CC BY
63
Том 3. № 2 2009
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
Прекондиционирование как метод
нейропротекции при моделировании инфаркта мозга
Р.М. Худоерков, Н.С. Самойленкова, С.А. Гаврилова, Ю.А. Пирогов, В.Б. Кошелев
Научный центр неврологии РАМН, Москва;
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва
Прекондиционирование ишемического и гипоксического типов исследовали как способ защиты мозга от острого ишемического поражения. Экспериментальных крыс подвергали прекондиционированию за 24 часа до моделирования у них локального инфаркта мозга, который вызывали путём окклюзии средней мозговой артерии (ОСМА). Обнаружили, что ишемическое и гипоксическое прекондиционирование, приводит к трём главным морфологическим изменениям: 1) размер инфаркта мозга в основной группе животных уменьшается в 2,2-3,8раза по сравнению с крысами, которых не подвергали прекондиционированию перед созданием ОСМА; 2) прекондиционирование сохраняло число жизнеспособных нейронов в пенумбре на уровне контрольных животных, в то время как без прекондиционирования число нейронов в пенумбре уменьшалось на 29%; 3) число клеток ней-роглии в пенумбре после ОСМА увеличивалось на 38% по сравнению с контролем и продолжало увеличиваться под влиянием прекондиционирования (до 60%), что предполагает важную роль нейроглии в нейропротекции. Селективные блокаторы АТР-зависимых К+-каналов (5-гидроксидеканоат и глибенкламид) полностью устраняли нейропротектороное действие прекондиционирования.
Ключевые слова: прекондиционирование, нейропротекция, инфаркт мозга, ишемическая пенумбра, морфометрия, магнитно-
резонансная томография.
Экспериментальная неврология
Острые нарушения мозгового кровообращения превратились в настоящее время в важнейшую медицинскую и социальную проблему [1, 6, 7, 15]. Поэтому одной из актуальных задач неврологии является поиск путей, способствующих защите ткани мозга от ишемического воздействия, или нейропротекции. В качестве нейропро-текции может быть использовано прекондиционирова-ние ишемического или гипоксического типа. В современной литературе прекондиционирование рассматривают как способ адаптации организма к неблагоприятным факторам [22]. Согласно одной из гипотез [25], оно способно репрограммировать ответ генома на последующее воздействие интенсивной ишемии, что представляется перспективным для использования прекондицио-нирования в клинической практике [14]. При этом ишемическое прекондиционирование - умеренную цирку-ляторную гипоксию головного мозга - можно воспроизвести путем попеременного пережатия и реперфузии сонных артерий [2, 10, 23], а гипоксическое преконди-ционирование - экзогенную гипоксию - путем периодического дыхания газовой смеси, обеднённой кислородом [5, 20].
При исследовании компенсаторно-восстановительных процессов, развивающихся в нервной ткани при ишемии головного мозга, большое внимание уделяется перифокальной зоне инфаркта, или ишемической пенумбре [1, 8, 13, 17, 18, 21]. В связи с тем, что представления о нейроглии в работе мозга в последние годы претерпели значительные изменения (она рассматривается теперь не только как среда, поддерживающая функцию нейронов, но и во многом как равноправный партнер, взаимодействующий с нейронами на нейротран-смиттерном и метаболическом уровнях) [26], исследование структурно-функциональных особенностей нейро-
нов и нейроглии в зоне пенумбры и изменение их взаимоотношений под влиянием прекондиционирования может сыграть важную роль в понимании патогенетических механизмов нейропротекции.
Большую роль в реализации защитных свойств прекондиционирования в последние годы отводят АТФ-зависи-мым К+-каналам [9, 22, 24]. Их действие связывают с гиперполяризацией мембраны, активацией системы N0 и с участием в работе механизмов, противодействующими апоптозу [16, 19].
Цель работы - на модели острой локальной церебральной ишемии с использованием методов количественной морфометрии изучить структурные изменения, возникающие в области инфаркта мозга и в его перифокальной зоне (пенумбре) под влиянием ишемического и гипо-ксического прекондиционирования, а также оценить роль АТФ-зависимых К+-каналов в реализации нейро-протекторного эффекта различных типов прекондицио-нирования.
