anatomyЖурнал анатомии и гистопатологииJournal of Anatomy and Histopathology2225-7357N.N. Burdenko Voronezh State Medical University10.18499/2225-7357-2023-12-1-79-87anatomy-1707Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL PAPERSМорфофункциональные изменения нейронов, глиальных клеток и синапсов в сенсомоторной коре после тяжелой черепно-мозговой травмыMorphofunctional Changes in Neurons, Glial Cells and Synapses in the Sensorimotor Cortex after Severe Traumatic Brain Injuryhttps://orcid.org/0000-0002-0936-3137ШороноваА. Ю.ShoronovaА. Yu.

Шоронова Анастасия Юрьевна – аспирант кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии

ул. Ленина, 12, Омск, 644099

Anastasiya Yu. Shoronova – postgraduate student of the Department of histology, cytology and embryology

ul. Lenina, 12, Omsk, 644099

nastasya1994@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6097-7970АкулининВ. А.AkulininV. A.

Акулинин Виктор Александрович – д-р. мед. наук, профессор, зав. кафедрой гистологии, цитологии и эмбриологии

ул. Ленина, 12, Омск, 644099

Viktor A. Akulinin – Doct. Sci. (Med.), Prof., head of the Department of histology, cytology and embryology

ul. Lenina, 12, Omsk, 644099

akulinin@omsk-osma.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0741-3337СтепановС. С.StepanovS. S.

Степанов Сергей Степанович – д-р. мед. наук, старший научный сотрудник кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии

ул. Ленина, 12, Омск, 644099

Sergei S. Stepanov – Doct. Sci, (Med.), leading researcher of the Department of histology, cytology and embryology

ul. Lenina, 12, Omsk, 644099

serg_stepanov@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4579-2027КоржукМ. С.KorzhukM. S.

Коржук Михаил Сергеевич – д-р. мед. наук, профессор кафедры и клиники военно-морской хирургии

Санкт-Петербург

Mikhail S. Korzhuk – Doct. Sci. (Med.), professor of the Departmentand Clinic of Naval Surgery

St. Petersburg

gensurg@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1133-6541МакарьеваЛ. М.Makar'evaL. M.

Макарьева Любовь Михайловна – аспирант кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии

ул. Ленина, 12, Омск, 644099

Lyubov' M. Makar'eva – postgraduate student of the Department of histology, cytology and embryology

ul. Lenina, 12, Omsk, 644099

lyuba.mamontova.07@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4976-7539АвдеевД. Б.AvdeevD. B.

Авдеев Дмитрий Борисович – канд. ветеринар. наук, доцент кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии

ул. Ленина, 12, Омск, 644099

Dmitrii B. Avdeev – Cand. Sci. (Vet.), associate professor of the Department of histology, cytology and embryology

ul. Lenina, 12, Omsk, 644099

avdeev86@inbox.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2700-6683СкрябинаО. В.SkryabinaO. V.

Скрябина Ольга Витальевна – канд. тех. наук, доцент кафедры кормления животных и частной зоотехнии факультета зоотехнии, товароведения и стандартизации

Омск

Ol'ga V. Skryabina – Cand. Sci. (Tech.), associate professor of the Department of animal feeding and small animal science of faculty of animal sciences, merchandizing and standardization

Omsk

ov.skryabina@omgau.orghttps://orcid.org/0000-0003-3667-7905ЦускманИ. Г.TsuskmanI. G.

Цускман Ирина Геннадиевна – канд. ветеринар. наук, доцент кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии

ул. Ленина, 12, Омск, 644099

Irina G. Tsuskman – Cand. Sci. (Vet.), associate professor of the Department of histology, cytology and embryology

ul. Lenina, 12, Omsk, 644099

ira.tsuskman@mail.ruОмский государственный медицинский университетOmsk State Medical UniversityВоенно-медицинская академия имени С.М. КироваS.M. Kirov Military Medical AcademyОмский государственный аграрный университет им. П.А. СтолыпинаP.A. StolypinOmsk State Agrarian University2023140420231217987Copyright © Шоронова А.Ю., Акулинин В.А., Степанов С.С., Коржук М.С., Макарьева Л.М., Авдеев Д.Б., Скрябина О.В., Цускман И.Г., 20232023Шоронова А.Ю., Акулинин В.А., Степанов С.С., Коржук М.С., Макарьева Л.М., Авдеев Д.Б., Скрябина О.В., Цускман И.Г.Shoronova А.Y., Akulinin V.A., Stepanov S.S., Korzhuk M.S., Makar'eva L.M., Avdeev D.B., Skryabina O.V., Tsuskman I.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://anatomy.elpub.ru/jour/article/view/1707

