«Ульяновский медико-биологический журнал»

BIOLOGICAL SCIENCES

Download article

DOI 10.34014/2227-1848-2024-1-172-183

REMODELING OF THE BLOOD VESSEL PLEXUS OF THE CEREBELLUM AND FOURTH VENTRICLE OF CEREBRUM IN RATS DEPENDING ON THE DIET

M.S. Shuvalova1, Yu.Kh.-M. Shidakov2, D.Z. Zhanuzakov2, M.V. Balykin3

1 Academic consortium “International University of Kyrgyzstan”, Bishkek, Kyrgyzstan;

2 Kyrgys Russian Slavic University named after First President of Russia B.N. Yeltsin, Bishkek, Kyrgyzstan;

3 Ulyanovsk State University, Ulyanovsk, Russia

 

The aim of the study is to evaluate the characteristics of remodeling of the blood vessel plexus of the fourth ventricle and the angioarchitecture of cerebellum in rats being exclusively on high-protein and high-fat diets.

Materials and Methods. The study was conducted on white male rats weighing 200–250 g. The first group (n=5) consisted of intact rats kept on a standard food; the second group (n=5) included animals kept on a high-fat diet; the third group (n=5) enrolled rats being on a high-protein diet. Remodeling of the blood vessel plexus of the fourth ventricle of cerebrum and angioarchitecture of the cerebellum was assessed on the 15th and 30th days of the experiment. Circulatory bed and structural changes were assessed on histologic specimen (hematoxylin-eosin and van Gieson's stain). The content of cholesterol, glucose, total protein and albumin was determined in blood serum. SPSS 16.0 was used for statistical analysis. The significance of differences was determined by Student's test at p<0.05.

Results. Rats kept on an exclusively high-fat diet demonstrated a significant (p<0.05) increase in the levels of total cholesterol, glucose and albumin in the blood serum compared to the control group. In animals being on an exclusively high-protein diet, the level of total serum protein increased by 69 % (p<0.05), albumin – by 46 % (p<0.05). High-fat diet led to the spasm of the blood vessel plexus of the fourth ventricle, thickening of the basement membrane of the villi capillaries, clearing of the cytoplasm with subsequent disruption of the capillary wall integrity and hemorrhage. In the cerebellum, the plethora of arteries and veins was observed; in the molecular layer, the concentration of basket and stellate cells decreased. High-protein diet led to hyperemia of the blood vessel plexus of the fourth ventricle and the vessels of the cerebellar cortex without vascular and tissue disorders.

Conclusion. High-fat diet led to remodeling of the basement membrane, clearing of the cytoplasm, nuclei swelling, capillary wall spasm of the blood vessel plexus of the fourth ventricle, and chromatolysis of the Purkinje cell nuclei. High-protein diet was characterized by hyperemia of the blood vessel plexus of the fourth ventricle and cerebellum, and by hypertrophy and hyperplasia of Purkinje cells. High-fat diet caused more pronounced remodeling of the blood vessel plexus of the fourth ventricle of cerebrum and the cerebellar cortex compared to a high-protein diet.

Key words: rats, brain, choroid plexus, diet.

 

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

Author contributions

Research concept and design: Shidakov Yu.Kh.-M., Shuvalova M.S., Balykin M.V., Zhanuzakov D.Z.

Literature search, participation in the research study, data processing: Shuvalova M.S., Shidakov Yu.Kh.-M., Zhanuzakov D.Z.

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

Data analysis and interpretation: Shidakov Yu.Kh.-M., Shuvalova M.S., Balykin M.V., Zhanuzakov D.Z.

Text writing and editing: Shidakov Yu.Kh.-M., Shuvalova M.S., Balykin M.V., Zhanuzakov D.Z.

