rmtОбщая реаниматологияGeneral Reanimatology1813-97792411-7110FSBI "SRIGR" RAMS10.15360/1813-9779-2019-6-26-37rmt-1830Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL STUDIESГлиоцитоархитектоника зубчатой фасции и поля СА4 гиппокампа головного мозга белых крыс после 20-минутной окклюзии общих сонных артерийGlial Cell Architecture Dynamics in Dentate Gyrus and CA4 Area of Wistar Rat Hippocampus Following 20-minute Occlusion of Common Carotid ArteriesГорбуноваА. В.GorbunovaAnna V.

644099, г. Омск, ул. Ленина, д. 12

12 Lenin Str., 644099 Omsk

АвдеевД. Б.AvdeevDmitry B.

12 Lenin Str., 644099 Omsk

avdeev86@inbox.ruСтепановС. С.StepanovSergey S.

644099, г. Омск, ул. Ленина, д. 12

12 Lenin Str., 644099 Omsk

АкулининВ. А.AkulininVictor A.

644099, г. Омск, ул. Ленина, д. 12

12 Lenin Str., 644099 Omsk

СтепановА. С.StepanovAlexander S.

644099, г. Омск, ул. Ленина, д. 12

12 Lenin Str., 644099 Omsk

ШороноваА. Ю.ShoronovaAnastasia Yu.

644099, г. Омск, ул. Ленина, д. 12

12 Lenin Str., 644099 Omsk

СамсоновА. А.SamsonovArtem A.

644099, г. Омск, ул. Ленина, д. 12

12 Lenin Str., 644099 Omsk

Омский государственный медицинский университет Минздрава РоссииРоссияOmsk State Medical University, Ministry of Health of RussiaRussian Federation2019231220191562637Copyright © Горбунова А.В., Авдеев Д.Б., Степанов С.С., Акулинин В.А., Степанов А.С., Шоронова А.Ю., Самсонов А.А., 20192019Горбунова А.В., Авдеев Д.Б., Степанов С.С., Акулинин В.А., Степанов А.С., Шоронова А.Ю., Самсонов А.А.Gorbunova A.V., Avdeev D.B., Stepanov S.S., Akulinin V.A., Stepanov A.S., Shoronova A.Y., Samsonov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.reanimatology.com/rmt/article/view/1830Цель

Цель: изучение распределения и пространственной организации астроцитов зубчатой фасции (ЗФ) и поля СА4 гиппокампа белых крыс в норме и после 20-минутной окклюзии общих сонных артерий (ООСА).

Методы исследования

Методы исследования. Использовали гистологические (окраска гематоксилином и эозином, по Нисслю), иммуногистохимические (GFAP, MAP-2) и морфометрические методы. На тонких (4 мкм) серийных фронтальных срезах гиппокампа изучали астроциты и нейроны в контроле (ложнооперированные животные, n=5), через 6 часов (n=5), 1 (n=5), 3 (n=5), 7 (n=5), 14 (n=5) и 30 суток (n=5) после 20-минутной ООСА. Для получения дополнительной количественной информации о пространственной организации астроцитарных сетей использовали фрактальный анализ (ImageJ 1.52; плагин FracLac 2.5). Статистические гипотезы проверили с помощью непараметрических критериев.

Результаты

Результаты. Через 30 суток после 20-минутной ООСА отмечали необратимую деструкцию только 5,3 % нейронов СА4 и сохранение общей численной плотности гранулярных клеток ЗФ на контрольном уровне. Уже через 6 часов и 1 сутки после ООСА отмечали гипертрофию и усложнение пространственной организации отростков астроцитов, которые сохранялись на протяжении 30 суток. Астроглиоз сопровождался увеличением относительной площади GFAP-позитивного материала, фрактальной размерности и уменьшением лакунарности астроцитарной сети. Особенно наглядно последнее проявлялось через 1, 14 и 30 суток после ООСА.

