Ультраструктурні зміни в мікросудинах і периваскулярному просторі при інфаркті головного мозку в експерименті

Автор(и)

  • O. O. Voloshanska Запорізький державний медичний університет, Запоріжжя, Україна, Ukraine
  • S. i. Tertyshnyi Запорізький державний медичний університет, Запоріжжя, Україна, Ukraine http://orcid.org/0000-0003-3856-4234

DOI:

https://doi.org/10.26641/1997-9665.2020.4.16-28

Ключові слова:

ішемія головного мозку, мікросудини, ендотелій, перицити, астроцити

Анотація

Актуальність. Ішемічний інсульт являє собою другу глобальну причину смерті після ішемічної хвороби серця і найбільш часту причину інвалідності в усьому світі. Значна частина фундаментальних досліджень останніх років з проблеми інсульту присвячена вивченню механізмів, які лежать в основі дисфункції і адаптації нервово-судинного блоку, який включає структури гематоенцефалічного бар'єру, мікроглію, нейрони і позаклітинний матрикс базальної мембрани. Питанням морфології і зокрема ультраструктурі мозку при ішемічному пошкодженні присвячені поодинокі дослідження останніх років. Тим часом тільки морфологічні дослідження можуть розкрити особливості реакції клітинних структур на вплив різних несприятливих факторів. Мета – дослідити ультраструктурні зміни в судинах головного мозку і периваскулярному просторі при експериментальному ішемічному інфаркту. Методи. Експериментальний інфаркт мозку відтворювався на 15 білих щурах лінії Вістар шляхом ін'єкції суспензії сульфату барію в стерильному фізіологічному розчині в пропорції 1:3 в кількості 0,1 -0,3 мл. Три тварини склали групу контроля. Забір матеріалу здійснювався в терміни: до 3, 9, 12 діб і понад 12 діб від початку експериментальної дії з подальшою стандартною обробкою матеріалу для проведення електронної мікроскопії. Результати. В ранні терміни ішемічного ушкодження головного мозку реєструється периваскулярний набряк, деструктивні зміни капілярів з руйнуванням базальних мембран. Частина мікросудин піддається незворотнім змінам з деформацією просвіту судин, пікнозом і лізисом ядер ендотелію, руйнуванням і вакуолізацією цитоплазматичних структур, мікровакуолізацією і набряком мітохондрій з частковим руйнуванням крист і просвітлінням мітохондріального матриксу. В ендотелії з ознаками процесів коагуляції в цитоплазмі і ядрі спостерігалися зміни клітинних контактів. Структурні зміни судин поєднуються зі змінами периваскулярних відростків астроцитів. На 9 і 12 добу структура ендотелію, периваскулярних астроцитів і міжклітинних контактів відновлюється. Зазначається гіперплазія внутрішньоцитоплазматичних структур, збільшення мітохондрій і довжини цитоплазматичної мережі. В клітинах навколосудинного оточення і в цитоплазмі перицитів виявляється значна кількість фаголізосом, в віддалені терміни в перифокальних участках незворотніх ішемічних змін навколо судин виявляється репаративний астрогліоз. Висновки. Ультраструктурні зміни мікроциркуляторного русла в перифокальних зонах ішемічного ураження впродовж 3 діб характеризуються периваскулярним набряком і деструктивними змінами ендотелію капілярів і перицитів, ушкодженням базальних мембран, змін з боку клітинних контактів. Через 9-12 діб в ендотелії наростають процеси внутрішньоклітинної регенерації, відновлюється ультраструктура міжклітинних контактів.

Посилання

GBD 2016 Stroke Collaborators. Global, regional, and national burden of stroke, 1990-2016: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. Lancet Neurol. 2019 May;18(5):439-58. doi: 10.1016/S1474-4422(19)30034-1. Epub 2019 Mar 11. PMID: 30871944; PMCID: PMC6494974.

Freitas-Andrade M, Raman-Nair J, Lacoste B. Structural and Functional Remodeling of the Brain Vasculature Following Stroke. Front Physiol. 2020 Aug 7;11:948. doi: 10.3389/fphys.2020.00948. PMID: 32848875; PMCID: PMC7433746.

