«Ульяновский медико-биологический журнал»

BIOLOGICAL SCIENCES

Download article

УДК 616.831.31-005.4-092.913:618.33

DOI 10.34014/2227-1848-2023-1-137-144

CHANGES IN THE CEREBRAL CORTEX NEURON ULTRASTRUCTURE IN RATS WITH PARTIAL CEREBRAL ISCHEMIA

E.I. Bon', N.E. Maksimovich, S.M. Zimatkin, O.B. Ostrovskaya, V.Yu. Smirnov, M.A. Nosovich, K.A. Khrapovitskaya

Grodno State Medical University, Grodno, Republic of Belarus

 

The ultrastructural characteristics of neuronal organelles are significant indicators of brain damage under ischemic exposure, which necessitates the study of changes in the ultrastructure of brain neurons.

The aim of the study was to examine the disorders of brain neurons under its partial ischemia at the ultrastructural level using an experimental model.

Materials and Methods. The experimental group included 12 male rats weighing 260±20 g, the control group consisted of 6 falsely operated male rats of the same weight. Partial cerebral ischemia (PCI) was modeled by right common carotid artery ligation. The material was taken 1 hour after the operation.

Results. The study showed that the size and shape of the mitochondria of neurons of the parietal cortex and the hippocampus in PCI rats did not differ from those of the control group (p>0.05), except for a smaller number of cristae per unit area in the mitochondria of parietal cortex neurons (by 18 %, p<0.05).

The size and shape of the Golgi complex and lysosomes did not differ in the groups either. However, there was an increase in the number of free ribosomes in the cytoplasm of neurons in the parietal cortex and hippocampus of PCI rats, by 58 % and 54 %, respectively (p<0.05).

The ratio of fixed and free ribosomes in control rats decreased from 3.4 to 0.8 in the parietal cortex (p<0.05) and from 2.33 to 0.7 in the hippocampus (p<0.05).

Conclusions. In general, the neuron ultrastructure in PCI rats was similar to that in the control group, which might be due to blood flow compensation in the circle of Willis. An increase in the number of free ribosomes is a sign of deranged protein biosynthesis in neurons. A decrease in the number of mitochondrial cristae in neurons in the parietal cortex indicates energy deficiency.

Key words: neurons, parietal cortex, hippocampus, ischemia.

 

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

Author contributions
Research concept and design: Maksimovich N.E., Bon' E.I.
Participation in the research study, data processing: Maksimovich N.E., Bon' E.I., Zimatkin S.M., Ostrovskaya O.B.
Statistical data processing: Smirnov V.Yu.
Data analysis and interpretation: Maksimovich N.E., Bon' E.I., Zimatkin S.M., Ostrovskaya O.B.
Text writing and editing: Maksimovich N.E., Bon' E.I., Khrapovitskaya K.A., Nosovich M.A.

 

References

  1. Snider B.J., Gottron F.J., Choi D.W. Apoptosis and necrosis in cerebrovascular disease. Ann N Y Acad Sci. 1999; 893: 243–253.

  2. Chopp M., Li Y. Apoptosis in focal cerebral ischemia. J. Acta Neurochir Suppl (Wien). 1996; 66: 21–26.

  3. Maksimovich N.E., Bon' E.I., Zimatkin S.M. Golovnoy mozg krysy i ego reaktsiya na ishemiyu: monografiya [Rat brain and its response to ischemia: Monograph]. Grodno: GrGMU; 2020. 240 (in Russian).

  4. Bon' E.I., Zimatkin S.M. Temnye neyrony mozga [Dark brain neurons]. Morfologiya. 2017; 6: 81–86 (in Russian).

  5. Syed Suhail Andrabi, Suhel Parvez, Heena Tabassum. Ischemic stroke and mitochondria: mechanisms and targets. Protoplasm. 2020; 257: 335–343.

  6. Mimi Wu, Xiaoping Gu, Zhengliang Ma. Mitochondrial quality control in cerebral ischemia-reperfusion injury. Mol Neurobiol. 2021; 58 (10): 5253–5271.

  7. Dirnagl U., Iadecola C., Moskowitz M.A. Pathobiology of ischaemic stroke: an integrated view. Trends Neurosci. 1999; 22: 391–397.

  8. Semchenko V.V. Postanoksicheskaya entsefalopatiya [Post-anoxic encephalopathy]. Omsk; 1999. 448 (in Russian).

  9. Colbourne F., Sutherland G.R., Auer R.N. Electron microscopic evidence against apoptosis as the mechanism of neuronal death in global ischemia. J. Neurosci. 1999; 19: 4200–4210.

