anatomyЖурнал анатомии и гистопатологииJournal of Anatomy and Histopathology2225-7357N.N. Burdenko Voronezh State Medical University10.18499/2225-7357-2019-8-3-9-17anatomy-950Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯORIGINAL PAPERSРеакция астроцитов неокортекса человека на клиническую смерть и реперфузиюReaction of Human Neocortex Astrocytes to Clinical Death and ReperfusionАкулининВ. А.AkulininV. A.

Акулинин Виктор Александрович

ул. Ленина, 12, г. Омск, 644099

Viktor Akulinin

ul. Lenina, 12, Omsk, 644099

akulinin@omsk-osma.ruСтепановС. С.StepanovS. S.АвдеевД. Б.AvdeevD. B.ФГБОУ ВО «Омский государственный медицинский университет» Минздрава РоссииRussian FederationФГБОУ ВО «Омский государственный медицинский университет» Минздрава РоссииOmsk State Medical University20191510201983917Copyright © Акулинин В.А., Степанов С.С., Авдеев Д.Б., 20192019Акулинин В.А., Степанов С.С., Авдеев Д.Б.Akulinin V.A., Stepanov S.S., Avdeev D.B.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/950Цель

Цель. Исследование посвящено изучению влияния клинической смерти и реперфузии на астроциты коры головного мозга (КГМ) человека.

Материал и методы

Материал и методы. С помощью конфокального микроскопа, флуоресцентной иммуногистохимии (GFAP), классической морфометрии и фрактального анализа были изучены структурные типы, количество, форма, размеры и распределение астроцитов слоев I–VI (поля 4, 10, 17 и 21) КГМ через 7 сут после 3-минутной клинической смерти (n=3, мужчины). В контрольную группу (n=4, мужчины) вошли погибшие от тяжелой черепно-мозговой травмы.

Результаты

Результаты. В КГМ человека выявлена сложная интегрированная система GFAP-позитивных клеток, состоящая из трансламинарных и интраламинарных астроцитов фиброзного, протоплазматического и смешанного типов. Тела трансламинарных астроцитов локализовались в слоях I (имели гладкие длинные тонкие отростки) и V–VI (отростки с варикозными утолщениями). Отростки трансламинарных астроцитов проникали навстречу друг другу и переплетались на уровне слоя I и II. Через 7 сут после клинической смерти в КГМ выявлены качественные и количественные изменения всех типов интраламинарных и трансламинарных астроцитов. Во всех слоях изученных отделов КГМ увеличивалась относительная площадь GFAP-позитивного материала. Повышение экспрессии GFAP в астроцитах КГМ сопровождалось изменениями фрактального распределения и лакунарности распределения их отростков, что свидетельствовало о пространственной реорганизации астроглиальной сети в ответ на острую ишемию и реперфузию мозга. В большей степени это касалось отростков фиброзных периваскулярных астроцитов. Вероятно все эти проявления реактивного астроглиоза были связаны с активацией адаптационно-репаративных процессов в астроцитах. Статистически значимых различий между полями КГМ выявлено не было.

Заключение

Заключение. Полученные результаты свидетельствовали о том, что после клинической смерти и реперфузии происходила структурно-функциональная реорганизация нейроглиальной сети КГМ, сопровождающаяся усилением экспрессии GFAF и усложнением пространственного распределения отростков всех типов астроцитов.

The aim of research was to study the effect of clinical death and reperfusion on astrocytes of the human cerebral cortex.

Material and methods

Material and methods. Structural types, quantity, shape, size and distribution of cortical layers I–VI astrocytes (fields 4, 10, 17 and 21) were studied in 7 days after 3-minute clinical death (n=3, males) using a confocal microscope, fluorescence immunohistochemistry (GFAP), classical morphometry and fractal analysis. The control group (n=4, males) included patients died from severe traumatic brain injury.

Results

Results. A complex integrated system of GFAP-positive cells consisting of translaminar and intralaminar astrocytes of the fibrous, protoplasmic and mixed types, was revealed in the human cerebral cortex. The bodies of translaminar astrocytes were localized in layers I (had smooth long thin processes) and layers V–VI (had processes with varicose thickening). The processes of translaminar astrocytes penetrated towards each other and intertwined at the level of layer I and II. Qualitative and quantitative changes of all types of intralaminar and translaminar astrocytes were revealed in the human cerebral cortex in 7 days after clinical death. The percentage of the GFAP-positive area increased in all layers of the studied cerebral cortex departments. An increase in GFAP expression in cortical astrocytes was accompanied by changes in the fractal distribution and lacunarity of their processes distribution, the fact supporting a spatial reorganization of the astroglial network in response to acute ischemia and reperfusion of the brain. To a greater extent this related to the processes of fibrous perivascular astrocytes. All these manifestations of reactive astrogliosis might be associated with the activation of adaptivereparative processes in astrocytes. No statistically significant differences between the cerebral cortex fields were revealed.