Donkor ES. Stroke in the 21st Century: A Snapshot of the Burden, Epidemiology, and Quality of Life. Stroke Res Treat. 2018 Nov 27;2018:3238165. doi: 10.1155/2018/3238165. PMID: 30598741; PMCID: PMC6288566.

Nishijima Y, Akamatsu Y, Weinstein PR, Liu J. Collaterals: Implications in cerebral ischemic diseases and therapeutic interventions. Brain Res. 2015 Oct 14;1623:18-29. doi: 10.1016/j.brainres.2015.03.006. Epub 2015 Mar 11. PMID: 25770816; PMCID: PMC4567541.

Liberale L, Gaul DS, Akhmedov A, Bonetti NR, Nageswaran V, Costantino S, Pahla J, Weber J, Fehr V, Vdovenko D, Semerano A, Giacalone G, Kullak-Ublick GA, Sessa M, Eriksson U, Paneni F, Ruschitzka F, Montecucco F, Beer JH, Lüscher TF, Matter CM, Camici GG. Endothelial SIRT6 blunts stroke size and neurological deficit by preserving blood-brain barrier integrity: a translational study. Eur Heart J. 2020 Apr 21;41(16):1575-87. doi: 10.1093/eurheartj/ehz712. PMID: 31603194.

Cai W, Liu H, Zhao J, Chen LY, Chen J, Lu Z, Hu X. Pericytes in Brain Injury and Repair After Ischemic Stroke. Transl Stroke Res. 2017 Apr;8(2):107-121. doi: 10.1007/s12975-016-0504-4. Epub 2016 Nov 12. PMID: 27837475; PMCID: PMC5350040.

Kang M, Yao Y. Basement Membrane Changes in Ischemic Stroke. Stroke. 2020 Apr;51(4):1344-1352. doi: 10.1161/STROKEAHA. 120.028928. Epub 2020 Mar 3. PMID: 32122290; PMCID: PMC7101058.

Haley MJ, Lawrence CB. The blood-brain barrier after stroke: Structural studies and the role of transcytotic vesicles. J Cereb Blood Flow Metab. 2017 Feb;37(2):456-470. doi: 10.1177/0271678X16629976. Epub 2016 Jul 21. PMID: 26823471; PMCID: PMC5322831.

Nahirney PC, Reeson P, Brown CE. Ultrastructural analysis of blood-brain barrier breakdown in the peri-infarct zone in young adult and aged mice. J Cereb Blood Flow Metab. 2016 Feb;36(2):413-25. doi: 10.1177/0271678X15608396. Epub 2015 Oct 2. PMID: 26661190; PMCID: PMC4759675.

Lychko VS, Malakhov VA, Potapov AA. [Morphological changes in brain tissue in rats with an experimental model of ischemic stroke in the dynamics of treatment with the immunobiological drug cryocell-cryocord]. Modern technologies in medicine. 2015;7(4):58-63. Russian

Sarkisov DS, Perov YL [Microscopic technique: Manual]. Moskva: Medicine, 1996. 544 p. Russian

Voloshanska OO., Tertyshnyi SІ. [Pathomorphological changes of the vascular bed and the state of collateral blood flow in cerebral infarction]. Pathologia. 2020;2(49):234-40. Ukrainian. DOI: https://doi.org/10.14739/2310-1237.2020.2.212808

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 Neuropathol Commun. 2019 Feb 11;7(1):17. doi: 10.1186/s40478-019-0671-0. PMID: 30744693; PMCID: PMC6369548.

Stokum JA, Gerzanich V, Simard JM. Molecular pathophysiology of cerebral edema. J Cereb Blood Flow Metab. 2016 Mar;36(3):513-38. doi: 10.1177/0271678X15617172. Epub 2015 Nov 16. PMID: 26661240; PMCID: PMC4776312.

