rmtОбщая реаниматологияGeneral Reanimatology1813-97792411-7110FSBI "SRIGR" RAMS10.15360/1813-9779-2021-5-111-128rmt-2138Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯEXPERIMENTAL STUDIESПроявление отека-набухания сенсомоторной коры большого мозга крыс в зависимости от длительности окклюзии общих сонных артерий (морфометрическое исследование)Relation between the Severity of the Sensorimotor Cortical Edema with Cell Swelling and the Duration of Common Carotid Artery Occlusion in Rats (Morphometric Study)СтепановС. С.StepanovS. S.

644099, Омск, ул. Ленина, д.12.

Sergey S. Stepanov.12 Lenin Str., 644099 Omsk.

АвдеевД. Б.AvdeevD. V.

644099, Омск, ул. Ленина, д.12.

Dmitry B. Avdeev.12 Lenin Str., 644099 Omsk.

АкулининВ. А.AkulininV. A.

Акулинин Виктор Александрович.644099, Омск, ул. Ленина, д.12.

Victor A. Akulinin.12 Lenin Str., 644099 Omsk.

akulinin@omsk-osma.ruШороноваА. Ю.ShoronovaA. Yu.

644099, Омск, ул. Ленина, д.12.

Anastasia Yu. Shoronova.12 Lenin Str., 644099 Omsk.

МакарьеваЛ. М.MakarievaL. M.

644099, Омск, ул. Ленина, д.12.

Lyubov M. Makarieva.12 Lenin Str., 644099 Omsk.

КоржукМ. С.KorzhukM. S.

644099, Омск, ул. Ленина, д.12.

Mikhail S. Korzhuk.12 Lenin Str., 644099 Omsk.

Омский государственный медицинский университет Минздрава РоссииРоссияOmsk State Medical University, Ministry of Health of RussiaRussian Federation202123102021175111128Copyright © Степанов С.С., Авдеев Д.Б., Акулинин В.А., Шоронова А.Ю., Макарьева Л.М., Коржук М.С., 20212021Степанов С.С., Авдеев Д.Б., Акулинин В.А., Шоронова А.Ю., Макарьева Л.М., Коржук М.С.Stepanov S.S., Avdeev D.V., Akulinin V.A., Shoronova A.Y., Makarieva L.M., Korzhuk M.S.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/2138

Цель исследования. Изучить структурные изменения и дать морфометрическую характеристику проявлениям отека-набухания сенсомоторной коры (СМК) большого мозга половозрелых белых крыс после окклюзии общих сонных артерий различной продолжительности.Методы исследования. Острую ишемию моделировали на белых взрослых крысах Wistar путем 20, 30 и 40-мин окклюзии общих сонных артерий (ООСА). Использовали гистологические (окраска гематоксилин-эозином и по Нисслю), иммуногистохимические (NSE, MAP-2, GFAP) и морфометрические методы исследования. Морфометрический анализ осуществляли на препаратах, окрашенных гематоксилин-эозином, с помощью плагинов программы ImageJ 1.53 (Find Maxima, Find Foci). Проверку статистических гипотез (непараметрические критерии) проводили в программе Statistica 8.0.Результаты. В СМК головного мозга белых крыс после 20, 30 и 40-мин ООСА появлялись признаки цитотоксического отека-набухания, развивались очаговые деструктивные и адаптивные изменения нейронов и астроглии. Проявления отека-набухания сохранялись на протяжении всего периода наблюдения (7 сут). Статистически значимо увеличивалась относительная площадь, количество зон отека-набухания и степень их гидратации (яркость пикселей). Через 1 и 3 сут после ООСА часть отростков астроцитов СМК разрушалась. В большей степени страдали субпиальная и периваскулярные зоны. После односторонней 30 мин ООСА развивались слабые и умеренные, а после двусторонней 40 мин ООСА — умеренные и выраженные мелкоочаговые структурно-функциональные изменения СМК с появлением больших зон просветления «пористого» нейропиля, выраженного периваскулярного и перинейронального отека отростков астроцитов. Последнее сочеталось с умеренной редукцией общей численной плотности нейронов.Заключение. После ООСА в СМК на фоне дистрофических и некробиотических изменений пирамидных нейронов и активации нейроглиальных клеток появлялись признаки отека-набухания. В большей степени это проявлялось через 3 сут после двусторонней 40 мин окклюзии.

