Сравнительная характеристика структурно-функциональных изменения поля СА₃ гиппокампа после острой ишемии и травмы головного мозга белых крыс

Цель исследования – изучить пирамидные нейроны и астроциты поля СА₃ гиппокампа головного мозга белых крыс в динамике после острой ишемии и тяжелой черепно-мозговой травмы.

Материал и методы. Острую ишемию моделировали путем 20-минутной окклюзии общих сонных артерий (ООСА), а тяжелая черепно-мозговая травма (ТЧМТ) – ударом свободно падающего груза. Использовали окраску по Нисслю, гематоксилином и эозином, иммуногистохимические реакции на NSE, MAP-2, p38, GFAP. Пролиферативную активность клеток оценивали с помощью реакции на Ki-67. Исследование проведено на тонких (4 мкм) серийных фронтальных срезах в контроле (животные без патологических факторов, n=5), через 1, 3, 7 и 14 суток после экспериментального моделирования ООСА (n=20) и ТЧМТ (n=20). Морфометрический анализ проводили с использованием программы ImageJ 1.52s. Определяли относительную площадь зон отека-набухания в нейропиле, численную плотность пирамидных нейронов, содержание дистрофически и некробиотически измененных нейронов, содержание нейронов с одним и более ядрышками, пролиферирующих клеток, плотность крупных стволов дендритов пирамидных нейронов, общую численную плотность и относительную площадь гигантских синаптических терминалей в stratum lucidum. Оценку характера распределения вариационных рядов, проверку статистических гипотез, построение графиков проводили с помощью программ Statistica 8.0 и среды R.

Результаты. Летальность между группами не различалась и не превышала 7%. Через 1 сутки после ООСА и ТЧМТ статистически значимо увеличивались относительный объем отека-набухания, содержание дистрофически и некробиотически измененных нейронов, уменьшалась общая численная плотность и относительная площадь терминалей, но общая численная плотность нейронов не изменялась. Через 3, 7 и 14 суток активировались механизмы нейро-, глио- и синаптической пластичности. Увеличивалось содержание нейронов с двумя и более ядрышками, общее количество и содержание гипертрофированных астроцитов, восстанавливался цитоскелет поврежденных нейронов и увеличивалось содержание межнейронных синапсов. В течение периода с 3-х до 14-х суток общая численная плотность нейронов при ООСА уменьшалась на 16.3%, а при ТЧМТ – на 33.7% (p=0.001). Патологические и компенсаторно-восстановительные изменения носили диффузно-очаговый характер и проявлялись более выражено после ТЧМТ.

Заключение. Таким образом, после ООСА и ТЧМТ в поле СА₃ гиппокампа отмечались однотипные очаговые гетерохронные и гетероморфные дистрофические, некробиотические и компенсаторно-восстановительные изменения нервной ткани. Структурно-функциональное восстановление происходило на фоне уменьшения общей численной плотности пирамидных нейронов и отека-набухания нервной ткани. Более выраженные дистрофические и некробиотические изменения при ТЧМТ сочетались с более выраженными компенсаторно-восстановительными изменениями астроцитов и гигантских межнейронных синапсов поля СА₃ гиппокампа. Выявленные изменения рассматривались как основа стандартной перманентной компенсаторно-восстановительной реорганизации нервной ткани гиппокампа в постишемическом и посттравматическом периоде.

1. Боровиков В. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере. 2-ое изд. СПб.: Питер; 2003

2. Лю Б.Н., Исмаилов С.Б., Лю М.Б. Состояния цитоскелета: связь с «кислородно-перекисными» эффектами в норме, при клеточных патологиях и апоптозе. Биомедицинская химия. 2008;54(1):58–77

3. Семченко В.В., Степанов С.С., Боголепов Н.Н. Синаптическая пластичность головного мозга (фундаментальные и прикладные аспекты). М.: Директ-Медиа; 2014

4. Степанов А.С. Сравнительная характеристика синаптоархитектоники неокортекса, гиппокампа и миндалевидного комплекса белых крыс в норме и после острой ишемии. Журнал анатомии и гистопатологии. 2017; 6 (4): 47–54. doi: 10.18499/2225-7357-2017-6-4-47-54

5. Степанов А.С., Акулинин В.А., Степанов С.С., Авдеев Д.Б., Горбунова А.В. Коммуникация нейронов поля CA3 гиппокампа головного мозга белых крыс после острой ишемии. Общая реаниматология. 2018; 14(5): 38-49. doi: 10.15360/1813-9779-2018-5-38-49

6. Степанов С.С., Акулинин В.А., Авдеев Д.Б., Степанов А.С., Горбунова А.В. Структурно-функциональная реорганизация ядрышкового аппарата нейронов неокортекса, архикортекса и базальных ганглиев головного мозга белых крыс после 20-минутной окклюзии общих сонных артерий. Журнал анатомии и гистопатологии. 2018;7(4):67–74. doi: 10.18499/2225-7357-2018-7-4-67-74

7. Яшкичев В.И. Изменение гидратации белков цитоскелета нейрона – механизм образования и движения нервного импульса. Социально-экологические технологии. 2015;1–2:58–64

