microcirculationРегионарное кровообращение и микроциркуляцияRegional blood circulation and microcirculation1682-66552712-9756Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University10.24884/1682-6655-2022-21-2-37-42microcirculation-1071Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ)ORIGINAL ARTICLES (EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS)Особенности экспрессии nNOS и NeuN в коре головного мозга у крыс с разным уровнем когнитивных способностей при церебральной гипоперфузии с кратковременной физической нагрузкойThe nNOS and NeuN expression aspects in the cerebral cortex of rats with different cognitive abilities in cerebral hypoperfusion with short-term physical exerciseКриштопВ. В.СhrishtopV. V.

Криштоп Владимир Владимирович – канд. мед. наук, ординарный доцент

191024, Россия, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9

Сhrishtop Vladimir V. – PhD

9, Lomonosova str., Saint Petersburg, Russia, 191024

chrishtop@scamt-itmo.ruРумянцеваТ. А.RumyantsevaT. A.

Румянцева Татьяна Анатольевна – д-р мед. наук, зав. кафедрой анатомии человека

153000, Россия, г. Ярославль, Революционная ул., д. 5

Rumyantseva Tatiana A. – MD, professor

5, Revolyutsionnaya str., Yaroslavl, Russia, 153000

rum-yar@mail.ruНиконороваВ. Г.NikonorovaV. G.

Никонорова Варвара Геннадьевна – преподаватель, факультет биотехнологий

191024, Россия, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д. 9

Nikonorova Varvara G.

9, Lomonosova str., Saint Petersburg, Russia, 191024

bgnikon@gmail.comПожиловД. А.PozhilovD. A.

Пожилов Дмитрий Алексеевич – ассистент кафедры анатомии человека

153000, Россия, г. Ярославль, Революционная ул., д. 5

Pozhilov Dmitry A.

5, Revolyutsionnaya str., Yaroslavl, Russia, 153000

dmitry.oldman@yandex.ruФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО» Министерства образования и науки Российской ФедерацииРоссияITMO UniversityRussian FederationФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ярославский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияYaroslavl State Medical UniversityRussian Federation2022050720222123742Copyright © Криштоп В.В., Румянцева Т.А., Никонорова В.Г., Пожилов Д.А., 20222022Криштоп В.В., Румянцева Т.А., Никонорова В.Г., Пожилов Д.А.Сhrishtop V.V., Rumyantseva T.A., Nikonorova V.G., Pozhilov D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.microcirc.ru/jour/article/view/1071Введение

Введение. Физические нагрузки часто используются в реабилитационных мероприятиях для восстановления когнитивных функций после нарушения церебрального кровотока, однако типологические особенности, такие как исходный уровень когнитивных способностей, могут изменять их эффективность.

Цель – оценить экспрессию nNOS и NeuN в коре больших полушарий при развитии церебральной гипоперфузии у крыс с различными результатами в лабиринте Морриса.

Материалы и методы

Материалы и методы. Церебральная гипоперфузия моделировалась двусторонней перевязкой общих сонных артерий. До операции крысы Вистар делились на равные подгруппы с высоким (ВУК) и низким уровнем когнитивных способностей (НУК) по результатам тестирования в лабиринте Мориса. Животных выводили из эксперимента на 8-е, 21-е, 35-е, 60-е и 90-е сутки после операции, всего 184 крысы, из которых 24 составили группу контроля, 80 – подгруппу церебральная гипоперфузия, 80 животных ежедневно, начиная с 7-х суток эксперимента подвергались кратковременному плаванию.

Результаты

Результаты. Выявлено, при церебральной гипоперфузии изменения со стороны животных с ВУК возникают раньше, уже на 8-е сутки эксперимента, и сопровождаются более интенсивным снижением численной плотности nNOS позитивных нейронов – до 47 % от показателей контроля, длины отростков и ростом площади перикариона. У НУК снижение численной плотности достигает только 75 % от показателей контроля, а площадь перикариона не отличается от контрольных значений. В более поздние сроки, 60 и 90 суток эксперимента, НУК характеризуется сохранностью численной плотности нейронов и бóльшей длиной их отростков (67 % от показателей подгруппы контроля).

Заключение

Заключение. ВУК является фактором риска повреждения nNOS-позитивных нейронов при церебральной гипоперфузии. Физическая нагрузка более эффективно снижает экспрессию nNOS у животных с ВУК, что может быть одним из саногенетических механизмов этого фактора.

Introduction

Introduction. Physical activity is often used in rehabilitation to restore cognitive function after cerebral blood flow impairment and typological features like baseline cognitive ability may alter their effectiveness.

The aim was to evaluate the expression of nNOS and NeuN in the large hemisphere cortex in the cerebral hypoperfusion occurrence in rats having different scores in the Morris maze.

