НЕЙРОПРОТЕКТИВНАЯ РОЛЬ ОСНОВНОГО ФАКТОРА РОСТА ФИБРОБЛАСТОВ BFGF ПРИ ИШЕМИЧЕСКОМ ПОВРЕЖДЕНИИ ГОЛОВНОГО МОЗГА (ОБЗОР)

The review deals with basic fibroblast growth factor (bFGF), one of the most known representatives of the family of neutrotrophic factors. It discusses its function in the central nervous system in health and disease, some mechanisms of neuroprotective action, the therapeutic potential of bFGF for the treatment of functional and structural disorders of the nervous system in brain ischemia of different etiologies, and in neurodegenerative diseases. Alternative routes for delivery of this protein to injured cerebral regions are considered.Обзор посвящен одному из наиболее известных представителей семейства нейротрофических факторов – основному фактору роста фибробластов bFGF. Обсуждаются его функции в ЦНС в норме и при патологическом воздействии, некоторые механизмы нейропротективного действия, терапевтический потенциал bFGF для лечения функциональных и структурных нарушений нервной системы при ишемии головного мозга различной этиологии, а также при нейродегенеративных заболеваниях. Рассмотрены альтернативные способы доставки этого белка к поврежденным областям головного мозга

Сепсис-ассоциированная энцефалопатия (обзор)

International studies demonstrate an annual increase in the frequency and impact of sepsis in intensive care units (ICU). Cerebral dysfunction, or so-called sepsis-associated encephalopathy (SAE), is one of the earliest signs of sepsis, as well as its common complication. Up to 70% of patients with sepsis have symptoms of encephalopathy [1, 2]. A direct link between the SAE and an increased mortality rate is a major concern; more than a half of sepsis survivors experience continuous memory and concentration impairment [3—5]. Diagnosis of the cerebral dysfunction in sepsis is often difficult because of lack of specific biomarkers and frequent prescription of sedatives to critically ill patients. Clinical manifestations of SAE are diverse, may vary from simple malaise and lack of concentration to deep coma. The literature discusses probable mechanisms of formation and development of septic encephalopathy, such as oxidative stress, inflammation, mitochondrial and endothelial dysfunction, increased permeability of the blood-brain barrier, impairment of macro- and microcirculation, changes in neirotransmission, activation of microglia. The lack of clear data and consensus about the etiology and mechanisms of SAE at present does not permit predicting its development and prescribing a specific therapy. The review discusses current understanding of the causes of septic encephalopathy, methods of diagnosis, the main clinical manifestations, key mediators, and pathophysiological mechanisms. A hypothesis is proposed that poses a contribution of aromatic microbial metabolites (AMM) of phenol and indole nature (products of bacterial biodegradation of tyrosine and tryptophan) to the development of brain dysfunction. The fields of exploratory studies, which might open perspectives in the diagnosis, as well as new approaches in the treatment of SAE are outlined.Результаты международных исследований указывают на ежегодный рост частоты и актуальности сепсиса в реанимационных отделениях. Одним из наиболее ранних признаков, а также частым осложнением сепсиса является дисфункция мозга или так называемая сепсис-ассоциированная энцефалопатия (SAE). До 70% больных с сепсисом имеют симптомы энцефалопатии [1, 2]. Особое беспокойство вызывает факт прямой связи SAE с повышенной летальностью, а среди выживших после сепсиса более половины имеют длительные когнитивные расстройства, нарушения памяти и концентрации внимания [3—5]. Диагностика дисфункции мозга при сепсисе часто затруднена из-за отсутствия специфических биомаркеров, а также в связи с частым применением седативных препаратов у критических больных. Клинические проявления SAE разнообразны, могут варьировать от простого недомогания и недостатка концентрации внимания до глубокой комы. В литературе обсуждаются предполагаемые механизмы формирования и развития септической энцефалопатии, такие как окислительный стресс, воспаление, митохондриальная и эндотелиальная дисфункция, увеличение проницаемости гематоэнцефалического барьера, нарушения макро- и микроциркуляции, изменение нейротрансмиссии, активация микроглии. Отсутствие четких данных и единого мнения о происхождении и механизмах SAE в настоящее время не позволяет прогнозировать ее развитие и проводить специальную терапию. В обзоре обсуждаются современные представления о причинах развития септической энцефалопатии, методах диагностики, рассмотрены основные клинические проявления, ключевые медиаторы, патофизиологические механизмы. Предложена гипотеза о роли ароматических микробных метаболитов (АММ) фенольной и индольной природы — продуктов бактериальной биодеградации тирозина и триптофана — в развитии дисфункции мозга, намечены направления поисковых исследований, открывающие перспективы в диагностике и новые подходы в лечении SAE

