Relation between the Severity of the Sensorimotor Cortical Edema with Cell Swelling and the Duration of Common Carotid Artery Occlusion in Rats (Morphometric Study)

The aim of the study. To examine the changes in structure and morphometry in sensorimotor cortical edema with cell swelling in mature white rats after common carotid artery occlusion of various durations.Material and methods. Acute ischemia was modeled on white adult Wistar rats by 20-, 30- and 40-min occlusion of the common carotid arteries (CCA). Histological (hematoxylin-eosin and Nissl staining), immunohistochemical (NSE, MAP-2, GFAP) and morphometric methods were used. Morphometry was assessed on hematoxylin and eosin-stained specimens using ImageJ 1.53 plug-ins (Find Maxima, Find Foci). Statistical hypothesis testing (nonparametric criteria) was performed using Statistica 8.0 software.Results. In the sensorimotor cortex (SMC) of white rats after 20, 30 and 40 minutes of CCA occlusion the signs of cytotoxic brain edema appeared, focal destructive and adaptive changes of neurons and astroglia evolved. The edema persisted throughout the observation period (7 days). The increase in the relative area, the number of cell swelling zones and their hydration (pixel brightness) was significant. On days 1 and 3 after CCA occlusion, some of the SMC astrocyte processes underwent destruction. Subpial and perivascular zones suffered to a greater extent. Mild and moderate (after unilateral 30-min CCA occlusion) to moderate and severe (after bilateral 40-min CCA occlusion) scattered structural and functional changes of the SMC with large areas of clearing in the «porous» neuropil, severe perivascular and perineuronal edema of the astrocyte processes developed. The latter was associated with a moderate reduction of the total neuronal density.Conclusion. After occlusion of CCA, signs of edema with cellular swelling appeared in the SMC amid dystrophic and necrotic pyramidal neurons and activated neuroglial cells. To a greater extent, the signs of brain swelling were evident three days after bilateral 40-min occlusion of CCA

Common Carotid Artery Occlusion and Double-Nucleated Cellular Structures In The Rat Sensorimotor Cerebral Cortex

The aim of the study. To study the double-nucleated cellular structures of the brain sensorimotor cortex (SMC) of sexually mature white rats after a 40-minute occlusion of the common carotid arteries.Methods. Acute ischemia was simulated in white Wistar rats by 40-minute occlusion of the common carotid arteries (OCCA). We performed comparative morphometric evaluation of cyto-, dendro-, synapto-, and glioar-chitectonics of the neocortex in intact animals (n=5), and 1 (n=5), 3 (n=5), and 7 days (n=5) after OCCA. We used Nissl, hematoxylin and eosin staining, and immunohistochemical reactions for NSE, MAP-2, HSP-70, p38, caspase-3, GFAP, AIF1, and Ki-67. Numerical density of pyramidal neurons, oligodendrocytes (ODCs), mi-croglyocytes (MGCs), presence of dystrophic and necrobiotic neurons with one or more nucleoli, hetero- and dikaryons were assessed. Statistical hypotheses were tested using Statistica 8.0 software.Results. The percentage of dystrophic and necrobiotic neurons, nerve cells with two nuclei or two or more nucleoli, the total number (proliferation) and percentage of hypertrophic astrocytes, ODCs and MGCs increased significantly after OCCA. The total numerical density of SMC neurons decreased by 26.4% (P=0.001) in layer III and by 18.5% in layer V (Mann-Whitney U Test; P=0.01) after OCCA throughout the observation period. Pathological and compensatory changes were diffusely focal and more pronounced in layer III of the neocortex. The density of bi-nucleated heterokaryons and dikaryons remained unchanged on days 1 and 3 after OCCA vs control and was 3.5 (1.5-4.0)/mm2, and increased to 6.5 (5.0-8.5)/mm2 on day 7 (Mann-Whitney U Test; P=0.002). This increase occurred along with a higher density of ODCs and MGCs than in the control. The maximum number of neurons with two or more nucleoli was also noted in layer III and V during this period.Conclusion. After 40-minute OCCA in SMC, parallel to the dystrophic and necrobiotic changes of pyramidal neurons and activation of neuroglial cells, there was an increase in the formation of heterokaryons and neurons with amplified nucleolus. These changes were considered as a variant of neuronal response to ischemic damage

