Morphological changes in the hippocampus of the rat brain in ischemia and in conditions of combined preconditioning

Abstract

BACKGROUND: Preconditioning is effective for increasing the body’s resistance to hypoxia/ischemia. AIM: To evaluate morphological changes in the most hypoxia-sensitive fields of the hippocampus CA1 and CA3 in cerebral ischemia in rats and under conditions of combined preconditioning. MATERIALS AND METHODS: Cerebral ischemia was simulated in rats under anesthesia (8% chloral hydrate solution, 400 mg/kg) by bilateral ligation of the common carotid arteries. The combined preconditioning method included the alternate use of two preconditional factors: pharmacological (amtisol, 25 mg/kg) and hypoxic (hypobaric hypoxia, 410 mmHg; exposure time, 60 min). Morphometric assessment of brain damage was performed a day after modeling ischemia in the CA1 and CA3 fields of the hippocampus. RESULTS: Combined preconditioning has a positive effect on the morphometric parameters of the brain during ischemia, including increasing neuronal survival in the early and late periods of ischemia modeling, preventing the formation of necrotically and apoptotically altered neurons, hyperactivation of microglial cells, and contributing to endotheliocyte preservation. CONCLUSIONS: Combined preconditioning (amtisol + hypobaric hypoxia) has a neuroprotective effect in cerebral ischemia.

Keywords

amtisol / preconditioning / cerebral ischemia / hippocampus

References

[1] Campbell BC. Stroke. Lancet. 2020;396(10244):129–142. doi: 10.1016/S0140-6736(20)31179-X

[2] Campbell B.C. Stroke // Lancet. 2020. Vol. 396, N 10244. P. 129–142. doi: 10.1016/S0140-6736(20)31179-X

[3] Novikov VE, Levchenkova OS, Pozhilova EV. Preconditioning as a method of metabolic adaptation to hypoxia and ischemia. Vestnik of the Smolensk State Medical Academy. 2018;17(1):69–79. EDN: YXHXPI

[4] Новиков В.Е., Левченкова О.С., Пожилова Е.В. Прекондиционирование как способ метаболической адаптации организма к состояниям гипоксии и ишемии // Вестник Смоленской государственной медицинской академии. 2018. Т. 17, № 1. С. 69–79. EDN: YXHXPI

[5] Hao Y, Xin M, Feng L, et al. Review cerebral ischemic tolerance and preconditioning: methods, mechanisms, clinical applications, and challenges. Front Neurol. 2020;11:812. doi: 10.3389/fneur.2020.00812

[6] Hao Y., Xin M., Feng L., et al. Review cerebral ischemic tolerance and preconditioning: methods, mechanisms, clinical applications, and challenges // Front Neurol. 2020. Vol. 11. ID 812. doi: 10.3389/fneur.2020.00812

[7] Zenko MYu, Rybnikova EA. Pharmacological preconditioning. Integrative physiology. 2020;1(1):32–39. EDN: CDEKPO doi: 10.33910/2687-1270-2020-1-1-32-39

[8] Зенько М.Ю., Рыбникова Е.А. Фармакологическое прекондиционирование // Интегративная физиология. 2020. Т. 1, № 1. С. 32–39. EDN: CDEKPO doi: 10.33910/2687-1270-2020-1-1-32-39

[9] Levchenkova OS, Kulagin KN, Novikov VE. Cerebroprotective action of pharmacological and hypoxic preconditioning in brain ischemia. Vestnik of the Smolensk State Medical Academy. 2017;16(2):15–21. EDN: YPCMXX

[10] Левченкова О.С., Кулагин К.Н., Новиков В.Е. Церебропротективное действие фармакологического прекондиционирования при ишемии головного мозга // Вестник Смоленской государственной медицинской академии. 2017. Т. 16, № 2. С. 15–21. EDN: YPCMXX

[11] Levchenkova OS, Novikov VE. Possibilities of pharmacological preconditioning. Annals of the Russian academy of medical sciences. 2016;71(1):16–24. EDN: VPLXBD doi: 10.15690/vramn626

[12] Левченкова О.С., Новиков В.Е. Возможности фармакологического прекондиционирования // Вестник РАМН. 2016. Т. 71, № 1. С. 16–24. EDN: VPLXBD doi: 10.15690/vramn626

