Ulyanovsk Medico-biological Journal

PHYSIOLOGY

Download  article

DOI 10.34014/2227-1848-2020-4-153-166

VASCULAR PLEXUS AND BRAIN MICROCIRCULATION IN HIGH ALTITUDE CRANIOCEREBRAL INJURY

 

M.S. Shuvalova1,2, A.S. Shanazarov1, Yu.Kh.-M. Shidakov2

1 Institute of Mountain Physiology and Medicine, National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic, Bishkek, Kyrgyzstan;

2 Kyrgyz-Russian Slavic University named after B.N. Yeltsin, Bishkek, Kyrgyzstan

 

Mountains occupy about 24 % of the land surface. There are significant natural resources here, the development of which is associated with an increased traumatic risks. Craniocerebral injuries in the mountains are very frequent, and microvascular dysfunction, as under ordinary conditions, is a key element in the chain of events in the central nervous system. However, there are very few data on vascular plexuses and brain microcirculation in craniocerebral injury that occurs in the mountains.

The aim of the study is to reveal the patterns in remodeling of vascular plexuse and main elements of brain microcirculation in craniocerebral injury that occurs in the mountains.

Materials and Methods. The study enrolled 46 white outbred male laboratory rats (210–270 g) with simulated low-mountain (760 m above sea level, Bishkek) and high- mountains (Too Ashuu mountain pass, 3200 m above sea level) traumatic brain injury. The authors used the weight-drop method (Y. Tang technique) to reproduce the traumatic brain injury. After reproduction of the trauma in high altitudes, the animals were transported to low altitudes and on the 3rd day the rats were sacrificed with chloroform overdose. The authors studied microcirculation using a microscopic method with black ink intravascular injection. Olympus Bx40 microscope (Japan) was used for this purpose. At the same time, serial microphotography with simultaneous recording of the results was carried out using a digital camera connected to a computer. The morphometry of the vascular plexuse brain components was carried out with Top View application used for measuring microscopic objects. SPSS 16.0 software was used to process statistical data.

Results. Craniocerebral injury that occurs in high mountains causes the narrowing of the capillary lumen by 52 % (p<0.001). In comparison with low mountains, the capillary lumen in high mountains decreases by 42 % (p<0.001). Venous plethora is observed. In vascular plexuses in the highlands, remodeling of the cellular component is recorded: ependymocyte volume increases by 23 % (p<0.05), nucleus volume – by 30 % (p<0.001), and cytoplasm volume – by 22 % (p<0.05).

Conclusion. Craniocerebral injury leads to the development of cytotoxic edema in the vascular plexus stroma and to remodeling of brain microcirculation, which is the pathogenetic basis for hypertension and increased intracranial pressure. In the highlands, these phenomena are more pronounced and are accompanied by blood flow centralization.

Keywords: microcirculation, vascular plexuses, brain, craniocerebral injury, highlands.

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

 

References

  1. Peden M. World report in road traffic injury prevention. Summary. Geneva: World health Organization; 2004. 120.

  2. Beloshitskiy V.V. Printsipy modelirovaniya cherepno-mozgovoy travmy v eksperimente [Principles of traumatic brain injury modeling in experiment]. Ukrainskiy neyrokhirurgicheskiy zhurnal. 2008; 4: 9–15 (in Russian).

  3. McGraw C.P., Pashayan A.G., Wendel O.T. Cerebral infarction in the Mongolian gerbil exacerbated by phenoxybenzamine treatment. Stroke. 1976; 7 (5): 485–488.

  4. Martynova O.V., Antsiferov O.V., Martynov M.A., Cherevatenko R.F., Nesterova N.I., Nesterov A.V. Issledovanie neyrodinamicheskikh narusheniy u krys pri cherepno-mozgovoy travme [Neurodynamic disorders in rats with traumatic brain injury]. Nauchnye rezul'taty biomeditsinskikh issledovaniy. 2019; 5 (3): 1/9–7/9 (in Russian).

  5. Konovalov A.N., Likhterman L.B., Potapov AA. Klinicheskoe rukovodstvo po cherepno-mozgovoy travme [Clinical guidelines for traumatic brain injury]. In 3 parts, P. 1. Moscow: Antidor; 1998. 550 (in Russian).

  6. Marklund N., Hillered L. Animal modelling of traumatic brain injury in preclinical drug development: where do we go from here? Br. J. Pharmacol. 2011; 164 (4): 1207–1229.

  7. McAllister T.W. Neurobiological consequences of traumatic brain injury. Dialogues Clin. Neurosci. 2011; 13 (3): 287–300.

