sibmedСибирский научный медицинский журналСибирский научный медицинский журнал2410-25122410-2520ИЦиГ СО РАН10.18699/SSMJ20220506sibmed-884Research ArticleМЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИBIOMEDICINEВлияние физических нагрузок на поведенческие реакции крыс при церебральной гипоперфузииInfluence of physical loading on behavioral reactions of rats in cerebral hypoperfusionhttps://orcid.org/0000-0002-9267-5800КриштопВ. В.СhrishtopV. V.

Владимир Владимирович Криштоп, к.м.н.

191024, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9

Vladimir V. Сhrishtop, сandidate of medical sciences

191024, St. Petersburg, Lomonosov str., 9

https://orcid.org/0000-0002-8035-4065РумянцеваТ. А.RumyantsevaT. A.

Татьяна Анатольевна Румянцева, д.м.н.

153000, г. Ярославль, ул. Революционная, 5

Tatyana A. Rumyantseva, doctor of medical sciences

153000, Yaroslavl, Revolyutsionnaya str., 5

https://orcid.org/0000-0001-9453-4262НиконороваВ. Г.NikonorovaV. G.

Варвара Геннадьевна Никонорова

191024, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9

Varvara G. Nikonorova

191024, St. Petersburg, Lomonosov str., 9

bgnikon@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-4014-3973ФатеевИ. В.FateevI. V.

Иван Владимирович Фатеев, д.м.н.

195043, Санкт-Петербург, ул. Лесопарковая, 4

Ivan V. Fateev, doctor of medical sciences

195043, St. Petersburg, st. Lesoparkovaya, 4

gniiivm_15@mil.ruУниверситет ИТМОРоссияITMO UniversityRussian FederationЯрославский государственный медицинский университет Минздрава РоссииРоссияYaroslavl State Medical University of Minzdrav of RussiaRussian FederationГосударственный научно-исследовательский испытательный институт военной медицины Минобороны РоссииРоссияState Scientific-Research Test Institute of Military Medicine of Minoborony of RussiaRussian Federation2022271020224254351Copyright © Криштоп В.В., Румянцева Т.А., Никонорова В.Г., Фатеев И.В., 20222022Криштоп В.В., Румянцева Т.А., Никонорова В.Г., Фатеев И.В.Сhrishtop V.V., Rumyantseva T.A., Nikonorova V.G., Fateev I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sibmed.elpub.ru/jour/article/view/884

Ряд клинических исследований демонстрирует, что такие индивидуальные особенности, как стрессоустойчивость и уровень когнитивных способностей, могут рассматриваться не только в качестве диагностируемых величин, но и как факторы риска тяжелого протекания церебральной гипоперфузии. Цель исследования – выявление типологических особенностей влияния физических нагрузок на поведенческие реакции крыс при церебральной гипоперфузии. Материал и методы. В качестве модели церебральной гипоперфузии использована двусторонняя перевязка сонных артерий. В исследование включено 280 крыс, разделенных на равные подгруппы: по полу, уровню стрессоустойчивости и способности к обучению. Из них 112 животных подвергались ежедневному кратковременному плаванию как модели реабилитационных мероприятий. Перед моделированием, а также на 6-, 8-, 14-, 21-, 28-, 35-, 60- и 90-е сутки после операции животные тестировались при помощи водного лабиринта Морриса и теста «открытое поле». Результаты и их обсуждение. Динамика стрессоустойчивости крыс и их способности к обучению связана с периодичностью воспалительных, некротических, гемоциркуляторных и репарационных перестроек в использованной модели. Спустя 2–3 месяца после начала исследования церебральная гипоперфузия вызывает стабилизацию индексов, характеризующих стрессоустойчивость и когнитивные функции ниже контрольных значений. Снижение стрессоустойчивости начинается раньше, уже с шестых суток исследования, в то время как индекс, характеризующий когнитивные функции, впервые достоверно уменьшается только спустя три недели исследования. Факторами, снижающими повреждающее воздействие церебральной гипоперфузии, стали женский пол, высокий исходный уровень стрессоустойчивости и способности к обучению. При оценке способности к обучению под влиянием физической нагрузки животные с высоким исходным уровнем развития когнитивных функций демонстрировали более раннюю динамику их восстановления при срочной адаптации и значимый прирост – при долговременной.

A number of clinical studies demonstrate that individual characteristics such as stress tolerance and cognitive ability can be considered not only as diagnostic variables but also as risk factors for severe cerebral hypoperfusion. The aim of the study was to identify the typological features of the effect of physical activity on the behavioral reactions of rats during cerebral hypoperfusion. Material and methods. Cerebral hypoperfusion was modeled by bilateral carotid artery ligation. The study involved 280 rats, divided into equal subgroups, according to sex, stress tolerance and learning capacity. Of these, 112 animals were subjected to daily short-term swimming as a rehabilitation model. Before the simulation, and at 6, 8, 14, 21, 28, 35, 60 and 90 days postoperatively, the animals were tested using a Morris water maze and an “open field” test. Results and discussion. The dynamics of stress resistance and learning ability are related to the periodicity of inflammatory, necrotic, circulatory and reparative remodeling in the model used. After 2-3 months of study, cerebral hypoperfusion causes stabilization of indices characterizing stress resistance and cognitive functions below control values. A decrease in stress resistance begins earlier from day 6 of the study, while the index characterizing cognitive functions first decreases significantly after 3 weeks of study. Factors reducing the damaging effects of cerebral hypoperfusion were female gender, high baseline stress tolerance and learning ability. When assessing learning ability under physical load, animals with high baseline cognitive development showed earlier recovery dynamics during urgent adaptation and a significant increase during long-term adaptation.

