DOI 10.34014/2227-1848-2020-2-123-133

STRUCTURAL CHANGES IN MICROCIRCULATORY VESSELS AND THEIR SURROUNDINGS IN THE PRIMARY VISUAL CORTEX OF 3- AND 18-MONTH-OLD RATS WITH RETINAL PHOTODAMAGE AND STRUCTURAL CHANGE CORRECTION

Yu.O. Bakhareva1, E.Yu. Varakuta1, S.V. Logvinov1, A.V. Potapov1, A.A. Zhdankina1, M.B. Plotnikov2, A.V. Solonskiy1, A.V. Gerasimov1, M.A. Sagnaeva1

1 Siberian State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation, Tomsk, Russia;

2 Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences, Tomsk, Russia

 

Morphofunctional changes in microvasculature play an important role in the nerve cell plasticity, the ability to change their functional state under the influence of various factors.

The aim of the research was to study the morphology of the microvasculature vessels, surrounding neurons and glia cells in the primary visual cortex of 3- and 18-month-old rats in norm and under stress caused by high-intensity twenty-four-hour light exposure, as well as under correction.

Materials and Methods. The experiments were carried out on 60 Wistar male rats, aged 3- and 18-months. The authors used light and electron microscopy, and morphometry to evaluate: capillary surface area and density, surface area of altered vessels (due to stasis, sludge of formed elements and thrombosis) and unchanged ones, as well as the morphology of the surrounding cells. The Kruskal-Wallis test was used for multiple comparisons within age groups, while Mann-Whitney test was used for pair comparison.

Results. The authors observed different capillary reactions to light exposure in 3- and 18-month-old rats. It resulted in an increase of capillary density in 3-month-old rats and in a decrease of capillary density in 18-month-old rats (p≤0.05). Destructive changes in neurons and glia cells were more evident in 18-month-old rats. P-tyrosol administration in 3- and 18-month-old rats with light exposure led to an increase in capillary density (p≤0.05). Under correction, young rats also demonstrated an increase in the capillary surface area, and the number of glia cells and capillaries by 1 neuron (p≤0.05). Conclusion Thus, p-tyrosol improved microvascularization in the primary visual cortex under high-intensity long-term light exposure.

Keywords: microcirculation, p-tyrosol, stress, primary visual cortex.

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

 

References

  1. Sverdeva Y.O., Varakuta E.Ju., Zhdankina A.A. Age-related structural changes in the cells of the primary visual cortex of rats under high-intensity light exposure. Advances in gerontology. 2018; 31 (3): 352–355.

  2. Stepanova S.I., Galichiy V.A. Kosmicheskaya bioritmologiya. Khronobiologiya i khronomeditsina [Space biorhythmology. Chronobiology and chronomedicine]. Moscow: Triada-Kh; 2000. 239 (in Russian).

  3. McEwen S. Stress, adaptation, and disease: Allostasis and allostatic load. Annals of the New York academy of sciences. 1998; 840 (1): 33–44. 

  4. Smirnov A.V., Grigor'eva N.V. Morfofunktsional'nye izmeneniya dorsal'nogo i ventral'nogo otdelov gippokampa krys pri modelirovanii kombinirovannogo stressa s uchetom ekspressii CASPASE-3 i GFAP [Morphofunctional changes in the dorsal and ventral hippocampus of rats in modeling the combined stress with CASPASE-3 and GFAP expression]. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta. 2018; 1 (65). Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/morfofunktsionalnye-izmeneniya-dorsalnogo-i-ventralnogo-otdelov-gippokampa-krys-pri-modelirovanii-kombinirovannogo-stressa-s-uchetom (accessed: 24.02.2020) (in Russian).

  5. Belleau E.L., Treadway M.T., Pizzagalli D.A. The impact of stress and major depressive disorder on hippocampal and medial prefrontal cortex morphology. Biological psychiatry. 2019; 85 (6): 443–453. 