[13] Novikov VE, Levchenkova OS. Perspectives of use of inducers of the hypoxia adaptation factor in therapy of ischemic diseases. Journal of Ural medical academic science. 2014;(5):132–138. EDN: TKZNBL

[14] Новиков В.Е., Левченкова О.С. Перспективы применения индукторов фактора адаптации к гипоксии в терапии ишемических заболеваний // Вестник Уральской медицинской академической науки. 2014. № 5. С.132–138. EDN: TKZNBL

[15] Yang Y, Lu F, Huang L, et al. Combined preconditioning with hypoxia and GYKI-52466 protects rats from cerebral ischemic injury by HIF-1a/eNOS pathway. Am J Transl Res. 2017;9(12):5308–5319.

[16] Yang Y., Lu F., Huang L., et al. Combined preconditioning with hypoxia and GYKI-52466 protects rats from cerebral ischemic injury by HIF-1a/eNOS pathway // Am J Transl Res. 2017. Vol. 9, N 12. P. 5308–5319.

[17] Novikov VE, Levchenkova OS, Klimkina EI, Kulagin KN. Potentiation of the hypoxic preconditioning effect by antihypoxants. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. 2019;17(1):37–44. EDN: PHNAKT doi: 10.7816/RCF17137-44

[18] Новиков В.Е., Левченкова О.С., Климкина Е.И., Кулагин К.Н. Потенцирование антигипоксантами эффекта гипоксического прекондиционирования // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2019. Т. 17, № 1. С. 37–44. EDN: PHNAKT doi: 10.7816/RCF17137-44

[19] Levchenkova OS, Novikov VE, Kulagin KN, Ponamareva NS. Influence of combined pharmacological and hypoxic preconditioning on animal survival and functional activity of CNS during model cerebral ischemia. Experimental and clinical pharmacology. 2016;79(6):3–8. EDN: WCOGFF doi: 10.30906/0869-2092-2016-79-6-3-8

[20] Левченкова О.С., Новиков В.Е., Кулагин К.Н., Понамарева Н.С. Влияние комбинированного фармакологического и гипоксического прекондиционирования на выживаемость животных и функциональную активность ЦНС при ишемии головного мозга // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2016. Т. 79, № 6. С. 3–8. EDN: WCOGFF doi: 10.30906/0869-2092-2016-79-6-3-8

[21] Levchenkova OS, Novikov VE, Parfenov EA, Kulagin KN. Neuroprotective effect of antioxidants and moderate hypoxia as combined preconditioning in cerebral ischemia. Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2016;162(8):173–177. EDN: WHHGMP

[22] Левченкова О.С., Новиков В.Е., Парфенов Э.А., Кулагин К.Н. Нейропротективное действие антиоксидантов и умеренной гипоксии в режиме комбинированного прекондиционирования при ишемии головного мозга // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2016. Т. 162, № 8. С. 173–177. EDN: WHHGMP

[23] Novikov VE, Levchenkova OS. Erythropoietin and vascular endothelial growth factor level in normoxia and in cerebral ischemia under pharmacological and hypoxic preconditioning. Biomedical chemistry. 2020;(4):339–344. EDN: XDXCGU doi: 10.18097/PBMC2020664339

[24] Новиков В.Е., Левченкова О.С. Содержание эритропоэтина и фактора роста эндотелия сосудов в условиях нормоксии и при ишемии головного мозга под действием фармакологического и гипоксического прекондиционирования // Биомедицинская химия. 2020. Т. 66, № 4. С. 339–344. EDN: XDXCGU doi: 10.18097/PBMC2020664339

[25] Paxinos G, Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates. Hard Cover Edition: Academic Press, 2007. 456 p.

[26] Paxinos G., Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates. Hard Cover Edition: Academic Press, 2007. 456 p.

[27] Novikov VE, Sharov AN. Effect of GABAergic agents on oxidative phosphorylation in brain mitochondria in traumatic brain oedema. Pharmacology and toxicology. 1991;54(6):44–46. (In Russ.)

[28] Новиков В.Е., Шаров А.Н. Влияние ГАМК-эргических средств на окислительное фосфорилирование в митохондриях мозга при его травматическом отеке // Фармакология и токсикология. 1991. Т. 54, № 6. С. 44–46.

