transmedТрансляционная медицинаTranslational Medicine2311-44952410-5155Almazov National Medical Research Centre, Saint Petersburg, Russia10.18705/2311-4495-2019-6-4-42-49transmed-494Research ArticleЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯExperimental studiesУльтраструктурные особенности сенсомоторного отдела коры головного мозга крыс с метаболическим синдромомThe ultrastructural features of sensorimotor cerebral cortex of rats with metabolic syndromehttps://orcid.org/0000-0002-2866-1017ЧистяковаО. В.ChistyakovaO. V.

Чистякова Оксана Викторовна - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник.

Пр. Тореза, д. 44, Санкт-Петербург, 194223

SPIN-код 7399-4496

Chistyakova Oxana V. - PhD, Senior Researcher.

Torez ave. 44, Saint Petersburg, 194223

chiosana@yandex.ruСуховИ. Б.SukhovI. B.

Сухов Иван Борисович - кандидат биологических наук, научный сотрудник.

Санкт-Петербург

Sukhov Ivan B. - PhD, Researcher.

Saint Petersburg

ПарамоноваН. М.ParamonovaN. M.

Парамонова Наталья Михайловна - научный сотрудник.

Санкт-Петербург

Paramonova Natalia M. – Researcher.

Saint Petersburg

ДеркачК. В.DerkachK. V.

Деркач Кира Викторовна - кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник.

Derkach Kira V. - PhD, Leading Researcher.

Saint Petersburg

ШпаковА. О.ShpakovA. O.

Шпаков Александр Олегович – доктор биологических наук, заведующий лабораторией молекулярной эндокринологии и нейрохимии.

Санкт-Петербург

Shpakov Alexander O. - PhD, Dr. Sc., Head of Laboratory of Molecular Endocrinology and Neurochemistry.

Saint Petersburg

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова Российской академии наукРоссияSechenov Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Russian Academy of SciencesRussian Federation201916102019644249Copyright © Чистякова О.В., Сухов И.Б., Парамонова Н.М., Деркач К.В., Шпаков А.О., 20192019Чистякова О.В., Сухов И.Б., Парамонова Н.М., Деркач К.В., Шпаков А.О.Chistyakova O.V., Sukhov I.B., Paramonova N.M., Derkach K.V., Shpakov A.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://transmed.almazovcentre.ru/jour/article/view/494Актуальность

Актуальность. Метаболический синдром (МС) характеризуется рядом патогенетических факторов, негативно влияющих на функции центральной нервной системы (ЦНС). Исследование ранних стадий ультраструктурных повреждений в ЦНС при МС важно для компенсации и предупреждения патологических состояний, приводящих к гипоксии головного мозга и когнитивным расстройствам.

Цель

Цель. Изучить морфологические характеристики тканей мозга и состояние церебральных капилляров сенсомоторного отдела неокортекса (I-VI слои) у крыс с МС, индуцированным длительной (15 недель) высокоуглевод-ной/высокожировой (ВУ/ВЖ) диетой.

Материалы и методы

Материалы и методы. Ультраструктурные исследования неокортекса проводили методом электронной микроскопии.

Результаты

Результаты. У МС-крыс выявлены умеренные деструктивные изменения компонентов нейроваскулярных единиц сенсомоторной области коры головного мозга. Независимо от реактивного ответа церебральных капилляров (вазодилатация/вазоконстрикция) на системную инсулиновую резистентность и гипергликемию у МС-крыс отмечали признаки дисфункции гематоэнцефалического барьера (ГЭБ): увеличение толщины и нарушение целостности базальной мембраны, микроклазматоз эндотелия, отек и деструкцию периваскулярной глии. Деструктивные изменения в церебральных капиллярах сочетались с увеличением в 2,3 раза числа нейровазальных контактов, возрастанием в 5 раз доли нейронов с признаками апоптоза и достоверным уменьшение на 13 % доли нормохромных нейронов.

Заключение

Заключение. У крыс с МС, индуцированным ВУ/ВЖ диетой, в сенсомоторном отделе неокортекса отмечены умеренная дисфункция ГЭБ и реактивные изменения нейронов и нейровазальных контактов, причиной которых могут являться характерные для МС гипергликемия, дислипиде-мия и системная инсулиновая резистентность.

Background

Background. Metabolic syndrome (MS) is characterized by a number of pathogenetic factors that adversely affect the function of the central nervous system (CNS). The study of early stages of ultrastructural damages in the CNS in the conditions of MS is important for compensation and prevention of pathological states leading to the brain hypoxia and cognitive disorders.

Objective

Objective. The aim was to investigate the morphological characteristics of the brain tissue and the cerebral capillaries in neocortex (the I-VI layers) sensorimotor region of rats with MS induced by a long-term (15 weeks) high-carbohydrate/high-fat (HC/HF) diet.

Design and methods

Design and methods. The neocortex ultrastructure was investigated using an electron microscopy.