  8. Dmitrienko E.V., Filatenkova T.A., Rybakina E.G., Korieva E.A. Povedencheskie reaktsii zhivotnykh posle eksperimental'noy cherepno-mozgovoy travmy: vliyanie preparata nukleotidnoy prirody [Behavioral reactions of animals after experimental traumatic brain injury: Effect of a nucleotide drug]. Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta. 2014; 11 (3): 180–191 (in Russian).

  9. Dzyak L.A., Kobelyatskiy Yu.Yu., Yovenko I.A., Tsarev A.V. Intensivnaya terapiya povrezhdeniy mozga i rannyaya neyroreabilitatsiya pri politravme s prevalirovaniem tyazheloy cherepno-mozgovoy travmy. Opyt primeneniya original'nogo amantadina sul'fata (PK-MERTs, «Merts forma GMBKh i K°») [Intensive therapy of brain damage and early neurorehabilitation in polytrauma with prevalence of severe traumatic brain injury. Use of original amantadine sulfate]. Meditsina neotlozhnykh sostoyaniy. 2015; 8 (71): 57–65 (in Russian).

  10. Dafin F. Mureshanu. Neyroprotektsiya i neyroplastichnost' pri cherepno-mozgovoy i spinal'noy travme [Neuroprotection and neuroplasticity in traumatic brain and spinal trauma]. Mezhdunarodnyy meditsinskiy zhurnal. 2007; 6 (16). Available at: http://www.mif-ua.sot/archive/article/3820 (Accessed: 22.09.2020) (in Russian).

  11. Bratton S.J., Chestnut R., Ghajar J. Guidelines for the Management of Severe Traumatic Brain Injury IX. Cerebral perfusion thresholds. J. Neurotrauma. 2007; 24: 59–64.

  12. Tang Y.P., Noda Y., Hasegawa T., Nabeshima T. A concussive-like brain injury model in mice (I): impairment in learning and memory. J. Neurotrauma. 1997; 14: 851–862.

  13. Tang Y.P., Noda Y., Hasegawa T., Nabeshima T. A concussive-like brain injury model in mice (II): selective neuronal loss in the cortex and hippocampus. J. Neurotrauma. 1997; 14: 863–873.

  14. Savchuk R.N. Sostoyanie gemomikrotsirkulyatornogo rusla legkikh v usloviyakh promyshlennogo zagryazneniya atmosfery [Hemomicrocirculatory lungs bed under industrial air pollution]. Svіt meditsini ta bіologії. 2014; 2 (44): 160 (in Russian).

  15. Svintsitskaya L.N. Issledovanie krovenosnogo rusla intaktnogo zheludka cheloveka s pomoshch'yu in"ektsionno-korrozionnogo metoda [Investigation of the intact human stomach bloodstream using the injection-corrosion method]. Svіt meditsini ta bіologії. 2014; 2 (44): 160–163 (in Russian).

  16. Krylova N.V., Soboleva T.M. Mikrotsirkulyatornoe ruslo cheloveka [Human microcirculatory bed]. Moscow; 1986. 62 (in Russian).

  17. Svintsitskaya N.L., Sherstyuk O.A., Grin' V.G., Pilyugin A.V., Katsenko A.L. Osobennosti angioarkhitektoniki krovenosnogo rusla zheludka cheloveka [Characteristics of bloodstream angioarchitectonics of the human stomach]. Moscow; 2019. 152 (in Russian).

  18. Volkovich O.V., Zakharov G.A., Gorokhova G.I. Vliyanie glibenklamida na nevrologicheskiy status krys s cherepno-mozgovoy travmoy [Glibenclamide effect on neurological status of rats with traumatic brain injury]. Vestnik TGU. 2017; 22 (2): 271–273 (in Russian).

  19. Zakharov G.A., Volkovich O.V., Gorokhova G.I. Vliyanie glibenklamida na vremya somatosensornoy reaktsii u krys s cherepno-mozgovoy travmoy [Glibenclamide effect on the time of somatosensory response in rats with traumatic brain injury]. Vestnik KRSU. 2015; 15 (4): 36–37 (in Russian).

  20. Babiyants A.Ya., Khananashvili Ya.A. Mozgovoe krovoobrashchenie, fiziologicheskie aspekty i sovremennye metody issledovaniya [Cerebral circulation, physiological aspects and modern research methods]. Zhurnal fundamental'noy meditsiny i biologii. 2018; 3: 46–54 (in Russian).