[29] Pozhilova EV, Novikov VE, Levchenkova OS. Reactive oxygen species in cell physiology and pathology. Vestnik of the Smolensk State Medical Academy. 2015;14(2):13–22. EDN: UHOVFR

[30] Пожилова Е.В., Новиков В.Е., Левченкова О.С. Активные формы кислорода в физиологии и патологии клетки // Вестник Смоленской государственной медицинской академии. 2015. Т. 14, № 2. С. 13–22. EDN: UHOVFR

[31] Novikov VE, Ponamaryova NS, Shabanov PD. Aminothiol antihypoxants in traumatic brain oedema. Saint Petersburg: Elby-SPb; 2008. 176 p. (In Russ.)

[32] Новиков В.Е., Понамарёва Н.С., Шабанов П.Д. Аминотиоловые антигипоксанты при травматическом отеке мозга. Санкт-Петербург: Элби-СПб, 2008. 176 с.

[33] Novikov VE, Kulagin KN, Levchenkova OS, Ponamareva NS. Influence of preconditioning by amtizol and moderate hypoxia on brain mitochondrial function under experimental normoxia/cerebral ischemia conditions. Experimental and clinical pharmacology. 2019;82(12):3–8. EDN: WDPYUW doi: 10.30906/0869-2092-2019-82-12-3-8

[34] Новиков В.Е., Кулагин К.Н., Левченкова О.С., Понамарева Н.С. Влияние амтизола и умеренной гипоксии в режиме прекондиционирования на функцию митохондрий мозга в условиях нормоксии и ишемии головного мозга в эксперименте // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2019. Т. 82, № 12. С. 3–8. EDN: WDPYUW doi: 10.30906/0869-2092-2019-82-12-3-8

[35] Novikov VE, Levchenkova OS, Pozhilova EV. Pharmacological preconditioning: opportunities and prospects. Vestnik of the Smolensk State Medical Academy. 2020;19(2):36–49. EDN: OMTYRF doi: 10.37903/vsgma.2020:2.6

[36] Новиков В.Е., Левченкова О.С., Пожилова Е.В. Фармакологическое прекондиционирование: возможности и перспективы // Вестник Смоленской государственной медицинской академии. 2020. Т. 19, № 2. С. 36–49. EDN: OMTYRF doi: 10.37903/vsgma.2020:2.6

[37] Novikov VE, Pozhilova EV. Pharmacological neuroprotection in cerebrovascular insufficiency: Possible approaches. Psychopharmacology and biological narcology. 2024;15(1):23–32. EDN: ZZEGEE doi: 10.17816/phbn626125

[38] Новиков В.Е., Пожилова Е.В. Фармакологическая нейропротекция при цереброваскулярной недостаточности: возможные подходы // Психофармакология и биологическая наркология. 2024. Т. 15, № 1. С. 23–32. EDN: ZZEGEE doi: 10.17816/phbn626125

[39] Evseev AV, Mosin OA, Evseeva MA, et al. Antihypoxic effect of almid-containing metal-complex compounds in the experiment. Psychopharmacology and biological narcology. 2024;15(1):53–60. EDN: EAKJEE doi: 10.17816/phbn626030

[40] Евсеев А.В., Мосин О.А., Евсеева М.А., и др. Противогипоксический эффект алмидсодержащих металлокомплексных соединений в эксперименте // Психофармакология и биологическая наркология. 2024. Т. 15, № 1. С. 53–60. EDN: EAKJEE doi: 10.17816/phbn626030

[41] Levchenkova OS, Novikov VE, Vorobyova VV, Kulagin KN. Activity of ROS-induced processes in the combined preconditioning with amtizol before and after cerebral ischemia in rats. Res Results Pharmacol. 2021;7(2):49–57. doi: 10.3897/rrpharmacology7.66808

[42] Levchenkova O.S., Novikov V.E., Vorobyova V.V., Kulagin K.N. Activity of ROS-induced processes in the combined preconditioning with amtizol before and after cerebral ischemia in rats // Res Results Pharmacol. 2021. Vol. 7, N 2. P. 49–57. doi: 10.3897/rrpharmacology7.66808

RIGHTS & PERMISSIONS

Eco-Vector