Морфофункциональная характеристика отека-набухания коры головного мозга белых крыс после тяжелой черепно-мозговой травмы без и на фоне применения L-лизина эсцината

Aim of study The study is devoted to a morphometric assessment of the manifestations of edema-swelling of the somatosensory cortex (SSC) of the brain of white rats after severe traumatic brain injury (TBI) without using L-lysine escinate and when using it as a therapeutic effect.Material and methods We stained sections with hematoxylin-eosin and performed morphometric methods. On thin (4 μm) serial frontal sections of SSC, neurons and microvessels in the control (intact animals, n=5) were examined in 1 (n= 5), 3 (n=5), 5 (n=5), 7 (n=5) and 14 (n=5) days after injury without treatment (n=25, comparison group) and with treatment (n=25, main group). In color raster images (lens x100), using the plug-in filter “Find Maxima”, maximum brightness areas (MBA) were determined , which were then analyzed using the “Analyze Particles” program from ImageJ 1.52 s. MBA corresponded to SSC sites with a high degree of hydration of nerve tissue - edema-swelling. Statistical hypotheses were tested using nonparametric criteria.Results and discussion In control animals, a low degree of hydration of SSC tissue was noted (relative area 3-8%). In the comparison group, 1 and 3 days after STBI, foci of edema-swelling covered up to 30% of SSC, in 5 days - up to 15%, in 7 days - up to 20%, in 15 - up to 18%. Significant heteromorphism and heterogeneity of changes in the neuropil around neurons and blood vessels was noted. In the dynamics of the post-traumatic period, the proportion of large foci of edema-swelling (intra- and perineuronal, perivascular) decreased. In the main group, one day after STBI, there was a statistically significantly smaller number of foci of edema-swelling and their total relative area. The values range of these variables significantly decreased. L-lysine escinat affected the water balance most effectively in the acute post-traumatic period (day 1 and 3). The drug “smoothed out” the manifestation peaks (number, focal area) of edema-swelling: the values of the studied morphometric indicators were statistically significantly different. Consequently, morphometric signs of hydropic dystrophy after STBI were detected in both studied groups during the 15 days of observation.Conclusion The degree of SSC nervous tissue hydration increased after STBI. L-lysine escinate statistically significantly reduced manifestations of hydropic dystrophy. The drug significantly affected the degree of hydration of neural tissue observed in the early post-traumatic period.Цель Исследование посвящено морфометрической оценке проявлений отека-набухания соматосенсорной коры (ССК) головного мозга белых крыс после тяжелой черепно-мозговой травмы (ТЧМТ) на фоне использования в качестве лечебного воздействия L-лизина эсцината.Методы исследования Использована окраска срезов гематоксилином-иозином и методы морфометрии. На тонких (4 мкм) серийных фронтальных срезах ССК изучены нейроны и микрососуды в контроле (интактные животные, n=5), через 1 (n=5), 3 (n=5), 5 (n=5), 7 (n=5) и 14 (n=5) суток после травмы без лечения (n=25, группа сравнения) и с лечением (n=25, основная группа). На цветных растровых изображениях (объектив х100) с помощью плагин-фильтра “Find Maxima” определяли зоны максимальной яркости, которые затем анализировали с помощью “Analyze Particles” из программы ImageJ 1.52s. Зоны соответствовали участкам ССК с высокой степенью гидратации нервной ткани - отек-набухание. Статистические гипотезы проверяли с помощью непараметрических критериев.Результаты и обсуждение У контрольных животных отмечена низкая степень гидратации нервной ткани ССК (относительная площадь 3−8%). В группе сравнения через 1 и 3 суток после ТЧМТ очаги отека-набухания охватывали до 30% ССК, через 5 суток - до 15%, через 7 суток - до 20%, через 15 - до 18%. Отмечалась значительная гетероморфность и гетерогенность изменений в нейропиле, вокруг нейронов и сосудов. В динамике посттравматического периода доля крупных очагов отека-набухания (интра- и перинейрональных, периваскулярных) снижалась. В основной группе через одни сутки после ТЧМТ было статистически значимо меньшее количество очагов отека-набухания и их общая относительная площадь была меньше, чем в группе сравнения. Значительно уменьшался разброс значений данных переменных. Наиболее эффективно L-лизина эсцинат действовал на водный баланс в остром посттравматическом периоде (1-е и 3-и сутки). Препарат «сглаживал»  пики проявлений (количество, площадь очагов) отека-набухания: значения изученных морфометрических показателей статистически значимо отличались. Следовательно, морфометрическиепризнаки гидропической дистрофии после ТЧМТ выявлялись в обеих изученных группах на протяжении 15 суток наблюдения.Заключение После ТЧМТ увеличивалась степень гидратации нервной ткани ССК. L-лизин эсцинат статистически значимо уменьшал проявления гидропической дистрофии. Особенно выраженное влияние препарата на степень гидратации нервной ткани отмечено в раннем посттравматическом периоде