  10. Butin A.A. Zakonomernosti izmeneniy sosudisto-kapillyarnoy seti kory bol'shogo mozga v otvet na ostruyu tserebral'nuyu ishemiyu [Patterns of changes in the vascular-capillary network of the cerebral cortex in response to acute cerebral ischemia]. Omskiy nauchnyy vestnik. 2004; 26: 46–57 (in Russian).

  11. Nina J. Solenski, Charles G. diPierro, Patricia A. Trimmer, Aij-Li Kwan, Gregory A. Helms. Ultrastructural changes of neuronal mitochondria after transient and permanent cerebral ischemia. Stroke. 2002; 33: 816–824.

  12. Zhi H., Niya N., Qiongxiu Zh., Seyed Esmaeil Kh. Mitochondria as a therapeutic target for ischemic stroke. Free Radic Biol Med. 2020; 146: 45–58.

 Received November 02, 2022; accepted December 21, 2022.

 

Information about the authors

Bon' Elizaveta Igorevna, Candidate of Sciences (Biology), Associate Professor, Chair of Pathological Physiology named after A.I. Maslakov, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7189-0838

Maksimovich Nataliya Evgen'evna, Doctor of Sciences (Medicine), Professor, Head of the Chair of Pathological Physiology named after A.I. Maslakov, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-3181-9513

Zimatkin Sergey Mikhaylovich, Doctor of Sciences (Biology), Professor, Head of the Chair of Histology, Cytology and Embryology, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-5728-2588

Ostrovskaya Oksana Borisovna, Candidate of Sciences (Medicine), Associate Professor, Chair of Microbiology, Virology and Immunology named after S.I. Gelberg, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7189-0838

Smirnov Vitaliy Yur'evich, Candidate of Sciences (Biology), Senior Researcher, Research Laboratory, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7189-0838

Nosovich Miroslav Alekseevich, Student, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky St., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-0090-7254

Khrapovitskaya Kseniya Aleksandrovna, Student, Grodno State Medical University. 230009, Republic of Belarus, Grodno, Gorky st., 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7580-7915

 

For citation

Bon' E.I., Maksimovich N.E., Zimatkin S.M., Ostrovskaya O.B., Smirnov V.Yu., Nosovich M.A., Khrapovitskaya K.A. Kharakteristika izmeneniy ul'trastruktury neyronov kory golovnogo mozga krys s chastichnoy tserebral'noy ishemiey [Changes in the cerebral cortex neuron ultrastructure in rats with partial cerebral ischemia]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2023; 1: 137–144. DOI 10.34014/2227-1848-2023-1-137-144 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 616.831.31-005.4-092.913:618.33

DOI 10.34014/2227-1848-2023-1-137-144

ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗМЕНЕНИЙ УЛЬТРАСТРУКТУРЫ НЕЙРОНОВ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА КРЫС С ЧАСТИЧНОЙ ЦЕРЕБРАЛЬНОЙ ИШЕМИЕЙ

Е.И. Бонь, Н.Е. Максимович, С.М. Зиматкин, О.Б. Островская, В.Ю. Смирнов, М.А. Носович, К.А. Храповицкая

УО «Гродненский государственный медицинский университет», г. Гродно, Республика Беларусь

 

Ультраструктурные характеристики органелл нейронов являются значимыми показателями степени повреждения головного мозга при ишемическом воздействии, что обусловливает потребность в исследовании изменений ультраструктуры нейронов головного мозга.

Цель. Изучить характер нарушений нейронов головного мозга при его частичной ишемии на ультраструктурном уровне на экспериментальной модели.

Материалы и методы. В группу исследования вошли 12 самцов крыс массой 260±20 г, контрольную группу составили 6 ложно оперированных крыс аналогичного пола и веса. Частичную ишемию головного мозга (ЧИГМ) моделировали путем перевязки общей сонной артерии справа. Взятие материала осуществляли через 1 ч после операции.

Результаты. При исследовании установлено, что размеры и форма митохондрий нейронов теменной коры и гиппокампа крыс с ЧИГМ не имели отличий по сравнению с контрольной группой (р>0,05), за исключением меньшего количества крист на единицу площади в митохондриях нейронов теменной коры (на 18 %, р<0,05).

Размеры и форма комплекса Гольджи и лизосом в группах также не отличались. Однако в цитоплазме нейронов теменной коры и гиппокампа крыс с ЧИГМ отмечалось увеличение количества свободных рибосом – на 58 % и 54 % соответственно (р<0,05).

Коэффициент отношения связанных и свободных рибосом у крыс контрольной группе уменьшился от 3,4 до 0,8 в теменной коре (р<0,05) и от 2,33 до 0,7 в гиппокампе (р<0,05).

