jsmsJournal of Siberian Medical SciencesJournal of Siberian Medical Sciences2542-1174Federal state budgetary educational institution of higher education "Novosibirsk state medical university" of Ministry of Health of the Russian Federation (FSBEI HE NSMU MOH Russia)jsms-737Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL RESEARCHESГидропическая дистрофия сенсомоторной коры белых крыс в контексте формирования темных нейронов и изменения нейроглиальных взаимоотношений после краткосрочной окклюзии общих сонных артерийHydropic degeneration of the sensorimotor cortex of white rats in the context of the formation of dark neurons and changes in neuroglial relationships following short-term common carotid arteries occlusionГорбуноваА. В.GorbunovaA. V.

Горбунова Анна Владимировна — заочный аспирант кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии

Gorbunova Anna Vladimirovna — Part-time Postgraduate Student, Department of Histology, Cytology and Embryology

СтепановC. С.StepanovS. S.

Степанов Сергей Степанович — д-р мед. наук, лаборант кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии

Stepanov Sergey Stepanovich — Dr. Sci. (Med.), Assistant, Department of Histology, Cytology and Embryology

АкулининВ. А.AkulininV. A.

Акулинин Виктор Александрович — д-р мед. наук, профессор, заведующий кафедрой гистологии, цитологии и эмбриологии; профессор кафедры зоотехнии

Akulinin Viktor Aleksandrovich — Dr. Sci. (Med.), Professor, Head, Department of Histology, Cytology and Embryology; Professor, Department of Zooculture

АвдеевД. Б.AvdeevD. B.

Авдеев Дмитрий Борисович — канд. ветеринарных наук, докторант кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии

644099, г. Омск, ул. Ленина, 12

Avdeev Dmitry Borisovich — Cand. Sci. (Vet.), Doctoral Student, Department of Histology, Cytology and Embryology

12, Lenina str., Omsk, 644099, Russia

avdeev86@inbox.ruШороноваА. Ю.ShoronovaA. Yu.

Шоронова Анастасия Юрьевна — заочный аспирант кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии

Shoronova Anastasia Yurievna — Part-time Postgraduate Student, Department of Histology, Cytology and Embryology

МакарьеваЛ. М.MakaryevaL. M.

Макарьева Любовь Михайловна — очный аспирант кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии

Makaryeva Lyubov Mikhailovna — Full-time Postgraduate Student

КоневВ. П.KonevV. P.

Конев Владимир Павлович — заслуженный работник высшей школы РФ, д-р мед. наук, профессор кафедры судебной медицины, правоведения

Konev Vladimir Pavlovich — Honored Worker of Higher Education of the Russian Federation, Dr. Sci. (Med.), Professor, Department of Forensic Medicine, Jurisprudence

ФГБОУ ВО «Омcкий государственный медицинский университет» Минздрава России (Омск)РоссияOmsk State Medical UniversityRussian FederationФГБОУ ВО «Омcкий государственный медицинский университет» Минздрава России (Омск); ФГБОУ ВО «Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина»РоссияOmsk State Medical University; Omsk State Agrarian University n.a. P.A. StolypinRussian Federation202125092021036681Copyright © Горбунова А.В., Степанов C.С., Акулинин В.А., Авдеев Д.Б., Шоронова А.Ю., Макарьева Л.М., Конев В.П., 20212021Горбунова А.В., Степанов C.С., Акулинин В.А., Авдеев Д.Б., Шоронова А.Ю., Макарьева Л.М., Конев В.П.Gorbunova A.V., Stepanov S.S., Akulinin V.A., Avdeev D.B., Shoronova A.Y., Makaryeva L.M., Konev V.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://jsms.elpub.ru/jour/article/view/737Введение

Введение. Нейродегенеративные процессы являются ключевыми в развитии ряда заболеваний — инсульты, болезни Паркинсона и Альцгеймера, эпилепсия, при черепно-мозговой травме. Они включают в себя первичные и вторичные структурно-функциональные изменения нервной ткани, а также гибель нейронов и полное выпадение функций.

Цель

Цель. Изучение проявлений гидропической дистрофии и реорганизации глиоцитоархитектоники в процессе формирования темных нейронов в сенсомоторной коре (СМК) большого мозга половозрелых белых крыс после 40-минутной окклюзии общих сонных артерий (ООСА).

