Ulyanovsk Medico-biological Journal

BIOLOGICAL SCIENCES

Download article

DOI 10.34014/2227-1848-2024-3-107-116

CEREBRAL MICROVASCULATURE IN AN EXCLUSIVELY FAT DIET MODEL

M.S. Shuvalova1, Yu.Kh-M. Shidakov2

1 Almazov National Medical Research Centre, Ministry of Health of the Russian Federation, St. Petersburg, Russia;

2 Kyrgyz-Russian Slavic University named after the first President of the Russian Federation B.N. Yeltsin, Bishkek, Kyrgyzstan

 

The microcirculation system plays a major role in the process of food intake and assimilation by the body. It ensures the distribution of oxygen and nutrients among neurons, taking into account their functional activity. The capillaries of the villi in the choroid plexus of cerebral ventricles remain the main source of cerebrospinal fluid production, which determines most physiological functions of the body.

The aim of the study is to identify the peculiarities of remodeling of the microvasculature and vascular plexus of the third cerebral ventricle in rats kept exclusively on a fat diet.

Materials and Methods. The work was performed on 20 white mongrel male rats (200–250 g.), divided into control and experimental groups. Animals of the control group were on a regular diet. Rats of the experimental group were fed exclusively with fatty food (sheep tail fat). On the 15th and 30th days, the animals were withdrawn from the experiment. A study of biochemical blood parameters (cholesterol, glucose, and protein) was carried out. After decapitation, the brain was fixed in formalin, brain sections were stained with hematoxylin and eosin (Van Gieson stain). The authors conducted light microscopy and morphometry on an Olympus B×40 microscope (Japan).

Results. The animals showed a significant increase in the levels of cholesterol, glucose and albumin in the blood serum under an exclusively fat diet. By the 30th day of the experiment, the smooth muscles of the cerebral arteries undergo paresis, proteolysis, vacuolar dystrophy, hypoplasia with a sharp expansion of the vessel lumen. Signs of myoelastofibrosis are observed in the adventitia. Vein walls are thinned, the lumen is dilated, intravascular thrombi are observed. In the choroid plexus of the 3rd cerebral ventricle, a deficit of plasma flow through the sinusoidal capillaries with compensatory ependymocyte hyperfunction is noted.

Conclusion. An exclusively fat diet leads to remodeling of the cerebral microvasculature, including the capillaries of the villi of the choroid plexus of the 3rd ventricle. All changes are compensatory and adaptive in nature. However, by the 30th day of the experiment, some of them become irreversible.

Key words: diet, nutrition, fat, microcirculation, choroid plexus, brain.

 

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

Author contributions

Research concept and design: Shidakov Yu.Kh-M., Shuvalova M.S.

Literature search, participation in research, data processing: Shuvalova M.S., Shidakov Yu.Kh-M.

Statistical data processing: Shuvalova M.S., Shidakov Yu.Kh-M.

Data analysis and interpretation: Shidakov Yu.Kh-M., Shuvalova M.S.

Text writing and editing: Shuvalova M.S., Shidakov Yu.Kh-M.

 

References

  1. Fedotova A.A., Tyaglik A.B., Sem'yanov A.V. Vliyanie diety kak faktora ekspozoma na rabotu golovnogo mozga [Effect of diet as an exposome factor on brain function]. Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova. 2021; 107 (4-5): 533–567 (in Russian).

  2. Pulatov M.D. Gistotopograficheskie sdvigi kletok fundal'nykh zhelez zheludka pri odnoobraznom belkovom pitanii [Histotopographic shifts of fundic glands cells of the stomach under a monotonous protein diet]. Molodoy uchenyy. 2018; 44 (230): 220–222. (in Russian).

  3. Bayrasheva V.K., Pchelin I.Yu., Egorova A.E., Vasil'kova O.N., Kornyushin O.V. Eksperimental'nye modeli alimentarnogo ozhireniya u krys [Experimental models of alimentary obesity in rats]. Juvenis Scientia. 2019; 9-10: 8–13 (in Russian).