 

References

  1. Liddelow S.A. Fluids and barriers of the CNS: a historical viewpoint. Fluids Barriers CNS. 2011; 8 (1): 2.

  2. Woollam D.H. The historical significance of the cerebrospinal fluid. Med Hist. 1957; 1 (2): 91–114.

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

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

  5. Lun M.P., Monuki E.S., Lehtinen M.K. Development and functions of the choroid plexus-cerebrospinal fluid system. Nat Rev Neurosci. 2015; 16 (8): 445–457.

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

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

  8. Wolburg H., Paulus W. Choroid plexus: biology and pathology. Acta Neuropathol. 2010; 119: 75–88.

  9. Aguilar A., Meunier A., Strehl L., Martinovic J., Bonniere M., Attie-Bitach T., Encha-Razavi F., Spassky N. Analysis of human samples reveals impaired SHH-dependent cerebellar development in Joubert syndrome / Meckel syndrome. Proc Natl Acad Sci USA. 2012; 109 (42): 16951–16956.

  10. Roostaei T., Nazeri A., Sahraian M.A., Minagar A. The human cerebellum: a review of physiologic neuroanatomy. Neurol Clin. 2014; 32 (4): 859–869.

  11. Witter L., De Zeeuw C.I. Regional functionality of the cerebellum. Curr Opin Neurobiol. 2015; 33: 150–155.

  12. Manto M., Bower J.M., Conforto A.B., Delgado-García J.M., da Guarda S.N., Gerwig M., Habas C., Hagura N., Ivry R.B., Mariën P., Molinari M., Naito E., Nowak D.A., Oulad Ben Taib N., Pelisson D., Tesche C.D., Tilikete C., Timmann D. Consensus paper: roles of the cerebellum in motor control – the diversity of ideas on cerebellar involvement in movement. Cerebellum. 2012; 11 (2): 457–487.

  13. Yang Y., Lisberger S.G. Purkinje-cell plasticity and cerebellar motor learning are graded by complex-spike duration. Nature. 2014; 510 (7506): 529–532.

  14. Van Essen D.C., Donahue C.J., Glasser M.F. Development and Evolution of Cerebral and Cerebellar Cortex. Brain Behav Evol. 2018; 91 (3): 158–169.

  15. Akakin A., Peris-Celda M., Kilic T., Seker A., Gutierrez-Martin A., Rhoton A.Jr. The dentate nucleus and its projection system in the human cerebellum: the dentate nucleus microsurgical anatomical study. Neurosurgery. 2014; 74 (4): 401–424.

  16. Baumann O., Borra R.J., Bower J.M., Cullen K.E., Habas C., Ivry R.B., Leggio M., Mattingley J.B., Molinari M., Moulton E.A., Paulin M.G., Pavlova M.A., Schmahmann J.D., Sokolov A.A. Consensus paper: the role of the cerebellum in perceptual processes. Cerebellum. 2015; 14 (2): 197–220.

  17. Javalkar V., Khan M., Davis D.E. Clinical manifestations of cerebellar disease. Neurol Clin. 2014; 32 (4): 871–879.

  18. Manto M. Cerebellar motor syndrome from children to the elderly. Handb Clin Neurol. 2018; 154: 151–166.

  19. Dovzhikova I.V., Lutsenko M.T. Membrannyy transport zhirnykh kislot (obzor) [Membrane transport of fatty acids (review)]. Byulleten' fiziologii i patologii dykhaniya. 2013; 50: 130–138. (in Russian).

  20. Shidakov Yu.Kh.-M., Sharova E.V., Abdumalikova I.A., Meshanko T.R. Vliyanie ratsiona pitaniya krys na biokhimicheskiy profil' krovi i morfologiyu pecheni [Effect of diet in rats on the biochemical profile of blood and liver morphology]. Byulleten' nauki i praktiki. 2020; 6 (2): 60–66 (in Russian).

  21. Novikova L.N. Ul'trastruktura gematoliticheskogo bar'era v sosudistom spletenii bokovykh zheludochkov golovnogo mozga krolika pri ostroy ishemii [Ultrastructure of the hematolytic barrier in the blood vessel plexus of the rabbit lateral ventricles under acute ischemia]. Zhurnal GrGMU. 2009; 2: 76–78 (in Russian).

