Characteristic of the cerebral cortex microcirculation after ischemia

Introduction. The outcome of ischemia is depending on a condition of microcirculatory bed. The important factor in development of cerebral ischemia is regulation of microvascular function, influencing both perfusion and oxygenation of cerebral tissue. The aim of the current study was to examine the time course of micirculatory changes in rat cerebral cortex, as well as to assess the changes in oscillatory components of myogenic, neurogenic and endothelial levels of cortical microvessel tone within 21 days after ischemia. Methods. Transient global cerebral ischemia was induced in anesthetized Wistar rats by clamping of both common carotid arteries for 12 min with simultaneous controlled hypotension to 45±3 mm Hg, followed by blood reinfusion and recovering from anesthesia. Five different groups of rats were re-anesthetized at 1 hour and 2, 7, 14 or 21 days after ischemia and subjected to studies using continuous wavelet transform analysis of laser Doppler flowmetry. Results. In the first 7 days of the post-ischemic period, peripheral resistance was reduced in the cerebral cortex, which was associated with domination of nutritive blood flow. By 14th day after ischemia it resulted in the blood stagnation connected with development of endothelial dysfunction. From 14th to 21st day post-ischemia, the increase of shunt blood flow was noted. It was possibly a consequence of blood shunting processes happening in a cerebral cortex bypassing a nutritive level that prevents microcirculation from congestion. Conclusions. It is established that transient global cerebral ischemia results in significant changes of microcirculation in cerebral cortex lasting at least 3 weeks after ischemia. Initial dominant nutritive blood flow is probably due to blood congestion because of endothelial dysfunction. Three weeks post-ischemia, it is followed by increase in shunt blood flow that can prevent blood congestion in microcirculatory vascular bed.

ишемия головного мозга, микроциркуляция, лазерная допплеровская флоуметрия, тонус сосудов, cerebral ischemia, microcirculation, laser Doppler flowmetry, vessels tone

1. Александрин В. В. Вейвлет-анализ мозгового кровотока у крыс // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2010. Т. 9. № 4 (36). С. 63-66.

2. Бархатов И. В. Оценка системы микроциркуляции крови методом лазерной доплеровской флоуметрии // Клин. мед. 2013. № 11. С. 21-27.

3. Горшкова О. П., Шуваева В. Н., Ленцман М. В. и др. Отдаленные последствия кратковременной глобальной ишемии головного мозга // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2014. Т. 13. № 2 (50). С. 69-74.

4. Бурков А. С., Лобов Г. И. Региональная гемодинамика после формирования артериовенозной фистулы для гемодиализа // Современные проблемы науки и образования. 2011. № 6. URL: https://www.science-education.ru/ru/article/ view?id=5200

5. Касумова С. Ю. Патологическая анатомия черепно-мозговой травмы // Руководство по черепно-мозговой травме. М.: Антидор. 1998.

6. Козлов В. И. Корси Л. В., Соколов В. Г. Лазерная допплеровская флоуметрия и анализ коллективных процессов в системе микроциркуляции // Физиология человека. 1998. Т. 24. № 6. С. 112-121.

7. Козлов В. И. Система микроциркуляции крови: клинико-морфологические аспекты изучения // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2006. № 1. С. 84-101.

8. Крупаткин А. И., Сидоров В. В. Лазерная допплеровская флоуметрия микроциркуляции крови. М.: Медицина, 2005.

9. Крупаткин А. И., Сидоров В. В. Функциональная диагностика состояния микроциркуляторно-тканевых систем: рук-во для врачей. М.: Либроком, 2013.

10. Крупаткин А. И. Колебания кровотока - новый диагностический язык в исследовании микроциркуляции // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2014. Т. 13. № 1 (49). С. 83-99.

11. Рябков М. Г., Измайлов С. Г., Лукоянычев Е. Е. и др. Причины формирования кишечных свищей при экстренной абдоминальной патологии, осложненной compartment-синдромом (экспериментальное исследование) // Мед. альм. 2012. № 2 (21). С. 164-167.

12. Семченко В. В., Степанов С. С, Алексеева Г. В. Постаноксическая энцефалопатия. Омск, 1999.

13. Скворцова В. И. Ишемический инсульт: патогенез ишемии, терапевтические подходы // Невролог. журн. 2001. Т. 6. № 3. С. 4-9.

14. Трибрат Н. С., Чуян Е. Н. Модуляция микроциркуляторных процессов с помощью низкоинтенсивного миллиметрового излучения (часть I) // Ученые записки Тавр. Нац. ун-та им. В. И. Вернадского. Сер.: Биология, химия. 2010. Т. 23 (62). № 3. С. 167-175.

15. Чуян Е. Н., Древетняк Н. А., Богданова О. Д. и др. Типологические особенности микроциркуляции животных // Ученые записки Тавр. Нац. ун-та им. В. И. Вернадского. Сер.: Биология, химия. 2012. Т. 25 (64). № 3. С. 222-239.

16. Bernjak A., Clarkson P. B. M., McClintock P. V. E., Stefanovska A. Low-frequency bloodflow oscillations in congestive heart failure and after beta1-blockade treatment // Microvasc. Res. 2008. Vol. 76. P. 224-232.

17. Ceulemans A., Zgavc T., Kooijman R. et al. The dual role of the neuroinflammatory response after ischemic stroke: modulatory effects of hypothermia // J. Neuroinflammation. 2010. Vol. 7. P. 74.

18. Katsura K., Rodriguez de Turco E. B., Kristian T. et al. Alterations in lipid and calcium metabolism associated with seizure activity in the postischemic brain // J. Neurochem. 2000. Vol. 75. № 6. P. 2521-2527.

19. Kruger A., Stewart J., Sahityani R. et al. Laser Doppler flowmetry detection of endothelial dysfunction in end-stage renal disease patients: Correlation with cardiovascular risk // Kidney Int. 2006. Vol. 70. № 1. P. 157-164.

20. Kulkarni M., Armstead W. M. Superoxide generation links nociceptin/orphanin FQ (NOC/oFQ) release to impaired N-methyl-D-aspartate cerebrovasodilation after brain injury // Stroke. 2000. Vol. 31. № 8. P. 1990-1996.

21. Kvandal P., Landsverk S. A., Bernjak A. et al. Low-frequency oscillations of the laser Doppler perfusion signal in human skin // Microvasc. Res. 2006. Vol. 72. № 3. P. 120-127.

22. Lewen A., Matz P., Chan P. H. Free radical pathways in CNS injury // J. Neurotrauma. 2000. Vol. 17. № 10. P. 871-890.

23. Siesjo В. К., Siesjo P. Mechanisms of secondary brain injury // Eur. J. Anaesthesiol. 2000. Vol. 13. № 3. P. 247-268.