Заключение

Заключение. После 20-минутной ООСА в зубчатой фасции и СА4 увеличивалась плотность GFAPпозитивного материала, усложнялась реорганизация фиброархитектоники за счет разветвления отростков астроцитов. При этом общая численная плотность нейронов изменялась незначительно. Все это свидетельствовало о вероятной роли астроцитов при постишемической активации механизмов естественной нейропротекции.

Aim

Aim. To study the distribution and spatial organization of dentate gyrus (DG) astrocytes and CA4 area of hippocampus of Wistar rats following 20-minute occlusion of common carotid arteries (OCCA) compared to sham-operated control animals.

Material and methods

Material and methods. Histological (Nissl staining with hematoxylin and eosin), immunohistochemical (GFAP, MAP-2) and morphometric methods were used. Astrocytes and neurons in control (sham-operated animals, n = 5) group, after 6 hours (n=5), 1 days (n=5), 3 days (n=5), 7 days (n=5), 14 days (n=5) and 30 days (n=5) after 20-minute OCCA were studied on thin (4 µm) serial frontal sections of the hippocampus. Fractal analysis (ImageJ 1.52; fraclac 2.5 plugin) was used to obtain additional quantitative information on the spatial organization of astrocyte networks. Statistical hypotheses were tested using nonparametric criteria.

Results

Results. 30 days after the 20-minute OCCA, only 5.3% of CA4 neurons were irreversibly destroyed and the total numerical density of DG granular cells remained at the control level. Hypertrophy and increased complexity of the spatial organization of astrocyte processes were observed 6 hours and 1 day after OCCA and persisted for 30 days. Astrogliosis was accompanied by an increased relative area of GFAP-positive material and fractal dimension and reduced lacunarity of the astrocyte network. The latter was especially evident in 1, 14 and 30 days after the OCCA.

Conclusion

Conclusion. After the 20-minute OCCA, the density of GFAP-positive material increased, the fibroarchitecture reorganized and gained more complexity due to the branching of astrocyte processes. At the same time, the total numerical density of neurons changed only slightly. All this indicated the probable role of astrocytes in post-ischemic activation of natural neuroprotection mechanisms.