  22. Korzhevskiy D.E., Otellin V.A. Strukturnye osnovy formirovaniya gematolikvornogo bar'era u cheloveka [Structural basis for formation of the blood-cerebrospinal fluid barrier in humans]. Uspekhi fiziol. nauk. 2002; 33 (4): 43–52 (in Russian).

  23. Bill B.R., Korzh V. Choroid plexus in developmental and evolutionary perspective. Front. Neurosci. 2014; 8: 363.

Received September 10, 2023; accepted January 26, 2024.

 

Information about the authors

Shuvalova Mariya Sergeevna, Candidate of Sciences (Medicine), Head of the Residency Department, Academic consortium “International University of Kyrgyzstan”. 720007, Kyrgyzstan, Bishkek, L. Tolstoy St., 17a/1; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-2295-090X

Shidakov Yusuf Khadzhi-Makhmudovich, Candidate of Sciences (Medicine), Senior Researcher, Laboratory for Experimental Modeling of Pathological Processes, Kyrgys Russian Slavic University named after First President of Russia B.N. Yeltsin. 720000, Kyrgyzstan, Bishkek, Kievskaya St., 44; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-2779-5574

Zhanuzakov Dastan Zamirovich, Postgraduate Student, Chair of Surgical Dentistry, Kyrgys Russian Slavic University named after First President of Russia B.N. Yeltsin. 720000, Kyrgyzstan, Bishkek, Kievskaya St., 44; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-6948-8265

Balykin Mikhail Vasil'evich, Doctor of Sciences (Biology), Professor, Head of the Chair of Adaptive Physical Culture, Ulyanovsk State University. 432017, Russia, Ulyanovsk, L. Tolstoy St., 42; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-2086-4581

 

For citation

Shuvalova M.S., Shidakov Yu.Kh.-M., Zhanuzakov D.Z., Balykin M.V. Osobennosti remodelirovaniya sosudistogo spleteniya IV zheludochka golovnogo mozga i mozzhechka krys v zavisimosti ot ratsiona kormleniya [Remodeling of the blood vessel plexus of the cerebellum and fourth ventricle of cerebrum in rats depending on the diet]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2024; 1: 172–183. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-1-172-183 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 612.824.1+612.827:612.392.83

DOI 10.34014/2227-1848-2024-1-172-183

ОСОБЕННОСТИ РЕМОДЕЛИРОВАНИЯ СОСУДИСТОГО СПЛЕТЕНИЯ IV ЖЕЛУДОЧКА ГОЛОВНОГО МОЗГА И МОЗЖЕЧКА КРЫС В ЗАВИСИМОСТИ ОТ РАЦИОНА КОРМЛЕНИЯ

М.С. Шувалова1, Ю.Х.-М. Шидаков2 Д.З. Жанузаков2, М.В. Балыкин3

1 НОУ «Учебно-научно-производственный комплекс «Международный университет Кыргызстана», г. Бишкек, Кыргызстан;

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

3 ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет», г. Ульяновск, Россия

 

Цель – оценить особенности ремоделирования сосудистого сплетения IV желудочка и ангиоархитектоники мозжечка крыс, содержащихся на исключительно белковом и жировом рационах кормления.

Материалы и методы. Исследование проводилось на белых крысах-самцах массой 200–250 г. Первую группу (n=5) составили интактные крысы, содержащиеся на стандартном корме; вторую (n=5) – животные, находящиеся на исключительно жировой диете; третью (n=5) – крысы, получавшие исключительно белковое питание. Ремоделирование сосудистого сплетения IV желудочка головного мозга и ангиоархитектонику мозжечка оценивали на 15-е и 30-е сут эксперимента. Состояние кровеносного русла и структурные изменения оценивали на гистологических препаратах, окрашенных гематоксилин-эозином и по Ван-Гизону. Содержание холестерина, глюкозы, общего белка и альбумина определяли в сыворотке крови. Статистический анализ осуществляли в программе SPSS 16.0. Достоверность различий определяли по критерию Стьюдента при p<0,05.

