金沢大 学 十 全医 学 会 雑誌 第9 8巻 第1 号 25 7 −2 7
7
く1
9 89 1ワ ー ラ ー
変性 早 期
におけ
る ラ ンヴイ エ絞 輪
およ
び傍 絞 輪
の超 徴 構 造 変 化
一 超薄切片および凍 結 割断レ プ リ カ による研 究 一
食沢 大学 医学 部 脳 神経 外 科 学講 座く主 任
二
山下純宏 教授1長 谷 川 光 広
く平 成元年
2
月3
日受 付12 5
7
本 研 究は
ワ
ー ラー 変 性 早 期に
お け る ラン
ヴィ
エ絞 輪お よ び傍 絞 輪の
超 微 形 態学 的 変 化を 明 らか に
す るこ
と を目 的と し て行わ れ た■ マ ウス
くB A L BIcJお
よ び ラッ トくW ist
a rIの
視 神 経を切断し, 4 時 間 後 く第1 別 よ り第2 8 日に
わ た り超 薄切 片な ら びに
凍 結判 断レ
プ リ カ を作 製し. 電 顕を用い て
観 察し た. 超 薄切片に
よ る検 索で は, マ ウス
視 神経の
最 初の変 化は, 切断4時 間 後よ り み ら れ た. す な わ ち, 糸 粒 体な ど の軸 索 内 小器 官が軸 索 原 形 質 内に
局 所 的に
集 積し, 変 性し た微 小管は神 経 細線 経と分離し た.こ
れ ら の変 化は第3 − 4 日に
著 明と な り, 軸 索は局 所 的に
小 分 節 状に
膨 化し た. 切 断1 6時 間 後よ り均一 な 高 電子密 度の軸 索原 形 質が み ら れ,こ
れ はの
ちの
軸 索 変性の
中 心 像と なっ た. 傍 絞輪の
変 化は切 断1 6時 間 後よ りみ
ら れ た. す な わ ち, 傍絞 輪の乏突 起 膠 細 胞の細 胞 質の
輪 くt
e r min a1 lo op
l は, 膨化 数 個の
t
e rmi n al lo op か
ら な る小 グル
ー プへの
分 散と そ れに
伴う傍 絞輪の
延長, 軸 索外 膜か ら の遊 離, 髄 鞘か ら の 孤 立 な ど, 多彩な変 化を 示 し た−こ の
傍 絞 輪の
脱髄 性 変 化に
よ り, ラン
ゲィ
エ絞 輪は著 明に
延 長し た. す な わ ち, 軸 索 径の
拡 大に
よ り, そ れ を覆ってい
る髄 鞘の構 築は変化し, 傍 絞輪は 正常な構 造を失い
,
一 部の髄 鞘 節は著し く短 小 化し た. 凍 結 割 断
レ
プ リ カ法に
よ る検 索で は, 第3 日 よ り 正常傍 絞 輪に
み ら れ る軸 索膜の陥凹 お よ びp
a r a c ry
st
all in ep
at t
e r nの
周期と配 列に
異 常が み ら れ た. ラン
グィ
エ絞 輪の
E 面に
み ら れ る膜 内 粒子 は第3 − 5 日 ま で は 正常の分布と密 度を 示 し た が, 第8 日に
は斑状 分 布を 示 し, そ の密度は 正常の
ほ ぼ半 分に
まで
減 少し た. 軸 索膜P而の膜 内 粒子に
は明らか
な変 化は み ら れ な か った. す な わ ち, ナ ト リ ウム
チャ ン
ネル
を あ ら わ す と さ れ る軸 索膜E 面の
膜 内 粒子 は, 傍絞 輪の
脱 髄の
後も し ば ら く は ラン
ヴィ
ェ絞 輪で 正常な密 度を維 持し, その
後 次 第に
減 少し た. 形態 学 的に
正常と思 わ れ る神経 線 推は全 経過 を通じ て み ら れ た が, 第5 日で
その
数は お よ そ5 0%に
, 第1 1 日 で1
0%以下に
減 少し た. ラッ ト視 神 経に お い
て も変性の
形 態お よ び経過はマ ウス
と同様で あった, 以 上の
成績か
ら, マウ
ス
, ラッ
ト視 神 経の ワ
ー ラー 変 性に お い て
, 個々の
神 経 線 推の
変 性は非 同 期 性に
急速に
進行す る が , ほ ぼ同一の
過 程に
従うこ
と が 示 さ れ た, 軸 索 径が拡 大す るこ
とに
よ り, そ れ を覆う髄 鞘の
構 造の
変 化が 起り, その