Цель исследования – изучить морфофункциональные изменения нейронов, глиальных клеток и синаптических терминалей в сенсомоторной коре головного мозга крыс после тяжелой черепно-мозговой травмы (ТЧМТ).Материал и методы. Моделирование ТЧМТ у белых крыс (основная группа, n=30) осуществляли на установке со специальным ударным механизмом. Контролем служили интактные животные (n=6). Гистоморфологическое изучение сенсомоторной коры (СМК) головного мозга крыс проводили на срезах, окрашенных гематоксилином и эозином и тионином по Нисслю. Иммуногистохимическими реакциями выявляли синаптофизин и GFAP, проводили морфометрию. На серийных фронтальных срезах СМК изучены нейроны, нейроглия и межнейронные синапсы в контроле и через 1, 3, 7, 14 и 30 сут после ТЧМТ. Определяли численную плотность нейронов, нейроглии и синаптических терминалей на единицу площади среза слоев I (только терминали), III и V СМК мозга. Проверку статистических гипотез проводили с помощью непараметрических методов в программе Statistica 10.0.Результаты. В контроле на фоне неизмененного нейропиля преобладали типичные нормохромные пирамидные нейроны, четко верифицировались синаптические терминали. После ТЧМТ отмечались признаки тинкториальных, гидропических, дегидратационных и некробиотических изменений нейронов, реактивного астроглиоза, появлялись поля «выпадения» нейронов, уменьшалась общая численная плотность нейронов и синапсов. Максимальное увеличение содержания пикноморфных нейронов выявлено через 1 сут после ТЧМТ (в слое III СМК – на 11,6%, в слое V СМК – на 18,5%). Пик численной плотности клеток-теней и гиперхромных несморщенных нейронов отмечен через 3 сут. Численная плотность синаптических терминалей при этом в разных слоях СМК уменьшалась в 1,5-2 раза. Об изменении баланса процессов деструкции и восстановления синаптического пула после ТЧМТ свидетельствовали статистически значимые данные о снижении и увеличении численной плотности терминалей в течение 30 сут наблюдения. Полного восстановления изученных показателей нейронов и синапсов до контрольных значений в течение 30 сут не происходило.Заключение. После ТЧМТ функционирование СМК мозга крыс происходит на фоне длительного сохранения обратимо и необратимо поврежденных нейронов, реактивного нейроглиоза и перманентной реорганизации межнейронных отношений за счет активации репаративной нейро- и синаптической пластичности. Полученные данные послужат для уточнения реорганизации составляющих разных нейрональных комплексов СМК (слои I, III и V) после ТЧМТ.

The aim of the study was to investigate morphofunctional modifications in neurons, glial cells and synaptic terminals in the sensorimotor cortex of the brain in rats after severe traumatic brain injury (STBI).Material and methods. STBI simulation in white rats (main group, n=30) was performed on a device with a special shock mechanism. Intact animals (n=6) were included in the control group. The sensorimotor cortex (SMC) of the brain in rats was studied histomorphologically on sections stained with hematoxylin and eosin and thionin according to Nissl. Synaptophysin and GFAP were detected immunohistochemically, then morphometry was performed. On serial frontal sections of the SMC, neurons, neuroglia, and interneuronal synapses were studied in animals of the control group and in animals exposed to STBI in 1, 3, 7, 14, and 30 days after STBI simulation. The number density of neurons, neuroglia, and synaptic terminals was determined per a unit area of the section of layers I (terminals only), III, and V of the cerebral SMC. Statistical hypotheses were tested using nonparametric methods in the Statistica 10.0 program.Results. In animals of the control group, typical normochromic pyramidal neurons predominated, synaptic terminals were clearly verified; this was combined with unaltered neuropil. In animals exposed to STBI, there were signs of tinctorial, hydropic, dehydration and necrobiotic changes in neurons, reactive astrogliosis, fields of "loss" of neurons appeared; the overall numerical density of neurons and synapses decreased. The maximally increased content of pycnomorphic neurons was detected in 1 day after STBI (in layer III of the SMC, by 11.6%; in layer V of the SMC, by 18.5%). The peak in the number density of shadow cells and hyperchromic non-wrinkled neurons was noted in 3 days. The numerical density of synaptic terminals in different layers of the SMC decreased by 1.5-2 times. The altered balance of the destruction and restoration processes of the synaptic pool after STBI was evidenced by statistically significant data on the decreased and increased numerical density of terminals during 30 days of the study. There was no complete recovery of the studied parameters of neurons and synapses to control values within 30 days.Conclusion. The SMC of the brain in rats remains functioning after STBI; this occurs in the context of long-term preservation of reversibly and irreversibly damaged neurons, reactive neurogliosis, and permanent reorganization of interneuronal relationships due to activated reparative neuro- and synaptic plasticity. The data obtained will specify reorganization of the components of various neuronal complexes of the SMC (layers I, III, and V) after STBI.