Нейропротективное действие хлорида лития на модели остановки сердца у крыс

Lithium chloride, which is used for the treatment of bipolar disorders, has a neuroprotective effect in conditions associated with acute and chronic circulatory disorders.The purpose of the study: to investigate the efficacy of lithium chloride for the prevention of post-resuscitation death of hippocampal neurons during the post-resuscitation period.Material and methods. Cardiac arrest for 10 minutes was evoked in mature male rats by intrathoracic clumping of the vascular bundle of the heart, followed by resuscitation. 40 mg/kg or 20 mg/kg of 4,2% lithium chloride (LiCl) was injected intraperitoneally 1 hour before cardiac arrest, on the 1st and 2nd day after resuscitation (n=9). Untreated animals received equivalent doses of saline (n=9). Rats after a sham surgery served as a reference group (n=10). The number of viable neurons in the CA1 and CA3/CA4 fields of the hippocampus was estimated in slides stained with cresyl violet by day 6 or 7 postresuscitation. In a separate series of experiments, at the same terms, we studied the effect of lithium chloride on the protein content of GSK3β (glycogen synthase kinase) in brain tissue using Western-Blot analysis.Results. Histological assay showed that a 10-minute cardiac arrest resulted in a decrease in the number of viable neurons in the hippocampal CA1 field — by 37.5% (P0.001), in the CA3/CA4 field — by 12.9% (P0.05) vs. the reference group. Lithium treatment increased the number of viable neurons in resuscitated rats — in the CA1 field by 37% (P<0.01), in the CA3/CA4 field — by 11.5% (P0.1) vs. the untreated animals. It was found that lithium caused an increase in phosphorylated form of GSK3β: by 180% vs. the reference group (P[1]0.05), and by 150% vs. the untreated animals (P0.05).Conclusion. Lithium treatment leads to a pronounced neuroprotection in the neuronal populations of the hippocampus post-resuscitation. This effect may be due to an increase in the content of the phosphorylated form of GSK3β protein. The results indicate a high potential of lithium for the prevention and treatment of neurodegenerative disorders caused by a temporary arrest of blood circulation. Хлорид лития, используемый для коррекции биполярных расстройств, обладает нейропротективным эффектом при состояниях, связанных с острым и хроническим нарушением кровообращения в головном мозге. Цель исследования — оценить эффективность хлорида лития для предотвращения гибели высокочувствительных к гипоксии нейронов гиппокампа в постреанимационном периоде после временной остановки сердца. Материал и методы. Остановку сердца у взрослых крыс-самцов на 10 минут вызывали путем внутриторакального пережатия сосудистого пучка сердца с последующей реанимацией. 9-ти животным вводили раствор 4,2% LiCl за 1 час до остановки сердца (40 мг/кг в/б), на 1-е и на 2-е сутки после реанимации (20 мг/кг в/б, соответственно). 9 нелеченых животных в те же сроки получали эквивалентные дозы физиологического раствора хлорида натрия. Контролем служили ложноперированные крысы (n=10). Через 7 дней методом морфометрического анализа оценили число жизнеспособных нейронов в полях СА1 и СА3/СА4 гиппокампа на срезах, окрашенных крезиловым фиолетовым по Нисслю. В отдельной серии экспериментов с помощью Western-Blot анализа в эти же сроки исследовали влияние хлорида лития на содержание белка GSK3β (киназа гликогенсинтазы киназы-3) в ткани мозга. Результаты. При гистологическом исследовании установили, что 10-минутная остановка сердца приводит к снижению числа жизнеспособных нейронов в поле СА1 гиппокампа — на 37,5% (p0,001), в поле СА3/СА4 — на 12,9% (p0,05). Применение LiCl приводило к увеличению числа жизнеспособных нейронов гиппокампа у реанимированных крыс в поле СА1 на 37% (p0,01), в поле СА3/СА4 — на 11,5% (p0,1) по сравнению с нелечеными животными.  При исследовании белка GSK3β установили, что у реанимированных животных, получавших хлорид лития, содержание его фосфорилированной формы в ткани мозга было выше на 180% по сравнению с контролем (р0,05), и на 150% выше, чем у нелеченных животных (р0,05). Заключение. Введение хлорида лития в постреанимационном периоде приводило к выраженной нейропротекции в нейрональных популяциях гиппокампа. Этот эффект может быть обусловлен повышением содержания фосфорилированной формы белка GSK3β. Полученные результаты свидетельствуют о высоком потенциале лития для профилактики и лечения нейродегенеративных нарушений, вызванных временной остановкой кровообращения.