結 果, 傍 絞 輪の
脱 髄, 絞 輪の
延 長お
よ び髄 鞘節の短 小 化を も た ら す と考え ら れ た. ま た ナ ト リ ウム
チャン
ネル
を あ ら わ す と さ れ る軸 索膜E 面の
膜 内粒子 は, 傍 絞 輪部の脱 髄後も 一定 期間その
集 合 形 態を維 持し たの
ちに
再 編成さ れ るこ
と が 示唆さ れ た.K
e
yw o r
ds n o
de o
f Ra n v
ie r
, Wa
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l ju n c
tio n
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e m
ye
lin a
tio n
,fr e e z e
−fr a c
tu r e
有 髄 神 経
の
髄 鞘は 一 定の
間 隔で中断し, 跳 躍 伝 導の
側に
起こ
る神 経 軸 索の
非 可 逆 的 変 化で
あ るり. 神 経 損 場で
ある ラン
ヴィ
エ絞 輪を形成す る.こ の
ラン
ヴィ
エ 傷に
近い
部 位か ら末 梱に
向か い
進 行 性に
変 化して
しユ 絞輪は両 側の
傍 絞 輪に
よって
髄 鞘 節 く絞 輪 間 酎 と区 く が2,, その
際, 神 経 軸 索と その
髄 鞘 形 成 細 胞との
間 画 さ れ てい
る.ワ
ー ラー 変性は, 神 経 損 傷 後その
末 梢に
相互作用 が み ら れ る. す な わ ち, 神 経 切 断端より末棺
の
神 経 軸 索に
髄 鞘を形成して い
た髄 鞘 形 成 細 胞は.そ
の
細 胞 体に
は全く損傷を加え ら れて
いないの に
, その
髄 鞘お
よ び細 胞 質に
変性を き た す. 末 杓 神 経の ワ
ーラ
ー 変 性に お
け る グ リ ア細 胞の
関 与に
つ いて
は,Ballin ら3 J
が
ラットの
排腹 神 経を 用い て
,ラ
ンゲィ
エ絞 輪と傍絞 輪
の
変 化と して
, 末 棺神 経の
髄 鞘 形 成 細 胞で
あ るシ
ュワ ン
細 胞の
細 胞 突 起が軸 紫外 膜とシ
ュワ ン
細 胞で
形成さ れ るt
e r min al lo op の
間に
入 り 込 んで い
る所 見を 示 して
いるに
す ぎ ない . ラン
ヴィ
エ絞 輪は傍 絞 輪の
変 性に
よ り延 長を き た すこ
と が 知 ら れ ている4 ト 6I.
こ の
結果,二
次 的に
髄 鞘に
覆わ れて
い ない部分の
軸 素 面積が増え るこ
と と な り, 活動電 位の
単 位 面 積 当た りの
イ オン の
流れ を減 少させ
, 伝 導 障害を引き起こ
す と さ れ て き た. 最 近Ishi
s e ら は,両生類の
中枢 神 経7Iお
よ び末 杓 神経8Jの ワ
ー ラ ー 変性に お
け る髄 鞘な らび
に
軸 索の
変化の
詳 細な検 討を行っ た. その
結 果, 一本 山本
の
軸 索レ ベル で
起こ
る変 性は同一の
連 続 性を 示 す が, 相 隣接し た軸 索は同期し て変 化せ
ず, 例え ば, 視 神 経で は第3 日に
最初の
変 化が現れ るに
もか か
わ ら ず神 経 切 断2 4 日 を経て なお か
つ多くの
軸 索は 正常 形 態 を保ってい
た. 晴乳 類の
中枢 神経 系に お
け る神 経 損 傷 後の
軸 索 変 化に
つ いて の
研 究は末 梢 神 経に
関す る もの に
比 べ少な くtシ
ブ ナス の
変 化9I, 髄 鞄の
周期 性の
変 化1 0 ,, 髄 鞘の P
hag
o cy t
o sis, 軸 索の
変 化1 1 ト 1 3 Jな ど が電 顕 的
に
示 さ れ て いるに
過 ぎない
. 最 近で
はニ ュ ー ロフ ィ ラ メ ン
トに
対す るモ ノ ク
ロ ー ナル
抗 体を 用い
た神 経 損 傷 部 位よ り中 枢 側の
軸 索の
変 化に
つい
ての
報 告1哺 が あ る. しか
し電顕に
よ る ラン
ヴィ