  4. Brown P.D., Davies S.L., Speake T., Millar I.D. Molecular mechanisms of cerebrospinal fluid production. Neuroscience. 2004; 129 (4): 957–970.

  5. Zappaterra M.W., Lehtinen M.K. The cerebrospinal fluid: regulator of neurogenesis, behavior, and beyond. Cell Mol Life Sci. 2012; 69 (17): 2863–2878.

  6. Dohrmann G.J. The choroid plexus: a historical review. Brain Res. 1970; 18 (2): 197–218.

  7. Chodobski A, Szmydynger-Chodobska J. Choroid plexus: target for polypeptides and site of their synthesis. Microsc Res Tech. 2001; 52 (1): 65–82.

  8. Shuvalova M.S., Shidakov Yu.Kh.M., Shanazarov A.S. Sosudistoe spletenie zheludochkov golovnogo mozga (Obzor literatury) [Choroid plexus of the cerebral ventricles (Literature review)]. Vestnik Kyrgyzsko-Rossiyskogo Slavyanskogo universiteta. 2022; 22 (5): 159–166 (in Russian).

  9. Kirik O.V. Belok kletochnykh kontaktov beta-katenin v kletkakh ependimy i epiteliya sosudistogo spleteniya bokovykh zheludochkov golovnogo mozga [Cellular contact protein beta-catenin in ependymal and epithelial cells of the choroid plexus of the lateral ventricles of the brain]. Morfologiya. 2016; 148; 1: 33–37 (in Russian).

  10. Mastorakos P., McGavern D. The anatomy and immunology of vasculature in the central nervous system. Science Immunology. 2019; 4 (37).

  11. Sherysheva Yu.V. Filogenez sosudistykh spleteniy golovnogo mozga pozvonochnykh [Phylogenesis of the choroid plexuses of brain in vertebrates]. Nauchnoe obozrenie. Biologicheskie nauki. 2019; 1: 67–71 (in Russian).

  12. Korzhevskiy D.E. Sosudistoe spletenie golovnogo mozga i strukturnaya organizatsiya gematolikvornogo bar'era u cheloveka [Choroid plexus of the brain and structural organization of the hematoliquor barrier in humans]. Regionarnoe krovoobrashchenie i mikrotsirkulyatsiya. 2003; 2: 5–14 (in Russian).

  13. Gasanova I.Kh. Morfologicheskie preobrazovaniya ependimotsitov sosudistykh spleteniy zheludochkov golovnogo mozga polovozrelykh krys pri vvedenii ksenogennogo likvora [Morphological transformations of ependymocytes of the choroid plexus of the cerebral ventricles of sexually mature rats under xenogeneic cerebrospinal fluid]. Tavricheskiy mediko-biologicheskiy vestnik. 2013; 1-1: 59–61 (in Russian).

  14. Gurin V.N. Organizatsiya mikrotsirkulyatornogo rusla sosudistogo spleteniya bokovykh zheludochkov mozga krolikov [Organization of the microvasculature of the choroid plexus of the lateral ventricles of the rabbit brain]. Fiziol. zhurn. im. I.M. Sechenova. 1991; 77 (9): 150–157 (in Russian).

  15. Betz A.L., Goldstein G.W., Katzman R. Bloodbrain-cerebrospinal fluid barriers. In: Seigel G.J., ed. Basic Neurochemistry: Molecular, Cellular and Medical Aspects. New York: Raven Press; 1994: 681–702.

  16. Zadvornov A.A., Golomidov A.V., Grigor'ev E.V. Klinicheskaya patofiziologiya oteka golovnogo mozga (chast' 1) [Clinical pathophysiology of cerebral edema (Part 1)]. Vestnik anesteziologii i reanimatologii. 2017; 14 (3): 44–50 (in Russian).

Received September 10, 2023; accepted June 05, 2024.