Гендерные особенности постреанимационных изменений экспрессии мозгового нейротрофического фактора (BDNF)

Purpose: to identify gender peculiarities of postresuscitation shifts in BDNF expression and neuronal death.Materials and Methods. At different points of the postresuscitation period (days 1-, 4-, 7-, and 14), the condition of highly sensitive to hypoxia neuronal populations (pyramidal neurons of hippocampus and Purkinje cells of cerebellum) were studied in white mature female rats exposed to a 10-minute stop of systemic blood circulation (compression of vascular fascicle of the heart). Sham operated animals were used as the control. Immunohistochemical detection of BDNF-immunoreactive neurons followed with determination of optical density, number of cells with different levels of BDNF expression, and total count of neurons per 1 mm of the length of their layer was carried out. The work was done using the image analysis system (computer Intel, microscope Olympus BX-41, software ImadgeScopeM, ImageJ 1,48v, Excel 2007). Statistic processing of data was performed with the aid of Statistica 7.0 using Kolmogorov-Smirnov λ test, Mann-Whitney U test, and Student's t-test.Results. The dynamics of postresuscitation shifts in BDNF-immunoreactivity of neuronal populations highly sensitive to hypoxia was studied in rats. Purkinje cells population in tissue slides from brain specimens harvested from female rats the alterations in BDNF expression became evident. This pattern was accompanied by the death of neurons. Those shifts in female animals were found to develop later than in male rats — by day 7 of the postresuscitation. Only BDNF-negative and BDNF-weakly positive neurons not survived postresuscitation. In the population of pyramidal cells of hippocampus in females, in contrast to males, there were no quantitative changes in BDNF molecules as revealed by immunohistochemistry and neuronal death process did not develop.Conclusion. Gender peculiarities in the development of postresuscitation shifts in BDNF expression and associated therewith death of neurons were revealed. It was shown that after cardiac arrest of the same duration, the postresuscitation shifts in BDNF expression and neuronal death manifested mostly in males compared to females. At the same time, animals of both genders demonstrate common postresuscitation brain alterations evidencing connection between the level of BDNF expression in neurons and their resistance to ischemia-reperfusion. Gender-specific patterns of brain damage and their importance for understanding the mechanisms of post-hypoxic encephalopathies are discussed. Цель: выявить половые особенности постреанимационных сдвигов экспрессии BDNF и сопряженных с ними процессов гибели нейронов.Материалы и методы. На разных сроках постреанимационного периода (1-, 4-, 7-, 14-е сутки) исследовали состояние высокочувствительных к гипоксии нейрональных популяций (пирамидные нейроны гиппокампа и клетки Пуркинье мозжечка) у белых половозрелых самок крыс, перенесших 10-минутную остановку системного кровообращения (пережатие сосудистого пучка сердца). Контролем служили ложнооперированные животные. Проводили иммуногистохимическое выявление BDNF-иммунореактивных нейронов с последующим определением оптической плотности, числа клеток с разным уровнем экспрессии BDNF и общего числа нейронов на 1 мм длины их слоя. В работе использованы системы анализа изображений (компьютер Intel, микроскоп Olympus BX-41, программы ImadgeScopeM, ImageJ 1,48v, Excel 2007). Статистическую обработку данных проводили в программе Statistica 7.0. с использованием критериев λ Колмогорова-Смирнова, U-критерия Манна-Уитни и t-критерия Стьюдента.