  21. Narbekov O.N., Shidakov Yu.M. Vysokogornoe legochnoe serdtse [High-altitude pulmonary heart]. Moscow; 1991. 244 (in Russian).

  22. Balykin M.V. Mekhanizmy regulyatsii mikrotsirkulyatornogo gemostaza v usloviyakh gor [Regulation mechanisms of microcirculatory hemostasis in the mountains]. V kn.: Abdumalikova I.A., Balykin M.V., Gorokhova G.I., Grin'ko L.G., Shidakova Yu.Kh.-M. Gornaya mikroangiologiya. Moscow: KRSU; 2019: 50–64 (in Russian).

  23. Shidakov Yu.Kh.-M., Karkobatov Kh.D., Tekeeva F.A. Vysokogornaya kardioangiologiya [High altitude cardio-angiology]. Moscow; 2001. 228. (in Russian).

  24. Zhang C., Chen J., Lu H. Expression of aquaporin-4 and pathological characteristics of brain injury in a rat model of traumatic brain injury. Mol. Med. Rep. 2015; 12: 7351–7357.

  25. Chodobski A., Zink B.J., Szmydynger-Chodobska J. Blood-brain barrier pathophysiology in traumatic brain injury. Transl. Stroke Res. 2011; 2 (4): 492–516.

Received 20 September 2020; accepted 03 November 2020.

 

Information about the authors

Shuvalova Mariya Sergeevna, Postgraduate Student, Institute of Mountain Physiology and Medicine, National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic. 720048, Kyrgyz Republic, Bishkek, Gorky St., 1/5; Lecturer, Kyrgyz-Russian Slavic University named after B.N. Yeltsin. 720000, Kyrgyz Republic, Bishkek, Kievskaya St., 44; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-2295-090X.

Shidakov Yusuf Khadzhi-Makhmudovich, Candidate of Sciences (Medicine), Head of the Laboratory for Experimental Process Simulation, Kyrgyz-Russian Slavic University named after B.N. Yeltsin. 720000, Kyrgyz Republic, Bishkek, Kievskaya St., 44; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-5882-844X.

Shanazarov Almaz Sogombaevich, Doctor of Sciences (Medicine), Professor, Chief Researcher, Laboratory of Physiology and Activity Psychology, Institute of Mountain Physiology and Medicine, National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic. 720048, Kyrgyz Republic, Bishkek, Gorky St., 1/5; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-2597-2186.

 

For citation

Shuvalova M.S., Shanazarov A.S., Shidakov Yu.Kh.-M. Sosudistoe spletenie i mikrotsirkulyatsiya golovnogo mozga pri cherepno-mozgovoy travme, voznikshey v usloviyakh vysokogor'ya [Vascular plexus and brain microcirculation in high altitude craniocerebral injury]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2020; 4: 153–166. DOI: 10.34014/2227-1848-2020-4-153-166 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 616.83-005.4-092.9(23.03):612.014

DOI 10.34014/2227-1848-2020-4-153-166

СОСУДИСТОЕ СПЛЕТЕНИЕ И МИКРОЦИРКУЛЯЦИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА ПРИ ЧЕРЕПНО-МОЗГОВОЙ ТРАВМЕ, ВОЗНИКШЕЙ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОГОРЬЯ

 

М.С. Шувалова1,2, А.С. Шаназаров1, Ю.Х.-М. Шидаков2

1 ГУ Институт горной физиологии и медицины Национальной академии наук Кыргызской Республики, г. Бишкек, Кыргызстан;

2 ГОУ ВПО Кыргызско-Российский Славянский университет им. Б.Н. Ельцина, г. Бишкек, Кыргызстан

 

Горы занимают около 24 % территории суши. Здесь располагаются значительные природные ресурсы, освоение которых сопряжено с повышенным риском травматизма. Черепно-мозговая травма на горных высотах – частое явление, а микрососудистая дисфункция, как и в обычных условиях обитания человека, является ключевым звеном в цепи событий, развертывающихся в центральной нервной системе. Однако данных о состоянии сосудистых сплетений и микроциркуляции головного мозга при черепно-мозговой травме, возникшей в высокогорье, крайне мало.

Цель исследования – выявить закономерности ремоделирования сосудистых сплетений и основных звеньев микроциркуляции головного мозга при черепно-мозговой травме, возникшей в условиях высокогорья.

