Number of Synaptic Vesicles in Rat Cortex Immediately After Cessation of the Self‐Sustained Afterdischarge During Kindling

Summary: The sensorimotor area of rat cerebral cortex was subjected to repetitive electrical stimulation at 10‐min intervals; this led to progressive lengthening of self‐sustained afterdischarges (SSADs). At 50–60 s after cessation of the third SSAD the brains of the animals were perfused transaortally with fixing fluid, and a quantitative electron microscopic analysis of type I synapses in the second cortical layer of the sensorimotor area of the contralateral hemisphere was carried out. In a zone 0.1 (xm wide adjacent to the presynaptic membrane in the active zone, the number of synaptic vesicles (converted to the number per 0.01 u‐m 2 area) in the experimental animals fell by 64.6%. In a zone of the same width 0.1 jim distant from the presynaptic membrane, it fell by 67.6%. The mean absolute synaptic vesicle count per presynaptic bag section fell by 66.6%. The number of synapses showing signs of exocytosis rose in the experimental animals from 3.8 to 5.9%, while the number with clearly demonstrable exocytosis rose from 0.7 to 11.4%. The proportion of synapses with signs of (clearly demonstrable) endocytosis rose from 2.8% (2.1%) in the controls to 7.1% (3.7%) in the experimental rats. In the experimental and control animals we demonstrated complex vesicle formation in 4.3 and 3.8%, respectively, of the synapses and dense‐cored vesicles in 7.7 and 2.8%, respectively, of the synapses. We consider changes in the number and formation of synaptic vesicles to be signs of exhaustion of the synapses caused by the previous epileptic seizure, which simultaneously activates mechanisms of vesicle formation. RÉSUMÉ Ľ aire sensorimotrice du cortex cérébral de rat a été soumise à une stimulation électrique répétitive pratiquée a intervalles de 10 mn; cela a conduit à un allongement progressif des postdécharges autoentretenues (SSADs). De 50 à 60 sec après cessation de la troisième SSAD, les animaux furent perfusés par voie intraaortique avec un liquide fixateur, et une analyse quantitative des synapses du type 1 (de Gray) dans la couche corticate II de l'aire sensorimotrice de l' hémisphère contralatéral fut effectuée en microscopie électronique. Dans une bande de 0,1 μm de large adjacente à la membrane présynaptique au niveau de la zone active, le nombre de vésicules synaptiques (exprimé en nombre par 0,01 μ, m 2 ) subissait une réduction de 64,6% chez les animaux expérimentaux. Dans une zone ayant la même largeur de 0,1 μm, mais située à distance de la membrane présynaptique, la valeur chutait de 67,6%. En moyenne, le nombre total de vésicules synaptiques par profil présynaptique etait reduit de 66,6%. Chez les animaux expérimentaux, le nombre de synapses présentant des signes d' exocytose passait de 3,8% a 5,9%, tandis que le taux d' exocytoses clairement identifiables augmentait de 0,7%à 11,4%. La proportion de synapses présentant des signes (clairement exprimés) d' endocytoses augmentait de 2,8% (2,1%) chez les témoins à 7,1% (3,7%) chez les rats experimentaux. Chez les animaux expérimentaux, nous avons observé la formation de vésicules complexes pour 4,3% des synapses (contre 3,8% chez les témoins) et la présence de vésicules à coeur dense dans 7,7% des synapses (contre 2,8% chez les témoins). Nous considérons les changements relatifs au nombre et à la formation des vésicules synaptiques comme des signes d' épuisement des synapses causes par les crises épileptiques antérieures, lesquelles activent simultanément les mécanismes