Результаты. При исключительно жировой диете в сыворотке крови крыс отмечается достоверное (p<0,05) увеличение уровня общего холестерина, глюкозы и альбумина по сравнению с группой контроля. У животных на исключительно белковой диете уровень общего белка сыворотки крови вырос на 69 % (p<0,05), альбумина – на 46 % (p<0,05). На фоне жировой диеты отмечаются спазм сосудистого сплетения IV желудочка, утолщение базальной мембраны капилляров ворсин, просветление цитоплазмы с последующим нарушением целостности капиллярной стенки и признаками кровоизлияний. В мозжечке прослеживается полнокровие артерий и вен, в молекулярном слое снижается концентрация корзинчатых и звездчатых нейронов. При исключительно белковой диете отмечается гиперемия сосудистого сплетения IV желудочка и сосудов коры мозжечка без признаков сосудистых и тканевых нарушений.

Заключение. Жировой рацион питания приводит к ремоделированию базальной мембраны, просветлению цитоплазмы, набуханию ядер, спазму стенки капилляров сосудистого сплетения IV желудочка, а также хроматолизу ядер клеток Пуркинье. Исключительно белковый рацион питания характеризуется гиперемией сосудистого сплетения IV желудочка головного мозга и мозжечка, а также гипертрофией и гиперплазией клеток Пуркинье. Жировой рацион кормления вызывает более выраженное ремоделирование сосудистого сплетения IV желудочка головного мозга и коры мозжечка, чем белковый.

Ключевые слова: крысы, головной мозг, сосудистое сплетение, рацион питания.

 

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов

Концепция и дизайн исследования: Шидаков Ю.Х.-М., Шувалова М.С., Балыкин М.В., Жанузаков Д.З.

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

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

Анализ и интерпретация данных: Шидаков Ю.Х.-М., Шувалова М.С., Балыкин М.В., Жанузаков Д.З.

Написание и редактирование текста: Шидаков Ю.Х.-М., Шувалова М.С., Балыкин М.В., Жанузаков Д.З.

 

Литература

  1. Liddelow S.A. Fluids and barriers of the CNS: a historical viewpoint. Fluids Barriers CNS. 2011; 8 (1): 2.

  2. Woollam D.H. The historical significance of the cerebrospinal fluid. Med Hist. 1957; 1 (2): 91–114.

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

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

  5. Lun M.P., Monuki E.S., Lehtinen M.K. Development and functions of the choroid plexus-cerebrospinal fluid system. Nat Rev Neurosci. 2015; 16 (8): 445–457.

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

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

  8. Wolburg H., Paulus W. Choroid plexus: biology and pathology. Acta Neuropathol. 2010; 119: 75–88.

  9. Aguilar A., Meunier A., Strehl L., Martinovic J., Bonniere M., Attie-Bitach T., Encha-Razavi F., Spassky N. Analysis of human samples reveals impaired SHH-dependent cerebellar development in Joubert syndrome / Meckel syndrome. Proc Natl Acad Sci USA. 2012; 109 (42): 16951–16956.

  10. Roostaei T., Nazeri A., Sahraian M.A., Minagar A. The human cerebellum: a review of physiologic neuroanatomy. Neurol Clin. 2014; 32 (4): 859–869.

  11. Witter L., De Zeeuw C.I. Regional functionality of the cerebellum. Curr Opin Neurobiol. 2015; 33: 150–155.

  12. Manto M., Bower J.M., Conforto A.B., Delgado-García J.M., da Guarda S.N., Gerwig M., Habas C., Hagura N., Ivry R.B., Mariën P., Molinari M., Naito E., Nowak D.A., Oulad Ben Taib N., Pelisson D., Tesche C.D., Tilikete C., Timmann D. Consensus paper: roles of the cerebellum in motor control – the diversity of ideas on cerebellar involvement in movement. Cerebellum. 2012; 11 (2): 457–487.