Материал и методы_
В эксперименте использовали белых беспородных крыс-самцов с массой тела 250-300 г, которых делили на 8 групп, в каждой - по 3 животных. Первая группа -интактный контроль. У крыс 2-й группы путем окклюзии средней мозговой артерии (ОСМА) воспроизводили церебральный полушарный инфаркт, и его параметры служили контролем для оценки эффективности прекон-диционирования; эта группа была обозначена как «контрольный инфаркт мозга» (КИнМ). Крыс 3-й и 4-й групп вначале подвергали прекондиционированию, используя при этом ишемическое (ИшП) и нормобари-ческое гипоксическое прекондиционирование (НГП), а
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ. Экспериментальная неврология
Мрекондиционирование как метод нейропротекции при моделировании инфаркТа мозга
затем через 1, 24 и 72 часа у них вызывали инфаркт головного мозга путем ОСМА. Животным, входившим в состав групп с 5-й по 8-ю, за 30 мин до прекондициони-рования (которое выполняли за 24 ч до ОСМА) внутри-брюшинно вводили блокаторы АТФ-зависимых К+-ка-налов: неселективный блокатор глибенкламид (блокатор Glib) и ингибитор митохондриальной изоформы 5-гидроксидеканоат (блокатор 5-HD). Блокатор 5-HD вводили в дозе 40 мг/кг (растворитель 0,9% NaCl), а блокатор Glib - в дозе 20 мг/кг (растворитель диметилсуль-фоксид). В результате указанные животные получали следующие комбинации воздействий: 5-я группа - блокатор 5-HD + ИшП + ОСМА; 6-я группа - блокатор Glib + ИшП + ОСМА; 7-я группа - блокатор 5-HD + НГП + ОСМА и 8-я группа - блокатор Glib + НГП + ОСМА.
Ишемическое прекондиционирование выполняли под общей анестезией подопытных крыс (внутрибрюшинные инъекции хлоралгидрата в дозе 400 мг/кг), с целью чего у них на протяжении 5 мин попеременно пережимали левую и правую сонные артерии (10 циклов продолжительностью 50 мин). Процедуру НГП проводили в режиме интервальной нормобарической тренировки. Животных строго индивидуально помещали в проточную камеру, в которую с помощью гипоксикатора «Эверест-01» подавали газовую смесь с 10% содержанием кислорода. Животным предъявляли 4 эпизода экзогенной гипоксии по 10 минут с 5-минутными интервалами.
При моделировании локального ишемического инсульта [12] у крыс под общей анестезией (хлоралгидрат в дозе 400 мг/кг) коагулировали, используя прибор «Фотек Е 80», левую ветвь средней мозговой артерии, прокси-мальнее её разветвления на фронтальную и париетальную ветви, а также коагулировали вену, лежащую рядом с артерией, а затем перевязывали левую сонную артерию. Размер и локализацию ишемического поражения в сенсомоторной коре головного мозга крыс определяли через 72 часа после ОСМА - период формирования очага некроза [3], используя для этого метод магнитно-резонансной томографии (МРТ): применялся ЯМР-спектрометр BioSpec 70/30 USR, Bruker, с напряженностью магнитного поля 7 Тесла. С помощью МРТ (под общей анестезией животных) инфаркт мозга исследовали в двух режимах. Быстрый режим давал ориентировочные параметры пораженной зоны, а точную локализацию и четкие границы очага определяли в основном режиме - на 14 фронтальных изображениях мозга, срезы толщиной 1,5 мм, с периодичностью 2 мм. Размер инфаркта оценивали планиметрически, используя программу Image J, и вычисляли его как процентное отношение площади пораженной ткани к площади всей коры левого полушария головного мозга.
Нейрогистологические характеристики ишемической пенумбры оценивали на 21-й день после ОСМА, к моменту формирования в коре головного мозга глиального рубца вокруг пораженного участка. Исследуемых животных, контрольных и подопытных, декапитировали под легким эфирным наркозом, их мозг фиксировали в жидкости Кар-нуа, заключали в парафин, раскладывали на срезы толщиной 7 мкм и окрашивали крезиловым фиолетовым по Нис-слю. В слое V сенсомоторной коры, в области пенумбры, подсчитывали общее число нейронов, выявляющих сохранную гистологическую структуру, и общее число клеток
нейроглии, включая астроциты и олигодендроциты. С этой целью изображение, получаемое в световом микроскопе Лейка DMLB (объектив х 40, окуляр х 10), выводили на экран монитора и с помощью программы QWin считали нервные и глиальные клетки на площади равной 0,087 мм2, что соответствует полю зрения при данном увеличении микроскопа. На 15 срезах мозга, взятых от каждого животного, исследовали по 2 поля зрения. Для определения ней-роглиального показателя, характеризующего соотношение между нейроглией и нейронами, число первых делили на число вторых.
