Natural Defense Mechanisms of the Human Brain against Chronic Ischemia
https://doi.org/10.15360/1813-9779-2015-1-22-32
Abstract
Objective: to study the structural bases of natural defense mechanisms of the human brain against chronic ischemia. Materials and methods. To accomplish this, histological, immunohistochemical (NSE, calbindin, NPY, p38) and morphometric examinations of intraoperative biopsy specimens were performed to determine the reorganization of excitatory and inhibitory neurons in the ischemic penumbra of the temporal cerebral cortex (CC). Morphometric analysis was made using the specially developed algorithms to verify neurons and their elements in the ImageJ 1.46 program. Results. The reduction in the total numerical density of neurons and synapses in chronic ischemia was ascertained to be accompanied by the compensatorily enhanced expression of NSE, calbindin, p38, and NPY in the remaining CC neurons. There were signs of hypertrophy of inhibitory CC interneurons and growth of their processes. In consequence, the impact of inhibitory CC interneurons on excitatory neurons was likely to enhance. Conclusion. In chronic ischemia, the human brain is anticipated to respond to damage to some cells via compensatory excitatory and inhibitory neuronal reorganization directed towards its natural defense against excitatory damage and towards better conditions for compensatory recovery of the structure and function of CC.
About the Authors
A. V. Sergeev
Department of Histology, Cytology, and Embryology, Omsk State Medical Academy, Ministry of Health of Russia, Omsk, Russia 12. Lenin St., Omsk 644043
Russian Federation
Russian Federation
S. S. Stepanov
Department of Histology, Cytology, and Embryology, Omsk State Medical Academy, Ministry of Health of Russia, Omsk, Russia 12. Lenin St., Omsk 644043
Russian Federation
Russian Federation
V. A. Akulinin
Department of Histology, Cytology, and Embryology, Omsk State Medical Academy, Ministry of Health of Russia, Omsk, Russia 12. Lenin St., Omsk 644043
Russian Federation
Russian Federation
A. V. Mytsik
Department of Histology, Cytology, and Embryology, Omsk State Medical Academy, Ministry of Health of Russia, Omsk, Russia 12. Lenin St., Omsk 644043
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Bystron I., Blakemore C., Rakic P. Development of the human cerebral cortex: boulder committee revisited. Nat. Rev. Neurosci. 2008; 9 (2): 110—122. http://dx.doi.org/10.1038/nrn2252. PMID: 18209730
2. Manto M., Oulad ben Taib N., Luft A.R. Modulation of excitability as an early change leading to structural adaptation in the motor cortex. J. Neurosci. Res. 2006; 83 (2): 177—180. http://dx.doi.org/10.1002/jnr.20733. PMID: 16385580
3. Fiala J.C. Reconstruct: a free editor for serial section microscopy. J. Microscop. 2005; 218 (Pt 1): 52—61. PMID: 15817063
4. Akulinin V.A., Belichenko P.V., Dahlström A. Quantitative analysis of synaptophysin immunoreactivity in human neocortex after cardiac arrest: confocal laser scanning microscopy study. Resuscitation. 1998; 39 (3): 207—213. http://dx.doi.org/10.1016/S0300-9572(98)00133-6. PMID: 10078811
5. Сергеев А.В., Степанов С.С., Акулинин В.А., Мыцик А.В., Разумовский В.С., Беличенко П.В. Проблемы сравнительного изучения структурно-функционального состояния нейронов в аутопсийном и биопсийном материале неокортекса человека. Журн. анатомии и гистопатологии. 2014; 3 (2): 36—46.
6. Мыцик А.В., Акулинин В.А., Степанов С.С., Сергеев А.В., Ларионов П.М. Иммунофлуоресцентная верификация и морфометрия аксосоматических синапсов неокортекса человека при острой и хронической ишемии. Морфологические ведомости. 2012; 3: 53—60.
7. Сергеев А.В., Мыцик А.В., Акулинин В.А., Степанов С.С. Морфо- функциональная характеристика возбуждающих и тормозных нейронов лобной коры большого мозга человека при хронической ишемии. Журн. анатомии и гистопатологии. 2013; 2 (3): 37—45.
8. Сергеев А.В., Степанов С.С., Акулинин В.А., Мыцик А.В. Иммуногистохимическая и морфометрическая характеристика NPY-позитивных нейронов в различных полях мозга человека при хронической ишемии. Вестн. новых мед. технологий. 2013; 20 (4): 102—108.
9. Мыцик А.В., Акулинин В.А., Степанов С.С., Ларионов П.М. Иммуно- гистохимическая и морфометрическая характеристика межнейронных взаимоотношений лобной коры большого мозга человека при острой и хронической ишемии. Вестн. Новосибирского государственного университета. Серия: Биология, клиническая медицина. 2013; 11 (3): 154—160.
