Summary
The average length of the capillary endothelial cells (L E ), the capillary length (CL) and the number of vascular ramifications (N⊥) per unit volume in layer IV of the sensorymortor cortex from the brains of 64 Sprague Dawley rats were determined during postnatal development. All vessels less than 8 μm in diameter were accepted as capillaries. The CL was calculated according to the method of Saltikov, by counting capillary profiles in 1–2μm Epon sections. The number of ramifications per test volume were counted in 30 μm frozen sections of India-ink injected brains.
Capillary growth involves both the formation of ramifications by sprouting, and the elongation of the existing vessels. During the postnatal period CL increases from 200 to 1100 mm per cubic mm tissue, the extent of branching per unit volume rises from 1200 at birth to a peak of 11500 per cubic mm at day 20 after birth, and then declines to 9500 in adults. Intensive capillary sprouting results in a marked increase in N⊥ at the end of the first week, followed by a rapid increase in CL in the second week. The changes in the ramification density run parallel with the changes in aerobic metabolism during postnatal development. The ratio N⊥/CL, i. e. the number of ramifications per mm capillary length, corresponds to the degree of arborization of the capillary net. This value rises to a maximum level between days 10 and 20 after birth and declines until maturity is attained. After 1 month the growth of rat brain is almost accomplished and the cortical structure has attained its adult characteristics. The formation of new ramifications ceases and further capillary growth occurs to a larger extent by elongation of endothelial cells and not by cell division.
The phase of extensive capillary sprouting corresponds to the vulnerable period of brain development (called “brain-growth-spurt” by Dobbing). Our findings lead to the assumption that disturbances during the period of capillary proliferation can indirectly influence further brain development
Zusammenfassung
Während der postnatalen Entwicklung wurde die Capillarlänge im Einheitsvolumen (CL), die Verzweigungsdichte (N⊥) und die mittlere Länge der Capillarendothelzellen (LE) in der Lamina IV des senso-motorischen Cortex von insgesamt 64 Rattengehirnen bestimmt. Als Capillaren wurden alle Gefäße unter 8 μm Durchmesser akzeptiert. Die CL bestimmten wir in 1–2 μm dicken Epon-Schnitten nach der Methode von Saltikov. Die Verzweigungen wurden durch Tusche-Gelatine-Injektion dargestellt und in Kryostat-Schnitten visuell gezählt. Im Verlauf des postnatalen Capillarwachstums, das die Bildung von Verzweigungen durch Sprossung und die Verlängerung der bestehenden Geäße umfaßt, nimmt die CL von ca. 200 mm auf 1100 mm pro mm3 Gewebe zu. Die Verzweigungszahl im gleichen Volumen steigt von 1200 kurz nach der Geburt auf ein Maximum von 11500 am Tag 20 und fällt dann allmählich auf den adulten Wert von 9500 ab. Am Ende der ersten Woche p.n. bewirkt die intensive Capillarsprossung eine starke Erhöhung der N⊥. Darauf folgt in der zweiten Woche p.n. die schnelle Zunahme der CL. Die Veränderungen der N⊥ laufen parallel mit Veränderungen im oxidativen Metabolismus. Aus dem Verhältnis N⊥ zu CL läßt sich der Vernetzungsgrad der Capillaren, d.h. die Verzweigungszahl pro mm Capillarlänge, berechnen. Dieser erreicht zwischen Tag 10 und 20 p.n. ein Maximum und sinkt danach bis zum erwachsenen Tier wieder beträchtlich ab.
1 Monat p.n. sind das Wachstum und die Reifung der Hirnrinde bei der Ratte weitgehend abgeschlossen. Die Bildung neuer Sprosse hört auf, und das weitere Kapillarwachstum erfolgt weniger durch Zellteilung als vielmehr durch Verlängerung des Endothels.
Die Phase der intensiven Capillarsprossung entspricht zeitlich der vulnerablen Periode der Hirnentwicklung (“brain-growth-spurt”, nach Dobbing). Unsere Befunde lassen die Vermutung zu, daß in dieser Periode Störungen der Capillarsprossung indirekt das weitere Hirnwachstum beeinflussen können.
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Ein Teil der Ergebnisse wurde auf der 7. Europäischen Konferenz für Mikrozirkulation in Aberdeen 1972 vorgetragen.
Die Autoren danken Frau E. Nicksch für die sorgfältige technische Assistenz.
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Bär, T., Wolff, JR. Quantitative Beziehungen zwischen der Verzweigungsdichte und Länge von Capillaren im Neocortex der Ratte während der postnatalen Entwicklung. Z. Anat. Entwickl. Gesch. 141, 207–221 (1973). https://doi.org/10.1007/BF00519886
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