Результаты. Установлена динамика постреанимационных сдвигов BDNF-иммунореактивности высокочувствительных к гипоксии нейрональных популяций. Показано, что в популяции клеток Пуркинье у самок происходят изменения уровня экспрессии BDNF, что сопровождается гибелью нейронов. Выявлено, что эти сдвиги развиваются позднее, чем у самцов — к 7-м суткам постреанимационного периода. Существенно, что гибели подвергаются только BDNF-негативные и слабопозитивные нервные клетки. В популяции пирамидных клеток гиппокампа у самок, в отличие от самцов, не происходило изменений BDNF-иммунореактивности, и процесс гибели нейронов не развивался.Заключение. Выявлены гендерные особенности развития постреанимационных сдвигов уровня экспрессии BDNF и сопряженных с ними процессов гибели нейронов. Показано, что после остановки сердца одинаковой длительности у самок постреанимационные сдвиги уровня экспрессии BDNF и процессы гибели нейронов выражены меньше, чем у самцов. В то же время, у животных обоего пола проявляются общие закономерности постреанимационных изменений мозга, свидетельствующие о взаимосвязи уровня экспрессии BDNF в нейронах с их устойчивостью к ишемии-реперфузии. Обсуждаются гендерные особенности повреждения мозга и их значение для понимания механизмов развития постгипоксических энцефалопатий.

Brain Morphological Changes in COVID-19

The aim of the study was to identify the pathomorphology of brain damage in patients who died of COVID-19.Material and methods. Autopsy reports and autopsy brain material of 17 deceased patients with premortem confirmed COVID-19 infection were analyzed. Fatal cases in which COVID-19 was the major cause of death were included in the study. Five people were diagnosed with cerebral infarction. Organ samples were taken for histological examination during autopsy. Sections were stained with hematoxylin and eosin and by Nissl to assess brain histopathology. To study the vascular basal membranes the PAS reaction was used, to detect fibrin in vessels phosphotungstic acid-hematoxylin (PTAH) staining was used, to determine DNA in nuclei sections were stained according to Feulgen, to detect RNA in neuronal nuclei and cytoplasm sections were stained with methyl green-pyronin. Immunohistochemical study of a neuronal marker, nuclear protein NeuN, was performed to assess neuronal damage.Results. The signs of neuronal damage found in patients who died of COVID-19 included nonspecific changes of nerve cells (acute swelling, retrograde degeneration, karyolysis and cytolysis, ‘ghost' cells, neuronophagia and satellitosis) and signs of circulatory disorders (perivascular and pericellular edema, diapedesis, congested and engorged microvasculature).Conclusion. Brain histopathological data indicate damage to the central nervous system in COVID-19 patients. Ischemic stroke in patients with COVID-19 is mostly caused by a combination of hypoxia resulting from respiratory failure and individual risk factors, including cerebrovascular atherosclerosis and hypertension