Conclusion

Conclusion. The results obtained showed that clinical death and reperfusion resulted in a structuralfunctional reorganization of the neuroglial network of the cerebral cortex accompanied by an increase in the GFAF expression and complication of the spatial distribution of the processes in all types of astrocytes.

человекклиническая смертьнеокортексастроцитыфлуоресцентная иммуногистохимияGFAPморфометрияфрактальный анализhumansclinical deathneocortexastrocytesfluorescent immunohistochemistryGFAPmorphometryfractal analysis.Данная 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.ReferencesБоровиков В. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере. Изд-во Питер; 2003; 2: 688Borovikov V. Statistica. Iskusstvo analiza dannykh na komp'yutere. Izd-vo Piter; 2003; 2: 688 (in Russian).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): 125–33Isaeva VV, Puschina EV, Karetin YuA. Changes of the morphometric indices and fractal dimension of the spinal cord neurons during ontogenesis of the cherry salmon Oncorhynchus masou. Russian Journal of Marine Biology. 2006; 32(2): 106–14 (in Russian).Коржевский Д.Э., Отеллин В.А., Григорьев И.П. Глиальный фибриллярный кислый белок в астроцитах неокортекса человека. Морфология. 2004; 126(5): 7–10Korzhevskii DÉ, Otellin VA, Grigor'ev IP. Glial fibrillary acidic protein in astrocytes in the human neocortex. Neuroscience and Behavioral Physiology. 2005; 35(8): 789–92 (in Russian).Моргун А.В., Малиновская Н.А., Комлева Ю.К., Лопатина О.Л., Кувачева Н.В., Панина Ю.А., Таранушенко Т.Е., Солончук Ю.Р., Салмина А.Б. Структурная и функциональная гетерогенность астроцитов головного мозга: роль в нейродегенерации и нейровоспалении. Бюллетень сибирской медицины. 2014; 13(5): 138–48Morgun AV, Malinovskaya NA, Komleva YuK, Lopatina OL, Kuvacheva NV, Panina YuA, Taranushenko TYe, Solonchuk YuR, Salmina AB. Structural and functional heterogeneity of astrocytes in the brain: role in neurodegeneration and neuroinflammation. Bulletin of Siberian Medicine. 2014; 13(5): 138–48 (in Russian).Сухорукова Е.Г., Алексеева О.С., Кирик О.Б., Грудинина Н.А., Коржевский Д.Э. Сравнительные аспекты структурной организации астроцитов первого слоя коры головного мозга человека и крысы. Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2012; 48(3): 280–286Sukhorukova EG, Kirik OV, Grudinina NA, Korzhevskii DE, Alekseyeva OS. Comparative aspects of structural organization of astrocytes of the layer I of the human and rat brain cortex. Journal of Evolutionary Biochemistry and Physiology. 2012; 48(3): 335–42 (in Russian).Тертышный С.И. Ультраструктурные изменения астроглии при постреанимационной энцефалопатии в эксперименте. Морфология. 2015; 9(3): 89–94Tertishniy SI. Ultrastructural changes of the astroglia in experimental postresuscitation encephalopathy. Morfologiia. 2015; 9(3): 89–94 (in Russian).Франк Г.А., Мальков П.Г. Иммуногистохимические методы: Руководство. М.; 2011. 224. Пер. с англ.: George L. Kumar, Lars Rudbeck.: DAKOFrank G.A., Mal'kov P.G. Immunogistokhimicheskie metody: Rukovodstvo. M.; 2011. 224. Per. s angl.: George L. Kumar, Lars Rudbeck.: DAKO (in Russian).Anderson MA, Ao Y, Sofroniew MV. Heterogeneity of reactive astrocytes. Neurosci Lett. 2014; 565: 23–9.Anderson MA, Ao Y, Sofroniew MV. Heterogeneity of reactive astrocytes. Neurosci Lett. 2014; 565: 23–9.Bernal GM., Peterson DA. Phenotypic and gene expression modification with normal brain aging in GFAP-positive astrocytes and neural stem cells. Aging Cell. 2011; 10(3): 466–82.Bernal GM., Peterson DA. Phenotypic and gene expression modification with normal brain aging in GFAP-positive astrocytes and neural stem cells. Aging Cell. 2011; 10(3): 466–82.Colombo JA, Reisin HD. Interlaminar astroglia of the cerebral cortex: a marker of the primate brain. Brain Res. 2004; 1006 (1): 126–31.Colombo JA, Reisin HD. Interlaminar astroglia of the cerebral cortex: a marker of the primate brain. Brain Res. 2004; 1006 (1): 126–31.Hewett JA. Determinants of regional and local diversity within the astroglial lineage of the normal central nervous system. J Neurochem. 2009; 110(6): 1717–36.Hewett JA. Determinants of regional and local diversity within the astroglial lineage of the normal central nervous system. J Neurochem. 