Материалы и методы

Материалы и методы. На белых крысах линии Wistar моделировали 40-минутную ООСА. Головной мозг фиксировали перфузионным способом. Проводили морфометрическую оценку проявлений отека-набухания, цито- и глиоцитоархитектоники СМК в норме (n = 6, контрольная группа), на 1-е (n = 6), 3-и (n = 6) и 7-е сутки (n = 6) после ООСА. Использовали окраску по Нисслю, гематоксилином и эозином, иммуногистохимические реакции NSE, MAP-2, GFAP и AIF1. Определяли относительную площадь зон отека-набухания, численную плотность нормохромных и темных пирамидных нейронов, олигодендроцитов (ОДЦ), микроглиоцитов (МГЦ).

Результаты

Результаты. Высокое содержание (20–50 %) темных нейронов после ООСА сопровождалось увеличением в 3.3 раза относительной площади зон отека-набухания (r = 0.82, p = 0.01). Специфические белки (NSE, MAP-2) большей части темных нейронов сохранялись. Общая численная плотность нейронов СМК через 7 сут после ООСА уменьшалась на 26.4 % (слой III, p = 0.001) и 18.5 % (слой V, p = 0.01). Увеличивалось содержание астроцитов, МГЦ и ОДЦ. Пик численной плотности МГЦ отмечен на 1-е сутки, а ОДЦ — на 7-е сутки после острой неполной ишемии (p ≤ 0.001). Выявленные изменения носили диффузно-очаговый характер.

Заключение

Заключение. После 40-минутной ООСА в СМК увеличивалось содержание темных нейронов и, как следствие, появлялись признаки гидропической дистрофии. На этом фоне возрастало количество сателлитарных ОДЦ, астроцитов и МГЦ. Вероятно, отек-набухание, активные МГЦ и астроциты предварительно (в 1-е – 3-и сутки) санируют нервную ткань, обеспечивая ее последующее (7-е сутки) структурно-функциональное восстановление с участием ОДЦ.

Introduction

Introduction. Neurodegenerative processes are key in the development of a number of diseases — strokes, Parkinson’s and Alzheimer’s diseases, epilepsy, and traumatic brain injury. They include primary and secondary structural and functional changes in the nervous tissue, as well as the death of neurons and complete loss of functions.

Aim

Aim. To study the manifestations of hydropic degeneration and reorganization of glio-cytoarchitectonics during the formation of dark neurons in the sensorimotor cortex (SMC) of the cerebrum of mature white rats in 40 min after the common carotid arteries occlusion (CCAO).

Materials and methods

Materials and methods. A 40-minute CCAO was simulated in white Wistar rats. The brain was fixed by perfusion method. Morphometric assessment of manifestations of edema — swelling, cyto- and glio-cyto-architectonics of SMC was performed normally (n = 6, control group), on the 1st (n = 6), 3rd (n = 6) and 7th days (n = 6) after CCAO. The Nissl staining, hematoxylin and eosin, immunohistochemical typing NSE, MAP-2, GFAP and AIF1 were applied. The relative area of edema-swelling zones, the numerical density of normochromic and dark pyramidal neurons, oligodendrocytes (OD), m icrogliocytes (MG) were determined.

Results

Results. The high content (20–50%) of dark neurons after CCAO was accompanied by a 3.3-fold increase in the relative area of edema-swelling zones (r = 0.82, p = 0.01). Specific proteins (NSE, MAP-2) of most dark neurons were preserved. The total numerical density of SMC neurons decreased by 26.4% (layer III, p = 0.001) and 18.5% (layer V, p = 0.01) after 7 days of CCAO. The content of astrocytes, MG and OD increased. The peak in the number density of MG was observed in the 1st day, and OD — in the 7th day after acute subtotal ischemia (p ≤ 0.001). The revealed changes were of a diffuse-focal nature.

Conclusion

Conclusion. After a 40-minute CCAO, the content of dark neurons in SMC increased and, as a result, signs of hydropic degeneration appeared. Against this background, the number of satellite OD, astrocytes and MG increased. Probably, edema-swelling, active MG and astrocytes previously (on the 1st – 3rd day) sanitate the nerve tissue, ensuring its subsequent (on the 7th day) structural and functional recovery with the participation of OD.