Морфофункциональная характеристика гиппокампа белых крыс в остром периоде после тяжелой черепно-мозговой травмы на фоне применения L-лизина эсцината

Aim of study. The study is devoted to the effect of L-lysine aescinat on the nervous tissue of the CA1 and CA3 fields of the hippocampus of the brain of white rats in the acute period after severe traumatic brain injury (TBI).Material and methods. TBI was simulated by applying a blow to the parieto-occipital region with a freely falling weight weighing 200-250 grams from a height of 50 cm using a special rail rack. The objectives of the study were: 1) comparative morphometric assessment of the degree of hydration, cyto- and glioarchitectonics of different layers of CA1 and CA3 fields after ischemia without treatment; 2) the effect of L-lysine aescinat on these indicators. We used histological (staining of sections with hematoxylin-eosin and Nissl), immunohistochemical (for NSE, MAP-2 and GFAP) and morphometric methods. On thin (4 μm) serial frontal sections of the hippocampus, neurons, astrocytes, microvessels and neuropiles were studied in control (intact animals, n=5) and 1 and 3 days after injury without treatment (n=10, comparison group) and with treatment ( n = 10, main group). The number density of neurons was determined using the Nissl staining of cells and by the reaction to NSE. The cytoskeleton of neurons was studied by detecting MAP-2, and astroglia by GFAP. On color raster images (staining with hematoxylin and eosin, x100) using the Find Maxima plug-in filter, the zones of maximum brightness were determined, which were then analyzed using Analyze Particles from the ImageJ 1.52s program. Zones of maximum brightness corresponded to areas of the hippocampus with a high degree of hydration of the nervous tissue - edema-swelling. The nature of the distribution, statistical hypotheses, and plotting were checked using Statistica 8.0 software and R environment.Results. In control animals, normochromic neurons without signs of changes in the cytoskeleton prevailed in all layers of fields CA1 and CA3, and a low degree of hydration of the nervous tissue was noted (the relative proportion of zones of maximum brightness was 5–8%). One and 3 days after TBI, there was a statistically significant increase in the focal content of dystrophic and necrobiotically altered neurons (95% confidence interval: 52–78%), manifestations of reactive gliosis were noted, and the proportion of zones of maximum brightness increased to 16%. Statistically significant layer-by-layer differences were revealed between the CA1 and CA3 fields of the hippocampus. The use of L-lysine aescinat had a statistically significant effect on the morphometric parameters of the nervous tissue of the hippocampus.Conclusion. In the early post-traumatic period after TBI, the degree of hydration of the nervous tissue of the hippocampus increased. Heteromorphicity of dystrophic and necrobiotic changes in different layers of CA1 and CA3 fields was noted. L-lysine aescinate had a statistically significant positive effect on these changes. To a greater extent, this is typical for the CA3 field. The revealed changes are considered not only as patho-, but also as sanogenetic structural mechanisms of protection and reorganization of the hippocampus in the acute post-traumatic period.1. In the acute period (1−3 days) after severe traumatic brain injury, the degree of hydration of all components of the hippocampal nervous tissue increased. In the group without treatment, 3 days after injury, the relative volume of edema-swelling zones varied from 10 to 13% in CA1 (control 3-7%) and from 8 to 16% in CA3 (control 5–10%).2. The heteromorphism of hydropic changes in the molecular layer, the layer of pyramidal neurons and the polymorphic layer was established. The maximum increase in the volume of free water (more than twofold) was characteristic of the molecular and polymorphic layer CA1, as well as the polymorphic layer CA3.3. The use of L-lysine aescinat in the acute period significantly changed the manifestations of hydropic dystrophy. One day after injury, the volume of free water increased in comparison with animals without treatment, and then, after 3 days, decreased, but remained higher than in the comparison group. The maximum effect of the drug was noted in field CA3.