Статистическую обработку результатов осуществляли при помощи пакетов программ «Excel» и «SPSS 13.0» для Windows. Данные представлены в таблицах в виде средних значений ± стандартное отклонение (SD), n - объем выборки. При сравнении характеристик массивов данных применяли тест One-Way ANOVA с последующим попарным сравнением тестом Duncan^ и непараметрический критерий Mann-Whitney (U-критерий) для независимых выборок с поправкой на множественность сравнений. Различия признавались значимыми при допустимой вероятности ошибки p<0,05.
Результаты_
Моделирование фокального ишемического инсульта путем ОСМА приводило к инфаркту нервной ткани в коре больших полушарий мозга крыс. Методом МРТ обнаружили (табл. 1), что область поражения у животных с КИнМ занимала от 17 до 27% общего объема коры одного полушария. В результате проведения ИшП, выполняемого за 1, 24 и 72 часа до ОСМА, зона поражения, по сравнению с размерами КИнМ, уменьшалась в
таблица 1: Влияние различных условий эксперимента на размеры инфаркта мозга у крыс с окклюзией средней мозговой артерии (ОСМА)
Промежутки времени (часы) между созданием ОСМА и оценкой объема инфаркта мозга
1 ч 24 ч 72 ч
Размеры контрольного инфаркта 17,3 ± 9,2 17,3 ± 9,2 27,2 ± 8,9
Промежутки времени (часы) между влиянием ИшП и НГП и созданием ОСМА
1 ч 24 ч 72 ч
Размеры инфаркта после ИшП 4,7 ± 1,9** 4,5 ± 1,1** 7,4 ± 3,6*
Размеры инфаркта после НГП 10,5 ± 7,1 7,8 ± 3,7* 21,0 ± 9,8
Промежутки времени (часы) между влиянием ИшП и НГП, сочетаемых с действием блокаторов 5-Hd и Glib, и созданием ОСМА
Размеры инфаркта после: 1 ч 24 ч 72 ч
ИшП + блокатор 5-HD - 15,7 ± 4,0 -
ИшП + блокатор Glib - 13,1 ± 2,5 -
НГП + блокатор 5-HD - 17,8 ± 6,9 -
НГП + блокатор Glib - 20,5 ± 11,0 -
Размер инфаркта - это площадь пораженной ткани, вычисленная в процентах, по отношению к площади всей коры левого полушария мозга крысы. Контрольный инфаркт - инфаркт мозга, воспроизводимый без предварительного прекондиционирования животных - ИшП или НГП. * р < 0,05, ** р < 0,01 - достоверность различий с размерами контрольного инфаркта.
3,7, 3,8 и 3,7 раза соответственно. Нейропротекторное действие НГП было не столь эффективно - оно уменьшало зону поражения в 2,2 раза по сравнению с КИнМ и положительный эффект наблюдали только при проведении НГП за 24 часа до ОСМА. Поэтому при изучении на клеточном уровне эффективности прекондиционирова-ния как способа нейропротекции животных подвергали действию ИшП и НГП только за 24 часа до ОСМА. Бло-каторы АТФ-зависимых К+-каналов (5-HD и Glib), вводимые крысам за 30 мин до прекондиционирования (ИшП и НГП), не уменьшали зону поражения по сравнению с размерами КИнМ (табл. 1).
Подсчет нейронов и нейроглии в слое V сенсомоторной коры показал (табл. 2), что на 21-й день после ОСМА число нейронов в зоне пенумбры сокращалось на 29% по сравнению с соответствующей областью мозга интакт-ных крыс. ИшП, проводимое за сутки до ОСМА, предотвращало гибель нейронов в пенумбре, поддерживая их число близким к интактному контролю. Защитное действие ИшП отчетливо проявлялось и при сравнении числа нейронов в пенумбре животных, подвергавшихся и не подвергавшихся прекондиционированию. У первых число нейронов в пенумбре было на 40% больше, чем у вторых. Блокаторы АТФ-зависимых К+-каналов, вводимые крысам за 30 мин до прекондиционирования, не способствовали сохранности нейронов в перифокальной зоне очага ни по сравнению с интактным контролем, ни по сравнению с КИнМ (табл. 2).