  6. Volobuev A.N., Romanchuk P.I. Biofizika krovoobrashcheniya pri sosudistoy dementsii i bolezni Al'tsgeymera [Biophysics of blood circulation in vascular dementia and Alzheimer’s disease]. Byulleten' nauki i praktiki. 2019; 5 (4). Available at: https://cyberleninka.ru/article/n/biofizika-krovoobrascheniya-pri-sosudistoy-dementsii-i-bolezni-altsgeymera (accessed: 24.02.2020) (in Russian).

  7. Sántha P. Restraint stress-induced morphological changes at the blood-brain barrier in adult rats. Frontiers in molecular neuroscience. 2016; 8: 88.

  8. Khanna K., Mishra K.P. Golden root: A wholesome treat of immunity. Biomedicine. Pharmacotherapy. 2017; 87: 496–502. 

  9. Plotnikov M.B., Aliev O.I. Effect of p-tyrosol on hemorheological parameters and cerebral capillary network in young spontaneously hypertensive rats. Microvascular research. 2018; 119: 91–97. 

  10. Khodanovich M.Y. P-Tyrosol Enhances the Production of New Neurons in the Hippocampal CA1 Field after Transient Global Cerebral Ischemia in Rats. Bulletin of experimental biology and medicine. 2019; 168 (2): 224–228.

  11. Riddle D.R., Sonntag W.E., Lichtenwalner R.J. Microvascular plasticity in aging. Ageing research reviews. 2003; 2 (2): 149–168.

  12. Logvinov S.V., Zuev V.G., Ushakov I.B. Ocherki neioniziruyushchey radiobiologii: Strukturno-funktsional'nyy analiz [Essays on non-ionizing radiobiology: Structural and functional analysis]. Tomsk; 1994. 208 (in Russian).

  13. Haley M.J., Lawrence C.B. The blood-brain barrier after stroke: structural studies and the role of transcytotic vesicles. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 2017; 37 (2): 456–470. 

  14. Sadeghian H. Spreading depolarizations trigger caveolin1-dependent endothelial transcytosis. Annals of neurology. 2018; 84 (3): 409–423.

  15. Ben-Zvi A., Lacoste B., Kur E. Mfsd2a is critical for the formation and function of the blood-brain barrier. Nature. 2014; 509 (7501): 507–511.

  16. Knowland D. Stepwise recruitment of transcellular and paracellular pathways underlies blood-brain barrier breakdown in stroke. Neuron. 2014; 82 (3): 603–617.

  17. Marsland A.L., Walsh C. The effects of acute psychological stress on circulating and stimulated inflammatory markers: a systematic review and meta-analysis. Brain, behavior, and immunity. 2017; 64: 208–219.

  18. Greenhalgh A.D., David S., Bennett F.C. Immune cell regulation of glia during CNS injury and disease. Nature Reviews Neuroscience. 2020; 1–14. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32042145 (accessed: 10.02.2020). DOI: 10.1038/s41583-020-0263-9.

Received 05 February 2020; accepted 27 March 2020.

 

Information about the authors

Bakhareva Yuliya Olegovna, Postgraduate Student, Chair of Human Anatomy with a Course in Topographic Anatomy and Operative Surgery, Siberian State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation. 634050, Russia, Tomsk, Moskovskiy trakt St., 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0003-2845-8278.

Varakuta Elena Yur'evna, Doctor of Sciences (Medicine), Head of the Chair of Human Anatomy with a Course in Topographic Anatomy and Operative Surgery, Siberian State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation. 634050, Russia, Tomsk, Moskovskiy trakt St., 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0003-3173-5336.

Logvinov Sergey Valentinovich, Doctor of Sciences (Medicine), Head of the Chair of Histology, Embryology and Cytology, Siberian State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation. 634050, Russia, Tomsk, Moskovskiy trakt St., 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-9876-6957.