Цель исследования. Исследование посвящено изучению влияния L-лизина эсцината на нервную ткань полей СА1 и СА3 гиппокампа головного мозга белых крыс (Wistar) в остром периоде после тяжелой черепно- мозговой травмы (ТЧМТ).Материал и методы. ТЧМТ моделировали нанесением на теменно-затылочную область удара свободно падающим грузом массой 200−250 г с высоты 50 см с помощью специальной рельсовой стойки. Задачами исследования были: 1) сравнительная морфометрическая оценка степени гидратации, цито- и глиоархитектоники различных слоев полей СА1 и СА3 после ТЧМТ без лечения; 2) влияние на эти показатели L-лизина эсцината. Использованы гистологические (окраска срезов гематоксилином- эозином и по Нисслю), иммуногистохимические (на NSE, MAP-2 и GFAP) и морфометрические методы. На тонких (4 мкм) серийных фронтальных срезах гиппокампа изучены нейроны, астроциты, микрососуды и нейропиль в контроле (интактные животные, n=5) и через 1 и 3 суток после травмы без лечения (n=10, группа сравнения) и с лечением (n=10, основная группа). Численную плотность нейронов определяли с помощью окраски клеток по Нисслю и реакции на NSE. Цитоскелет нейронов изучали с помощью реакции на МАР-2, а астроглии — GFAP. На цветных растровых изображениях (окраска гематоксилином и эозином, объектив х100) с помощью плагин-фильтра “Find Maxima” определяли зоны максимальной яркости (ЗМЯ), которые затем анализировали с помощью “Analyze Particles” из программы ImageJ 1.52s. ЗМЯ соответствовали участкам гиппокампа с высокой степенью гидратации нервной ткани — отек-набухание. Характер распределения, статистические гипотезы, построение графиков проверяли с помощью программ Statistica 8.0 и среды R.Результаты. У контрольных животных во всех слоях полей СА1 и СА3 превалировали нормохромные нейроны без признаков изменения цитоскелета, отмечена низкая степень гидратации нервной ткани (относительная доля ЗМЯ 5−8%). Через 1 и 3 суток после ТЧМТ статистически значимо увеличивалось очаговое содержание дистрофически и некробиотически измененных нейронов (95% доверительный интервал: 52−78%), отмечались проявления реактивного глиоза, а доля ЗМЯ увеличивалась до 16%. Выявлены статистически значимые послойные различия между полями СА1 и СА3 гиппокампа. Применение L-лизина эсцината оказывало статистически значимое влияние на морфометрические показатели нервной ткани гиппокампа.Заключение. В раннем периоде после ТЧМТ увеличивалась степень гидратации нервной ткани гиппокампа. Отмечена гетероморфность дистрофических и некробиотических изменений в разных слоях полей СА1 и СА3. L-лизин эсцинат статистически значимо влиял на эти изменения. В большей степени это характерно для поля СА3. Выявленные изменения рассматриваются не только как пато-, но и как саногенетические структурные механизмы защиты и реорганизации гиппокампа в посттравматическом периоде.Выводы.1. В остром периоде (1−3 суток) после тяжелой черепно-мозговой травмы увеличивалась степень гидратации всех компонентов нервной ткани гиппокампа. В группе без лечения через 3 суток после травмы относительный объем зон отека-набухания варьировался от 10 до 13% в СА1 (контроль 3−7%) и от 8 до 16% — в СА3 (контроль 5−10%).2. Установлена гетероморфность гидропических изменений в молекулярном слое, слое пирамидных нейронов и полиморфном слое. Максимальное увеличение объема свободной воды (более чем в 2 раза) было характерно для молекулярного и полиморфного слоя СА1, а также полиморфного слоя СА3.3. Применение в остром периоде L-лизина эсцината способствовало статистически значимому изменению проявлений гидропической дистрофии. Через 1 сутки после травмы объем свободной воды увеличивался в сравнении с животными без лечения, а затем, спустя 3 суток, уменьшался, но оставался выше, чем в группе сравнения. Максимальное влияние препарата отмечено в поле СА3