  13. Yang Y., Lisberger S.G. Purkinje-cell plasticity and cerebellar motor learning are graded by complex-spike duration. Nature. 2014; 510 (7506): 529–532.

  14. Van Essen D.C., Donahue C.J., Glasser M.F. Development and Evolution of Cerebral and Cerebellar Cortex. Brain Behav Evol. 2018; 91 (3): 158–169.

  15. Akakin A., Peris-Celda M., Kilic T., Seker A., Gutierrez-Martin A., Rhoton A.Jr. The dentate nucleus and its projection system in the human cerebellum: the dentate nucleus microsurgical anatomical study. Neurosurgery. 2014; 74 (4): 401–424.

  16. Baumann O., Borra R.J., Bower J.M., Cullen K.E., Habas C., Ivry R.B., Leggio M., Mattingley J.B., Molinari M., Moulton E.A., Paulin M.G., Pavlova M.A., Schmahmann J.D., Sokolov A.A. Consensus paper: the role of the cerebellum in perceptual processes. Cerebellum. 2015; 14 (2): 197–220.

  17. Javalkar V., Khan M., Davis D.E. Clinical manifestations of cerebellar disease. Neurol Clin. 2014;32 (4): 871–879.

  18. Manto M. Cerebellar motor syndrome from children to the elderly. Handb Clin Neurol. 2018; 154: 151–166.

  19. Довжикова И.В., Луценко М.Т. Мембранный транспорт жирных кислот (обзор). Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2013; 50: 130–138.

  20. Шидаков Ю.Х.-М., Шарова Е.В., Абдумаликова И.А., Мешанко Т.Р. Влияние рациона питания крыс на биохимический профиль крови и морфологию печени. Бюллетень науки и практики. 2020; 6 (2): 60–66.

  21. Новикова Л.Н. Ультраструктура гематолитического барьера в сосудистом сплетении боковых желудочков головного мозга кролика при острой ишемии. Журнал ГрГМУ. 2009; 2: 76–78.

  22. Коржевский Д.Е., Отеллин В.А. Структурные основы формирования гематоликворного барьера у человека. Успехи физиол. наук. 2002; 33 (4): 43–52.

  23. Bill B.R., Korzh V. Choroid plexus in developmental and evolutionary perspective. Front. Neurosci. 2014; 8: 363.

Поступила в редакцию 10.09.2023; принята 26.01.2024.

 

Авторский коллектив

Шувалова Мария Сергеевна – кандидат медицинских наук, заведующий отделом ординатуры, НОУ «Учебно-научно-производственный комплекс «Международный университет Кыргызстана». 720007, Кыргызстан, г. Бишкек, ул. Л. Толстого, 17а/1; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., 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 Российской Федерации Б.Н. Ельцина. 720000, Кыргызстан, г. Бишкек, ул. Киевская, 44; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-2779-5574

Жанузаков Дастан Замирович – аспирант кафедры хирургической стоматологии, ГОУ ВПО Кыргызско-Российский Славянский университет им. первого Президента Российской Федерации Б.Н. Ельцина. 720000, Кыргызстан, г. Бишкек, ул. Киевская, 44; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-6948-8265

Балыкин Михаил Васильевич – доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой адаптивной физической культуры, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет». 432017, Россия, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42; e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-2086-4581

 

Образец цитирования

Шувалова М.С., Шидаков Ю.Х.-М., Жанузаков Д.З., Балыкин М.В. Особенности ремоделирования сосудистого сплетения IV желудочка головного мозга и мозжечка крыс в зависимости от рациона кормления. Ульяновский медико-биологический журнал. 2024; 1: 172–183. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-1-172-183.