Materials and methods

Materials and methods. Cerebral hypoperfusion was simulated by bilateral ligation of the common carotid arteries. Before surgery, Wistar rats were divided into equal subgroups with high (HCA) and low levels of cognitive ability (LCA) according to the results of Morris maze testing. Animals were removed from the experiment at 8, 21, 35, 60, and 90 days after surgery, a total of 184 rats, 24 formed the control group and 80 formed the cerebral hypoperfusion subgroup with 80 animals undergoing short-term swimming daily starting on day 7 of the experiment.

Results

Results. We revealed the earlier changes in HCA animals (8th day of the experiment) induced by cerebral hypoperfusion accompanied by a more intense nNOS-positive neurons density reduction to 47 % of control values, the length of their processes, and an increase in pericarion area. In LCA the decrease of density was only 75 % of control values and pericarion area does not differ from control values. At later periods on the 60 and 90 days of the experiment LCA demonstrates the preservation of the neurons density and greater length of their processes (67 % of the control subgroup values).

Conclusion

Conclusion. HCA is a risk factor for damage of nNOS-positive neurons in cerebral hypoperfusion. Physical exercise more effectively decreases nNOS expression in animals with HCA, which may be one of the sanogenetic mechanisms of this factor.

nNOSNeuNкора головного мозгацеребральная гипоперфузияфизическая нагрузкаnNOSNeuNcerebral cortexcerebral hypoperfusionexerciseReferencesCrosson B, Hampstead B, Krishnamurthy L et al. Advances in neurocognitive rehabilitation research from 1992 to 2017: The ascension of neural plasticity // Neuropsychology. 2017;31(8):900–920. Doi. 10.1037/neu0000396.Crosson B, Hampstead B, Krishnamurthy L et al. Advances in neurocognitive rehabilitation research from 1992 to 2017: The ascension of neural plasticity // Neuropsychology. 2017;31(8):900–920. Doi. 10.1037/neu0000396.Morris T, Gomes Osman J, Tormos Muñoz J et al. The role of physical exercise in cognitive recovery after traumatic brain injury: A systematic review // Restor Neurol Neurosci. 2016;34(6):977–988. Doi: 10.3233/RNN-160687.Morris T, Gomes Osman J, Tormos Muñoz J et al. The role of physical exercise in cognitive recovery after traumatic brain injury: A systematic review // Restor Neurol Neurosci. 2016;34(6):977–988. Doi: 10.3233/RNN-160687.Rocha M, Caldwell H, Gliemann L. How do we kNOw the individual contribution of eNOS and nNOS for cerebral blood flow regulation? // J Physiol. 2022;600(1):3–4. Doi: 10.1113/JP282504.Rocha M, Caldwell H, Gliemann L. How do we kNOw the individual contribution of eNOS and nNOS for cerebral blood flow regulation? // J Physiol. 2022;600(1):3–4. Doi: 10.1113/JP282504.Stenling A, Sörman D, Lindwall M et al. Physical activity and cognitive function: between-person and within-person associations and moderators // Neuropsychol Dev Cogn B Aging Neuropsychol Cogn. 2021;28(3):392–417. Doi: 10.1080/13825585.2020.1779646.Stenling A, Sörman D, Lindwall M et al. Physical activity and cognitive function: between-person and within-person associations and moderators // Neuropsychol Dev Cogn B Aging Neuropsychol Cogn. 2021;28(3):392–417. Doi: 10.1080/13825585.2020.1779646.Greendale G, Han W, Huang M et al. Longitudinal Assessment of Physical Activity and Cognitive Outcomes Among Women at Midlife // JAMA Netw Open. 2021;4(3):e213227. Doi: 10.1001/jamanetworkopen.2021.3227.Greendale G, Han W, Huang M et al. Longitudinal Assessment of Physical Activity and Cognitive Outcomes Among Women at Midlife // JAMA Netw Open. 2021;4(3):e213227. Doi: 10.1001/jamanetworkopen.2021.3227.Криштоп В. В., Никонорова В. Г., Румянцева Т. А. Изменения клеточного состава коры головного мозга у крыс с разным уровнем когнитивных функций при церебральной гипоперфузии // Журн. анатомии и гистопатологии. – 2019. – Т. 8. – № 4. – С. 22–29.Crishtop VV, Nikonorova VG, Rumyantseva TA. Izmeneniya kletochnogo sostava kory golovnogo mozga u krys s raznym urovnem kognitivnykh funktsiy pri tserebral’noy gipoperfuzii // Zhurnal anatomii i gistopatologii. 2019;8(4):22–29. (In Russ.). Doi: 10.18499/2225-7357-2019-8-4-22-29.