В отличие от нейронов количество нейроглии при воспроизведении инфаркта в мозге подопытных крыс увеличивалось (табл. 2). На 21-й день после ОСМА число клеток нейроглии в зоне пенумбры было на 38% больше,
таблица 2: Влияние различных условий эксперимента с ишемическим преконди-ционированием на число нейронов, нейроглии и величину нейрогли-ального показателя (в слое V сенсомоторной коры) в зоне пенумбры, окружающей инфаркт мозга у крыс
чем в мозге интактных животных. И оно продолжало увеличиваться по сравнению с мозгом интактных крыс: под влиянием ИшП - на 45%, под влиянием ИшП, сочетаемого с блокаторами 5-HD и Glib - на 48 и 51% соответственно. В то же время по сравнению с КИнМ количество нейроглии в пенумбре достоверно не менялось ни под влиянием ИшП, ни при сочетании ИшП с исследуемыми блокаторами.
Нейроглиальный показатель (табл. 2) в пенумбре КИнМ был вдвое выше, чем в структурах мозга интактных крыс. ИшП уменьшало его значение почти на 50% по сравнению с интактным контролем и на 25% - по сравнению с КИнМ. Если ИшП сочетали с введением животным исследуемых блокаторов, то нейроглиальный показатель по сравнению с КИнМ или не изменялся (блокатор 5-HD), или увеличивался на 25% (блокатор Glib).
Второй способ прекондиционирования - НГП (табл. 3), проводимый за 24 часа до ОСМА, как и ИшП, предотвращал гибель нейронов в зоне пенумбры, поддерживая их численность на уровне интактного контроля. По сравнению с КИнМ применение НГП увеличивало количество нейронов в зоне пенумбры на 45%. Применение НГП в сочетании с блокаторами АТФ-зависимых К+-каналов (табл. 3) не способствовало нормализации числа нейронов.
Под действием НГП число клеток нейроглии в пенумбре (табл. 3) возрастало на 66% по сравнению с интактным контролем и на 21% - по сравнению с пенумброй КИнМ. При воздействии НГП + блокатор 5-HD количество нейроглии в пенумбре увеличивалось вдвое по сравнению с интактным контролем и на 1/3 по сравнению с
таблица 3: Влияние различных условий эксперимента с нормобарическим гипо-ксическим прекондиционированием на число нейронов, нейроглии и нейроглиальный показатель (в слое V сенсомоторной коры) в зоне пенумбры, окружающей инфаркт мозга у крыс
Число нейронов Число клеток нейроглии Нейроглиальный показатель
M ± m Отклонение в % от: M ± m Отклонение в % от: M ± m Отклонение в % от:
интактного контроля контрольного инфаркта интакт- ного контроля контрольного инфаркта интакт- ного контроля контрольного инфаркта
Структуры интактного мозга
58,8 ± 5,3 54,3 ± 7,2 0,9 ± 0,08
О^труктуры зоны пенумбры
Контрольный инфаркт
41,6 ± 11,0 -29** 74,7 ± 20,5 +38** 1,82 ± 0,29 +102**
Влияние ИшП
58.2 ± 12.3 -1 +40** 78,5 ± 17,0 +45** +5 1,37 ± 0,26 +52** -25**
Влияние ИшП и блокатора 5-HD
45,0 ± 11,9 -23* +8 80,4 ± 16, +48** +8 1,82 ± 0,27 +102** 0
Влияние ИшП и блокатора Glib
37,0 ± 7.1 -37* -11 81,8 ± 15,1 +51** +10 2,27 ± 0,52 +152** +25
* p<0,05, ** p<0,01
Число нейронов Число клеток нейроглии Нейроглиальный показатель
M ± m Отклонение в % от: M ± m Отклонение в % от: M ± m Отклонение в % от:
интакт- ного контроля контрольного инфаркта интакт-ного контроля контрольного инфаркта интакт-ного контроля контрольного инфаркта
Структуры интактного мозга
58,8 ± 5,3 54,3 ± 7,2 0,9 ± 0,08
Структуры зоны пенумбры
Контрольный инфаркт
41,6 ± 11,0 -29** 74,7 ± 20,5 +38** 1,82 ± 0,29 +102**
Влияние НГП
60,4 ± 14,1 +3 +45** 90,4 ± 17,7 +66** +21** 1,50 ± 0,16 +67** -18*
Влияние НГП и блокатора 5-HD
53,0 ± 12,6 -10 +27 100,8 ± 22,2 +86** +35** 1,90 ± 0,24 +111** +4
Влияние НГП и блокатора Glib
46,3 ± 20,8 -21 +11 76,4 ± 30,8 +41 +2 1,71 ± 0,32 +90** -6
* p < 0,05, ** p < 0,01
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ. Экспериментальная неврология
Мрекондиционирование как метод нейропротекции при моделировании инфаркТа мозга
КИнМ, а под влиянием НГП + Glib оно достоверно не менялось.