Results

Results. The moderate destructive changes in the components of the neurovascular units of the sensorimotor region of the cerebral cortex were detected in MS rats. Regardless of the functional response of brain capillaries (vasodilatation / vasoconstriction) to systemic insulin resistance and hyperglycemia, the signs of blood-brain barrier (BBB) dysfunctions were detected in MS-rats, such as an increase in the thickness and the impaired integrity of the basement membrane, endothelial microclasmosis, edema, and the estruction of perivascular glia. The destructive changes in cerebral capillaries were combined with neuro-vasal contacts increased 2,3 times, the proportion of apoptotic neurons increased 5 times and the proportion of normochromic neurons accurately reduced by 13 %.

Conclusion

Conclusion. In neocortex sensorimotor region of rats with MS induced by the HC/HF diet, the moderate dysfunction of the BBB and the reactive changes in neurons and neuro-vasal contacts were shown, and the cause of which may be hyperglycemia, dyslipidemia, and systemic insulin resistance typical for MS.

метаболический синдромгипергликемиянейроваскулярная единицавазокон-стрикциявазодилатацияmetabolic syndromeneocortex sensorimotor regionhyperglycemianeurovascular unitvasoconstrictionvasodilationРабота выполнена с использованием средств государственного бюджета по госзаданию Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (№ АААА-А18-118012290427). Электронный микроскоп предоставлен центром коллективного пользования ИЭФБ РАНReferencesdel Zoppo GJ. The Neurovascular Unit in the Setting of Stroke. J Intern Med. 2010;267(2):156-171.del Zoppo GJ. The Neurovascular Unit in the Setting of Stroke. J Intern Med. 2010;267(2):156-171.Zhao Z, Nelson AR, Betsholtz C et al. Establishment and Dysfunction of the Blood-Brain Barrier. Cell. 2015;163(5):1064-1078.Zhao Z, Nelson AR, Betsholtz C et al. Establishment and Dysfunction of the Blood-Brain Barrier. Cell. 2015;163(5):1064-1078.Чистякова О. В., Сухов И. Б., Шпаков А. О. Метаболический синдром: причинно-следственные отношения между окислительным стрессом и хроническим воспалением. Российский физиологический журнал им. И. М. Сеченова. 2018;104(2):138-155.Chistyakova OV, Sukhov IB, Shpakov AO. Metabolic Syndrome: Relationship Between Oxidative Stress and Chronic Inflammation. Rossijskij fiziologicheskij zhurnal im. I. M. Sechenova=Sechenov Russian Physiological Journal. 2018;104(2):138-155. In RussianMarseglia L, Manti S, D’Angelo G et al. Oxidative Stress in Obesity: A Critical Component in Human Diseases. Int J Mol Sci. 2014;16(1):378-400.Marseglia L, Manti S, D’Angelo G et al. Oxidative Stress in Obesity: A Critical Component in Human Diseases. Int J Mol Sci. 2014;16(1):378-400.Obadia N, Lessa MA, Daliry A et al. Cerebral Microvascular Dysfunction in Metabolic Syndrome is Exacerbated by Ischemia-Reperfusion Injury. BMC Neurosci. 2017;18(1):67.Obadia N, Lessa MA, Daliry A et al. Cerebral Microvascular Dysfunction in Metabolic Syndrome is Exacerbated by Ischemia-Reperfusion Injury. BMC Neurosci. 2017;18(1):67.Bogush M, Heldt NA, Persidsky Y. Blood Brain Barrier Injury in Diabetes: Unrecognized Effects on Brain and Cognition. J Neuroimmune Pharmacol. 2017;12(4):593-601.Bogush M, Heldt NA, Persidsky Y. Blood Brain Barrier Injury in Diabetes: Unrecognized Effects on Brain and Cognition. J Neuroimmune Pharmacol. 2017;12(4):593-601.Peterson EC, Wang Z, Britz G. Regulation of Cerebral Blood Flow. Int J Vasc Med. 2011;20U:823525.Peterson EC, Wang Z, Britz G. Regulation of Cerebral Blood Flow. Int J Vasc Med. 2011;20U:823525.Деркач К. В., Бондарева В. М., Трашков А. П. и др. Метаболические и гормональные показатели у крыс с пролонгированной моделью метаболического синдрома, индуцированной высокоуглеводной и высокожировой диетой. Успехи геронтологии. 2017;30(1):31-38.Derkach KV, Bondareva VM, Trashkov AP et al. Metabolic and Hormonal Indices in Rats with Prolonged Model of Metabolic Syndrome Induced by High-Carbohydrate and High-Fat Diet. Uspekhi gerontologii=Advances in Gerontology. 2017;30(1):31-38. In RussianPaxinos G, Watson Ch. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. 6th Edition. Academic Press, 2007. p. 456.Paxinos G, Watson Ch. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. 6th Edition. Academic Press, 2007. p. 456.Michinaga S, Koyama Y. Dual Roles of Astrocyte-Derived Factors in Regulation of Blood-Brain Barrier Function after Brain Damage. Int J Mol Sci. 2019;20(3). pii:E571.Michinaga S, Koyama Y. Dual Roles of Astrocyte-Derived Factors in Regulation of Blood-Brain Barrier Function after Brain Damage. Int J Mol Sci. 2019;20(3). pii:E571.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.