10. Yenari M.A., Minami M., Sun G.H., Meier T.J., Kunis D.M., Mc Laughlin J.R., Ho D.Y., Sapolsky R.M., Steinberg G.K. Calbindin d28k overexpression protects striatal neurons from transient focal cerebral ischemia. Stroke. 2001; 32 (4): 1028—1035. http://dx.doi.org/10.1161/01.STR.32.4.1028. PMID: 11283407
11. Buritica E., Villamil L., Guzman F., Escobar M.I., García-Cairasco N., Pimienta H.J. Changes in calcium-binding protein expression in human cortical contusion tissue. J. Neurotrauma. 2009; 26 (12): 2145—2155. http://dx.doi.org/10.1089/neu.2009.0894. PMID: 19645526
12. Druga R. Neocortical inhibitory system. Folia Biol. (Praha). 2009; 55 (6): 201—217. PMID: 20163769
13. Desgent S., Boire D., Ptito M. Altered expression of parvalbumin and calbindin in interneurons within the primary visual cortex of neonatal enucleated hamsters. Neuroscience. 2010; 171 (4): 1326—1340. http://dx.doi.org/10.1016/j.neuroscience.2010.10.016. PMID: 20937364
14. Aoki C., Pickel V.M. Neuropeptide Y in the cerebral cortex and the cau- date-putamen nuclei: ultrastructural basis for interactions with GABAergic and non-GABAergic neurons. J. Neurosci. 1989; 9 (12): 4333—4354. PMID: 2687439
15. Jovanovic ́ A.A., Babovic ́ S.S., Damjanovic ́ A., Puskas L., Lazic ́ D., Cvetic ́ T., Jasovic ́-Gasic ́ M. The role of C-Fos protein, somatostatin and neuropeptide Y in the pathogenesis of ischemic brain injuries based on animal model of cerebral ischemia. Coll. Antropol. 2013; 37 (3): 847—852. PMID: 24308227
16. Duszczyk M., Ziembowicz A., Gadamski R., Wieronska J.M., Smialowska M., Lazarewicz J.W. Changes in the NPY immunoreactivity in gerbil hippocampus after hypoxic and ischemic preconditioning. Neuropeptides. 2009; 43 (1): 31—39. http://dx.doi.org/10.1016/j.npep.2008.09.008. PMID: 19012964
17. Yardimog ̆ ̆lu M., Ilbay G., Dalcik C., Dalcik H., Sahin D., Ates N. Immunocytochemistry of neuron specific enolase (NSE) in the rat brain after single and repeated epileptic seizures. Int. J. Neurosci. 2008; 118 (7): 981—983. http://dx.doi.org/10.1080/00207450701769232. PMID: 18569155
18. Downes E.C., Robson J., Grailly E., Abdel-All Z., Xuereb J., Brayne C., Holland A., Honer W.G., Mukaetova-Ladinska E.B. Loss of synaptophisin and synaptosomal-associated protein 25-kDa (SNAP—25) in elderly Down syndrome individuals. Neuropathol. Appl. Neurobiol. 2008; 34 (1): 12—22. PMID: 18005332
19. Лихванцев В.В., Гребенчиков О.А., Шмелева Е.В., Левиков Д.И., Сунгуров В.А., Скрипкин Ю.В. Ингаляционные индукция и поддержание анестезии на основе севофлурана или тотальная внутривенная анестезия на основе пропофола и фентанила у пациентов с сопутствующей дисциркуляторной энцефалопатией. Общая реаниматология. 2013; 9 (3): 41—47. http://dx.doi.org/10.15360/1813-9779-2013-3-41
20. Мороз В.В., Силачев Д.Н., Плотников Е.Ю., Зорова Л.Д., Певзнер И.Б., Гребенчиков О.А., Лихванцев В.В. Механизмы повреждения и защиты клетки при ишемии/реперфузии и экспериментальное обоснование применения препаратов на основе лития в анестезиологии. Общая реаниматология. 2013; 9 (1): 63—72. http://dx.doi.org/10.15360/1813-9779-2013-1-63
21. Заржецкий Ю.В., Мороз В.В., Волков А.В. Влияния иммуноактивных препаратов на функциональное восстановление мозга и стероидные гормоны в постреанимационном периоде. Общая реаниматология. 2014; 10 (1): 5—11. http://dx.doi.org/10.15360/1813-9779-2014-1-5-11
22. Аврущенко М.Ш., Острова И.В., Волков А.В. Постреанимационные изменения экспрессии глиального нейротрофического фактора (GDNF): взаимосвязь с повреждением клеток Пуркинье мозжечка (экспериментальное исследование). Общая реаниматология. 2014; 10 (5): 59—68. http://dx.doi.org/10.15360/1813-9779-2014-5-59-68
Review
For citations:
Sergeev A.V., Stepanov S.S., Akulinin V.A., Mytsik A.V. Natural Defense Mechanisms of the Human Brain against Chronic Ischemia. General Reanimatology. 2015;11(1):22-32. https://doi.org/10.15360/1813-9779-2015-1-22-32
Views:
2078
Email this article 