Методические особенности применения водного лабиринта Морриса для оценки когнитивных функций у животных / А. Л. Ивлиева, Е. Н. Петрицкая, Д. А. Рогаткин, В. А. Демин // Рос. физиолог. журн. им. И. М. Сеченова. – 2016. – Т. 102, № 1. – С. 3–17.Ivlieva AL, Petritskaya EN, Rogatkin DA, Demin VA. Metodicheskie osobennosti primeneniya vodnogo labirinta Morrisa dlya ocenki kognitivnyh funkcij u zhivotnyh [Methodical features of the application of Morris water maze for estimation of cognitive functions in animals] // Russian physiological journal named after I.M. Sechenov. 2016;102(1):3–17. (In Russ.).Chrishtop V, Nikonorova V, Gutsalova A, et al. Systematic comparison of basic animal models of cerebral hypoperfusion // Tissue Cell. 2021;(23):101715. Doi: 10.1016/j.tice.2021.101715.Chrishtop V, Nikonorova V, Gutsalova A, et al. Systematic comparison of basic animal models of cerebral hypoperfusion // Tissue Cell. 2021;(23):101715. Doi: 10.1016/j.tice.2021.101715.Shansky R, Murphy A. Considering sex as a biological variable will require a global shift in science culture // Nat Neurosci. 2021;24(4):457–464. Doi: 10.1038/s41593-021-00806-8.Shansky R, Murphy A. Considering sex as a biological variable will require a global shift in science culture // Nat Neurosci. 2021;24(4):457–464. Doi: 10.1038/s41593-021-00806-8.Гусельникова В. В., Коржевский Д. Э. NeuN – нейрональный ядерный антиген и маркер дифференцировки нервных клеток // Acta Naturae (русскояз. версия). – 2015. – Т. 7, № 2(25). – С. 46–51.Gusel’nikova VV, Korzhevskiy DE. NeuN – neyronal’nyy yadernyy antigen i marker differentsirovki nervnykh kletok // Acta Naturae (russkoyazychnaya versiya). 2015;7(2(25)):46–51. (In Russ.)Farkas E, Luiten P, Bari F. Permanent, bilateral common carotid artery occlusion in the rat: A model for chronic cerebral hypoperfusion-related neurodegenerative diseases // Brain research reviews. 2007;(54):162–180.Farkas E, Luiten P, Bari F. Permanent, bilateral common carotid artery occlusion in the rat: A model for chronic cerebral hypoperfusion-related neurodegenerative diseases // Brain research reviews. 2007;(54):162–180.Stenling A, Sörman D, Lindwall M, et al. Physical activity and cognitive function: between-person and within-person associations and moderators // Neuropsychol Dev Cogn B Aging Neuropsychol Cogn. 2021;28(3):392–417. Doi: 10.1080/13825585.2020.1779646.Stenling A, Sörman D, Lindwall M, et al. Physical activity and cognitive function: between-person and within-person associations and moderators // Neuropsychol Dev Cogn B Aging Neuropsychol Cogn. 2021;28(3):392–417. Doi: 10.1080/13825585.2020.1779646.Bilang-Bleuel A, Rech J, De Carli D, et al. Forced swimming evokes a biphasic response in CREB phosphorylation in extrahypothalamic limbic and neocortical brain structures in the rat // Eur J Neurosci. 2002;15(6):1048–1060.Bilang-Bleuel A, Rech J, De Carli D, et al. Forced swimming evokes a biphasic response in CREB phosphorylation in extrahypothalamic limbic and neocortical brain structures in the rat // Eur J Neurosci. 2002;15(6):1048–1060.Chen R, Gong P, Tao T et al. O-GlcNAc Glycosylation of nNOS Promotes Neuronal Apoptosis Following Glutamate Excitotoxicity // Cell Mol Neurobiol. 2017;37(8):1465–1475. Doi: 10.1007/s10571-017-0477-1.Chen R, Gong P, Tao T et al. O-GlcNAc Glycosylation of nNOS Promotes Neuronal Apoptosis Following Glutamate Excitotoxicity // Cell Mol Neurobiol. 2017;37(8):1465–1475. Doi: 10.1007/s10571-017-0477-1.Chrishtop V, Tomilova I, Rumyantseva T et al. The Effect of Short-Term Physical Activity on the Oxidative Stress in Rats with Different Stress Resistance Profiles in Cerebral Hypoperfusion // Molecular Neurobiology. 2020;57(7):3014–3026. Doi:10.1007/s12035-020-01930-5.Chrishtop V, Tomilova I, Rumyantseva T et al. The Effect of Short-Term Physical Activity on the Oxidative Stress in Rats with Different Stress Resistance Profiles in Cerebral Hypoperfusion // Molecular Neurobiology. 2020;57(7):3014–3026. Doi:10.1007/s12035-020-01930-5.Zhang D, Wang H, Liu H, et al. nNOS Translocates into the Nucleus and Interacts with Sox2 to Protect Neurons Against Early Excitotoxicity via Promotion of Shh Transcription // Mol Neurobiol. 2016;53(9):6444–6458. Doi: 10.1007/s12035-015-9545-z.Zhang D, Wang H, Liu H, et al. nNOS Translocates into the Nucleus and Interacts with Sox2 to Protect Neurons Against Early Excitotoxicity via Promotion of Shh Transcription // Mol Neurobiol. 2016;53(9):6444–6458. Doi: 10.1007/s12035-015-9545-z.

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