Материалы и методы. Объектом исследования послужили 46 белых беспородных лабораторных крыс-самцов весом 210–270 г, которым моделировалась черепно-мозговая травма в условиях низкогорья (высота 760 м над уровнем моря, г. Бишкек) и высокогорья (перевал Туя-Ашу, 3200 м над уровнем моря). Для воспроизведения черепно-мозговой травмы использовалась ударная модель weight drop method по Y. Tang. После воспроизведения травмы в условиях высокогорья животных транспортировали в условия низкогорья и на 3-и сут выводили из эксперимента путем передозировки хлороформа. Микроциркуляция изучалась микроскопическим методом с применением внутрисосудистого инъецирования раствором черной туши. Препараты изучались под микроскопом Olympus Bx40 (Япония). Параллельно проводилось серийное микрофотографирование с помощью цифрового фотоаппарата, подключенного к компьютеру, с одновременным протоколированием результатов. Морфометрия компонентов сосудистых сплетений головного мозга осуществлялась с помощью приложения для измерения микроскопических объектов Top View. Статистическая обработка данных проводилась в программе SPSS 16.0.

Результаты. Черепно-мозговая травма, возникшая в условиях высокогорья, приводит к сужению просвета капилляров на 52 % (p<0,001), при этом в сравнении с низкогорьем просвет капилляров в высокогорье уменьшается на 42 % (p<0,001). Отмечаются явления венозного полнокровия. Со стороны сосудистых сплетений в высокогорье регистрируется ремоделирование клеточного компонента: объем эпендимоцитов возрастает на 23 % (p<0,05), объем ядра – на 30 % (p<0,001), объем цитоплазмы – на 22 % (p<0,05).

Выводы. Черепно-мозговая травма привела к развитию цитотоксического отека стромы сосудистого сплетения и ремоделированию системы микроциркуляции головного мозга, что является патогенетической основой гипертензии и повышения внутричерепного давления. В высокогорье эти явления выражены в большей степени и сопровождаются признаками централизации кровообращения.

Ключевые слова: микроциркуляция, сосудистые сплетения, головной мозг, черепно-мозговая травма, высокогорье.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

 

Литература

  1. Peden M. World report in road traffic injury prevention. Summary. Geneva: World health Organization; 2004. 120.

  2. Белошицкий В.В. Принципы моделирования черепно-мозговой травмы в эксперименте. Украинский нейрохирургический журнал. 2008; 4: 9–15.

  3. McGraw C.P., Pashayan A.G., Wendel O.T. Cerebral infarction in the Mongolian gerbil exacerbated by phenoxybenzamine treatment. Stroke. 1976; 7 (5): 485–488.

  4. Мартынова О.В., Анциферов О.В., Мартынов М.А., Череватенко Р.Ф., Нестерова Н.И., Нестеров А.В. Исследование нейродинамических нарушений у крыс при черепно-мозговой травме. Научные результаты биомедицинских исследований. 2019; 5 (3): 1/9–7/9.

  5. Коновалов А.Н., Лихтерман Л.Б., Потапов АА. Клиническое руководство по черепно-мозговой травме. В 3 т. Т. 1. М.: Антидор; 1998. 550.

  6. Marklund N., Hillered L. Animal modelling of traumatic brain injury in preclinical drug development: where do we go from here? Br. J. Pharmacol. 2011; 164 (4): 1207–1229.

  7. McAllister T.W. Neurobiological consequences of traumatic brain injury. Dialogues Clin. Neurosci. 2011; 13 (3): 287–300.

  8. Дмитриенко Е.В., Филатенкова Т.А., Рыбакина Е.Г., Кориева Е.А. Поведенческие реакции животных после экспериментальной черепно-мозговой травмы: влияние препарата нуклеотидной природы. Вестник Санкт-Петербургского университета. 2014; 11 (3): 180–191.

  9. Дзяк Л.А., Кобеляцкий Ю.Ю., Йовенко И.А., Царев А.В. Интенсивная терапия повреждений мозга и ранняя нейрореабилитация при политравме с превалированием тяжелой черепно-мозговой травмы. Опыт применения оригинального амантадина сульфата (ПК-МЕРЦ, «Мерц форма ГМБХ и К°»). Медицина неотложных состояний. 2015; 8 (71): 57–65.

  10. Дафин Ф. Мурешану. Нейропротекция и нейропластичность при черепно-мозговой и спинальной травме. Международный медицинский журнал. 2007; 6 (16). URL: http://www.mif-ua.сот/archive/article/3820 (дата обращения: 22.09.2020).

  11. Bratton S.J., Chestnut R., Ghajar J. Guidelines for the Management of Severe Traumatic Brain Injury IX. Cerebral perfusion thresholds. J. Neurotrauma. 2007; 24: 59–64.