The aim of the study. To examine the changes in structure and morphometry in sensorimotor cortical edema with cell swelling in mature white rats after common carotid artery occlusion of various durations.Material and methods. Acute ischemia was modeled on white adult Wistar rats by 20-, 30- and 40-min occlusion of the common carotid arteries (CCA). Histological (hematoxylin-eosin and Nissl staining), immunohistochemical (NSE, MAP-2, GFAP) and morphometric methods were used. Morphometry was assessed on hematoxylin and eosin-stained specimens using ImageJ 1.53 plug-ins (Find Maxima, Find Foci). Statistical hypothesis testing (nonparametric criteria) was performed using Statistica 8.0 software.Results. In the sensorimotor cortex (SMC) of white rats after 20, 30 and 40 minutes of CCA occlusion the signs of cytotoxic brain edema appeared, focal destructive and adaptive changes of neurons and astroglia evolved. The edema persisted throughout the observation period (7 days). The increase in the relative area, the number of cell swelling zones and their hydration (pixel brightness) was significant. On days 1 and 3 after CCA occlusion, some of the SMC astrocyte processes underwent destruction. Subpial and perivascular zones suffered to a greater extent. Mild and moderate (after unilateral 30-min CCA occlusion) to moderate and severe (after bilateral 40-min CCA occlusion) scattered structural and functional changes of the SMC with large areas of clearing in the «porous» neuropil, severe perivascular and perineuronal edema of the astrocyte processes developed. The latter was associated with a moderate reduction of the total neuronal density.Conclusion. After occlusion of CCA, signs of edema with cellular swelling appeared in the SMC amid dystrophic and necrotic pyramidal neurons and activated neuroglial cells. To a greater extent, the signs of brain swelling were evident three days after bilateral 40-min occlusion of CCA.