Nahirney PC, Reeson P, Brown CE. Ultrastructural analysis of blood-brain barrier breakdown in the peri-infarct zone in young adult and aged mice. J Cereb Blood Flow Metab. 2016 Feb;36(2):413-25. doi: 10.1177/0271678X15608396. Epub 2015 Oct 2. PMID: 26661190; PMCID: PMC4759675.

Thomsen MS, Routhe LJ, Moos T. The vascular basement membrane in the healthy and pathological brain. J Cereb Blood Flow Metab. 2017 Oct;37(10):3300-3317. doi: 10.1177/0271678X17722436. Epub 2017 Jul 28. PMID: 28753105; PMCID: PMC5624399.

Yao Y. Basement membrane and stroke. J Cereb Blood Flow Metab. 2019 Jan;39(1):3-19. doi: 10.1177/0271678X18801467. Epub 2018 Sep 18. PMID: 30226080; PMCID: PMC6311666.

Reeson P, Tennant KA, Gerrow K, Wang J, Weiser Novak S, Thompson K, Lockhart KL, Holmes A, Nahirney PC, Brown CE. Delayed inhibition of VEGF signaling after stroke attenuates blood-brain barrier breakdown and improves functional recovery in a comorbidity-dependent manner. J Neurosci. 2015 Apr 1;35(13):5128-43. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2810-14.2015. PMID: 25834040; PMCID: PMC6705411.

Choi KH, Kim HS, Park MS, Lee EB, Lee JK, Kim JT, Kim JH, Lee MC, Lee HJ, Cho KH. Overexpression of caveolin-1 attenuates brain edema by inhibiting tight junction degradation. Oncotarget. 2016 Oct 18;7(42):67857-67867. doi: 10.18632/ oncotarget.12346. PMID: 27708218; PMCID: PMC5356525.

Cai W, Liu H, Zhao J, Chen LY, Chen J, Lu Z, Hu X. Pericytes in Brain Injury and Repair After Ischemic Stroke. Transl Stroke Res. 2017 Apr;8(2):107-21. doi: 10.1007/s12975-016-0504-4. Epub 2016 Nov 12. PMID: 27837475; PMCID: PMC5350040.

Wakida NM, Cruz GMS, Ro CC, Moncada EG, Khatibzadeh N, Flanagan LA, Berns MW. Phagocytic response of astrocytes to damaged neighboring cells. PLoS One. 2018 Apr 30;13(4):e0196153. doi: 10.1371/journal.pone.0196153. PMID: 29708987; PMCID: PMC5927416.

Morizawa YM, Hirayama Y, Ohno N, Shibata S, Shigetomi E, Sui Y, Nabekura J, Sato K, Okajima F, Takebayashi H, Okano H, Koizumi S. Reactive astrocytes function as phagocytes after brain ischemia via ABCA1-mediated pathway. Nat Commun. 2017 Jun 22;8(1):28. doi: 10.1038/s41467-017-00037-1. Erratum in: Nat Commun. 2017 Nov 14;8(1):1598. PMID: 28642575; PMCID: PMC5481424.

Choudhury GR, Ding S. Reactive astrocytes and therapeutic potential in focal ischemic stroke. Neurobiol Dis. 2016 Jan;85:234-244. doi: 10.1016/j.nbd.2015.05.003. Epub 2015 May 14. PMID: 25982835; PMCID: PMC4644522.

Sims NR, Yew WP. Reactive astrogliosis in stroke: Contributions of astrocytes to recovery of neurological function. Neurochem Int. 2017 Jul;107:88-103. doi: 10.1016/j.neuint.2016.12.016. Epub 2017 Jan 3. PMID: 28057555.

Hayakawa K, Nakano T, Irie K, Higuchi S, Fujioka M, Orito K, Iwasaki K, Jin G, Lo EH, Mishima K, Fujiwara M. Inhibition of reactive astrocytes with fluorocitrate retards neurovascular remodeling and recovery after focal cerebral ischemia in mice. J Cereb Blood Flow Metab. 2010 Apr;30(4):871-82. doi: 10.1038/jcbfm.2009.257. Epub 2009 Dec 9. PMID: 19997116; PMCID: PMC2949171.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-09-25

Номер

Розділ

Статті