2009; 110(6): 1717–36.Karperien A, Ahammer H, Jelinek HF. Quantitating the subtleties of microglial morphology with fractal analysis. Front. Cell. Neurosci. 2013; 7(3): 1–18.Karperien A, Ahammer H, Jelinek HF. Quantitating the subtleties of microglial morphology with fractal analysis. Front. Cell. Neurosci. 2013; 7(3): 1–18.Li C, Zhao R, Gao K, et al. Astrocytes: implications for neuroinflammatory pathogenesis of Alzheimer's disease. Curr. Alzheimer Res. 2011; 8(1): 67–80.Li C, Zhao R, Gao K, et al. Astrocytes: implications for neuroinflammatory pathogenesis of Alzheimer's disease. Curr. Alzheimer Res. 2011; 8(1): 67–80.Oberheim NA, Wang X, Goldman S, Nedergaard M. Astrocytic complexity distinguishes the human brain. Trends Neurosci. 2006; 29(10): 547–53.Oberheim NA, Wang X, Goldman S, Nedergaard M. Astrocytic complexity distinguishes the human brain. Trends Neurosci. 2006; 29(10): 547–53.Oberheim NA, Takano T, Han X. et al. Uniquely hominid features of adult human astrocytes. J Neurosci. 2009; 29(10): 3276–87.Oberheim NA, Takano T, Han X. et al. Uniquely hominid features of adult human astrocytes. J Neurosci. 2009; 29(10): 3276–87.Paulus W. GFAP, Ki67 and IDH1: perhaps the golden triad of glioma immunohistochemistry. Acta Neuropathol. 2009; 118(5): 603–4.Paulus W. GFAP, Ki67 and IDH1: perhaps the golden triad of glioma immunohistochemistry. Acta Neuropathol. 2009; 118(5): 603–4.Plata A, Lebedeva A, Denisov P, Nosova O, Postnikova TY, Pimashkin A, Brazhe A, Zaitsev AV, Rusakov DA, Semyanov A. Astrocytic atrophy following status epilepticus parallels reduced Ca2+ activity and impaired synaptic plasticity in the rat hippocampus. Front Mol Neurosci. 2018; 11: 215. doi: 10.3389/fnmol.2018.0021Plata A, Lebedeva A, Denisov P, Nosova O, Postnikova TY, Pimashkin A, Brazhe A, Zaitsev AV, Rusakov DA, Semyanov A. Astrocytic atrophy following status epilepticus parallels reduced Ca2+ activity and impaired synaptic plasticity in the rat hippocampus. Front Mol Neurosci. 2018; 11: 215. doi: 10.3389/fnmol.2018.0021Pekny M, Pekna M. Astrocyte reactivity and reactive astrogliosis: costs and benefits. Physiol Rev. 2014; 94(4): 1077–98.Pekny M, Pekna M. Astrocyte reactivity and reactive astrogliosis: costs and benefits. Physiol Rev. 2014; 94(4): 1077–98.Pekny M, Nilsson M. Astrocyte activation and reactive gliosis. Glia. 2005; 50(4): 427–34.Pekny M, Nilsson M. Astrocyte activation and reactive gliosis. Glia. 2005; 50(4): 427–34.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): 381–90.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): 381–90.Takano T, Oberheim N, Cotrina ML, Nedergaard M. Astrocytes and ischemic injury. Stroke. 2009: 40(30): 8–12.Takano T, Oberheim N, Cotrina ML, Nedergaard M. Astrocytes and ischemic injury. Stroke. 2009: 40(30): 8–12.Tian R, Wu X, Hagemann TL, Sosunov AA, Messing A, McKhann GM, Goldman JE. Alexander disease mutant glial fibrillary acidic protein compromises glutamate transport in astrocytes. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2010; 69(4): 335–45.Tian R, Wu X, Hagemann TL, Sosunov AA, Messing A, McKhann GM, Goldman JE. Alexander disease mutant glial fibrillary acidic protein compromises glutamate transport in astrocytes. J. Neuropathol. Exp. Neurol. 2010; 69(4): 335–45.Yu I, Inaji M, Maeda J. et al. Glial cell-mediated deterioration and repair of the nervous system after traumatic brain injury in a rat model as assessed by positron emission tomography. J. Neurotrauma. 2010; 27(8): 1463–75.Yu I, Inaji M, Maeda J. et al. Glial cell-mediated deterioration and repair of the nervous system after traumatic brain injury in a rat model as assessed by positron emission tomography. J. Neurotrauma. 2010; 27(8): 1463–75.Zhou B, Zuo YX, Jiang RT. Astrocyte morphology: Diversity, plasticity, and role in neurological diseases. CNS Neurosci Ther. 2019; doi: 10.1111/cns.13123.Zhou B, Zuo YX, Jiang RT. Astrocyte morphology: Diversity, plasticity, and role in neurological diseases. CNS Neurosci Ther. 2019; doi: 10.1111/cns.13123.Zhu H, Dahlstrom A. Glial fibrillary acidic proteinexpressing cells in the neurogenic regions in normal and injured adult brains. J. Neurosci. Res. 2007; 85(12): 2783–92.Zhu H, Dahlstrom A. Glial fibrillary acidic proteinexpressing cells in the neurogenic regions in normal and injured adult brains. J. Neurosci. Res. 2007; 85(12): 2783–92.

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