8. Arneson D, Zhang G, Ying Z, Zhuang Y, Byun HR, Ahn IS, et al. Single cell molecular alterations reveal target cells and pathways of concussive brain injury. Nature Communications. 2018 Sep 25;9(1):3894. doi: 10.1038/s41467-018-06222-0

9. Blennow K, Brody DL, Kochanek PM, Levin H, McKee A, Ribbers GM, et al. Traumatic brain injuries. Nature Reviews Disease Primers. 2016 Nov 17;2(1): 16084. doi: 10.1038/nrdp.2016.84

10. Cole JH, Jolly A, de Simoni S, Bourke N, Patel MC, Scott G, et al. Spatial patterns of progressive brain volume loss after moderate-severe traumatic brain injury. Brain. 2018 Jan 4;141(3):822–36. doi: 10.1093/brain/awx354

11. Coronado VG, Xu L, Basavaraju SV, et al. Surveillance for traumatic brain injury-related deaths – United States, 1997–2007. MMWR CDC Surveill Summ. 2011;60:1–32.

12. Grieves RM, Duvelle É, Wood ER, Dudchenko PA. Field repetition and local mapping in the hippocampus and the medial entorhinal cortex. Journal of Neurophysiology. 2017 Oct 1;118(4):2378–88. doi: 10.1152/jn.00933.2016

13. Harris TC, de Rooij R, Kuhl E. The Shrinking Brain: Cerebral Atrophy Following Traumatic Brain Injury. Annals of Biomedical Engineering. 2019;47(9):1941–59. doi: 10.1007/s10439-018-02148-2

14. Hobbiss AF, Ramiro-Cortés Y, Israely I. Homeostatic Plasticity Scales Dendritic Spine Volumes and Changes the Threshold and Specificity of Hebbian Plasticity. iScience. 2018 Oct;8:161–74. doi: 10.1016/j.isci.2018.09.015

15. Leal G, Bramham CR, Duarte CB. BDNF and Hippocampal Synaptic Plasticity. Vitamins and Hormones. 2017;104:153–95. doi: 10.1016/bs.vh.2016.10.004

16. Legéndy CR. On the ‘data stirring’ role of the dentate gyrus of the hippocampus. Reviews in the Neurosciences. 2017 Jul 26;28(6):599–615. doi: 10.1515/revneuro-2016-0080

17. Majdan M, Plancikova D, Brazinova A, Rusnak M, Nieboer D, Feigin V, et al. Epidemiology of traumatic brain injuries in Europe: a cross-sectional analysis. The Lancet Public Health. 2016 Dec;1(2):e76–83. doi: 10.1016/S2468-2667(16)30017-2

18. Moser EI, Moser M-B, McNaughton BL. Spatial representation in the hippocampal formation: a history. Nature Neuroscience. 2017 Nov;20(11):1448–64. doi: 10.1038/nn.4653

19. Ng SY, Lee AYW. Traumatic Brain Injuries: Pathophysiology and Potential Therapeutic Targets. Frontiers in Cellular Neuroscience. 2019 Nov 27;13:528. doi: 10.3389/fncel.2019.00528

20. Palacios EM, Sala-Llonch R, Junque C, Fernandez-Espejo D, Roig T, Tormos JM, et al. Long-term declarative memory deficits in diffuse TBI: Correlations with cortical thickness, white matter integrity and hippocampal volume. Cortex. 2013 Mar;49(3):646–57. doi: 10.1016/j.cortex.2012.02.011

21. Paxinos G, Watson C. The Rat brain in stereotaxic coordinates. 5th ed. San Diego: Elsevier Academic Press; 2005.

22. Raven F, Van der Zee EA, Meerlo P, Havekes R. The role of sleep in regulating structural plasticity and synaptic strength: Implications for memory and cognitive function. Sleep Medicine Reviews. 2018 Jun;39:3–11. doi: 10.1016/j.smrv.2017.05.002

23. Rennert RC, Wali AR, Steinberg JA, Santiago-Dieppa DR, Olson SE, Pannell JS, et al. Epidemiology, Natural History, and Clinical Presentation of Large Vessel Ischemic Stroke. Neurosurgery. 2019 Jun 14;85(suppl_1):S4–8. doi: 10.1093/neuros/nyz042

24. Spitz G, Bigler ED, Abildskov T, Maller JJ, O’Sullivan R, Ponsford JL. Regional cortical volume and cognitive functioning following traumatic brain injury. Brain and Cognition. 2013 Oct;83(1):34–44. doi: 10.1016/j.bandc.2013.06.007

25. Stein TD, Alvarez VE, McKee AC. Concussion in Chronic Traumatic Encephalopathy. Current Pain and Headache Reports. 2015 Aug 11;19(10):47. doi: 10.1007/s11916-015-0522-z

26. van den Bedem H, Kuhl E. Molecular mechanisms of chronic traumatic encephalopathy. Current Opinion in Biomedical Engineering. 2017 Mar;1:23–30. doi: 10.1016/j.cobme.2017.02.003