Нейроглиальный показатель (табл. 3) в зоне пенумбры демонстрировал высокие значения. У крыс с КИнМ он был вдвое выше (1,82), чем у интактных крыс (0,9), но действие НГП уменьшало его величину на 30% по сравнению с интактным контролем и на 18% по сравнению с КИнМ. Нейроглиальный показатель, сохраняя высокие значения под действием исследуемых блокаторов, мало чем отличался от КИнМ.
Обсуждение_
Проведенная работа показала, что прекондиционирова-ние животных по ишемическому или гипоксическому типу, осуществляемое за несколько часов до моделирования локального ишемического инсульта, способствует эффективной защите структур головного мозга в случае возникновения острой церебральной ишемии.
С помощью МРТ было обнаружено, что прекондицио-нирование, проводимое за сутки до воспроизведения инфаркта в коре головного мозга, значительно уменьшает его размеры: в 3,8 раз - под влиянием ишемического и в 2,2 раз - под влиянием гипоксического прекондиционирования. Эффективность ИшП оказалась выше и на других сроках его применения, за 1 и 72 часа до создания острой ишемии головного мозга.
Нейропротекция, осуществляемая с помощью прекон-диционирования, не только уменьшала размеры инфаркта мозга, но и сохраняла в его перифокальной зоне большое количество жизнеспособных нейронов (подсчеты проводили на 21-й день после моделирования инсульта), число которых было близко таковому в мозге интактных крыс. Без нейропротекции, по сравнению с мозгом интактных крыс, в пенумбре гибло около 1/3 нервных клеток. Столь же эффективное действие пре-кондиционирования обнаружили и при сопоставлении числа нейронов между животными, которые получали и не получали (КИнМ) нейропротекцию. В этом случае защитное действие прекондиционирования сохраняло в пенумбре около 40% жизнеспособных нейронов.
Еще одна особенность структурно-функциональных изменений в мозге животных, подвергавшихся острому ишемическому воздействию - резкий рост нейроглии вокруг ишемического очага. При продуцировании инфаркта число клеток нейроглии в зоне пенумбры увеличивалось на 38% по сравнению с мозгом интактных животных и её количество в указанной зоне поддерживалось на высоком уровне, несмотря на применение ней-ропротекции.
По данным литературы, нейроглия создает не только постоянную, стабильную внутреннюю среду для нервной ткани, обеспечивая тканевый гомеостазис и нормальное функционирование нервных клеток [4], но она взаимодействует с нейронами через химические и электрические синапсы и участвует в межклеточных связях путем
перемещения ионов, метаболитных факторов и вторичных мессенджеров [26]. В связи с этим повышенный уровень нейроглии, выявленный нами в зоне пенумбры, можно расценить как компенсаторно-восстановительную реакцию структур мозга, направленную на поддержание функции нейронов при ишемическом процессе. Об активации нейроглии вокруг ишемического очага и возможном её участии в репаративных процессах сообщается в отдельных работах [8, 18]. О нарастании репа-ративных процессов под влиянием нейропротекции свидетельствуют и наши данные, касающиеся уменьшения на 18-25% значений нейроглиального показателя в зоне пенумбры по сравнению с животными, не получавшими прекондиционирование.