острая ишемиягидропическая дистрофиясенсомоторная коратемные нейроныастроглиямикроглияиммуногистохимияморфометриякрысы Wistaracute ischemiahydropic degenerationsensorimotor cortexdark neuronsastrogliamicrogliaimmunohistochemistrymorphometricsWistar ratsReferencesRami A. Review: autophagy in neurodegeneration: fi refi ghter and/or incendiarist? // Neuropathol. Appl. Neurobiol. 2009. Vol. 35 (5). P. 449–461.Rami A. (2009). Review: autophagy in neurodegeneration: fi refi ghter and/or incendiarist? Neuropathol. Appl. Neurobiol., 35 (5), 449–461.Zille M., Farr T.D., Przesdzing I. et al. Visualizing cell death in experimental focal cerebral ischemia: promises, problems, and perspectives // J. Cereb. Blood Flow Metabol. 2012. Vol. 32 (2). P. 213–231.Zille M., Farr T.D., Przesdzing I. et al. (2012). Visualizing cell death in experimental focal cerebral ischemia: promises, problems, and perspectives. J. Cereb. Blood Flow Metabol., 32 (2), 213–231.Harris T.C., de Rooij R., Kuhl E. The shrinking brain: cerebral atrophy following traumatic brain injury // Ann. Biomed. Eng. 2019. Vol. 47 (9). P. 1941–1959.Harris T.C., de Rooij R., Kuhl E. (2019). The shrinking brain: cerebral atrophy following traumatic brain injury. Ann. Biomed. Eng., 47 (9), 1941–1959.Cole J.H., Jolly A., de Simoni S. et al. Spatial patterns of progressive brain volume loss after moderate-severe traumatic brain injury // Brain. 2018. Vol. 141 (3). P. 822–836.Cole J.H., Jolly A., de Simoni S. et al. (2018). Spatial patterns of progressive brain volume loss after moderate- severe traumatic brain injury. Brain, 141 (3), 822–836.Степанов С.С., Акулинин В.А., Авдеев Д.Б., Степанов А.С., Горбунова А.В. Структурно-функциональная реорганизация ядрышкового аппарата нейронов неокортекса, архикортекса и базальных ганглиев головного мозга белых крыс после 20-минутной окклюзии общих сонных артерий // Журн. анатомии и гистопатологии. 2018. Т. 7, № 4. С. 67–74.Stepanov S.S., Akulinin V.A., Avdeev D.B., Stepanov A.S., Gorbunova A.V. (2018). Reorganization of the nucleolar apparatus of neurons of the neocortex, archicortex and basal ganglia of the brain of white rats after a 20-minute occlusion of the common carotid arteries. Journal of Anatomy and Hystopathology, 7 (4), 67–74. In Russ.Бонь Е.И., Максимович Н.Е., Зиматкин С.М. Морфологические нарушения нейронов гиппокампа крыс с субтотальной и тотальной ишемией // Оренбургский мед. вестн. 2020. Т. 8, № 2 (30). С. 41–46.Bon E.I., Maksimovich N.E., Zimatkin S.M. (2020). Morphological disorders in the neurons of the rats hippocampus with subtotal and total ischemia. Orenburg Medical Bulletin, 8, 2 (30), 41–46.Ahmadpour S., Behrad A., Fernández-Vega I. Dark neurons: A protective mechanism or a mode of death // J. Med. Histolog. 2019. Vol. 3 (2). P. 125–131.Ahmadpour S., Behrad A., Fernández-Vega I. (2019). Dark neurons: A protective mechanism or a mode of death. J. Med. Histolog., 3 (2), 125–131.Bolon B., Garman R., Jensen K. et al. A “best practices” approach to neuropathologic assessment in developmental neurotoxicity testing // Toxicol. Pathol. 2006. Vol. 34 (3). P. 296–313.Bolon B., Garman R., Jensen K. et al. (2006). A “best practices” approach to neuropathologic assessment in developmental neurotoxicity testing. Toxicol. Pathol., 34 (3), 296–313.Gallyas F., Pál J., Bukovics P. Supravital microwave experiments support that the formation of “dark” neurons is propelled by phase transition in an intracellular gel system // Brain Res. 2009. Vol. 1270. P. 152–156.Gallyas F., Pál J., Bukovics P. (2009). Supravital microwave experiments support that the formation of “dark” neurons is propelled by phase transition in an intracellular gel system. Brain Res., 1270, 152–156.Kövesdi E., Pál J., Gallyas F. The fate of “dark” neurons produced by transient focal cerebral ischemia in a nonnecrotic and non-excitotoxic environment: Neurobiological aspects // Brain Res. 2007. Vol. 1147. P. 272–283.Kövesdi E., Pál J., Gallyas F. (2007). The fate of “dark” neurons produced by transient focal cerebral ischemia in a non-necrotic and non-excitotoxic environment: Neurobiological aspects. Brain Res., 1147, 272–283.Garman R.H. Histology of the central nervous system // Toxicol. Pathol. 