острая ишемиягиппокампастроцитыиммуногистохимияGFAPMAP-2фрактальный анализacute ischemiahippocampusastrocytesimmunohistochemistryGFAPMAP-2fractal analysisДанная работа выполнена при поддержке Фонда содействия инновациям по программе «УМНИК» №14 от 15.12.2017г. и внутреннего гранта ФГБОУ ВО Омского государственного медицинского университета №574 от 24.11.2017 г.This work was supported by the Foundation for Assistance to Innovations within the framework of «UMNIK» program No.14 dated 15.12.2017 and the internal grant of the Omsk State Medical University No. 574 dated 24.11.2017.ReferencesPaxinos G., Watson C. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. 5th ed. San Diego: Elsevier Academic Press; 2005.Paxinos G., Watson C. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. 5th ed. San Diego: Elsevier Academic Press; 2005.Senzai Y. Function of local circuits in the hippocampal dentate gyrusCA3 system. Neurosci Res. 2019 Mar; 140: 43–52. PMID: 30408501 DOI: 10.1016/j.neures.2018.11.003.Senzai Y. Function of local circuits in the hippocampal dentate gyrus-CA3 system. Neurosci Res. 2019 Mar; 140: 43–52. PMID: 30408501 DOI: 10.1016/j.neures.2018.11.003.Fares J, Bou Diab Z, Nabha S, Fares Y. Neurogenesis in the adult hippocampus: history, regulation, and prospective roles. Int J Neurosci. 2019 Jun; 129 (6): 598–611. PMID: 30433866 DOI: 10.1080/00207454.2018.1545771.Fares J., Bou Diab Z., Nabha S., Fares Y. Neurogenesis in the adult hippocampus: history, regulation, and prospective roles. Int J Neurosci. 2019 Jun; 129 (6): 598-611. PMID: 30433866 DOI: 10.1080/00207454.2018.1545771.Abbott L.C., Nigussie F. Adult neurogenesis in the mammalian dentate gyrus. Anat Histol Embryol. 2019 Sep 30. PMID: 31568602 DOI: 10.1111/ahe.12496.Abbott L.C., Nigussie F. Adult neurogenesis in the mammalian dentate gyrus. Anat Histol Embryol. 2019 Sep 30. PMID: 31568602 DOI: 10.1111/ahe.12496.Miller S.M., Sahay A. Functions of adult-born neurons in hippocampal memory interference and indexing. Nat Neurosci. 2019 Oct; 22 (10): 1565–1575. PMID: 31477897 DOI: 10.1038/s41593-019-0484-2.Miller S.M., Sahay A. Functions of adult-born neurons in hippocampal memory interference and indexing. Nat Neurosci. 2019 Oct; 22 (10): 1565–1575. PMID: 31477897 DOI: 10.1038/s41593-019-0484-2.Alkadhi K.A. Cellular and molecular differences between area ca1 and the dentate gyrus of the hippocampus. Mol Neurobiol. 2019 Sep; 56 (9): 6566–6580. PMID: 30874972 DOI: 10.1007/s12035-019-1541-2.Alkadhi K.A. Cellular and molecular differences between area ca1 and the dentate gyrus of the hippocampus. Mol Neurobiol. 2019 Sep; 56 (9): 6566–6580. PMID: 30874972 DOI: 10.1007/s12035-019-1541-2.Becerra-Calixto A., Cardona-Gómez G.P. The Role of Astrocytes in Neuroprotection after Brain Stroke: Potential in Cell Therapy. Front Mol Neurosci. 2017 Apr 3; 10 (159): 88. PMID: 28420961. DOI: 10.3389/fnmol.2017.00088.Becerra-Calixto A., Cardona-Gómez G.P. The Role of Astrocytes in Neuroprotection after Brain Stroke: Potential in Cell Therapy. Front Mol Neurosci. 2017 Apr 3; 10 (159): 88. PMID: 28420961. DOI: 10.3389/fnmol.2017.00088.Mohn T.C., Koob A.O. Adult astrogenesis and the etiology of cortical neurodegeneration. J. Exp. Neurosci. 2015; 9: 25–34. PMID: 26568684. DOI: 10,4137 / JEN.S25520.Mohn T.C., Koob A.O. Adult astrogenesis and the etiology of cortical neurodegeneration. J. Exp. Neurosci. 