отек-набуханиеострая ишемиянеокортекснейроныастроглияиммуногистохимияморфометриякрысы Wistarbrain edemaacute ischemianeocortexneuronsastrogliaimmunohistochemistrymorphometryWistar ratsДанная работа выполнена при поддержке ФГБОУ ВО Омского государственного медицинского университета в рамках подготовки и аттестации научно-педагогических и научных кадров.This research was supported by the Omsk State Medical University as part of the training and certification of the academic staff program.ReferencesБаширова А.Р., Сундуков Д.В., Бабкина А.С., Голубев М.А., Телипов И.Н. Морфометрические изменения клеток коры головного мозга при острых отравлениях клозапином в сочетании с этиловым спиртом. Общая реаниматология. 2020; 16 (6): 19-30. DOI: 10.15360/1813-9779-2020-6-19-30Bashirova A.R., Sundukov D.V., Babkina A.S., Golubev M.A., Telipov I.N. Morphometry of cortical neurons in acute clozapine and ethanol poisoning. Obshchaya Reanimatologiya=General Reanimatology. 2020, 16 (6): 19-30 [In Russ.]. DOI: 10.15360/1813-9779-2020-6-19-30Bailey D.M.,Bartsch P.,Knauth M.,Baumgartner R.W. Emerging concepts in acute mountain sickness and high-altitude cerebral edema: from the molecular to the morphological. Cell Mol Life Sci. 2009, 66 (22): 3583-3594. DOI: 10.1007/s00018-009-0145-9.Bailey D.M., Bartsch P., Knauth M., Baumgartner R.W. Emerging concepts in acute mountain sickness and high-altitude cerebral edema: from the molecular to the morphological. Cell Mol Life Sci. 2009, 66 (22): 3583-3594. DOI: 10.1007/s00018-009-0145-9.Adeva M.M., Souto G., Donapetry C., Portals M., Rodriguez A., Lamas D. Brain edema in diseases of different etiology. Neurochem Int. 2012, 61 (2): 166-174. DOI: 10.1016/j.neuint.2012.05.007Adeva M.M., Souto G., Donapetry C., Portals M., Rodriguez A., Lamas D. Brain edema in diseases of different etiology. Neurochem Int. 2012, 61 (2): 166-174. DOI: 10.1016/j.neuint.2012.05.007Wang Y.F., Parpura V. Astroglial modulation of hydromineral balance and cerebral edema. Front Mol Neurosci. 2018, 11: 204. DOI: 10.3389/fnmol.2018.00204.Wang Y.F., Parpura V. Astroglial modulation of hydromineral balance and cerebral edema. Front Mol Neurosci. 2018, 11: 204. DOI: 10.3389/fnmol.2018.00204.Slivka A., Murphy E., Horrocks L. Cerebral edema after temporary and permanent middle cerebral artery occlusion in the rat. Stroke. 1995, 26 (6): 1061-1065. DOI: 10.1161/01.str.26.6.1061.Slivka A., Murphy E., Horrocks L. Cerebral edema after temporary and permanent middle cerebral artery occlusion in the rat. Stroke. 1995, 26 (6): 1061-1065. DOI: 10.1161/01.str.26.6.1061.Keep R.F., Jones H.C., Drewes L.R. This was the year that was: brain barriers and brain fluid research in 2019. Fluids Barriers CNS. 2020, 17 (1): 20. DOI: 10.1186/s12987-020-00181-9.Keep R.F., Jones H.C., Drewes L.R. This was the year that was: brain barriers and brain fluid research in 2019. Fluids Barriers CNS. 2020, 17(1): 20. DOI: 10.1186/s12987-020-00181-9.Krueger M., Mages B., Hobusch C., Michalski D. Endothelial edema precedes blood-brain barrier breakdown in early time points after experimental focal cerebral ischemia. Acta Neuropathologica Communications. 2019, 7: 17. https: //doi.org/10.1186/s40478-019-0671-0Krueger M., Mages B., Hobusch C., Michalski D. Endothelial edema precedes blood-brain barrier breakdown in early time points after experimental focal cerebral ischemia. Acta Neuropathologica Communications. 2019, 7: 17. https: //doi.org/10.1186/s40478-019-0671-0Ding Y., Liu J., Xu Y., Dong X., Shao B. Evolutionary adaptation of Aquaporin-4 in Yak (Bos grunniens) brain to high-altitude hypoxia of Qinghaitibetan plateau. High altitude medicine & biology. 2020, 21 (2). DOI: 10.1089/ham.2019.0076Ding Y., Liu J., Xu Y., Dong X., Shao B. Evolutionary adaptation of Aquaporin-4 in Yak (Bos grunniens) brain to high-altitude hypoxia of Qinghai-tibetan plateau. High altitude medicine & biology. 2020, 21 (2). DOI: 10.1089/ham.2019.0076Hinzman J.M., DiNapoli V.A., Mahoney E.J., Gerhardt G.A., Hartings J.A. Spreading depolarizations mediate excitotoxicity in the development of acute cortical lesions. Exp Neurol. 