Potapov Aleksey Valer'evich, Doctor of Sciences (Medicine), Professor, Chair of Histology, Embryology and Cytology, Siberian State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation. 634050, Russia, Tomsk, Moskovskiy trakt St., 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-0468-3959.

Zhdankina Anna Aleksandrovna, Doctor of Sciences (Medicine), Professor, Chair of Histology, Embryology and Cytology, Siberian State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation. 634050, Russia, Tomsk, Moskovskiy trakt St., 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-4954-7416.

Plotnikov Mark Borisovich, Doctor of Sciences (Biology), Professor, Head of the Department of Pharmacology, Research Institute of Pharmacology and Regenerative Medicine named after E.D. Goldberg. Tomsk National Research Medical Center, Russian Academy of Sciences. 634009, Russia, Tomsk, Kooperativnaya Str., 5; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-0548-6586.

Solonskiy Anatoliy Vladimirovich, Doctor of Sciences (Medicine), Professor, Chair of Histology, Embryology and Cytology, Siberian State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation. 634050, Russia, Tomsk, Moskovskiy trakt St., 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-1843-5833.

Gerasimov Aleksandr Vladimirovich, Doctor of Sciences (Medicine), Professor, Chair of Histology, Embryology and Cytology, Siberian State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation. 634050, Russia, Tomsk, Moskovskiy trakt St., 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-1843-5833.

Sagnaeva Malika Aytgabulovna, Student of the Pediatric Department, Siberian State Medical University, Ministry of Health of the Russian Federation. 634050, Russia, Tomsk, Moskovskiy trakt St., 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-2348-0073.

 

For citation

Bakhareva Yu.O., Varakuta E.Yu., Logvinov S.V., Potapov A.V., Zhdankina A.A., Plotnikov M.B., Solonskiy A.V., Gerasimov A.V., Sagnaeva M.A. Strukturnye izmeneniya sosudov mikrotsirkulyatornogo rusla i ikh okruzheniya v pervichnoy zritel'noy kore 3- i 18-mesyachnykh krys pri fotopovrezhdenii setchatki, ikh korrektsiya [Structural changes in microcirculatory vessels and their surroundings in the primary visual cortex of 3- and 18-month-old rats with retinal photodamage and structural change correction]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2020; 2: 123–133. DOI: 10.34014/2227-1848-2020-2-123-133 (in Russian).

 

УДК 611.813.1/.814.4:611.13/.14.08]:616-001.15-08-092.9:599.323.4

DOI 10.34014/2227-1848-2020-2-123-133

СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОСУДОВ МИКРОЦИРКУЛЯТОРНОГО РУСЛА И ИХ ОКРУЖЕНИЯ В ПЕРВИЧНОЙ ЗРИТЕЛЬНОЙ КОРЕ 3- И 18-МЕСЯЧНЫХ КРЫС ПРИ ФОТОПОВРЕЖДЕНИИ СЕТЧАТКИ, ИХ КОРРЕКЦИЯ

Ю.О. Бахарева1, Е.Ю. Варакута1, С.В. Логвинов1, А.В. Потапов1, А.А. Жданкина1, М.Б. Плотников2, А.В. Солонский1,
А.В. Герасимов1, М.А. Сагнаева1

1 ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Томск, Россия;

2 ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук», г. Томск, Россия

 

Морфофункциональные изменения микроциркуляторного русла играют важную роль в пластичности нервных клеток, их способности менять свое функциональное состояние при воздействии различных факторов.

Целью исследования являлось изучение морфологии сосудов микроциркуляторного русла и окружающих их нейронов и глиоцитов в первичной зрительной коре 3- и 18-месячных крыс в норме и при стрессе, вызванном высокоинтенсивным круглосуточным световым воздействием, а также в условиях коррекции.