Особенности глиоархитектоники неокортекса, архикортекса и миндалевидного тела белых крыс после 20-минутной окклюзии общих сонных артерий

Purpose. The study is focused on glioarchitectonics of the neocortex, archicortex and amygdala of Wistar white rats in normal state and after a 20-minute occlusion of the common carotid arteries.Materials and methods. Light (stained with hematoxylin and eosin) microscopy, immunohistochemistry (GFAP), and morphometry were used to study the distribution, shape, and area of GFAP-immunopositive brain cells in the normal range (n = 5) and at days 1, 3, 7, 14, 30 (n = 25) after acute ischemia.Results. Focal changes were found in the density of the glial network: decrease and increase in the local content of GFAP-positive material. Reactive, dystrophic and necrobiotic changes in neurons after acute ischemia were accompanied by reorganization of neuroglia and increase in the neuroglia index in certain zones by 1.2–1.5 times. The surface area of the particles in GFAP-positive astrocytes in sections of the neocortex in the control was 8.4–18.1, but after 3 days after ischemia this rate in some parts of the neocortex rose to 45.0–59.3%. In the hippocampus this rate was 8.1% and 16.2%, and in the amygdala it was 12.6% and 21.2%. Hypertrophy of mature astrocytes was manifested by the increase in the diameter, degree of branching and length of their processes.Conclusion. The obtained data are considered as a phenomenon of ischemic preconditioning and activation of protective processes in neuro-glio-vascular microcomplexes. Цель. Исследование посвящено изучению глиоархитектоники неокортекса, архикортекса и миндалевидного тела белых крыс линии Wistar в норме и после 20-минутной окклюзии общих сонных артерий.Материалы и методы. С помощью световой (окраска гематоксилином и эозином) микроскопии, иммуногистохимии (GFAP) и морфометрии были изучены распределение, форма и площадь GFAPиммунопозитивных клеток головного мозга в норме (n = 5) и через 1, 3, 7, 14, 30 сут (n = 25) после острой ишемии.Результаты. Выявлены очаговые изменения плотности глиальной сети – снижение и увеличение локального содержания GFAP-позитивного материала. Реактивные, дистрофические и некробиотические изменения нейронов после острой ишемии сопровождались реорганизацией нейроглии и увеличением нейроглиального индекса в отдельных зонах в 1,2–1,5 раза. Относительная площадь частиц GFAP-позитивного материала астроцитов на срезах неокортекса в контроле составляла 8,4–18,1%, а через 3 сут после ишемии этот показатель в отдельных участках неокортекса увеличивался до 45,0-59,3%. В гиппокампе – 8,1 и 16,2%, в миндалевидном теле – 12,6 и 21,2%. Гипертрофия зрелых астроцитов проявлялась увеличением диаметра, степени ветвления и длины их отростков.Заключение. Полученные данные рассматриваются в аспекте феномена ишемического прекондиционирования и активации защитных процессов в нейро-глио-сосудистых микрокомплексах