microcirculationРегионарное кровообращение и микроциркуляцияRegional blood circulation and microcirculation1682-66552712-9756Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University10.24884/1682-6655-2022-21-3-64-71microcirculation-1103Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ)ORIGINAL ARTICLES (EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS)Морфофункциональное состояние микроглии и нейронов гиппокампа у возрастных крыс после анестезии хлоралгидратомMorphofunctional state of microglia and hippocampal neurons in aged rats after anesthesia with chloral hydrateЩербакН. С.ShcherbakN. S.

Щербак Наталия Сергеевна – д-р биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории неотложной кардиологии НИИ сердечно-сосудистых заболеваний, старший научный сотрудник лаборатории биофизики кровообращения Института биомедицины

197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого д. 6/8

Shcherbak Natalia S. – Doctor of Biological Sciences, Senior Researcher Urgent Cardiology Laboratory of Institute of Cardiovascular Diseases, Senior Researcher Blood Circulation Biophysics Laboratory of Institute of Biomedicine

6-8, L’va Tolstogo street, Saint Petersburg, 197022

ShcherbakNS@yandex.ruЮкинаГ. Ю.YukinaG. Yu.

Юкина Галина Юрьевна – канд. биол. наук, зав. научной лабораторией патоморфологии Научно-клинического центра патоморфологии

197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого д. 6/8

Yukina Galina Yu. – Candidate of Biological Sciences, Head of the Laboratory of Pathomorphology of the Research Center

6-8, L’va Tolstogo street, Saint Petersburg, 197022

pipson@inbox.ruГурбоА. Г.GurboA. G.

Гурбо Анна Геннадьевна – лаборант-исследователь научно-исследовательского отдела микроциркуляции и метаболизма миокарда Института экспериментальной медицины

197341, Санкт-Петербург, ул. Аккуратова, д. 2

Gurbo Anna G. – laborant-researcher of the laboratory of Microcirculation and Myocardial Metabolism of the Institute of Experimental Medicine

2, Akkuratova str., Saint Petersburg, 197341

rusak.92.92@mail.ruСухоруковаЕ. Г.SukhorukovaE. G.

Сухорукова Елена Геннадьевна – канд. мед. наук, старший научный сотрудник научной лаборатории патоморфологии Научно-клинического центра патоморфологии

197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого д. 6/8

Sukhorukova Elena. G. – Candidate of Medical Sciences, Senior Researcher of the Laboratory of Pathomorphology of the Research Center

6-8, L’va Tolstogo street, Saint Petersburg, 197022

len48@inbox.ruСаргсянА. Г.SargsianA. G.

Саргсян Ангелина Гагиковна – студентка VI курса Лечебного факультета

197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого д. 6/8

Sargsian Angelina G. – 6-year student of the Faculty of Medicine

6-8, L’va Tolstogo street, Saint Petersburg, 197022

sargsyanangelina@yahoo.comТомсонВ. В.ThomsonV. V.

Томсон Владимир Викторович – д-р мед. наук, профессор, директор Научно-исследовательского центра

197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого д. 6/8

Thomson Vladimir V. – Doctor of Medical Sciences, Professor, Director of the Research Center

6-8, L’va Tolstogo street, Saint Petersburg, 197022

nic.spb@mail.ruГалагудзаМ. М.GalagudzaM. M.

Галагудза Михаил Михайлович – д-р мед. наук, профессор, член-корреспондент РАН, директор Института экспериментальной медицины; профессор кафедры патофизиологии с курсом клинической патофизиологии

197022, Санкт-Петербург, ул. Льва Толстого д. 6/8

197341, Санкт-Петербург, ул. Аккуратова, д. 2

Galagudza Mikhail M. – Doctor of Medical Sciences, Professor, Corresponding Member, Russian Academy of Sciences, Director of the Institute of Experimental Medicine; Professor of the Department of Pathophysiology

