Структурно-функциональная реорганизация сенсомоторной коры при перевязке общих сонных артерий (экспериментальное исследование)

Цель исследования. Изучить структурно-функциональные изменения нейронов, глиальных клеток и синаптических терминалей в слоях I, III и V сенсомоторной коры (СМК) головного мозга крыс после двусторонней перевязки общих сонных артерий (ПОСА).

Методы исследования. Неполную ишемию головного мозга моделировали путем необратимой двусторонней ПОСА (2-сосудистая модель глобальной ишемии без гипотонии) на белых крысах (n=36). Сравнительную оценку изученных структур СМК проводили в контроле (интактные крысы, n=6), через 1, 3, 7, 14 и 30 сут (n=30) после ПОСА. Использовали окраски по Нисслю, гематоксилинэозином, иммуногистохимические реакции на NSE, MAP-2, p38, GFAP и IBA1. Определяли численную плотность пирамидных нейронов, астроцитов, олигодендроцитов, микроглиоцитов и относительную площадь р38-позитивного материала (терминали синапсов). Проверку статистических гипотез проводили с помощью непараметрических методов в программе Statistica 8.0.

Результаты. После ПОСА в СМК мозга крыс увеличивалось содержание дегенеративно измененных нейронов. Пик численной плотности несморщенных нейронов выявили через 1 сут. Затем численная плотность гиперхромных несморщенных нейронов снижалась, а сморщенных нейронов увеличивалась. Контрольных значений показатели не достигали. Изменения нейронов СМК сопровождались увеличением численной плотности микроглиоцитов через 1 сут с последующим его снижением. При иммуногистохимической реакции на IBA1 выявили признаки активации микроглиоцитов — изменение формы, потеря отростков. Максимальное увеличение в СМК плотности олигодендроцитов отметили через 7 сут, а астроцитов — через 14 сут после ПОСА. Максимальное количество NSE-позитивных нейронов приходилось на 1 сут после ПОСА. В слое III СМК через 3, 7 и 14 сут происходило статистически значимое снижение, а через 30 сут — увеличение численной плотности NSE-позитивных нейронов. В слое V СМК количество NSE-позитивных нейронов прогрессивно уменьшалось на протяжении всего исследуемого периода. Динамика изменения доли р38-позитивного материала (площадь синаптических терминалей) статистически значимо различалась в сравниваемых слоях СМК. В слоях I и III СМК сначала (1 и 3 сут) значения этого показателя снижались, а затем (7, 14 и 30 сут) — увеличивались. В слое V СМК активация экспрессии данного белка происходила уже в остром периоде (1 и 3 сут), снижалась через 7 и 14 сут, вновь усиливалась через 30 сут. Найденные изменения численной плотности нейронов, глиальных клеток и синаптических терминалей были связаны с де- и гипергидратационными изменениями в СМК. Выявили сильные и средние статистически значимые связи между относительной площадью терминалей и зон отека-набухания нейропиля.

Заключение. После ПОСА в слоях I, III и V СМК белых крыс выявили деструктивные и компенсаторно-восстановительные изменения нейронов, глиальных клеток и структур межнейронной коммуникации. В совокупности все эти изменения свидетельствуют о значительной послойной гетероморфности ответа нервной ткани на ПОСА. В большей степени страдал слой III (вторичный проекционный комплекс) СМК. Реорганизация нейро-глиальных и межнейронных взаимоотношений происходила на фоне выраженных проявлений гипергидратации нейропиля.

1. Бонь Е.И., Максимович Н.Е., Валько Н.А. Головной мозг крысы (обзор). Оренбургский медицинский вестник. 2022; 10 2 (38): 5–11.

2. Зиматкин С.М., Маслакова С.М., Бонь Е.И. Строение и развитие коры головного мозга крысы. Гродно. ГрГМУ. 2019: 156.

3. Зиматкин С.М. Закономерности постнатального развития нейронов мозга. Журнал Гродненского государственного медицинского университета. 2021; 19 (1): 106–111. DOI: 10.25298/2221-8785-2021-19-1-106-111.

4. Обухов Д.К., Цехмистренко Т.А., Пущина Е.В., Вараксин А.А. Формирование популяций нейронов и нейроглии в пре- и постнатальном развитии ЦНС позвоночных животных. Морфология. 2019; 156 (6): 57–63.

5. Qian H-Z., Zhang H., Yin L-L., Zhang J-J. Postischemic housing environment on cerebral metabolism and neuron apoptosis after focal cerebral ischemia in rats. Curr Med Sci. 2018; 38 (4): 656–665. DOI: 10.1007/s11596-018-1927-9. PMID: 30128875.

6. Koizumi S., Hirayama Y., Morizawa Y. M. New roles of reactive astrocytes in the brain; an organizer of cerebral ischemia. Neurochem Int. 2018; 119 (10): 107–114. DOI: 10.1016/j.neuint.2018.01.007. PMID: 29360494.

7. Авдеев Д. Б., Акулинин В.А., Степанов С.С., Шоронова А.Ю., Макарьева Л.М., Горбунова А.В., Коржук М.С., Маркелова М.В. Влияние окклюзии общих сонных артерий на двуядерные клеточные образования сенсомоторной коры большого мозга крыс. Общая реаниматология. 2021; 17 (2): 55–71. DOI: 10.15360/1813-9779-2021-2-55-71.

8. Макарьева Л.М, Акулинин В.А., Степанов С.С., Шоронова А.Ю., Авдеев Д.Б., Коржук М.С. Морфологическое и морфометрическое описание нейронов сенсомоторной коры головного мозга крыс после перевязки общих сонных артерий. Журнал анатомии и гистопатологии. 2022; 11 (1); 49–58. DOI: 10.18499/2225-7357-2022-11-1-49-58.