По данным литературы, в постишемический период уменьшаются повреждающее действие активных форм кислорода на ткань мозга, воспалительные процессы и проницаемость капилляров, ослабевает вазомоторная дисфункция и активируется репарация ДНК [11, 16, 22], что в целом способствует усилению компенсаторно-восстановительных реакций в зоне пенумбры. Можно предположить, что нейропротекция, осуществляемая с помощью прекондиционирования, предотвращает гибель нейронов в перифокальной зоне инфаркта и поддерживает их жизнеспособность за счет увеличения численности глиальных клеток.
Введение крысам за 30 мин до прекондиционирования блокаторов АТФ-зависимых К+-каналов не сопровождалось уменьшением размеров инфаркта мозга и, несмотря на поддержание высокой численности клеток нейроглии в перифокальной зоне, не способствовало предотвращению гибели нейронов (по существу, имело место нивелирование защитного действия прекондиционирования). Если принять во внимание, что АТФ-зависимым К+-ка-налам отводится значительная роль в механизмах пре-кондиционирования как способа нейропротекции [9, 24, 27], полученные нами данные свидетельствуют о том, что защитное действие прекондиционирования сопряжено с активацией этого типа каналов.
Таким образом, церебральная нейропротекция, достигаемая с помощью ишемического или гипоксического пре-кондиционирования, проводимого за сутки до моделирования инфаркта мозга, морфологически характеризуется сокращением размеров инфаркта и структурно-функциональными изменениями в зоне пенумбры, что выражается в значительном сохранении в ней числа жизнеспособных нейронов и поддержании в пенумбре высокого числа клеток нейроглии, способствующих сохранению жизнеспособности нейронов. В настоящей работе также было показано, что нейропротекторное действие прекондиционирования сопряжено с активацией мито-хондриальных АТФ-чувствительных К+-каналов.
Выполнение данной работы частично поддержано Государственным контрактом № 02.512.12.2013 Федеральной целевой программы «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2007-2012 годы.
Список литературы
1. Верещагин Н.В., Моргунов В.А., Гулевская Т.С. Патология головного мозга при атеросклерозе и артериальной гипертонии. М.: Медицина, 1997.
2. Власов Т.Д., Коржевский Д.Э., Полякова Е.А. Ишемическая адаптация головного мозга крысы как метод защиты эндотелия от ишемического/реперфузионного повреждения. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2004; 90: 40-48.
3. Гусев Е.И., Скворцова В.И. Ишемия головного мозга. М.: Медицина, 2001.
4. Данилов Р.К. Гистология. Эмбриология. Цитология. М.: Медицинское информационное агентство, 2006.
5. Кошелев В.Б., Крушинский А.Л., Рясина Т.В. и др. Влияние кратковременной адаптации к гипоксии на развитие острых нарушений мозгового кровообращения у крыс, генетически предрасположенных к эпилепсии. Бюлл. эксп. биол. и мед. 1987; 103: 373-376.
6. Суслина З.А., Варакин Ю.Я. Эпидемиологические аспекты изучения инсульта. Время подводить итоги. Анн. клин. эксперимент. неврол. 2007; 1: 22-28.
7. Суслина З.А., Пирадов М.А., Танашян М.М. Принципы лечения острых ишемических нарушений мозгового кровообращения. В кн.: Суслина З.А. (ред.) Очерки ангионеврологии. М.: Атмосфера, 2005: 206-215.
8. Back T. Pathophysiology of the ishemic penumbra - revision of a concept. Cellular and Molecular Neurobiology. 1998; 18: 621-638.
9. Ballanyi K. Protective role of neuronal KATP channels in brain hypoxia. J. Exp. Biol. 2004; 207: 3201-3212.
10. Barone F.C., White R.F., Spera P.A. et al. Ishemic preconditioning and brain tolerance. Temporal histological and functional outcomes, protein synthesis requirement, interleukin-1 receptor antagonist and early gene expression. Stroke. 1998; 29: 1937-1951.
11. Cadet J.L., Krasnova I.N. Cellular and molecular neurobiology of brain preconditioning. Mol. Neurobiol. 2009; 39: 50-61.
12. Chen S.T., Hsu C.Y., Hogan E.L. et al. A model of focal ishemic stroke in the rat: reproducible extensive cortical infarction. Stro-ke.1986; 17: 738-743.
13. Davis S.M., Donnan G.A. Using mismatch on MRI to select thrombolytic responders an attractive yepothesis awaiting confirmation. Stroke. 2005; 36: 1100-1101.