  12. Tang Y.P., Noda Y., Hasegawa T., Nabeshima T. A concussive-like brain injury model in mice (I): impairment in learning and memory. J. Neurotrauma. 1997; 14: 851–862.

  13. Tang Y.P., Noda Y., Hasegawa T., Nabeshima T. A concussive-like brain injury model in mice (II): selective neuronal loss in the cortex and hippocampus. J. Neurotrauma. 1997; 14: 863–873.

  14. Савчук Р.Н. Состояние гемомикроциркуляторного русла легких в условиях промышленного загрязнения атмосферы. Світ медицини та біології. 2014; 2 (44): 160.

  15. Свинцицкая Л.Н. Исследование кровеносного русла интактного желудка человека с помощью инъекционно-коррозионного метода. Світ медицини та біології. 2014; 2 (44): 160–163.

  16. Крылова Н.В., Соболева Т.М. Микроциркуляторное русло человека. М.; 1986. 62.

  17. Свинцицкая Н.Л., Шерстюк О.А., Гринь В.Г., Пилюгин А.В., Каценко А.Л. Особенности ангиоархитектоники кровеносного русла желудка человека. М.; 2019. 152.

  18. Волкович О.В., Захаров Г.А., Горохова Г.И. Влияние глибенкламида на неврологический статус крыс с черепно-мозговой травмой. Вестник ТГУ. 2017; 22 (2): 271–273.

  19. Захаров Г.А., Волкович О.В., Горохова Г.И. Влияние глибенкламида на время соматосенсорной реакции у крыс с черепно-мозговой травмой. Вестник КРСУ. 2015; 15 (4): 36–37.

  20. Бабиянц А.Я., Хананашвили Я.А. Мозговое кровообращение, физиологические аспекты и современные методы исследования. Журнал фундаментальной медицины и биологии. 2018; 3: 46–54.

  21. Нарбеков О.Н., Шидаков Ю.М. Высокогорное легочное сердце. М.; 1991. 244.

  22. Балыкин М.В. Механизмы регуляции микроциркуляторного гемостаза в условиях гор. В кн.: Абдумаликова И.А., Балыкин М.В., Горохова Г.И., Гринько Л.Г., Шидаков Ю.Х.-М., ред. Горная микроангиология. М.: КРСУ; 2019: 50–64

  23. Шидаков Ю.Х.-М., Каркобатов Х.Д., Текеева Ф.А. Высокогорная кардиоангиология. М.; 2001. 228.

  24. Zhang C., Chen J., Lu H. Expression of aquaporin-4 and pathological characteristics of brain injury in a rat model of traumatic brain injury. Mol. Med. Rep. 2015; 12: 7351–7357.

  25. Chodobski A., Zink B.J., Szmydynger-Chodobska J. Blood-brain barrier pathophysiology in traumatic brain injury. Transl. Stroke Res. 2011; 2 (4): 492–516.

Поступила в редакцию 20.09.2020; принята 03.11.2020.

 

Авторский коллектив

Шувалова Мария Сергеевна – аспирант, ГУ Институт горной физиологии и медицины Национальной академии наук Кыргызской Республики. 720048, Кыргызская Республика, г. Бишкек, ул. Горького, 1/5; преподаватель, ГБОУ ВПО Кыргызско-Российский Славянский университет им. Б.Н. Ельцина. 720000, Кыргызская Республика, г. Бишкек, ул. Киевская, д. 44; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-2295-090X.

Шидаков Юсуф Хаджи-Махмудович – кандидат медицинских наук, заведующий лабораторией экспериментального моделирования процессов, ГОУ ВПО Кыргызско-Российский Славянский университет им. Б.Н. Ельцина. 720000, Кыргызская Республика, г. Бишкек, ул. Киевская, 44; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-5882-844X.

Шаназаров Алмаз Согомбаевич – доктор медицинских наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории физиологии и психологии деятельности, ГУ Институт горной физиологии и медицины Национальной академии наук Кыргызской Республики. 720048, Кыргызская Республика, г. Бишкек, ул. Горького, 1/5; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-2597-2186.

 

Образец цитирования

Шувалова М.С., Шаназаров А.С., Шидаков Ю.Х.-М. Сосудистое сплетение и микроциркуляция головного мозга при черепно-мозговой травме, возникшей в условиях высокогорья. Ульяновский медико-биологический журнал. 2020; 4: 153–166. DOI: 10.34014/2227-1848-2020-4-153-166.