Материалы и методы. Эксперименты выполнены на 60 крысах-самцах линии «Вистар». Возраст – 3 и 18 мес. Методами световой и электронной микроскопии, морфометрии оценивали удельную площадь и численную плотность капилляров, удельную площадь измененных (со стазом, сладжем форменных элементов и тромбозом) и неизмененных сосудов, а также морфологию клеток, их окружающих. Для множественных сравнений внутри возрастных групп использовали критерий Крускала–Уоллиса, для парных – Манна–Уитни.

Результаты. У 3- и 18-месячных крыс обнаружена различная реакция капилляров на световое воздействие, что выражалось в увеличении численной плотности капилляров у 3-месячных крыс и снижении – у 18-месячных (р≤0,05). Деструктивные изменения нейронов и глиоцитов более выражены у 18-месячных крыс. Коррекция п-тирозолом у 3- и 18-месячных крыс со световым воздействием приводила к увеличению численной плотности капилляров (р≤0,05). У молодых крыс при коррекции также отмечалось увеличение удельной площади капилляров, количества глиоцитов и капилляров на 1 нейрон (р≤0,05).

Заключение. Применение п-тирозола улучшало состояние микроваскуляризации в первичной зрительной коре в условиях высокоинтенсивного длительного светового воздействия. 

Ключевые слова: микроциркуляция, п-тирозол, стресс, первичная зрительная кора.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

 

Литература

  1. Sverdeva Y.O., Varakuta E.Ju., Zhdankina A.A. Age-related structural changes in the cells of the primary visual cortex of rats under high-intensity light exposure. Advances in gerontology. 2018; 31 (3): 352–355.

  2. Степанова С.И., Галичий В.А. Космическая биоритмология. Хронобиология и хрономедицина. М.: Триада-Х; 2000. 239.

  3. McEwen S. Stress, adaptation, and disease: Allostasis and allostatic load. Annals of the New York academy of sciences. 1998; 840 (1): 33–44. 

  4. Смирнов А.В., Григорьева Н.В. Морфофункциональные изменения дорсального и вентрального отделов гиппокампа крыс при моделировании комбинированного стресса с учетом экспрессии CASPASE-3 и GFAP. Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. 2018; 1 (65). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/morfofunktsionalnye-izmeneniya-dorsalnogo-i-ventralnogo-otdelov-gippokampa-krys-pri-modelirovanii-kom-binirovannogo-stressa-s-uchetom (дата обращения: 24.02.2020).

  5. Belleau E.L., Treadway M.T., Pizzagalli D.A. The impact of stress and major depressive disorder on hippocampal and medial prefrontal cortex morphology. Biological psychiatry. 2019; 85 (6): 443–453. 

  6. Волобуев А.Н., Романчук П.И. Биофизика кровообращения при сосудистой деменции и болезни Альцгеймера. Бюллетень науки и практики. 2019; 5 (4). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/biofizika-krovoobrascheniya-pri-sosudistoy-dementsii-i-bolezni-altsgeymera (дата обращения: 24.02.2020).

  7. Sántha P. Restraint stress-induced morphological changes at the blood-brain barrier in adult rats. Frontiers in molecular neuroscience. 2016; 8: 88.

  8. Khanna K., Mishra K.P. Golden root: A wholesome treat of immunity. Biomedicine. Pharmacotherapy. 2017; 87: 496–502. 

  9. Plotnikov M.B., Aliev O.I. Effect of p-tyrosol on hemorheological parameters and cerebral capillary network in young spontaneously hypertensive rats. Microvascular research. 2018; 119: 91–97. 

  10. Khodanovich M.Y. P-Tyrosol Enhances the Production of New Neurons in the Hippocampal CA1 Field after Transient Global Cerebral Ischemia in Rats. Bulletin of experimental biology and medicine. 2019; 168 (2): 224–228.

  11. Riddle D.R., Sonntag W.E., Lichtenwalner R.J. Microvascular plasticity in aging. Ageing research reviews. 2003; 2 (2): 149–168.

  12. Логвинов С.В., Зуев В.Г., Ушаков И.Б. Очерки неионизирующей радиобиологии: структурно-функциональный анализ. Томск; 1994. 208.