2015, 267: 243-253. DOI: 10.1016/j.expneurol.2015.03.014.Hinzman J.M., DiNapoli V.A., Mahoney E.J., Gerhardt G.A., Hartings J.A. Spreading depolarizations mediate excitotoxicity in the development of acute cortical lesions. Exp Neurol. 2015, 267: 243-253. DOI: 10.1016/j.expneurol.2015.03.014.Dreier J.P., Lemale C.L., Kola V., Friedman A., Schoknecht K. Spreading depolarization is not an epiphenomenon but the principal mechanism of the cytotoxic edema in various gray matter structures of the brain during stroke. Neuropharmacol. 2018, 15 (134): 189-207. DOI: 10.1016/j.neuropharm.2017.09.027.Dreier J.P., Lemale C.L., Kola V., Friedman A., Schoknecht K. Spreading depolarization is not an epiphenomenon but the principal mechanism of the cytotoxic edema in various gray matter structures of the brain during stroke. Neuropharmacol. 2018, 15 (134): 189-207. DOI: 10.1016/j.neuropharm.2017.09.027.Квитницкий-Рыжов Ю.Н. Отек и набухание головного мозга. Киев: «Здоров'я», 1978: 184.Kvitnitskiy-Ryzhov Yu.N. Swelling and swelling of the brain. Kiev: «Zdorov'ya», 1978: 184 [In Russ.].Ito U., Hakamata Y., Kawakami E., Oyanagi K. Degeneration of astrocytic processes and their mitochondria in cerebral cortical regions peripheral to the cortical infarction: heterogeneity of their disintegration is closely associated with disseminated selective neuronal necrosis and maturation of injury. Stroke. 2009, 40 (6): 2173-2181. DOI: 10.1161/STROKEAHA.108.534990.Ito U., Hakamata Y., Kawakami E., Oyanagi K. Degeneration of astrocytic processes and their mitochondria in cerebral cortical regions peripheral to the cortical infarction: heterogeneity of their disintegration is closely associated with disseminated selective neuronal necrosis and maturation of injury. Stroke. 2009, 40 (6): 2173-2181. DOI: 10.1161/STROKEAHA.108.534990.Моргун А.В., Малиновская Н.А., Комлева Ю.К., Лопатина О.Л., Кувачева Н.В., Панина Ю.А., Таранушенко Т.Е., Солончук Р.Ю., Салмина А.Б. Структурная и функциональная гетерогенность астроцитов головного мозга: роль в нейродегенерации и нейровоспалении. Бюлл. сибирской медицины. 2014, 13 (5): 138-148. DOI: 10.20538/1682-0363-2014-5-138-148Morgun A.V., Malinovskaya N.A., Komleva Yu.K., Lopatina O.L., Kuvacheva N.V., Panina Yu.A., Taranushenko T.E., Solonchuk R.Yu., Salmina A.B. Structural and functional heterogeneity of astrocytes in the brain: role in neurodegeneration and neuroinflammation. Byulleten' sibirskoy meditsiny. 2014, 13 (5): 138-148 [In Russ.]. DOI: 10.20538/1682-0363-2014-5-138-148Степанов 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: 10.15360/1813-9779-2017-6-6-17Pekny M., Pekna M. Astrocyte reactivity and reactive astrogliosis: costs and benefits. Physiol Rev. 2014, 94: 1077-1098. DOI: 10.1152/physrev.00041.2013.Pekny M., Pekna M. Astrocyte reactivity and reactive astrogliosis: costs and benefits. Physiol Rev. 2014, 94: 1077-1098. DOI: 10.1152/physrev.00041.2013Bai J., Lyden P.D. Переосмысливая постишемическое реперфузионное повреждение головного мозга: новые взгляды на понимание механизмов нарушения реперфузии, кровоизлияния и отека. Internation. J. Stroke. 2015, 10 (2): 143-152 DOI: 10.1111/ijs.12434Bai J., Lyden P.D. Revisiting cerebral postischemic reperfusion injury: new insights in understanding reperfusion failure, hemorrhage, and edema. Internation. J. Stroke. 2015, 10 (2): 143-152. DOI: 10.1111/ijs.12434Von Kummer R., Dzialowski I. Imaging of cerebral ischemic edema and neuronal death. Neuroradiology. 2017; 59 (6): 545-553. DOI: 10.1007/s00234-017-1847-6.Von Kummer R., Dzialowski I. Imaging of cerebral ischemic edema and neuronal death. Neuroradiology. 2017; 59 (6): 545-553. DOI: 10.1007/s00234-017-1847-6.Бабкина А.С., Баева А.А., Баширова А.Р., Благонравов М.Л., Голубев А.М., Гребенчиков О.А., Гречко А.В., Ершов А.В., Захарченко В.Е., Кузовлев А.Н., Муслимов Б.Г., Острова И.В., Перепелица С.А., Петрова М.В., Романова О.Л., Саидов Ш.Х., Силачев Д.Н., Сундуков Д.В., Телипов И.Н., Усманов Э.Ш., Хаджиева М.Б., Чурилов А.А., Шабанов А.К., Шевелев О.