Выводы. В целом ультраструктура нейронов при ЧИГМ аналогична таковой в контрольной группе, что может быть обусловлено компенсацией кровотока по виллизиевому кругу. Увеличение количества свободных рибосом является признаком нарушения биосинтеза белка в нейронах, а уменьшение количества крист митохондрий нейронов в теменной коре указывает на возникновение энергодефицита.

Ключевые слова: нейроны, теменная кора, гиппокамп, ишемия.

 

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов
Концепция и дизайн исследования: Максимович Н.Е., Бонь Е.И.
Участие в исследовании, обработка материала: Максимович Н.Е., Бонь Е.И., Зиматкин С.М., Островская О.Б.
Статистическая обработка данных: Смирнов В.Ю.
Анализ и интерпретация данных: Максимович Н.Е., Бонь Е.И., Зиматкин С.М., Островская О.Б.
Написание и редактирование текста: Максимович Н.Е., Бонь Е.И., Храповицкая К.А., Носович М.А.

 

Литература

  1. Snider B.J., Gottron F.J., Choi D.W. Apoptosis and necrosis in cerebrovascular disease. Ann N Y Acad Sci. 1999; 893: 243–253.

  2. Chopp M., Li Y. Apoptosis in focal cerebral ischemia. J. Acta Neurochir Suppl (Wien). 1996; 66: 21–26.

  3. Максимович Н.Е., Бонь Е.И., Зиматкин С.М. Головной мозг крысы и его реакция на ишемию: монография. Гродно: ГрГМУ; 2020. 240.

  4. Бонь Е.И., Зиматкин С.М. Темные нейроны мозга. Морфология. 2017; 6: 81–86.

  5. Syed Suhail Andrabi, Suhel Parvez, Heena Tabassum. Ischemic stroke and mitochondria: mechanisms and targets. Protoplasm. 2020; 257: 335–343.

  6. Mimi Wu, Xiaoping Gu, Zhengliang Ma. Mitochondrial quality control in cerebral ischemia-reperfusion injury. Mol Neurobiol. 2021; 58 (10): 5253–5271.

  7. Dirnagl U., Iadecola C., Moskowitz M.A. Pathobiology of ischaemic stroke: an integrated view. Trends Neurosci. 1999; 22: 391–397.

  8. Семченко В.В. Постаноксическая энцефалопатия. Омск; 1999. 448.

  9. Colbourne F., Sutherland G.R., Auer R.N. Electron microscopic evidence against apoptosis as the mechanism of neuronal death in global ischemia. J. Neurosci. 1999; 19: 4200–4210.

  10. Бутин А.А. Закономерности изменений сосудисто-капиллярной сети коры большого мозга в ответ на острую церебральную ишемию. Омский научный вестник. 2004; 26: 46–57.

  11. Nina J. Solenski, Charles G. diPierro, Patricia A. Trimmer, Aij-Li Kwan, Gregory A. Helms. Ultrastructural changes of neuronal mitochondria after transient and permanent cerebral ischemia. Stroke. 2002; 33: 816–824.

  12. Zhi H., Niya N., Qiongxiu Zh., Seyed Esmaeil Kh. Mitochondria as a therapeutic target for ischemic stroke. Free Radic Biol Med. 2020; 146: 45–58.

 Поступила в редакцию 02.11.2022; принята 21.12.2022.

 

Авторский коллектив

Бонь Елизавета Игоревна – кандидат биологических наук, доцент, доцент кафедры патологической физиологии им. Д.А. Маслакова, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7189-0838

Максимович Наталия Евгеньевна – доктор медицинских наук, профессор, заведующая кафедрой патологической физиологии им. Д.А. Маслакова, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-3181-9513

Зиматкин Сергей Михайлович – доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой гистологии, цитологии и эмбриологии, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-5728-2588

Островская Оксана Борисовна – кандидат медицинских наук, доцент кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии им. С.И. Гельберга, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7189-0838

Смирнов Виталий Юрьевич – кандидат биологических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7189-0838

Носович Мирослав Алексеевич – студент, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-0090-7254

Храповицкая Ксения Александровна – студентка, УО «Гродненский государственный медицинский университет». 230009, Республика Беларусь, г. Гродно, ул. Горького, 80; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0001-7580-7915

 

Образец цитирования

Бонь Е.И., Максимович Н.Е., Зиматкин С.М., Островская О.Б., Смирнов В.Ю., Носович М.А., Храповицкая К.А. Характеристика изменений ультраструктуры нейронов коры головного мозга крыс с частичной церебральной ишемией. Ульяновский медико-биологический журнал. 2023; 1: 137–144. DOI 10.34014/2227-1848-2023-1-137-144