14. Dirnagl U., Becker K., Meisel A. Preconditioning and tolerance against cerebral ishemia: from experimental strategies to clinical use. Lancet Neurol. 2009; 8: 398 -412.
15. Hinkle J.L., McKenna Guanci M. Acute ischemic stroke review. Journal of neuroscience nursing. 2007; 39 (5): 285-310.
16. Hossmann K.A. Pathophysiology and therapy of experimental stroke. Cellular and Molec. Neurobiol. 2006; 26: 1057-1083.
17. Ito U., Kuroiwa T., Nagasao J. et al. Temporal profiles of axon terminals, synapses and spines in the ishemic penumbra of the cerebral cortex: ultrastructure of neuronal remodeling. Stroke. 2006; 37: 2134-2139.
18. Mabuchi T., Kitagawa K., Ohtsuki T. et al. Contribution of microglia / macrophages to expansion of infarction and response of oligodendrocytes after focal cerebral ischemia in rats. Stroke. 2000; 31: 1735-1743.
19. ManuchinaE.B., Downey H.F., MalletR.T. Role of nitric oxide in cardiovascular adaptation to intermittent hypoxia . Exp. Biol. Med. 2006; 231: 343-365.
20. Miller B.A., Perez RS., Shah A.R. et al. Cerebral protection by hypoxic preconditioning in the murine model of focal ischemia-re-perfusion. Neuroreport. 2001; 12: 1663-1669.
21. Nedergaard M., Vorstrup S., Astrup J. Cell density in border zone around old small human brain infarcts. Stroke. 1986; 17: 1129-1137.
22. Obrenovitch T.P. Molecular physiology of precondicioning-indu-ced brain tolerance to ishemia. Physiol. Rev. 2008; 88: 211-247.
23. Racay P., Tatarcova Z., Drgova A. et al. Effect of ishemic preconditioning on mitochondrial dysfunction and mitochondrial P53 translocation after transient global cerebral ishemia in rats. Neurochem. Rec. 2007; 32: 1823-1832.
24. Raval A.P., Dave K.R., DeFazio R.A. et al. ePKC phosphorylates the mitochondrial K+ ATP channel during induction of ishemic preconditioning in the rat hippocampus. Brain Res. 2007; 1184: 345-353.
25. Stenzel-Poore M.P., Stevens S.L., King J.S., et al. Preconditioning reprograms the response to ishemic injury and primes the emergence of unique endogenous neuroprotective phenotypes: a speculative synthesis. Stroke 2007; 38: 680-685.
26. Verkhartsky A., Butt A. Glial neurobiology. John Wiley & Sons, 2007.
27. Watanabe M., Katsura K., Ohsawa I. et al. Involvement of mitoK+ ATP channel in protective mechanisms of cerebral ischemic tolerance. Brain Res. 2008; 1238: 199 -207.
Preconditioning as a method of neuroprotection in a model of brain infarct
R.M. Khudoerkov, N.S. Samojlenkova, S.A. Gavrilova, Yu. A. Pirogov, V.B. Koshelev
Research Center of Neurology, Russian Academy of Medical Sciences; M.V. Lomonosov Moscow State University, Moscow
Key words: preconditioning, neuroprotection, brain infarct, ischemic penumbra, morphometry, magnetic resonance tomography.
Preconditioning of ischemic and hypoxic type was investigated as a method of protecting brain against acute ischemic injury. The preconditioning methods were applied to experimental rats 24 h before the time when local brain infarct was done by middle cerebral artery occlusion (MCAO). It was found that the ischemic and hypoxic preconditioning resulted in three general morphological changes: 1) the size of infarct zone was reduced by 2.2—3.8 times compared with rats that had not been treated with the preconditioning before MCAO; 2) the preconditioning treatment retained the number of
living neurons in penumbra at the level of control rats, while without the preconditioning neuronal count in the penumbra after MCAO was 29% lower; 3) the number of glial cells in penumbra was increased after MCAO by 38% compared with the control level, and continued to increase under the preconditioning treatment up to 60%, that suggests an important role of neuroglia in neuroprotection. Selective blockers of ATP-dependant K+-channels (5-hydroxydecanoate and glibenclamide) completely abolished the neuroprotective effects of the preconditioning.