А. Биологические маркеры повреждения и регенерации центральной нервной системы. Москва: ООО «ВЦИ»; 2021: 432. ISBN 9785604415900.Babkina A.S., Baeva A.A., Bashirova A.R., Blagonravov M.L., Golubev A.M., Grebenchikov O.A., Grechko A.V., Ershov A.V., Zakharchenko V.E., KuzovlevA.N., Muslimov B.G., Ostrova I.V., rerepelitsa S.A., retrova M.V., Romanova O.L., Saidov Sh.Kh., Silachev D.N., Sundukov D.V., Telipov I.N., Usmanov E.Sh., Khadzhieva M.B., Churilov A.A., Shabanov A.K., Shevelev O.A. Biological markers of damage and regeneration of the central nervous system. Moscow: OOO «VTsi»; 2021: 432. ISBN 9785604415900 [In Russ.].Shi K., Tian De-Cai, Li Zhi-Guo, Ducruet A.F., Lawton M.T., Shi Fu-Dong. Global brain inflammation in stroke. Lancet Neurol. 2019; 18 (11): 1058-1066. DOI: 10.1016/S1474-4422(19)30078-X.Shi K., Tian De-Cai, Li Zhi-Guo, Ducruet A.F., Lawton M.T., Shi Fu-Dong. Global brain inflammation in stroke. Lancet Neurol. 2019; 18 (11): 1058-1066. DOI: 10.1016/S1474-4422(19)30078-X.Paxinos 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.Herbert A.D., Carr A.M., Hoffmann E. FindFoci: a focus detection algorithm with automated parameter training that closely matches human assignments, reduces human inconsistencies and increases speed of analysis. PLoS One. 2014; 9 (12): e114749. DOI: 10.1371/journal.pone.0114749Herbert A.D., Carr A.M., Hoffmann E. FindFoci: a focus detection algorithm with automated parameter training that closely matches human assignments, reduces human inconsistencies and increases speed of analysis. PLoS One. 2014; 9 (12): e114749. DOI: 10.1371/journal.pone.0114749.Bolon B., Garman R., Jensen K., Krinke G., Stuart B. Best practices approach to neuropathologic assessment in developmental neurotoxicity testing. Toxicol. rathol. 2006; 34 (3): 296-313. DOI: 10.1080/01926230600713269Bolon B., Garman R., Jensen K., Krinke G., Stuart B. Best practices approach to neuropathologic assessment in developmental neurotoxicity testing. Toxicol. rathol. 2006; 34 (3): 296-313. DOI: 10.1080/01926230600713269Ooigawa H., Nawashiro H., Fukui S., Otani N, Osumi A, Toyooka T, Shima K. The fate of Nissl-stained dark neurons following traumatic brain injury in rats: difference between neocortex and hippocampus regarding survival rate. Acta Neuropathol. 2006; 112 (4): 471-481. DOI: 10.1007/s00401-006-0108-2Ooigawa H., Nawashiro H., Fukui S., Otani N, Osumi A, Toyooka T, Shima K. The fate of Nissl-stained dark neurons following traumatic brain injury in rats: difference between neocortex and hippocampus regarding survival rate. Acta Neuropathol. 2006; 112 (4): 471-481. DOI: 10.1007/s00401-006-0108-2Боровиков В. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере. Изд-во Питер; 2003: 2-ое изд.: 688.Borovikov V. Statistica. The art of analyzing data on a computer. Publishing House «Piter»; 2003: 2nd ed.: 688 [In Russ.].Волкова Д.А., Косицын Н.С., Голобородько Е.В., Логинова Н.А., Свинов М.М. Электрофизиологические корреляты морфологических перестроек при моделировании локальной ишемии разной степени тяжести в сенсомоторной коре крыс. Бюлл. Эксперим. Биол. Медиц. 2013; 155 (2): 233-236. DOI: 10.1007/s10517-013-2128-yVolkova D.A., Kositsyn N.S., Goloborod'ko E.V., Loginova N.A., Svinov M.M. Electrophysiological correlations of morphological restructuring in experimental local ischemia of different severity in the rat sensorimotor cortex. Byulleten' eksperimental'noy biologii i meditsiny= Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2013; 155 (2): 233236 [In Russ.]. DOI: 10.1007/s10517-013-2128-yСтепанов 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; 105 (5): 578-590. DOI: 10.1134/S086981391905011XStepanov S.S., Akulinin V.A., Avdeev D.B., Stepanov A.S., Gorbunova A.V. Reorganization of astrocytes of the neocortex of white rats after 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/S086981391905011XСемченко В.В., Степанов С.С., Боголепов Н.Н. Синаптическая пластичность головного мозга (фундаментальные и прикладные аспекты). М.: Директ-Медиа; 2014.Semchenko V.V., Stepanov S.S., Bogolepov N.N. Brain synaptic plasticity (fundamental and applied aspects). M.: Direct Media; 2014 [In Russ.].

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