エ 絞 輪や傍 絞 輪に
つ いての
詳 細な報 告はみ
ら れ ない. 神 経 再 生や 神 経 移 植は最 近の
神 経 科 学の
大き な課 題の
一 つ と な り, 神 経再 構 築 機 能を 理解す る た めに
は神 経の
変 性 過 程を詳 細に
分析す るこ
と は き わ め て 重要で
あ る. そこ
で本 研 究で
は, マ ウス
. ラットの
視 神 経の ワ
ー ラ ー 変 性 早 期に お
け るラ ン
ヴィ
エ絞 輪お
よ び傍 絞 輪の
超 微 構 造 変 化を, 経時 的に
超 薄切片と凍結 割 断レプ リ カで
観 察し, 冷血動物に お
け る同変 化との
差異を考察し た.対 象
お
よ び方法1
6 匹の
成 熟マウス
くB A L Bノc,3 0−4 5g
rl と1
1 匹の
成 熟ラッ トくW ist
a r,1
5 0−2 5 0g
rl を 用 い た. 抱 水ク
ロ ラ ール
く0.3 5mg
ノg
rlの
腹 腔 内投 与に
よ る全 身麻 酔 下に
, 手 術 顕 微 鏡を 用い
て 眼球 摘 出 術を施 行し た. ま ず, 眼科 手 術用の
鉄を 用い
て球 結 膜 付 着 部を 眼瞼 結 膜 よ り剥 離し, 外眼筋の
眼球への
付 着 部を鋭 的に
切断,続い
て
視 神 経を 眼球 付 着 部に
で き る だ け 近い
とこ
ろで
わずか に
視 神経を眼球 側に
残し て切 断し た. 止 血後限瞼は縫 合し た. 手 術施 行日 を第
1
日 と し た. マウ ス
は 第1
日 く視 神経切断後4
時 間, 8時 間,1
6時 間1, 第2 日く24
時 間, 36時F削, 第3,4
, 5, 7.8 ,1 1
,1 4,1 7
,2
1
,2 8 日, ラッ ト は第2 ,3,4
,5.6 ,7,8,1 1
,14
,2 1 日に
屠殺し た. す な わ ち, 麻 酔下に カ
コ ジレ
ー ト緩 衝 液に
3 %グルタ ー ルア ル
デヒ
ドお
よ び 2 %パ ラ ホ ル ム ア
ルデヒ
ド を加え た前 固 定 液に て
, ゆっく り 左 心室よ り 湾 流 固 定を行った. 一部の
動物で
は濯 流 固 定 後 直ちに
関 頭し, 頭蓋内 視 神経が見え る ま で前頭 葉を 切除し,
固 定 液を 局所
に
注入 し浸 潤 固 定を追 加し た. 対照 と して
は 眼球 摘 除を施 行し なか
っ た 左側の
視 神 経を 用い た. 視 神 経 交叉 を含め両 側の
視 神経を 一塊と し て摘出し, 尖刀
で
眼球 側よ り交互に
長さ1
m mお
よ び 2 m mの
標 本を作 成し た. 1 n l m 長の
標 本は遠 位 郎を斜めに
切断す る
こ
と で観 察 時に
中 枢 側と末 梢側を識 別で き る よ うに
し た.I
. 超薄切 片の
作製1
m m 標 本は.,.,一晩リン
ゲル液に
浸 し た後, 0 .1
Mカ
コ ジレ ー ト綾 衝 液に
2 %四酸 化オス ミ ウ ム お
よ び 1 .5%フ
ェリシ
アン
化カ
リ ウム
くK3FeくC Nld を加え た 固 定液で
2 時 間, 後 固 定を行った. 緩 衝 液で
洗浄し たの
ち,ア ル
コ ール
と酸 化プロ ピレン で
脱 水し, アラ ル
ダ イ トに
包埋 し た. トル
イ ジン
ブル
ーで
染め た 0.5−1
.0ノ
ノm 切片で
光 頗 的に
部 位と方 向を確 認し たの
ち,銀 白 色
の
超 薄切片を作 成し た. 過マン
ガン
酸カ
リ ウム
と酢 酸ウラ
ニル で
2重 染 色糊 を施し, 電子 頗微 鏡 E M 3 0 0 塾 くP h ilip
s, E ind ho v e n, H olla ndlで
観 察し た.H . 凍結 割断
レ
プ リ カの
作 製2 m m 標 本は Oxfo rd
ビ
プ ラ ト ーム
くT e ch
ni
c al Pr odu ct
Int
e r n at
io n al In c.,St
. Lo uis, M is s o u ri, U.S. A1.