 

Information about the authors

Shuvalova Mariya Sergeevna, Candidate of Sciences (Medicine), Specialist of the Accreditation and Simulation Center, Institute of Medical Education, Almazov National Medical Research Center, Ministry of Health of the Russian Federation. 197341, Russia, St. Petersburg, Kolomyazhskiy Ave., 21; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-2295-090X

Shidakov Yusuf Khadzhi-Makhmudovich, Candidate of Sciences (Medicine), Senior Researcher, Laboratory of Experimental Modeling of Pathological Processes, Kyrgyz-Russian Slavic University named after the first President of the Russian Federation B.N. Yeltsin. 720000, Kyrgyzstan, Bishkek, Kievskaya St., 44; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-2779-5574

 

For citation

Shuvalova M.S., Shidakov Yu.Kh-M. Sostoyanie mikrotsirkulyatornogo rusla golovnogo mozga pri zhirovom ratsione [Cerebral microvasculature in an exclusively fat diet model]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2024; 3: 107–116. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-3-107-116 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 612.824.2:612.397.7

DOI 10.34014/2227-1848-2024-3-107-116

СОСТОЯНИЕ МИКРОЦИРКУЛЯТОРНОГО РУСЛА ГОЛОВНОГО МОЗГА ПРИ ЖИРОВОМ РАЦИОНЕ

М.С. Шувалова1, Ю.Х-М. Шидаков2

1 ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова» Минздрава России, г. Санкт-Петербург, Россия;

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

 

Основную роль в процессе поступления и усвоения пищи организмом играет система микроциркуляции. Она обеспечивает распределение кислорода и нутриентов между нейронами с учетом их функциональной активности. Капилляры ворсин сосудистого сплетения желудочков головного мозга остаются главным местом продукции цереброспинальной жидкости, определяющей большинство физиологических функций организма.

Цель исследования – выявление особенностей ремоделирования микроциркуляторного русла и сосудистого сплетения третьего желудочка головного мозга крыс, содержащихся исключительно на жировой диете.

Материалы и методы. Работа выполнена на 20 белых беспородных крысах-самцах массой 200–250 г, которые были разделены на контрольную и опытную группы. Животные контрольной группы получали стандартное питание. Крыс опытной группы кормили исключительно жирной пищей (курдючный бараний жир). На 15-е и 30-е сут животные выводились из эксперимента. Проводилось исследование биохимических показателей крови: холестерина, глюкозы, белка. После декапитации головной мозг фиксировался в формалине, готовились срезы головного мозга, окрашенные гематоксилин-эозином и по Ван Гизон, проводилась световая микроскопия и морфометрия на микроскопе Olympus B×40 (Япония).

Результаты. При исключительно жировой диете у животных достоверно возрастает уровень холестерина, глюкозы и альбуминов сыворотки крови. К 30-м сут гладкая мускулатура артерий головного мозга подвергается парезу, протеолизу, вакуольной дистрофии, гипоплазии с резким расширением просвета сосуда; в адвентиции наблюдаются признаки миоэластофиброза. Стенки вен истончены, просвет расширен, имеются внутрисосудистые тромбы. В сосудистом сплетении III желудочка головного мозга отмечается дефицит плазмотока по синусоидальным капиллярам с явлениями компенсаторной гиперфункции эпендимоцитов.

Выводы. Исключительно жировой рацион приводит к ремоделированию микроциркуляторного русла головного мозга, в т.ч. капилляров ворсин сосудистого сплетения III желудочка. Все изменения носят компенсаторно-приспособительный характер, однако к 30-м сут эксперимента часть из них приобретает характер необратимых патологических модуляций.

Ключевые слова: рацион, питание, жир, микроциркуляция, сосудистое сплетение, головной мозг.

 

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов

Концепция и дизайн исследования: Шидаков Ю.Х-М., Шувалова М.С.

Литературный поиск, участие в исследовании, обработка материала: Шувалова М.С., Шидаков Ю.Х-М.

Статистическая обработка данных: Шувалова М.С., Шидаков Ю.Х-М.

Анализ и интерпретация данных: Шидаков Ю.Х-М., Шувалова М.С.

Написание и редактирование текста: Шувалова М.С., Шидаков Ю.Х-М.

