinal cord of adult rats. Lab. Invest.13, 825–839 (1965).
Levi, G., andL. Amaducci: Effect of acute cyanide intoxication on the active transport of amino acids in brain slices. J. Neurochem.15, 459–469 (1968).
Levine, S.: Localization of allergic encephalomyelitis in lesions of cyanide encephalopathy. J. Neuropath. exp. Neurol.19, 238–247 (1960).
—: Experimental cyanide encephalopathy: Gradients of susceptibility in the corpus callosum. J. Neuropath. exp. Neurol.26, 214–222 (1967).
—, andW. Stypulkowski: Experimental cyanide encephalopathy. Arch. Path.67, 306–323 (1959a).
—, andE. J. Wenk: Cyanide encephalopathy produced by intravenous route. J. nerv. ment. Dis.129, 302–305 (1959b).
Lumsden, C. E.: Cyanide leucoencephalopathy in rats and observations on the vascular and ferment hypotheses of demyelinating diseases. J. Neurol. Neurosurg. Psychiat.13, 1–15 (1950).
Luse, S. A., S. Goldring, andJ. O'Leary: Seizure activity due to intravenous strychnine. An electron microscopic study of the cortex. Arch. Neurol. (Chic.)11, 296–302 (1964).
Meyer, A.: Über experimentelle HCN-Vergiftung und ihre Bedeutung für eine vergleichende histopathologische Giftforschung. Nervenarzt5, 229–231 (1932).
—: Experimentelle Vergiftungsstudien. III. Über Gehirnveränderungen bei experimenteller Blausäurevergiftung. Z. ges. Neurol. Psychiat.143, 333–348 (1933).
Ohmaru, I., N. Yoshida, T. Sato, K. Kotorii, andY. Shinakawa: Electron microscopic studies of the central nervous system of the adult female rabbit at the time of experimental convulsion. J. Kurume med.9, 24–39 (1962).
Rossiter, R. J.: The myelin sheath, metabolism of myelin and experimental demyelination. Neurochemistry—The Chemistry of brain and nerve, ed. byK. A. C. Elliott, I. H. Page andJ. H. Quastel, pp. 870–896, 2. Edition, Springfield, Ill.: Ch. C. Thomas 1962.
Rubino, A.: Alterazioni della mielina da tossici. Riv. pat. nerv. ment.45, 191–206 (1935).
Schlote, W.: Die läsionsbedingten primär-retrograden Veränderungen der Axone zentraler Nervenfassern im elektronenmikroskopischen Bild. Acta neuropath. (Berl.)4, 138–157 (1964).
Schlote, W.: Die progressiven und regressiven Strukturveränderungen des Nervus opticus der Ratte nach experimentellen Läsionen. Habilitationsschrift, Tübingen 1967.
Schröder, J. M.: Feinstrukturelle Veränderungen im Marklager des Gehirns nach experimentellem Trauma. Proceed. V. Internat. Congr. Neuropath., Zürich 1965, pp. 818–823. Amsterdam: Exc. Med. Foundat. 1966.
—, u.W. Wechsler: Ödem und Nekrose in der grauen und weißen Substanz beim experimentellen Hirntrauma. Acta neuropath. (Berl.)5, 82–111 (1965).
Smith, A. D.: Cyanide, vit. B 12, experimental demyelination and tobacco amblyopia. Brit. J. exp. Path.46, 615–622 (1965).
Thoenes, W.: Giemsa-Färbung an Geweben nach Einbettung in Polyester (“Vestopal”) und Methacrylat. Z. wiss. Mikr.64, 406–413 (1960).
Tursky, T.: The influence of potassium cyanide poisoning on the γ-aminobutyric acid level in rat brain. J. Neurochem.9, 519–523 (1962).
Warburg, O.: Über Eisen, den sauerstoffübertragenden Bestandteil des Atmungsfermentes. Biochem. Z.152, 479–494 (1924).
Webster, H. de F., andA. Ames III: The ultrastructure and physiology of anoxia and hypoglycemia in nervous tissue. Proceed. V. Internat. Congr. Neuropath., Zürich 1965, pp. 62 to 63. Amsterdam: Exc. Med. Foundat. 1966.
Wechsler, W., E. Riverson, J. M. Schröder, P. Kleihues, J. F. Palmeiro, andK. A. Hossmann: Electron microscopic observations on different models of acute experimental brain edema. Brain Edema, Proceed. Symp., Vienna 1965, ed. byI. Klatzo andF. Seitelberger, pp. 598–614. Wien-New York: Springer 1967.
Wyndham, R. A.: Experimental demyelination of the central nervous system. 2. Respiratory enzyme systems of the brain in poisoning with cyanide and with azide. Aust. J. exp. Biol. med. Sci.20, 243–248 (1941).
Author information
Authors and Affiliations
Additional information
Sonderdruckanforderungen an: Prof. Dr. J. Peiffer Direktor des Institutes für Hirnforschung der Universität Tübingen 74 Tübingen, Calwer Str. 3
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Hirner, A. Elektronenmikroskopische Untersuchungen zur formalen Genese der Balkenläsionen nach experimenteller Cyanvergiftung. Acta Neuropathol 13, 350–368 (1969). https://doi.org/10.1007/BF00686123
Received:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00686123