に て
5 0ノ
ノmの
厚さに
薄切し,1
0%,2 0%,30 %の
グ リセ
リン
を加え た リン
ゲル
液に て
グ リセ
リン
化した. そ
の
後, 2 重 レ プ リカ
用 ディ ス
ク 盤 くBalz e r s,F
u
r st
e nt
u m ,L ie cht
e n st
einlに
挟み, 液 体 窒 素で
冷 却 凍 結し たフ
レオン
2 2に
て急 速 凍 結し, 直ちに
液体 窒 素 中に
保 存し た. 凍 結 標 本は 仁真空凍 結 割 断 装 置0 8 0 型 くBalz e r sJに て
−1 1 5
OCの
温度で割 断し, 直ちに
プ ラ チ ナお
よ びカ
ー ボン
を蒸 着し た. 作 製さ れ たレ プ リ カ は1
%コ ロ ジ オン
加 酢 酸アミ ル
を滴下後ディ ス
ク よ り刺 し, 蒸 留水に
浮か
べ た. 蒸 留 水を 過 塩素 酸で
置 換し.組 織を融 解, 除去 し た. レプ リ
カ
を蒸 留 水で洗 浄し た 後,フ ォ ル ム
バ ーお
よ びカ
ー ボン
で被 膜さ れ た グ リッ ドで
す くい
上 げ, 酢 酸アミ ル に て
コ ロ ジ オン
を除去し て電 顕 的に
観 察し た.II
l
. ラン
ヴィ
エ絞 輪, 軸 索径の
計 測ワ
ーラ
ー 変 性 早 期に お
け る ラン
ヴィ
エ絞 輪お
よ び傍 絞 輪の
超 微 構 造 変化 2 5 9切断 側
お
よ び対照側の
軸 索の
直 径とラ ン
ヴイ
エ絞 輪の
長さ は, 超 薄 切 片か
らの
電顕写 真上 で計 測し た. 斜 めに
切 れ た神 経 線 維は, 完 全に
横 断さ れて
い る と思わ れ てい る もの の
みの
中か
ら, 軸 方 向に
垂直に
最 大 幅を とっ て その
直 径と し た.ラ ン
グィ
ェ絞 輪の
長さ は, 矢 状 断に お い て
傍 絞 輪を形 作るt
e r min al lo op
間の
最 短 距 離と し た.I
V . 統 計 学 的 検 討得ら れ た計 測 値は すべて m e a n
士
S D くnJで
示 し た. 2 群 間の
軸 索 径の
平 均 値の
差の
検 定に
は Welch,st
−t
e St
を 用い
た. ま た 2 群 間の
軸 索 径の
等分散の
検 定に
は F 検 定を 用いて
比較 検 討し た.p く
0.0 5 を有 意と し た.成 績
工. 対 照 群
対 照側
の ラ
ットお
よ びマ ウス
視 神 経の
有髄 神 経 線 推に お
いて
は, ラン
ヴィ
エ糸交輪か
ら髄 鞘 節に い
た る まで
, 軸 索細 胞 質の
微 小 管と神経 細 線 維は軸 索と平行し て走り, 糸 粒 体は ほ ぼ均一一に
分 布し てい
た . de n s ebod
y
や断 裂し た微小管な どの
異 常な細 胞 内小 器官はみ
ら れ なか
った. 視 神 経切断 群で
高 頻 度に み
ら れ たt
e r min al lo op の
傍 絞 輪 部 軸 索膜か らの
翻転. 遊 離は,対照群
に お い て
は 太い
軸 索 径を持つ髄 鞘の
一 部に
ご く 稀に み
ら れ た. 観 察さ れ た対 照群の
う ち 1 例の み で
,約7■5
ノ
Jmの
長さの
短 小 な髄 鞘 節がみ
ら れ た が,こ の
F ig.