6-8, L’va Tolstogo street, Saint Petersburg, 197022

2, Akkuratova str., Saint Petersburg, 197341

galagoudza@mail.ruФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияPavlov UniversityRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени В. А. Алмазова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияAlmazov National Medical Research CentreRussian FederationФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И. П. Павлова» Министерства здравоохранения Российской Федерации; Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени В. А. Алмазова» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияPavlov University; Almazov National Medical Research CentreRussian Federation2022121020222136471Copyright © Щербак Н.С., Юкина Г.Ю., Гурбо А.Г., Сухорукова Е.Г., Саргсян А.Г., Томсон В.В., Галагудза М.М., 20222022Щербак Н.С., Юкина Г.Ю., Гурбо А.Г., Сухорукова Е.Г., Саргсян А.Г., Томсон В.В., Галагудза М.М.Shcherbak N.S., Yukina G.Y., Gurbo A.G., Sukhorukova E.G., Sargsian A.G., Thomson V.V., Galagudza M.M.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/1103

Введение. Успешность транслирования результатов фундаментальных исследований в клиническую практику определяется достаточно большим количеством составляющих, включая возраст экспериментальных животных и использованный наркоз. В качестве анестетика в доклинических исследованиях достаточно часто применяют хлоралгидрат, при этом его воздействие на морфофункциональные характеристики гиппокампа у возрастных животных остается неизученным, что может приводить к существенному искажению и неправильной трактовке полученных результатов. Цель – морфофункциональная оценка состояния нейронов и микроглии в слоях СА1, СА2, СА3 и СА4 полей гиппокампа при анестезии хлоралгидратом у возрастных крыс. Материалы и методы. Самцам крыс Вистар в возрасте 24 месяцев вводили хлоралгидрат в дозе 400 мг/ кг. В ранний (2 суток) период после анестезии хлоралгидратом методами гистологического, иммуногистохимического и морфометрического анализа качественно и количественно оценивали морфофункциональное состояние нейронов и реакцию микроглии в краевом, пирамидном и молекулярном слоях полей СА1, СА2, СА3 и СА4 гиппокампа. Результаты. Показано, что через 48 ч после анестезии хлоралгидратом у 24-месячных крыс Вистар изменения морфофункционального состояния пирамидного слоя гиппокампа характеризовались значимыми снижением количества нейронов в полях СА1 и СА3 с двумя ядрышками на 42 и 54 % соответственно и уменьшением ширины слоя полей СА1 и СА3 и СА4 на 27, 29 и 21 % соответственно, при сравнении с аналогичными показателями в контрольной группе (Р<0,05). Реакция микроглии во всех слоях полей СА1, СА2, СА3 и СА4 гиппокампа выражалась трансформацией клеточного тела и отростков Iba-1-позитивных микроглиоцитов и значимым увеличением экспрессии белка Iba-1, по сравнению с таковым у животных без применения хлоралгидрата (Р<0,05). Заключение. Однократное применение хлоралгидрата в дозе, необходимой для достижения наркоза у возрастных крыс Вистар без модельного хирургического вмешательства приводит к морфофункциональным изменениям нейронов в наиболее уязвимых полях гиппокампа с одновременной активацией микроглии во всех полях, это обстоятельство необходимо учитывать при проведении поисковых фундаментальных работ и доклинических исследований.

Introduction. Successful translating of the fundamental research results into clinical practice is determined by a sufficiently large number of components, including the age of experimental animals and the anesthesia used. Chloral hydrate is often used as an anesthetic in preclinical studies, while its effect on the morphofunctional characteristics of the hippocampus in aged animals remains unexplored, which can lead to significant distortion and incorrect interpretation of the obtain results. Objective – morphofunctional assessment of the neurons and microglia in the layers of CA1, CA2, CA3 and CA4 fields of the hippocampus in aged rats anesthetized with chloral hydrate. Materials and methods. Male Wistar rats at the age of 24 months were anesthetized with chloral hydrate (400 mg/kg). In the early (2 days) period after chloral hydrate anesthesia, the morphofunctional state of neurons and the reaction of microglia were qualitatively and quantitatively assessed by histological, immunohistochemical, and morphometric analysis in the marginal, pyramidal, and molecular layers of fields CA1, CA2, CA3, and CA4 of the hippocampus. Results. 48 hours after 24-month-old Wistar rats were anesthetized with chloral hydrate, changes in the morphofunctional state of the pyramidal layer of the hippocampus were shown to be characterized by a significant decrease in the number of neurons in fields CA1 and CA3 with two nucleoli by 42 and 54 %, respectively, and a decrease in the width of the layer of fields CA1 and CA3 and CA4 by 27, 29 and 21 %, respectively, compared with similar indicators in the control group (P<0.05). In all layers of fields CA1, CA2, CA3 and CA4 of hippocampus, microglia reacted by the transformation of Iba-1-positive microgliocytes body and processes and a significant increase of the Iba-1 protein expression compared to the animals without administration of chloral hydrate (P<0.05). Conclusions. A single chloral hydrate dose administration necessary to anesthetized the aged Wistar rats without model surgery leads to morphofunctional changes in neurons in the most vulnerable fields of the hippocampus with simultaneous activation of microglia in all fields. This circumstance must be taken into account when conducting basic research and preclinical studies.

хлоралгидраткрысыгиппокампIba-1старениеchloral hydrateratshippocampusIba-1agingРабота выполнена в рамках темы государственного задания.The work was carried out within the framework of the topic of the state task.ReferencesКуклин В. Н. Возрастные изменения физиологии систем кровообращения и дыхания и особенности анестезиологического обеспечения пациентам старше 60 лет // Вестн. интенсив. терапии им. А. И. Салтанова. – 2019. – № 4. – С. 47–57. Doi: 10.21320/1818-474X-2019-4-47-57.Kuklin VN. Age-related changes in physiology of blood circulation, breath and appropriate anaesthetic considerations in patients older than 60 years. Review // Annals of Critical Care. 2019;(4):47–57. (In Russ.). Doi: 10.21320/1818-474X-2019-4-47-57.Strоm C, Rasmussen LS. Challenges in anaesthesia for elderly // Singapore Dent J. 2014;(35):23–29. Doi: 10.1016/j.sdj.2014.11.003.Strоm C, Rasmussen LS. Challenges in anaesthesia for elderly // Singapore Dent J. 2014;(35):23–29. Doi: 10.1016/j.sdj.2014.11.003.Moller JT, Cluitmans P, Rasmussen LS, Houx P, Rasmussen H, Canet J, Rabbitt P, Jolles J, Larsen K, Hanning CD, Langeron O, Johnson T, Lauven PM, Kristensen PA, Biedler A, van Beem H, Fraidakis O, Silverstein JH, Beneken JE, Gravenstein JS. Long-term postoperative cognitive dysfunction in the elderly ISPOCD1 study. ISPOCD investigators. International Study of Post-Operative Cognitive Dysfunction / Lancet. 1998;(251):857–861. Doi: 10.1016/s0140-6736(97)07382-0.Moller JT, Cluitmans P, Rasmussen LS, Houx P, Rasmussen H, Canet J, Rabbitt P, Jolles J, Larsen K, Hanning CD, Langeron O, Johnson T, Lauven PM, Kristensen PA, Biedler A, van Beem H, Fraidakis O, Silverstein JH, Beneken JE, Gravenstein JS. Long-term postoperative cognitive dysfunction in the elderly ISPOCD1 study. ISPOCD investigators. International Study of Post-Operative Cognitive Dysfunction / Lancet. 1998;(251):857–861. Doi: 10.1016/s0140-6736(97)07382-0.El Falougy H, Kubikova E, Benuska J. The microscopical structure of the hippocampus in the rat // Bratisl Lek Listy. 2008;109(3):106–110.El Falougy H, Kubikova E, Benuska J. The microscopical structure of the hippocampus in the rat // Bratisl Lek Listy. 2008;109(3):106–110.Shcherbak NS, Yukina GYu, Gurbo AG, Sukhorukova EG, Sargsian AG, Barantsevich ER, Thomson VV, Galagudza MM. Reaction of Microglia and Neurons of the Hippocampal CA1 Field to Chloral Hydrate in Old Rats //Advances in Gerontology. 2021;11(4):341–345. Doi: 10.1134/S2079057021040123.Shcherbak NS, Yukina GYu, Gurbo AG, Sukhorukova EG, Sargsian AG, Barantsevich ER, Thomson VV, Galagudza MM. Reaction of Microglia and Neurons of the Hippocampal CA1 Field to Chloral Hydrate in Old Rats //Advances in Gerontology. 2021;11(4):341–345. Doi: 10.1134/S2079057021040123.Choi J, Lee CH, Hwang IK. et al. Age-related changes in ionized calcium-binding adapter molecule 1 immunoreactivity and protein level in the gerbil hippocampal CA1 region // J. Vet. Med. Sci. 2007;69(11):1131–1136. Doi: 10.1292/jvms.69.1131.Choi J, Lee CH, Hwang IK. et al. Age-related changes in ionized calcium-binding adapter molecule 1 immunoreactivity and protein level in the gerbil hippocampal CA1 region // J. Vet. Med. Sci. 2007;69(11):1131–1136. Doi: 10.1292/jvms.69.1131.Takeda A, Takada S, Nakamura M, Suzuki M, Tamano H, Ando M, Oku N. Transient increase in Zn2+ in hippocampal CA1 pyramidal neurons causes reversible memory deficit // PLoS One. 2011;6(12):e28615. Doi: 10.1371/journal.pone.0028615.Takeda A, Takada S, Nakamura M, Suzuki M, Tamano H, Ando M, Oku N. Transient increase in Zn2+ in hippocampal CA1 pyramidal neurons causes reversible memory deficit // PLoS One. 2011;6(12):e28615. Doi: 10.1371/journal.pone.0028615.Leranth C. Ribak CE. Calcium-binding proteins are concentrated in the CA2 field of the monkey hippocampus: a possible key to this region’s resistance to epileptic damage // Exp Brain Res. 1991;85(1):129–136. Doi: 10.1007/BF00229993.Leranth C. Ribak CE. Calcium-binding proteins are concentrated in the CA2 field of the monkey hippocampus: a possible key to this region’s resistance to epileptic damage // Exp Brain Res. 1991;85(1):129–136. Doi: 10.1007/BF00229993.Slomianka L, Drenth T, Cavegn N, Menges D, Lazic SE, Phalanndwa M, Chimimba CT, Amrein I. The hippocampus of the eastern rock sengi: cytoarchitecture, markers of neuronal function, principal cell numbers, and adult neurogenesis // Front Neuroanat. 2013;29(7):34. Doi: 10.3389/fnana.2013.00034.Slomianka L, Drenth T, Cavegn N, Menges D, Lazic SE, Phalanndwa M, Chimimba CT, Amrein I. The hippocampus of the eastern rock sengi: cytoarchitecture, markers of neuronal function, principal cell numbers, and adult neurogenesis // Front Neuroanat. 2013;29(7):34. Doi: 10.3389/fnana.2013.00034.Vachon P, Faubert S, Blais D, Comtois A, Bienvenu JG. A pathophysiological study of abdominal organs following intraperitoneal injections of chloral hydrate in rats: comparison between two anaesthesia protocols // Lab Anim. 2000;34(1):84–90. Doi: 10.1258/002367700780578082.Vachon P, Faubert S, Blais D, Comtois A, Bienvenu JG. A pathophysiological study of abdominal organs following intraperitoneal injections of chloral hydrate in rats: comparison between two anaesthesia protocols // Lab Anim. 2000;34(1):84–90. Doi: 10.1258/002367700780578082.Erdő F, Denes L, de Lange E. Age-associated physiological and pathological changes at the blood-brain barrier: A review // J. Cerebral Blood Flow &Metabolism. 2017;37(1):4–24. Doi: 10.1177/0271678X16679420.Erdő F, Denes L, de Lange E. Age-associated physiological and pathological changes at the blood-brain barrier: A review // J. Cerebral Blood Flow &Metabolism. 2017;37(1):4–24. Doi: 10.1177/0271678X16679420.Щербак Н. С., Кузьменко Н. В., Плисс М. Г. Влияние хлоралгидрата на показатели гемодинамики и поведенческие реакции у старых крыс // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. – 2019. – Т. 105, № 7. – С. 913–922.Shcherbak NS, Kuz’menko NV, Pliss MG. Vliyaniye khloralgidrata na pokazateli gemodinamiki i povedencheskiye reaktsii u starykh krys. Ros. fiziol. zhurn. im. I. M. Sechenova. 2019;105(7):913–922. (In Russ.)]. Doi: 10.1134/S0869813919070094.Коржевский Д. Э., Григорьев И. П., Отеллин В. А. Применение обезвоживающих фиксаторов, содержащих соли цинка, в нейрогистологических исследованиях // Морфология. – 2006. – Т. 129, № 1. – С. 85–86.Korzhevskii DE, Grigor’ev IP, Otellin VA. Use of zinc-containing dehydrating fixatives for neurohistological studies // Morfologiia. 2006; 129(1): 85–86. (In Russ.).Grigorev I. P., Korzhevskii D. E. Current technologies for fixation of biological material for immunohistochemical analysis (review) // Sovremennye tehnologii v medicine. 2018;10(2): 156–165. Doi: 10.17691/stm2018.10.2.19.Grigorev I. P., Korzhevskii D. E. Current technologies for fixation of biological material for immunohistochemical analysis (review) // Sovremennye tehnologii v medicine. 2018;10(2): 156–165. Doi: 10.17691/stm2018.10.2.19.Paxinos G. Watson Ch. The rat brain in stereotaxic coordinates. New-York, Academic Press, 1998.Paxinos G. Watson Ch. The rat brain in stereotaxic coordinates. New-York, Academic Press, 1998.Влияние ишемического посткондиционирования на реакцию микроглии неокортекса при глобальной ишемии головного мозга у крыс / Н. С. Щербак, Г. Ю. Юкина, Е. Г. Сухорукова, В. В. Томсон // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. – 2020. – № 19 (2). – С. 59–66.Shcherbak NS, Yukina GYU, Sukhorukova YeG, Tomson VV. Vliyaniye ishemicheskogo postkonditsionirovaniya na reaktsiyu mikroglii neokorteksa pri global’noy ishemii golovnogo mozga u krys // Regionarnoye krovoobrashcheniye i mikrotsirkulyatsiya. 2020;19(2):59–66. (In Russ.). Doi: 10.24884/1682-6655-2020-19-2-59-66.Юкина Г. Ю., Белозерцева И. В., Полушин Ю. С. и др. Структурно-функциональная перестройка нейронов гиппокампа после операции под анестезией севофлураном (экспериментальное исследование) // Вестн. анестезиологии и реаниматологии. –2017. – Т. 14, № 6. – С. 65–72. Doi: 10.21292/2078-5658-2017-14-6-65-72.Yukina GYU, Belozertseva IV, Polushin YUS. Tomson VV, Polushin AYU, Yanishevskiy SN, Krivov VO. Strukturno-funktsional’naya perestroyka neyronov gippokampa posle operatsii pod anesteziyey sevofluranom (eksperimental’noye issledovaniye) // Vestnik anesteziologii i reanimatologii. 2017;14(6):65–72. (In Russ.). Doi: 10.21292/2078-5658-2017-14-6-65-72.Bianchi SL, Tran T, Liu CL, Lin S, Li Y, Keller JM, Eckenhoff RG, Eckenhoff MF. Brain and behavior changes in 12-month-old Tg2576 and nontransgenic mice exposed to anesthetics // Neurobiol Aging. Neurobiol Aging. 2008;29(7):1002–1010. Doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2007.02.009.Bianchi SL, Tran T, Liu CL, Lin S, Li Y, Keller JM, Eckenhoff RG, Eckenhoff MF. Brain and behavior changes in 12-month-old Tg2576 and nontransgenic mice exposed to anesthetics // Neurobiol Aging. Neurobiol Aging. 2008;29(7):1002–1010. Doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2007.02.009.Callaway JK, Jones NC, Royse AG, Royse CF. Sevoflurane anesthesia does not impair acquisition learning or memory in the Morris water maze in young adult and aged rats // Anesthesiology. 2012;(117):1091–1101. Doi: 10.1097/ALN.0b013e31826cb228.Callaway JK, Jones NC, Royse AG, Royse CF. Sevoflurane anesthesia does not impair acquisition learning or memory in the Morris water maze in young adult and aged rats // Anesthesiology. 2012;(117):1091–1101. Doi: 10.1097/ALN.0b013e31826cb228.Scott DD, Oeffinger M. Nucleolin and nucleophosmin: nucleolar proteins with multiple functions in DNA repair // Biochemistry and Cell Biology. 2016;94(5):419–432. Doi: 10.1139/bcb-2016-0068.Scott DD, Oeffinger M. Nucleolin and nucleophosmin: nucleolar proteins with multiple functions in DNA repair // Biochemistry and Cell Biology. 2016;94(5):419–432. Doi: 10.1139/bcb-2016-0068.Berciano MT, Villagrá NT, Pena E, Navascués J, Casafont I, Lafarga M. Structural and functional compartmentalization of the cell nucleus in supraoptic neurons // Microscopy Research and Technique. 2002;(56):132–142. Doi: 10.1002/jemt.10013.Berciano MT, Villagrá NT, Pena E, Navascués J, Casafont I, Lafarga M. Structural and functional compartmentalization of the cell nucleus in supraoptic neurons // Microscopy Research and Technique. 2002;(56):132–142. Doi: 10.1002/jemt.10013.Malykh AG, Sadaie MR. Piracetam and piracetam-like drugs: from basic science to novel clinical applications to CNS disorders // Drugs. 2010;70(3):287–312. Doi: 10.2165/11319230-000000000-00000.Malykh AG, Sadaie MR. Piracetam and piracetam-like drugs: from basic science to novel clinical applications to CNS disorders // Drugs. 2010;70(3):287–312. Doi: 10.2165/11319230-000000000-00000.Tasbihgou SR, Netkova M, Kalmar AF, Doorduin J, Struys MMRF, Schoemaker RG, Absalom AR. Brain changes due to hypoxia during light anaesthesia can be prevented by deepening anaesthesia; a study in rats // PLoS ONE. 2018; 13(2):e0193062. Doi: 10.1371/journal.pone.0193062.Tasbihgou SR, Netkova M, Kalmar AF, Doorduin J, Struys MMRF, Schoemaker RG, Absalom AR. Brain changes due to hypoxia during light anaesthesia can be prevented by deepening anaesthesia; a study in rats // PLoS ONE. 2018; 13(2):e0193062. Doi: 10.1371/journal.pone.0193062.Бокерия О. Л., Бакурадзе Е. Д., Дзидзигури Д. В. и др. Морфофункциональные изменения в гиппокампе крыс при проведении ложной операции с галотановым наркозом в сочетании с биорезонансным воздействием // Традиционная мед. – 2011. – Т. 24, № (1). – С. 4–7.Bokeriya OL, Bakuradze YeD, Dzidziguri DV, Modebadze IR, Gotovskiy MYU, Bokeriya LA. Morfofunktsional’nyye izmeneniya v gippokampe krys pri provedenii lozhnoy operatsii s galotanovym narkozom v sochetanii s biorezonansnym vozdeystviyem // Traditsionnaya meditsina. 2011;24(1):4–7. (In Russ.).

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