2011. Vol. 39. P. 22–35.Garman R.H. (2011). Histology of the central nervous system. Toxicol. Pathol., 39, 22–35.Lychko V.S., Malakhov V.A., Potapov A.A. Morphological changes of the brain tissue in rats with experimental model of ischemic stroke in the dynamics of treatment by immunobiological preparation Cryocell-Cryocord // СТМ. 2015. Vol. 7 (4). P. 58–62.Lychko V.S., Malakhov V.A., Potapov A.A. (2015). Morphological changes of the brain tissue in rats with experimental model of ischemic stroke in the dynamics of treatment by immunobiological preparation Cryocell-Cryocord. СТМ, 7 (4), 58–62.Яковлев А.А., Гуляева Н.В. Прекондиционирование клеток мозга к патологическим воздействиям: вовлеченность протеаз (обзор) // Биохимия. 2015. Т. 80, № 2. С. 204–213.Yakovlev A.A., Gulyaeva N.V. (2015). Possible role of proteases in preconditioning of brain cells to pathological conditions. Biokhimia, 80, 2, 204–213.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 // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2017. Т. 103, № 10. С. 1135–1147.Stepanov A.S., Akulinin V.A., Stepanov S.S., Avdeev D.B. (2017). Cellular systems for the recovery and recycling of damaged brain neurons in white rats after a 20-minute occlusion of common carotid arteries. Russ. Journal of Physiology, 103 (10), 1135–1147.Степанов А.С., Акулинин В.А., Мыцик А.В., Степанов С.С., Авдеев Д.Б. Нейро-глио-сосудистые комплексы головного мозга после острой ишемии // Общая реаниматология. 2017. Т. 13, № 6. С. 6–17.Stepanov A.S., Akulinin V.A., Mysik A.V., Stepanov S.S., Avdeev D.B. (2017). Neuro-glio-vascular complexes of the brain after acute ischemia. General Reanimatology, 13, 6, 6–17. In Russ.Chen Z., Trapp B.D. Microglia and neuroprotection // J. Neurochem. 2016. Vol. 136 (1). P. 10–17.Chen Z., Trapp B.D. (2016). Microglia and neuroprotection. J. Neurochem., 136 (1), 10–17.Paxinos G., Watson C. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. 5th ed. San Diego: Elsevier Academic Press, 2005.Paxinos G., Watson C. (2005). The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. 5th ed. San Diego: Elsevier Academic Press.Ooigawa H., Nawashiro H., Fukui S. et al. The fate of Nissl-stained dark neurons following traumatic brain injury in rats: difference between neocortex and hippocampus regarding survival rate // Acta Neuropathol. 2006. Vol. 112. P. 471–481.Ooigawa H., Nawashiro H., Fukui S. et al. (2006). The fate of Nissl-stained dark neurons following traumatic brain injury in rats: difference between neocortex and hippocampus regarding survival rate. Acta Neuropathol., 112, 471–481.Боровиков В. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере. СПб.: Питер, 2003.Borovikov V. (2003). Statistica. The Art of Data Analysis Using Computer: for Professionals. Saint Petersburg. In Russ.Eyo U.B., Dailey M.E. Microglia: key elements in neural development, plasticity, and pathology // J. Neuroimmune Pharm. 2013. Vol. 8. P. 494–509.Eyo U.B., Dailey M.E. (2013). Microglia: key elements in neural development, plasticity, and pathology. J. Neuroimmune Pharm. 8, 494–509.Степанов С.С., Акулинин В.А., Авдеев Д.Б., Степа- нов А.С., Горбунова А.В. Реорганизазия астроцитов неокортекса белых крыс после 20-минутной окклюзии общих сонных артерий // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2019. Т. 105, № 5. С. 578–590.Stepanov S.S., Akulinin V.A., Avdeev D.B., Stepanov A.S., Gorbunova A.V. (2019). Reorganization of the rat neocortical astrocytes after 20-min occlusion of the common carotid arteries. Russ. Journal of Physiology, 105, 5, 578–590.Алексеева О.С., Кирик О.В., Гилерович Е.Г., Коржевский Д.Э. Микроглия головного мозга: происхождение, структура и функции // Журн. эволюционной биохимии и физиологии. 2019. Т. 55, № 4. С. 231–241.Alekseeva O.S., Kirik O.V., Gilerovich E.G., Korzhevskii D.E. (2019). Microglia of the brain: origin, structure and functions. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology, 55, 4, 231–241.Wagner D.-C., Scheibe J., Glocke I. et al. Object-based analysis of astroglial reaction and astrocyte subtype morphology after ischemic brain injury // Acta Neurobiol. Exper. 2013. Vol. 73 (1). P. 79–87.Wagner D.-C., Scheibe J., Glocke I. et al. (2013). Object- based analysis of astroglial reaction and astrocyte subtype morphology after ischemic brain injury. Acta Neurobiol. Exper., 73 (1), 79–87.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.