2015; 9: 25–34. PMID: 26568684. DOI: 10,4137 / JEN.S25520.Rose C. R., Felix L., Zeug A., Dietrich D., Reiner A., Henneberger C. Astroglial glutamate signaling and uptake in the hippocampus. Front. Mol. Neurosci. 2018; 10 (451): 1–20. PMID: 29386994. DOI: 10.3389/fnmol.2017.00451Rose C. R., Felix L., Zeug A., Dietrich D., Reiner A., Henneberger C. Astroglial glutamate signaling and uptake in the hippocampus. Front. Mol. Neurosci. 2018; 10 (451): 1−20. PMID: 29386994. DOI: 10.3389/fnmol.2017.00451Plata A., Lebedeva A., Denisov P., Nosova O., Postnikova T.Y., Pimashkin A., Brazhe A., Zaitsev A.V., Rusakov D.A., Semyanov A. Astrocytic Atrophy Following Status Epilepticus Parallels Reduced Ca2+ Activity and Impaired Synaptic Plasticity in the Rat Hippocampus. Front Mol Neurosci. 2018 Jun 26; 11: 215. PMID: 29997475. DOI: 10.3389/fnmol.2018.00215Plata A., Lebedeva A., Denisov P., Nosova O., Postnikova T.Y., Pimashkin A., Brazhe A., Zaitsev A.V., Rusakov D.A., Semyanov A. Astrocytic Atrophy Following Status Epilepticus Parallels Reduced Ca2+ Activity and Impaired Synaptic Plasticity in the Rat Hippocampus. Front Mol Neurosci. 2018 Jun 26; 11: 215. PMID: 29997475. DOI: 10,3389 / fnmol.2018.00215Pirici D., Mogoantă L., Mărgăritescu O., Pirici I., Tudorică V., Coconu M. Fractal analysis of astrocytes in stroke and dementia. Rom. J. Morphol. Embryol. 2009; 50 (3): 381–390. PMID: 19690763.Pirici D., Mogoantă L., Mărgăritescu O., Pirici I., Tudorică V., Coconu M. Fractal analysis of astrocytes in stroke and dementia. Rom. J. Morphol. Embryol. 2009; 50 (3): 381−390. PMID: 19690763.Ostergaard P.J., Jensen M.B. Histological quantification of astrocytosis after cerebral infarction: A systematic review. Int. J. Neurosci. 2013; 123 (7): 439−443. PMID: 23311713. DOI: 10.3109 / 00207454.2013.765421.Ostergaard P.J., Jensen M.B. Histological quantification of astrocytosis after cerebral infarction: A systematic review. Int. J. Neurosci. 2013; 123 (7): 439−443. PMID: 23311713. DOI: 10,3109 / 00207454.2013.765421.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; 13 (6): 6–17. DOI: 10.15360/1813-9779-2017-6-6-17Stepanov A.S., Akulinin V.A., Mysik A.V., Stepanov S.S., Avdeev D.B. Neuro-Glio-Vascular Complexes of the Brain After Acute Ischemia. Obshchaya Reanimatologiya=General Reanimatology. 2017; 13 (6): 6–17. [In Russ.] DOI: 10.15360/1813-9779-2017-6-6-17Степанов С.С., Акулинин В.А., Авдеев Д.Б., Степанов А.С., Горбунова А.В. Реорганизазия астроцитов неокортекса белых крыс после 20-минутной окклюзии общих сонных артерий. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2019. Т. 105. № 5. С. 578–590. DOI: 10.1134/S086981391905011XStepanov S.S., Akulinin V.A., Avdeev D.B., Stepanov A.S., Gorbunova A.V. Reorganization of astrocyte neocortex of white rats after a 20- minute occlusion of the common carotid arteries. Rossijskij fiziologicheskij zhurnal im. I.M. Sechenova. 2019; 105 (5): 578–590. [In Russ.] DOI: 10.1134/S086981391905011XKarperien A., Ahammer H., Jelinek H.F. Quantitating the subtleties of microglial morphology with fractal analysis. Front. Cell. Neurosci. 2013; 7 (3): 1–18. PMID: 23386810. DOI: 10.3389/fncel.2013.00003.Karperien A., Ahammer H., Jelinek H.F. Quantitating the subtleties of microglial morphology with fractal analysis. Front. Cell. Neurosci. 2013; 7 (3): 1−18. PMID: 23386810. DOI: 10.3389/fncel.2013.00003.Исаева В.В., Пущина Е.В., Каретин Ю.