 

Литература

  1. Федотова А.А., Тяглик А.Б., Семьянов А.В. Влияние диеты как фактора экспозома на работу головного мозга. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2021; 107 (4-5): 533–567.

  2. Пулатов М.Д. Гистотопографические сдвиги клеток фундальных желез желудка при однообразном белковом питании. Молодой ученый. 2018; 44 (230): 220–222.

  3. Байрашева В.К., Пчелин И.Ю., Егорова А.Э., Василькова О.Н., Корнюшин О.В. Экспериментальные модели алиментарного ожирения у крыс. Juvenis Scientia. 2019; 9-10: 8–13.

  4. Brown P.D., Davies S.L., Speake T., Millar I.D. Molecular mechanisms of cerebrospinal fluid production. Neuroscience. 2004; 129 (4): 957–970.

  5. Zappaterra M.W., Lehtinen M.K. The cerebrospinal fluid: regulator of neurogenesis, behavior, and beyond. Cell Mol Life Sci. 2012; 69 (17): 2863–2878.

  6. Dohrmann G.J. The choroid plexus: a historical review. Brain Res. 1970; 18 (2): 197–218.

  7. Chodobski A, Szmydynger-Chodobska J. Choroid plexus: target for polypeptides and site of their synthesis. Microsc Res Tech. 2001; 52 (1): 65–82.

  8. Шувалова М.С., Шидаков Ю.Х.М., Шаназаров А.С. Сосудистое сплетение желудочков головного мозга (Обзор литературы). Вестник Кыргызско-Российского Славянского университета. 2022; 22 (5): 159–166.

  9. Кирик О.В. Белок клеточных контактов бета-катенин в клетках эпендимы и эпителия сосудистого сплетения боковых желудочков головного мозга. Морфология. 2016; 148; 1: 33–37.

  10. Mastorakos P., McGavern D. The anatomy and immunology of vasculature in the central nervous system. Science Immunology. 2019; 4 (37).

  11. Шерышева Ю.В. Филогенез сосудистых сплетений головного мозга позвоночных. Научное обозрение. Биологические науки. 2019; 1: 67–71.

  12. Коржевский Д.Э. Сосудистое сплетение головного мозга и структурная организация гематоликворного барьера у человека. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2003; 2: 5–14.

  13. Гасанова И.Х. Морфологические преобразования эпендимоцитов сосудистых сплетений желудочков головного мозга половозрелых крыс при введении ксеногенного ликвора. Таврический медико-биологический вестник. 2013; 1-1: 59–61.

  14. Гурин В.Н. Организация микроциркуляторного русла сосудистого сплетения боковых желудочков мозга кроликов. Физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 1991; 77 (9): 150–157.

  15. Betz A.L., Goldstein G.W., Katzman R. Bloodbrain-cerebrospinal fluid barriers. In: Seigel G.J., ed. Basic Neurochemistry: Molecular, Cellular and Medical Aspects. New York: Raven Press; 1994: 681–702.

  16. Задворнов А.А., Голомидов А.В., Григорьев Е.В. Клиническая патофизиология отека головного мозга (часть 1). Вестник анестезиологии и реаниматологии. 2017; 14 (3): 44–50.

Поступила в редакцию 10.09.2023; принята 05.06.2024.

 

Авторский коллектив

Шувалова Мария Сергеевна – кандидат медицинских наук, специалист аккредитационно-симуляционного центра Института медицинского образования, ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова» Минздрава России. 197341, Россия, г. Санкт-Петербург, Коломяжский пр., 21; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-2295-090X

Шидаков Юсуф Хаджи-Махмудович – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории экспериментального моделирования патологических процессов, ГОУ ВПО Кыргызско-Российский Славянский университет им. первого Президента РФ Б.Н. Ельцина. 720000, Кыргызстан, г. Бишкек, ул. Киевская, 44; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-2779-5574

 

Образец цитирования

Шувалова М.С., Шидаков Ю.Х-М. Состояние микроциркуляторного русла головного мозга при жировом рационе. Ульяновский медико-биологический журнал. 2024; 3: 107–116. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-3-107-116.