черепно-мозговая травманейронысинапсыглиясенсомоторная кораиммуногистохимияморфометрияэкспериментtraumatic brain injuryneuronssynapsesgliasensorimotor corteximmunohistochemistrymorphometryexperimentReferencesБоровиков В. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере. 2-ое изд. Санкт-Петербург: Питер; 2003.Borovikov V. Statistica. Iskusstvo analiza dannykh na komp'yutere. 2-ed. Saint-Petersburg: Piter; 2003. (In Russ.).Григорян А.С., Кругляков В.П. Клеточная терапия при травме головного мозга. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия. 2009; 4(1):35–42.Grigoian AS, Kruglyakov VP. Cell therapy for treatment of traumatic brain injury. Cellular Transplantation and Tissue Engineering. 2009 Jan;4(1):35–42. (In Russ.).Кадыков А.С., Шахпаронова Н.В., Белопасова А.В., Пряников И.В. Нейропластичность и восстановление нарушенных функций после инсульта. Физическая и реабилитационная медицина, медицинская реабилитация. 2019;1(2): 32–6.Kadykov AS, Shakhparonova NV, Belopasova AV, Prjanikov JV. A Neuroplasticity And Functional Restoration After Stroke. Physical and rehabilitation medicine, medical rehabilitation. 2019 Jun 15;1(2):32–6. (In Russ.). doi: 10.36425/2658-6843-19184Нарышкин А.Г., Галанин И.В., Егоров А.Ю. Управляемая нейропластичность. Физиология человека. 2020;46(2):112–20.Naryshkin AG, Galanin IV, Egorov AYu. Controlled Neuroplasticity. Fiziologiya Cheloveka. 2020 May;46(2):112–20. (In Russ.). doi: 10.31857/S0131164620020101Сидякина И.В., Шаповаленко Т.В., Лядов К.В. Механизмы нейропластичности и реабилитация в острейшем периоде инсульта. Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2013;7(1):52–6.Sidyakina IV, Schapovalenko TV, Lyadov KV. Mechanisms of Neuroplastisity and Rehabilitation in Hyperacute Period of Stroke. Annals of Clinical and Experimental Neurology. 2013 Feb;7(1):52–6. (In Russ.).Семченко В.В., Степанов С.С., Боголепов Н.Н. Синаптическая пластичность головного мозга (фундаментальные и прикладные аспекты). М.: Директ-Медиа; 2014.Semchenko VV, Stepanov SS, Bogolepov NN. Sinapticheskaya plastichnost' golovnogo mozga (fundamental'nye i prikladnye aspekty). Moscow: Direkt-Media; 2014. (In Russ.).Степанов С.С., Макарьева Л.М., Акулинин В.А., Коржук М.С., Шоронова А.Ю., Авдеев Д.Б., и др. Сопоставление иммуногистохимического и ультраструктурного изучения реакции аксональных терминалей сенсомоторной коры белых крыс на перевязку общих сонных артерий. Журнал анатомии и гистопатологии. 2022; 11(3): 65-74.Stepanov SS, Makar’eva LM, Akulinin VA, Korzhuk MS, Shoronova AYu, Avdeev DB, et al. Comparison of the immunohistochemical and ultrastructural studies of the white rats sensorimotor cortex synaptic terminals reaction to common carotid arteries ligation. Journal of Anatomy and Histopathology. 2022 Oct 11;11(3):65–74. (In Russ.). doi: 10.18499/2225-7357-2022-11-3-65-74Храпов Ю.В., Поройский С.В. Роль биомаркеров повреждения вещества головного мозга в диагностике, оценке эффективности лечения и прогнозирования исходов тяжелой черепно-мозговой травмы. Волгоградский научно-медицинский журнал. 2013;3:10–20.Khrapov YV, Poroysky SV. Role of Brain Damage Biomarkers in Diagnostics, Treatment Assessment and Outcome Prediction in Severe Craniocerebral Injury. Volgograd Scientific Medical Journal. 2013 Sep;3:10–20. (In Russ.).Цинзерлинг В.А., Сапаргалиева А.Д., Вайншенкер Ю.И., Медведев С.В. Проблемы нейропластичности и нейропротекции. Вестник Санкт-Петербургского университета. Медицина. 2013;4:3–12.Zinserling VA, Sapargaliyeva AD, Vaynshenker YuI, Medvedev SV. Problems of Neuroplasticity and Neuroprotection. Vestnik of Saint Petersburg University. Medicine. 2013 Nov;4:3–12. (In Russ.).Юсупов Ф.А., Юлдашев А.