  13. Haley M.J., Lawrence C.B. The blood-brain barrier after stroke: structural studies and the role of transcytotic vesicles. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 2017; 37 (2): 456–470. 

  14. Sadeghian H. Spreading depolarizations trigger caveolin 1-dependent endothelial transcytosis. Annals of neurology. 2018; 84 (3): 409–423.

  15. Ben-Zvi A., Lacoste B., Kur E. Mfsd2a is critical for the formation and function of the blood-brain barrier. Nature. 2014; 509 (7501): 507–511.

  16. Knowland D. Stepwise recruitment of transcellular and paracellular pathways underlies blood-brain barrier breakdown in stroke. Neuron. 2014; 82 (3): 603–617.

  17. Marsland A.L., Walsh C. The effects of acute psychological stress on circulating and stimulated inflammatory markers: a systematic review and meta-analysis. Brain, behavior, and immunity. 2017; 64:208–219.

  18. Greenhalgh A.D., David S., Bennett F.C. Immune cell regulation of glia during CNS injury and disease. Nature Reviews Neuroscience. 2020; 1–14. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32042145 (дата обращения: 10.02.2020). DOI: 10.1038/s41583-020-0263-9.

Поступила в редакцию 05.02.2020; принята 27.03.2020.

 

Авторский коллектив

Бахарева Юлия Олеговна – аспирант кафедры анатомии человека с курсом топографической анатомии и оперативной хирургии, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. 634050, Россия, г. Томск, ул. Московский тракт, 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0003-2845-8278.

Варакута Елена Юрьевна – доктор медицинских наук, заведующий кафедрой анатомии человека с курсом топографической анатомии и оперативной хирургии, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. 634050, Россия, г. Томск, ул. Московский тракт, 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0003-3173-5336.

Логвинов Сергей Валентинович – доктор медицинских наук, заведующий кафедрой гистологии, эмбриологии и цитологии, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. 634050, Россия, г. Томск, ул. Московский тракт, 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-9876-6957.

Потапов Алексей Валерьевич – доктор медицинских наук, профессор кафедры гистологии, эмбриологии и цитологии, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. 634050, Россия, г. Томск, ул. Московский тракт, 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-0468-3959.

Жданкина Анна Александровна – доктор медицинских наук, профессор кафедры гистологии, эмбриологии и цитологии, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. 634050, Россия, г. Томск, ул. Московский тракт, 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-4954-7416.

Плотников Марк Борисович – доктор биологических наук, профессор, заведующий отделом фармакологии, НИИ фармакологии и регенеративной медицины им. Е.Д. Гольдберга ФГБНУ «Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук». 634009, Россия, г. Томск, пер. Кооперативный, 5; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-0548-6586.

Солонский Анатолий Владимирович – доктор медицинских наук, профессор кафедры гистологии, эмбриологии и цитологии, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. 634050, Россия, г. Томск, ул. Московский тракт, 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-1843-5833.

Герасимов Александр Владимирович – доктор медицинских наук, профессор кафедры гистологии, эмбриологии и цитологии, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. 634050, Россия, г. Томск, ул. Московский тракт, 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-1843-5833.

Сагнаева Малика Айтгабуловна – студентка педиатрического факультета, ФГБОУ ВО «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации. 634050, Россия, г. Томск, ул. Московский тракт, 2; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-2348-0073.

 

Образец цитирования

Бахарева Ю.О., Варакута Е.Ю., Логвинов С.В., Потапов А.В., Жданкина А.А., Плотников М.Б., Солонский А.В., Герасимов А.В., Сагнаева М.А. Структурные изменения сосудов микроциркуляторного русла и их окружения в первичной зрительной коре 3- и 18-месячных крыс при фотоповреждении сетчатки, их коррекция. Ульяновский медико-биологический журнал. 2020; 2: 123–133. DOI: 10.34014/2227-1848-2020-2-123-133.