церебральная гипоперфузияфизическая нагрузкаводный тест Моррисатест «открытое поле»поведенческие особенностиcerebral hypoperfusionexerciseMorris water testopen field testbehavioral featuresReferencesWraw C., Deary I.J., Gale C.R., Der G. Intelligence in youth and health at age 50. Intelligence. 2015;53:23–32. doi: 10.1016/j.intell.2015.08.001Wraw C., Deary I.J., Gale C.R., Der G. Intelligence in youth and health at age 50. Intelligence. 2015;53:23–32. doi: 10.1016/j.intell.2015.08.001Calvin C.M., Deary I.J., Fenton C., Roberts B.A., Der G., Leckenby N., Batty G.D. Intelligence in youth and all-cause-mortality: systematic review with meta-analysis. Int. J. Epidemiol. 2011;40(3):626–644. doi: 10.1093/ije/dyq190Calvin C.M., Deary I.J., Fenton C., Roberts B.A., Der G., Leckenby N., Batty G.D. Intelligence in youth and all-cause-mortality: systematic review with meta-analysis. Int. J. Epidemiol. 2011;40(3):626–644. doi: 10.1093/ije/dyq190Wang Y.H., Yang Y.R., Pan P.J., Wang R.Y. Modeling factors predictive of functional improvement following acute stroke. J. Chin. Med. Assoc. 2014;77(9):469–476. doi: 10.1016/j.jcma.2014.03.006Wang Y.H., Yang Y.R., Pan P.J., Wang R.Y. Modeling factors predictive of functional improvement following acute stroke. J. Chin. Med. Assoc. 2014;77(9):469–476. doi: 10.1016/j.jcma.2014.03.006Chrishtop V.V., Nikonorova V.G., Gutsalova A., Rumyantseva T., Dukhinova M., Salmina А. Systematic comparison of basic animal models of cerebral hypoperfusion. Tissue Cell. 2022;75:101715. doi: 10.1016/j.tice.2021.101715Chrishtop V.V., Nikonorova V.G., Gutsalova A., Rumyantseva T., Dukhinova M., Salmina А. Systematic comparison of basic animal models of cerebral hypoperfusion. Tissue Cell. 2022;75:101715. doi: 10.1016/j.tice.2021.101715Кадомцев Д.В., Пасечникова Е.А., Голубев В.Г. Золетил-ксилазиновый наркоз в экспериментах у крыс. Междунар. ж. прикл. и фундам. исслед. 2015;(5–1):56–57.Kadomtsev D.V., Pasechnikova E.A., Golubev V.G. Zoletil-xylazine anesthesia experiments in rats. Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovaniy = International Journal of Applied and Basic Research. 2015;(5–1):56–57. [In Russian].Коплик Е.В. Метод определения критерия устойчивости крыс к эмоциональному стрессу. Вестн. нов. мед. технол. 2002;9(1):16–18.Koplik E.V. Method for determining the criterion of resistance of rats to emotional stress. Vestnik novykh meditsinskikh tekhnologiy = Journal of New Medical Technologies. 2002;9(1):16–18. [In Russian].Клюева Л.А., Швецов Э.В., Никифорова Е.Е. Клеточный состав лимфоидных образований стенки трахеи у крыс Вистар с различной прогностической устойчивостью к эмоциональному стрессу. Морфология. 2017;151(3): 28–32.Klyueva L.A., Shvetsov E.V., Nikiforova E.E. Cellular composition of lymphoid structures in the tracheal wall of Wistar rats with different prognostic resistance to emotional stress. Morfologiya = Morphology. 2017;151(3):28–32. [In Russian].Криштоп В.В., Румянцева Т.А., Пожилов Д.А. Экспрессия GFAP в коре больших полушарий при развитии церебральной гипоксии у крыс с различными результатами в лабиринте Морриса. Биомедицина. 2020;16(1):89–98. doi: 10.33647/2074-5982-16-1-89-98Crishtop V.V., Rumyantseva T.A., Pozhilov D.A. Gfap expression in the cerebral cortex during the development of cerebral hypoxia in rats showing different results in the Morris water maze. Biomeditsina. = Biomedicine. 2020;16(1):89–98. [In Russian]. doi: 10.33647/2074-5982-16-1-89-98Ивлиева А.Л., Петрицкая Е.Н., Рогаткин Д.А., Демин В.А. Методические особенности применения водного лабиринта Морриса для оценки когнитивных функций у животных. Рос. физиол. ж. 2016;102(1):3–17.Ivlieva A.L., Petritskaya E.N., Rogatkin D.A., Demin V.A. Methodical features of the application of Morris water maze for estimation of cognitive functions in animals. Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnal imeni Ivana Mikhaylovicha Sechenova = Russian Journal of Physiology. 2016;102(1):3–17. [In Russian].Криштоп В.В., Румянцева Т.А., Никонорова В.Г. