microcirculationРегионарное кровообращение и микроциркуляцияRegional blood circulation and microcirculation1682-66552712-9756Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University10.24884/1682-6655-2019-18-4-58-64microcirculation-646Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ)ORIGINAL ARTICLES (EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS)Влияние ишемического посткондиционирования на изменение уровня иммунореактивности к РЕСАМ-1/CD31 в структурах неокортекса крыс при глобальной ишемии головного мозгаEffect of Ischemic Postconditioining on Change of Immunoreactivity Level to PECAM-1/CD31 in Rat Neocortex Structures after Global Brain IschemiaЩербакН. С.ShcherbakN. S.

д-р биол. наук, старший научный сотрудник лаборатории неотложной кардиологии НИИ сердечно-сосудистых заболеваний; ведущий научный сотрудник лаборатории нанотехнологий Института экспериментальной медицины

Doctor of Biological Sciences, Senior Researcher Urgent Cardiology Laboratory of Institute of Cardiovascular Diseases Firs; Leading Researcher Nanotechnology Laboratory of Institute Experimental Medicine

ShcherbakNS@yandex.ruГурбоА. Г.GurboA. G.

лаборант-исследователь научно-исследовательского отдела микроциркуляции и метаболизма миокарда Института экспериментальной медицины

researcher of Laboratory of microcirculation and metabolism of the myocardium of Institute Experimental Medicine

rusak.92.92@mail.ruЮкинаГ. Ю.YukinaG. Yu.

канд. биол. наук, зав. лабораторией патоморфологии Научно-исследовательского центра

Candidate of Biological Sciences, Head of the Laboratory of Pathomorphology of the Research Center

pipson@inbox.ruТомсонВ. В.ThomsonV. V.

д-р мед. наук, профессор, директор Научно-исследовательского центра

Doctor of Medical Sciences, Professor, Director of the Research Center

nic.spb@mail.ruШляхтоЕ. В.ShlyakhtoE. V.

зав. кафедрой терапии факультетской с курсом эндокринологии, кардиологии и функциональной диагностики с клиникой; д-р мед. наук, профессор, академик РАН, генеральный директор

Head of the department of faculty therapy with a course of endocrinology, cardiology and functional diagnostics with a clinic First; Doctor of Medical Sciences, Professor, Academician of the Russian Academy of Sciences, General Director

e.shlyakhto@almazovcentre.ruФедеральное 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 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 ФедерацииРоссияPavlov UniversityRussian Federation2019301220191845864Copyright © Щербак Н.С., Гурбо А.Г., Юкина Г.Ю., Томсон В.В., Шляхто Е.В., 20192019Щербак Н.С., Гурбо А.Г., Юкина Г.Ю., Томсон В.В., Шляхто Е.В.Shcherbak N.S., Gurbo A.G., Yukina G.Y., Thomson V.V., Shlyakhto E.V.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/646Введение

Введение. Ишемическое посткондиционирование (ИПостК) головного мозга может рассматриваться как перспективный подход к ограничению реперфузионного повреждения в ишемизированной области мозга. Цель – исследовать влияние ИПостК после глобальной ишемии головного мозга на уровень иммунореактивности к РЕСАМ-1/CD31 в структурах слоев II, III и V неокортекса крыс в различные сроки реперфузионного периода.

Материал и методы

Материал и методы. У самцов крыс Wistar моделировали 10-минутную глобальную ишемию головного мозга с последующим ИПостК в виде реперфузии-ишемии по 15 с/15 с. В ранний (2 суток) и отдаленный (7 суток) реперфузионный периоды оценивали число морфологически неизмененных нейронов и уровень иммунореактивности к РЕСАМ-1/CD31 в структурах слоев II, III и V неокортекса.

Результаты

Результаты. Показано, что применение ИПостК ко 2-м суткам реперфузии способствовало увеличению числа неизмененных нейронов в слоях II и III на 25,8 и 28,2 % (P<0,05), которое не сопровождалось изменением уровня иммунореактивности к РЕСАМ- 1/ CD31, к 7-м суткам реперфузии отмечалось увеличение числа неизмененных нейронов в слоях II, III и V на 19,2, 22,1, 21,4 % (Р<0,05), и наблюдалось понижение уровня иммунореактивности к РЕСАМ-1/CD31 в структурах этих слоев на 27,4, 39,4 и 16,7 % (P<0,05) соответственно, при сравнении с аналогичными показателями в группах без применения ИПостК.

Выводы

Выводы. В механизмах физиологической реакции, формирующейся при применении ИПостК после ишемии головного мозга и приводящей к сохранению числа неизмененных нейронов в отдаленный реперфузионный период, задействован белок РЕСАМ-1/CD31. Это позволяет предположить, что протективный потенциал изучаемого феномена реализуется путем возможного ингибирования миграции нейтрофилов, моноцитов и лимфоцитов и экстравазации лейкоцитов из системного кровотока в поврежденную область головного мозга, т. е. через подавление воспалительного ответа.

Introduction

Introduction. Ischemic postconditioning (IPostC) of the brain can be considered as a promising approach to limit reperfusion injury in the ischemic area of the brain. Objective – to study the effect of IPostC after global cerebral ischemia on the level of immunoreactivity to PECAM-1/CD31 in the structures of layers II, III and V of the neocortex of rats at different periods of the reperfusion period.

Material and methods

Material and methods. In male Wistar rats, a 10-minute global cerebral ischemia was modeled followed by IPostC in the form of reperfusion-ischemia at 15sec/15sec. In the early (2 days) and late (7 days) reperfusion periods after damaging ischemia, the number of morphologically unchanged neurons and the level of immunoreactivity to PECAM-1/CD31 in the structures of layers II, III and V of the neocortex were estimated.

Results

Results. It is shown that the use of IPostC by 2 days of reperfusion contributed to the increase in the number of unchanged neurons in layers II and III of 25.8 and 28.2 % (P<0.05), which was not accompanied by changes in the level of immunoreactivity to PECAM-1/CD31, to 7 days of reperfusion there was an increase in the number of unchanged neurons in layers II, III and V of 19.2, 22,1, 21,4 % (P<0.05) was observed a decrease in the level of immunoreactivity to PECAM-1/CD31 in the structures of these layers of 27.4, 39.4, and 16.7 % (P<0.05), respectively, when compared with similar indicators in groups without the use of IPostC.

Conlusions

Conlusions. In the mechanisms of physiological reaction formed in the application of ischemic postconditioning after cerebral ischemia and leading to the preservation of the number of unchanged neurons in the late reperfusion period involved PECAM-1/CD31, which suggests that the protective potential of the phenomenon is realized by possible inhibiting the migration of neutrophils, monocytes and lymphocytes and extravasation of leukocytes from the systemic blood flow into the damaged area of the brain, i.e. through suppression of inflammatory response.

неокортекснейронPECAM-1/CD31ишемияишемическое посткондиционированиекрысы WistarneocortexneuronPECAM-1/CD31ischemiaischemic postconditioningrats WistarReferencesЩербак Н. С., Русакова А. Г., Галагудза М. М. и др. Морфофункциональная характеристика микроциркуляторного русла и нейронов неокортекса после ишемического посткондиционирования // Морфология. – 2016. – Т. 49, № 5. – С. 21–27. [Shcherbak NS, Rusakova AG, Galagudza MM, Yukina GYu, Barantsevich ER, Tomson VV, Shlyakhto EV. Morphofunctional Characteristics of the Microcirculatory Bed and Neurons in the Neocortex after Ischemic Postconditioning. Morfologiia. 2016;49(5):21–27. (In Russ.)]. Doi: 10.1007/s11055-016-0318-6.Щербак Н. С., Русакова А. Г., Галагудза М. М. и др. Морфофункциональная характеристика микроциркуляторного русла и нейронов неокортекса после ишемического посткондиционирования // Морфология. – 2016. – Т. 49, № 5. – С. 21–27. [Shcherbak NS, Rusakova AG, Galagudza MM, Yukina GYu, Barantsevich ER, Tomson VV, Shlyakhto EV. Morphofunctional Characteristics of the Microcirculatory Bed and Neurons in the Neocortex after Ischemic Postconditioning. Morfologiia. 2016;49(5):21–27. (In Russ.)]. Doi: 10.1007/s11055-016-0318-6.Щербак Н. С., Овчинников Д. А., Галагудза М. М. и др. Влияние ишемического посткондиционирования на экспрессию белка Bcl-2 в нейронах неокортекса при глобальной ишемии-реперфузии головного мозга у крыс // Трансляц. медицина. – 2016. – Т. 3, № 1. – С. 63–72. [Shcherbak NS, Ovchinnikov DA, Galagudza MM, Yukina GYu, Barantsevich ER, Thomson VV, Shlyakhto EV. Influence Ischemic Postconditioning on Bcl-2 protein expression of neocortex neurons in global cerebral ischemia-reperfusion. Translyacionnaya medicina. 2016;3(1):63–72. (In Russ.)].Щербак Н. С., Овчинников Д. А., Галагудза М. М. и др. Влияние ишемического посткондиционирования на экспрессию белка Bcl-2 в нейронах неокортекса при глобальной ишемии-реперфузии головного мозга у крыс // Трансляц. медицина. – 2016. – Т. 3, № 1. – С. 63–72. [Shcherbak NS, Ovchinnikov DA, Galagudza MM, Yukina GYu, Barantsevich ER, Thomson VV, Shlyakhto EV. Influence Ischemic Postconditioning on Bcl-2 protein expression of neocortex neurons in global cerebral ischemia-reperfusion. Translyacionnaya medicina. 2016;3(1):63–72. (In Russ.)].Hossmann KA. Viability thresholds and the penumbra of focal ischemia. Ann Neurol. 1994;36(4):557–565. Doi: 10.1002/ana.410360404.Hossmann KA. Viability thresholds and the penumbra of focal ischemia. Ann Neurol. 1994;36(4):557–565. Doi: 10.1002/ana.410360404.Васина Л. В., Петрищев Н. Н., Власов Т. Д. Эндотелиальная дисфункция и ее основные маркеры // Регионар. кровообращение и микроциркуляция. – 2017. – Т. 16, № 1 (61). – С. 4–15. [Vasina LV, Petrishchev NN, Vlasov TD. Markers of endothelial dysfunction. Regionarnoe krovoobraŝenie i mikrocirkulâciâ. 2017;16(1(61):4–15. (In Russ.)].Васина Л. В., Петрищев Н. Н., Власов Т. Д. Эндотелиальная дисфункция и ее основные маркеры // Регионар. кровообращение и микроциркуляция. – 2017. – Т. 16, № 1 (61). – С. 4–15. [Vasina LV, Petrishchev NN, Vlasov TD. Markers of endothelial dysfunction. Regionarnoe krovoobraŝenie i mikrocirkulâciâ. 2017;16(1(61):4–15. (In Russ.)].Ge H, Wen Y, Yang G, Betz AL. Increased expression of intercellular adhesion molecule-1 in mouse focal cerebral ischemia model. Chin Med J. 2000;113(1):75–79.Ge H, Wen Y, Yang G, Betz AL. Increased expression of intercellular adhesion molecule-1 in mouse focal cerebral ischemia model. Chin Med J. 2000;113(1):75–79.Newman PJ. The biology of PECAM-1. J Clin Invest. 1997;99(1):3–8. Doi: 10.1172/JCI119129.Newman PJ. The biology of PECAM-1. J Clin Invest. 1997;99(1):3–8. Doi: 10.1172/JCI119129.Marti HJ, Bernaudin M, Bellail A, Schoch H, Euler M, Petit E, Risau W. Hypoxia-induced vascular end othe lialgrowth factor expression precedes neovascularization after cerebral ischemia. Am J Pathol. 2000;156(3):965–976. Doi:10.1016/S0002-9440(10)64964-4.Marti HJ, Bernaudin M, Bellail A, Schoch H, Euler M, Petit E, Risau W. Hypoxia-induced vascular end othe lialgrowth factor expression precedes neovascularization after cerebral ischemia. Am J Pathol. 2000;156(3):965–976. Doi:10.1016/S0002-9440(10)64964-4.Hwang IK, Kim DW, Yoo KY, Jung BK, Song JH, Jung JY, Choi SY, Kang TC, Lee JY, Kwon YG, Won MH. Ischemia-induced changes of platelet endothelial cell adhesion molecule-1 in the hippocampal CA1 region in gerbils. Brain Res. 2005;1048(1–2):251–257. Doi: 10.1016/j.brainres.2005.04.049.Hwang IK, Kim DW, Yoo KY, Jung BK, Song JH, Jung JY, Choi SY, Kang TC, Lee JY, Kwon YG, Won MH. Ischemia-induced changes of platelet endothelial cell adhesion molecule-1 in the hippocampal CA1 region in gerbils. Brain Res. 2005;1048(1–2):251–257. Doi: 10.1016/j.brainres.2005.04.049.Щербак Н. С., Галагудза М. М., Кузьменков А. Н. и др. Новый способ моделирования обратимой глобальной ишемии головного мозга у крыс // Бюл. эксперим. биологии и медици- ны. – 2011. – Т. 152, № 11. – С. 592–595. [Shcherbak NS, Galagudza MM, Kuzmenkov AN et al. A new rat model of reversible global cerebral ischemia. Exp Biol Med. 2012 Mar;152(5):656–658. (In Russ.)]. Doi: 10.1007/s10517-012-1600-4.Щербак Н. С., Галагудза М. М., Кузьменков А. Н. и др. Новый способ моделирования обратимой глобальной ишемии головного мозга у крыс // Бюл. эксперим. биологии и медици- ны. – 2011. – Т. 152, № 11. – С. 592–595. [Shcherbak NS, Galagudza MM, Kuzmenkov AN et al. A new rat model of reversible global cerebral ischemia. Exp Biol Med. 2012 Mar;152(5):656–658. (In Russ.)]. Doi: 10.1007/s10517-012-1600-4.Paxinos G, Watson Ch. The rat brain in stereotaxic coordinates. N.Y. Academic Press, 1998:474.Paxinos G, Watson Ch. The rat brain in stereotaxic coordinates. N.Y. Academic Press, 1998:474.Ding ZM, Wu B, Zhang WQ, Lu XJ, Lin YC, Geng YJ, Miao YF. Neuroprotective Effects of Ischemic Preconditioning and Postconditioning on Global Brain Ischemia in Rats through the Same Effect on Inhibition of Apoptosis. Int J Mol Sci. 2012;13(5):6089–6101. Doi: 10.3390/ijms13056089.Ding ZM, Wu B, Zhang WQ, Lu XJ, Lin YC, Geng YJ, Miao YF. Neuroprotective Effects of Ischemic Preconditioning and Postconditioning on Global Brain Ischemia in Rats through the Same Effect on Inhibition of Apoptosis. Int J Mol Sci. 2012;13(5):6089–6101. Doi: 10.3390/ijms13056089.Xing B, Chen H, Zhang M, Zhao D, Jiang R, Liu X, Zhang S. Ischemic postconditioning inhibits apoptosis after focal cerebral ischemia/reperfusion injury in the rat. Stroke. 2008;39(8):2362–2369. Doi: 10.1161/STROKEAHA.107.507939.Xing B, Chen H, Zhang M, Zhao D, Jiang R, Liu X, Zhang S. Ischemic postconditioning inhibits apoptosis after focal cerebral ischemia/reperfusion injury in the rat. Stroke. 2008;39(8):2362–2369. Doi: 10.1161/STROKEAHA.107.507939.Otsuka S, Sakakima H, Sumizono M, Takada S, Terashi T, Yoshida Y. The neuroprotective effects of preconditioning exercise on brain damage and neurotrophic factors after focal brain ischemia in rats. Behav Brain Res. 2016;303:9–18. Doi: 10.1016/j.bbr.2016.01.049.Otsuka S, Sakakima H, Sumizono M, Takada S, Terashi T, Yoshida Y. The neuroprotective effects of preconditioning exercise on brain damage and neurotrophic factors after focal brain ischemia in rats. Behav Brain Res. 2016;303:9–18. Doi: 10.1016/j.bbr.2016.01.049.Yoo KY, Hwang IK, Kim YS, Kwon DY, Won MH. Change in platelet endothelial cell adhesion molecule-1 immunoreactivity in the dentate gyrus in gerbils fed a folatedeficient diet. Genes Nutr. 2008;2(4):331–336. Doi: 10.1007/s12263-007-0064-z.Yoo KY, Hwang IK, Kim YS, Kwon DY, Won MH. Change in platelet endothelial cell adhesion molecule-1 immunoreactivity in the dentate gyrus in gerbils fed a folatedeficient diet. Genes Nutr. 2008;2(4):331–336. Doi: 10.1007/s12263-007-0064-z.Seal JB, Buchh BN, Marks JD. New variability in cerebrovascular anatomy determines severity of hippocampal injury following forebrain ischemia in the Mongolian gerbil. Brain Res. 2006;1073–1074:451–459. Doi: 10.1016/j.brainres.2005.12.024.Seal JB, Buchh BN, Marks JD. New variability in cerebrovascular anatomy determines severity of hippocampal injury following forebrain ischemia in the Mongolian gerbil. Brain Res. 2006;1073–1074:451–459. Doi: 10.1016/j.brainres.2005.12.024.Deddens LH, van Tilborg GA, van der Toorn A, de Vries HE, Dijkhuizen RM. PECAM-1-targeted micron-sized particles of iron oxide as MRI contrast agent for detection of vascular remodeling after cerebral ischemia. Contrast Media Mol Imaging. 2013;8(5):393–401. Doi: 10.1002/cmmi.1536.Deddens LH, van Tilborg GA, van der Toorn A, de Vries HE, Dijkhuizen RM. PECAM-1-targeted micron-sized particles of iron oxide as MRI contrast agent for detection of vascular remodeling after cerebral ischemia. Contrast Media Mol Imaging. 2013;8(5):393–401. Doi: 10.1002/cmmi.1536.Fisher M, Feuerstein G, Howells DW, Hurn PD, Kent TA, Savitz SI, Lo EH; STAIR Group. Update of the stroke therapy academic industry roundtable preclinical recommendations. Stroke. 2009;40(6):2244–2250. Doi: 10.1161/STROKEAHA.108.541128.Fisher M, Feuerstein G, Howells DW, Hurn PD, Kent TA, Savitz SI, Lo EH; STAIR Group. Update of the stroke therapy academic industry roundtable preclinical recommendations. Stroke. 2009;40(6):2244–2250. Doi: 10.1161/STROKEAHA.108.541128.Brown S, Heinisch I, Ross E, Shaw K, Buckley CD, Savill J. Apoptosis disables CD31-mediated cell detachment from phagocytes promoting binding and engulfment. Nature. 2002;418(6894):200–203. Doi: 10.1038/nature00811.Brown S, Heinisch I, Ross E, Shaw K, Buckley CD, Savill J. Apoptosis disables CD31-mediated cell detachment from phagocytes promoting binding and engulfment. Nature. 2002;418(6894):200–203. Doi: 10.1038/nature00811.Feng YM, Chen XH, Zhang X. Roles of PECAM-1 in cell function and disease progression. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2016;20(19):4082–4088.Feng YM, Chen XH, Zhang X. Roles of PECAM-1 in cell function and disease progression. Eur Rev Med Pharmacol Sci. 2016;20(19):4082–4088.Ma XD, Song JN, Zhang M, An JY, Zhao YL, Zhang BF. Advances in research of the neuroprotective mechanisms of cerebral ischemic postconditioning. Int J Neurosci. 2015 Mar;125(3):161–169. Doi: 10.3109/00207454.2014.917413.Ma XD, Song JN, Zhang M, An JY, Zhao YL, Zhang BF. Advances in research of the neuroprotective mechanisms of cerebral ischemic postconditioning. Int J Neurosci. 2015 Mar;125(3):161–169. Doi: 10.3109/00207454.2014.917413.

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