А. Изменения морфометрических показателей и фрактальной размерности нейронов спинного мозга в онтогенезе симы Oncorhynchus masou. Биология моря. 2006; 32 (2): 125−133.Isaeva V.V., Pushchina E.V., Karetin Yu.A. Changes in morphometric parameters and fractal dimension of spinal cord neurons in the ontogenesis of Sim Oncorhynchus masou. Biologiya morya. 2006; 32 (2): 125−133. [In Russ.]Lopez M.S., Vemuganti R. Modeling transient focal ischemic stroke in rodents by intraluminal filament method of middle cerebral artery occlusion. Methods Mol Biol. 2018; 1717: 101–113. PMID: 29468587 DOI: 10.1007/978-1-4939-7526-6_9.Lopez M.S., Vemuganti R. Modeling transient focal ischemic stroke in rodents by intraluminal filament method of middle cerebral artery occlusion. Methods Mol Biol. 2018; 1717: 101–113. PMID: 29468587 DOI: 10.1007/978-1-4939-7526-6_9.Вавилова В.А., Гущин Я.А. Моделирование глобальной церебральной ишемии у монгольских песчанок. Лабораторные животные для научных исследований. 2019; 2. DOI: 10.29296/2618723X-2019-02-03Vavilova V.A., Gushchin Ya.A. Modeling global cerebral ischemia in Mongolian gerbils. Laboratornye zhivotnye dlya nauchnyh issledovanij. 2019; 2. [In Russ.] DOI: 10.29296/2618723X-2019-02-03Gennaro M, Mattiello A, Pizzorusso T. Rodent models of developmental ischemic stroke for translational research: strengths and weaknesses. Neural. Plast. 2019 Apr 4; 2019: 5089321. PMID: 31093271 DOI: 10.1155/2019/5089321.Gennaro M, Mattiello A, Pizzorusso T. Rodent models of developmental ischemic stroke for translational research: strengths and weaknesses. Neural. Plast. 2019 Apr 4; 2019: 5089321. PMID: 31093271 DOI: 10.1155/2019/5089321.Боровиков В. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере. СПб: Питер; 2003: 688.Borovikov V. Statistica. The art of analyzing data on a computer. St. Petersburg: Peter; 2003: 688. [In Russ.]Escartin C., Guillemaud O., Carrillo-de Sauvage M.A. Questions and (some) answers on reactive astrocytes. Glia. 2019 Dec; 67 (12): 2221–2247. PMID: 31429127 DOI: 10.1002/glia.23687.Escartin C., Guillemaud O., Carrillo-de Sauvage M.A. Questions and (some) answers on reactive astrocytes. Glia. 2019 Dec; 67 (12): 2221–2247. PMID: 31429127 DOI: 10.1002/glia.23687.Verkhratsky A., Ho M.S., Vardjan N., Zorec R., Parpura V. General pathophysiology of astroglia. Adv Exp Med Biol. 2019; 1175: 149–179. PMID: 31583588 DOI: 10.1007/978-981-13-9913-8_7.Verkhratsky A., Ho M.S., Vardjan N., Zorec R., Parpura V. General pathophysiology of astroglia. Adv Exp Med Biol. 2019; 1175: 149–179. PMID: 31583588 DOI: 10.1007/978-981-13-9913-8_7.Zhou B., Zuo Y.X., Jiang R.T. Astrocyte morphology: Diversity, plasticity, and role in neurological diseases. CNS Neurosci Ther. 2019; 25 (6): 665–673. PMID: 30929313 DOI: 10.1111/cns.13123.Zhou B., Zuo Y.X., Jiang R.T. Astrocyte morphology: Diversity, plasticity, and role in neurological diseases. CNS Neurosci Ther. 2019; 25 (6): 665–673. PMID: 30929313 DOI: 10.1111/cns.13123.Zuidema J.M., Gilbert R.J., Gottipati M.K. Biomaterial approaches to modulate reactive astroglial response. Cells Tissues Organs. 2018; 205 (5–6): 372–395. PMID: 30517922 DOI: 10.1159/000494667.Zuidema J.M., Gilbert R.J., Gottipati M.K. Biomaterial approaches to modulate reactive astroglial response. Cells Tissues Organs. 2018; 205 (5-6): 372–395. PMID: 30517922 DOI: 10.1159/000494667.Zhou Y.D. Glial Regulation of Energy Metabolism. Adv Exp Med Biol. 2018; 1090: 105–121. DOI: 10.1007/978-981-13-1286-1_6.Zhou Y.D. Glial Regulation of Energy Metabolism. Adv Exp Med Biol. 2018; 1090: 105–121. DOI: 10.1007/978-981-13-1286-1_6.

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