1
. A n a x op
la s m o nt
he 3rd day
. De n s e bod ie s a r e ag g
r eg
at
ed at t
he n ode of Ra n vie rくnRIa nd
p
a r a n odal r eg
l O n S.M o u s e op t
ic n e r v e. x2 6,0 0 0.F i
g
.2. N od al a ndp
a r a n odal r egi o n s o nt
he lst
day
く1 6 hrl. Se v e r alt
e r min al lo op
s a r edis c o n n e c
t
ed fr o m my
elin she at
hs a nd st
ill ap p
o s edt
op
a r a n odal a x ole m m a wit
ht
r a n s v e r s eba nds くbe
t
w e e n a r r o whe adsl. Ast
e risk, r ad ial c o mp
o n e nt
of my
elin she at
hs こ nR, n Ode of Ra n vie r こAs,p
r O C e S S Of a st
r o cy t
e. M o u s e op t
ic n e r v e. x 2 6,0 0 0.Fi
g
.3. A s u r v ey
vie w of a x o n s o nt
he 3rd day
. An e xt
r e m ely
e nla rg
ed a x op
la s m く.春
1 c o nt
ain s n u m e r o u s mit
o cho ndria,de n s e bod ie s a nd n e u r ofila m e nt
s. M o u s e op t
ic n e r v e■X
6,0 0 0−ワ
ー ラ ー変 性 早 期に お
け る ラン
ヴィ
エ絞 輪お
よ び傍絞 輪の
超 微 構 造 変 化 2 6 1神経 線維
の
直径は, 実 験 側で み
ら れ た 短 小 な髄 鞘 節の
約4
.0 声 mに
対し て. 約0
.5 5ノ
Jm と著し く細か
った.正常な ラ
ン
ヴィ
エ絞 輪の
細 胞 膜 直下に
は. 均山一の
厚さ く約2 5n mJの
u nde r c o at
ing
1 71が ラ
ン
ゲィ
エ絞 輪 全体を 内側か
ら連 続し て覆っ てい
た.視神 経
に お
け る ラン
ヴィ
エ絞 輪の
長さ は. マウス で
は 0.6 8士
0.2 3Jjm くm e a n士
S D , 以下 同じ1く0.2 0−1
.3ルm, n ニ
4
2ナ, ラットで
は 0−82士
0.1 4
ノノITlく0.6 0−1
.1
声m, n ニ
1
7ナで
あった.対照群
の
マウス
視 神 経よ り作 成さ れ た凍結レプ リカ
で は,ラ ン
ヴィ
エ絞 輪 軸 索 膜E 面に
は. 全 体に
均一に
分 布す る直径 約9.5n mの
膜 内 粒子 が み ら れ た が,斑状分布は
み
ら れ なか
っ た. 粒子の
平均 密 度は約1 1
0 0 ノ声
11ユ2
で
あっ た. 傍 絞 輪で
は, 軸 索 周 囲を ラセ ン
状に
Fi
g
..4a,b− An e x
t
r e m ely
wi de n ed n ode of Ra nvi e r o nt
he 3rd day
. al T he a x ole m m a ha s n oL
u nde r c o a
t
ing
,くbet
w e e n a r r o w sl a ndt
he n odal a x op
la s m sho w s s eg
r eg
at
io n of n e u r ofila me nt
s Wit
h s u r r o u nding
d is o rie nt
ed mi c r ot
ubule s くmt
l, mit
o cho ndria a nd ot
he r o rg
a n elle s.Ac c u m ula
t
io n s of o rg
a n elle s a r e als o vi sib le at
a n ot
he r r eg
io n sく木
ナ. M o u s e op t
ic n e r v e.X
l
O,0 00. bl M ag
nific at
io n oft
hep
a r a n odal r eg
io n in F ig
.4a sho w s lo s s oft
r a n s v e r s e ba ndsくa r r o whe adsl. x
7 7
,0 0 0.Fi
g
.5. A n elo ng
at
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a r a n ode o nt
he 3rd day
. Se v e r al my
elin la mella eくc u r v ed a r r o w sl e xt
e nda