9. Макарьева Л.М., Коржук М.С., Акулинин В.А., Степанов С.С., Шоронова А.Ю., Авдеев Д.Б. Нейроглиальные взаимоотношения и структуры межнейронной коммуникации слоя V сенсомоторной коры белых крыс после перевязки общих сонных артерий. Журнал анатомии и гистопатологии. 2022; 11 (2): 43–51. DOI: 10.18499/2225-7357-2022-11-2-43-51.

10. Бонь Е. И., Максимович Е. И. Сравнительный анализ морфологических нарушений нейронов теменной коры и гиппокампа крыс при различных видах экспериментальной ишемии головного мозга. Оренбургский медицинский вестник. 2021; 92 (34): 29–37.

11. Антоненко Л.М., Вахнина Н.В., Громова Д.О. Когнитивные нарушения, головокружение и неустойчивость у пациентов с артериальной гипертензией. Неврология, нейропсихиатрия, психосоматика. 2020; 12 (5): 92–97. DOI 10.14412/2074-2711-2020-5-92–97.

12. Jing Z., Shi C., Zhu L., Xiang Y., Chen P., Xiong Z., Li W., Ruan Y., Huang L. Chronic cerebral hypoperfusion induces vascular plasticity and hemodynamics but also neuronal degeneration and cognitive impairment. J Cereb Blood Flow Metab. 2015; 35 (8): 1249–1259. DOI: 10.1038/jcbfm.2015.55. PMID: 25853908.

13. Paxinos G, Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates. 5th ed. Elsevier Academic Press. Amsterdam, Boston. 2005. eBook ISBN: 9780080474120.

14. Боровиков В. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере. 2-ое изд. СПб. Питер. 2003: 688.

15. Коржевский Д.Э., Кирик О.В., Сухорукова Е.Г., Власов Т.Д. Структурная организация микроглиоцитов стриатума после транзиторной фокальной ишемии. Морфология. 2012; 141 (2): 28–32.

16. Бонь Е.И., Максимович Н.Е., Малыхина А.В. Нейроглия и ее роль в патогенезе ишемического повреждения головного мозга. Иммуногистохимические маркеры нейроглии. Вестник Смоленской государственной медицинской академии. 2021; 20 (3): 18–24. DOI: 10.37903/vsgma.2021.3.3.

17. Пальцын А.А., Свиридкина Н.Б. О регенерации мозга (лекция II). Патогенез. 2018; 16 (1): 83–91. DOI: 10.25557/2310-0435.2018.01.83-91.

18. Кириченко Е.Ю., Логвинов А.К., Филиппова С.Ю., Арефьев Р.А., Семынина В.Г., Лысенко Л.В. Особенности строения нейроглио-сосудистых ансамблей в гломерулах обонятельной луковицы крысы. Цитология. 2020; 62 (4): 278–285. DOI: 10.31857/S0041377120040057

19. Arizono M., Krishna InavalliV. V. G., PanatierA., PfeifferT., Angibaud J., Levet F., Ter Veer M. J.T., Stobart J., Bellocchio L., Mikoshiba K., MarsicanoG., WeberB., Oliet S. H. R., NägerlU. V. Structural basis of astrocytic Ca2+ signals at tripartite synapses. Nat Commun. 2020; 11 (1): 1906. DOI: 10.1038/s41467-020-15648-4. PMID: 32312988.

20. Калинина Ю.А., Гилерович Е.Г., Коржевский Д.Э. Астроциты и их участие в механизмах терапевтического действия мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток при ишемическом повреждении головного мозга. Гены и клетки. 2019; 14 (1): 33–40. DOI: 10.23868/201903004.

21. Степанов А.С., Акулинин В.А., Степанов С.С., Авдеев Д.Б. Клеточные системы восстановления и утилизации поврежденных нейронов головного мозга белых крыс после 20-минутной окклюзии общих сонных артерий. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2017; 103 (10): 1135–1147.

22. Боголепова И.Н., Малофеева Л.И., Агапов П.А., Малофеева И.Г. Изменения цитоархитектоники префронтальной коры мозга мужчин и женщин в зрелом и пожилом возрасте. Журнал анатомии и гистопатологии. 2017; 6 (3): 13–18. DOI: 10.18499/2225-7357-2017-6-3-13-18

23. Ишунина Т.А., Боголепова И.Н., Свааб Д.Ф. Морфофункциональные изменения и компенсаторные механизмы в головном мозге человека при старении и болезни Альцгеймера. Журнал анатомии и гистопатологии. 2020; 9 (1): 77–85. DOI: 10.18499/2225-7357-2020-9-1-77-85

24. Isgrò M.A., Bottoni P., Scatena R. Neuron-specific enolase as a biomarker: biochemical and clinical aspects. Adv Exp Med Biol. 2015; 867: 125–143. DOI: 10.1007/978-94-017-7215-0_9. PMID: 26530364.

25. Li Q., Zhang R., Ge Y-l., Mei Y-w, Guo Y-l. Effects of neuregulin on expression of MMP-9 and NSE in brain of ischemia/reperfusion rat. J Mol Neurosci. 2009; 38 (2): 207–215. DOI: 10.1007/s12031-008-9150-y. PMID: 18830828.

26. Авдеев Д.Б., Степанов С.С., Акулинин В.А., Степанов А.С., Шоронова А.Ю., Самсонов А.А. Реорганизация астроцитов гиппокампа белых крыс после 20-минутной окклюзии общих сонных артерий. Патологическая физиология и экспериментальная терапия. 2019; 63 (4): 13–22. DOI: 10.25557/0031-2991.2019.04.13-22.