de formation vésiculate. RESUMEN Se han aplicado estimulaciones eléctricas repetitivas al área sensorimotora de la corteza cerebral de la rata en intervalos de 10 minutos; esto condujo a post‐des‐cargas (SSADs) automantenidas de duración progresiva. A los 50–60 segundos de haber cesado la tercera SSAD los animales fueron perfundidos mediante perfusión intra‐aórtica de lfquido de fijación llevándose a cabo un análisis cuantitativo mediante microscopía electrónica de las sinápsis tipo I (según Gray) en la segunda capa de la corteza sensorimotora del hemisferio contralateral. En una zona de 0.1 μm de amplitud, adyacente a la membrana presináptica de la zona activa, el número de vesículas sinápticas (convertidas al número por 0.01 μ‐m 2 ) en los animales ex‐perimentáles se redujo en un 64.6%. El una zona de la misma superficie de 0.1 μm alejada de la membrana presináptica se redujo en un 67.6%. El contaje medio absoluto de las vesfculas sinapticas en cada bloque de secciones presinápticas se redujo en un 66.6%. El número de sinápsis que mostraban signos de exocitosis aumentó en los animales de experimentación de 3.8% a 5.9% mientras que el número con exocitosis claramente demostrables aumentó de 0.7% a 11.4%. La proporción de sinápsis con signos claramente demostrables de endocitosis se incrementó de 2.8% (2.1%) en los controles a 7.1% (3.7%) en las ratas experimentales. En los animales de experimentación hemos demostrado formación de vesículas complejas en 4.3% de las sinapsis (en 3.8% de los controles) y vesículas con centros densos en 7.7% de las sinapsis (en 2.8% de los controles). Hemos valorado los cam‐bios en el número y formación de vesículas sinápticas como signo de agotamiento de las sinapsis causado por ataques epilépticos previos que, simultáneamente, activa mecanismos de formación de vesículas. ZUSAMMENFASSUNG Die sensomotorische Region des cerebralen Kortex der Ratte wurde repetitiven elektrischen Reizungen in 10 Minuten Intervallen ausgesetzt; dies führte zur all‐mählichen Verlängerung der selbstunterhaltenen Nachentladungen (SSADs). 50 bis 60 Sekunden nach Ende der 3. SSAD wurden die Tiere über die Aorta mit einer Fixationsflussigkeit perfundiert. Danach wurde eine quantitative elektronenmikroskopische Analyse der Typ I Synapsen (nach Gray) in der 2. kortikalen Schicht der sensomotorischen Region der kontralateralen Hemisphäre durchgeführt. Die Anzahl der synap‐tischen Vesikel (angegeben als Anzahl pro 0,01 μm 2 ) frel in einer 0,1 μm breiten Zone, die der präsynaptischen Membran der aktiven Zone benachbart war, urn 64,6%. In einer Zone der gleichen Breite in 0,1 μm Abstand von der präsynaptischen Membran fiel sie urn 67,6%. Die Zählungen der mittleren absoluten synaptischen Vesikel je präsynaptischem Abschnitt fiel um 66.6%. Die Anzahl der Synapsen, die Hinweise einer Exocytose zeigten, stieg bei den Testtieren von 3,8% auf 5,9% während die Anzahl der eindeutig demonstrablen Exocystosen von 0,7 auf 11.4% anstieg. Der Anteil der Synapsen mit Hinweisen auf eine Endocytose (bzw. mit klar nachweisbarer Endocytose) stieg von 2,8% (bzw. 2,1%) bei den Kontrollen auf 7,1% (bzw. 3,7%) bei den Versuchstieren. Bei den Ver‐suchstieren demonstrierten wir eine komplexe Vesikelbildung bei 4,3% der Synapsen (gegeniiber 3.8% bei Kontrollen) und dense‐core vesicles bei 7,7% der Synapsen (gegenüber 2,8% bei Kontrollen). Wir werten Veränderungen der Anzahl und Bildung der synaptischen Bläschen als Zeichen der Erschöpfung der Synapsen durch den vorhergegangenen epileptischen Anfall, die gleichzeitig die Mechanismen der Vesikel‐bildung aktiviert.