А. Нейропластичность и возможности современной нейрореаблитации. Бюллетень науки и практики. 2022;8(3):251–73.Yusupov FA, Yuldashev AA. Neuroplasticity and Possibilities of Modern Neurorehablitation. Bulletin of Science and Practice. 2022 Oct;8(3):251–73. (In Russ.). doi: 10.33619/2414-2948/76/2Berger RP, Adelson PD, Pierce MC, Dulani T, Cassidy LD, Kochanek PM. Serum neuron-specific enolase, S100B, and myelin basic protein concentrations after inflicted and noninflicted traumatic brain injury in children. Journal of Neurosurgery: Pediatrics. 2005 Jul;103(1):61–8. doi: 10.3171/ped.2005.103.1.0061Berger RP, Adelson PD, Pierce MC, Dulani T, Cassidy LD, Kochanek PM. Serum neuron-specific enolase, S100B, and myelin basic protein concentrations after inflicted and noninflicted traumatic brain injury in children. Journal of Neurosurgery: Pediatrics. 2005 Jul;103(1):61–8. doi: 10.3171/ped.2005.103.1.0061Bisicchia E, Sasso V, Molinari M, Viscomi MT. Plasticity of microglia in remote regions after focal brain injury. Seminars in Cell & Developmental Biology. 2019 Oct;94:104–11. doi: 10.1016/j.semcdb.2019.01.011Bisicchia E, Sasso V, Molinari M, Viscomi MT. Plasticity of microglia in remote regions after focal brain injury. Seminars in Cell & Developmental Biology. 2019 Oct;94:104–11. doi: 10.1016/j.semcdb.2019.01.011Farkas O, Polgar B, Szekeres-Barthó J, Dóczi T, Povlishock JT, Büki A. Spectrin breakdown products in the cerebrospinal fluid in severe head injury – preliminary observations. Acta Neurochirurgica. 2005 Jun 9;147(8):855–61. doi: 10.1007/s00701-005-0559-6Farkas O, Polgar B, Szekeres-Barthó J, Dóczi T, Povlishock JT, Büki A. Spectrin breakdown products in the cerebrospinal fluid in severe head injury – preliminary observations. Acta Neurochirurgica. 2005 Jun 9;147(8):855–61. doi: 10.1007/s00701-005-0559-6Hebb DO. The organization of behavior ; a neuropsychological theory. 2nd ed. New York: Lawrence Erlbaum Associates; 2002.Hebb DO. The organization of behavior ; a neuropsychological theory. 2nd ed. New York: Lawrence Erlbaum Associates; 2002.Li Z, Song Y, He T, Wen R, Li Y, Chen T, et al. M2 microglial small extracellular vesicles reduce glial scar formation via the miR-124/STAT3 pathway after ischemic stroke in mice. Theranostics. 2021;11(3):1232–48. doi: 10.7150/thno.48761Li Z, Song Y, He T, Wen R, Li Y, Chen T, et al. M2 microglial small extracellular vesicles reduce glial scar formation via the miR-124/STAT3 pathway after ischemic stroke in mice. Theranostics. 2021;11(3):1232–48. doi: 10.7150/thno.48761Tolias CM, Bullock MR. Critical appraisal of neuroprotection trials in head injury: What have we learned? NeuroRX. 2004 Jan;1(1):71–9. doi: 10.1602/neurorx.1.1.71Tolias CM, Bullock MR. Critical appraisal of neuroprotection trials in head injury: What have we learned? NeuroRX. 2004 Jan;1(1):71–9. doi: 10.1602/neurorx.1.1.71Sestakova N, Puzserova A, Kluknavsky M, Bernatova I. Determination of motor activity and anxiety-related behaviour in rodents: methodological aspects and role of nitric oxide. Interdisciplinary Toxicology. 2013 Sep 1;6(3):126–35. doi: 10.2478/intox-2013-0020Sestakova N, Puzserova A, Kluknavsky M, Bernatova I. Determination of motor activity and anxiety-related behaviour in rodents: methodological aspects and role of nitric oxide. Interdisciplinary Toxicology. 2013 Sep 1;6(3):126–35. doi: 10.2478/intox-2013-0020Paxinos G, Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates. Amsterdam; Boston: Elsevier Academic Press; 2005.Paxinos G, Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates. Amsterdam; Boston: Elsevier Academic Press; 2005.

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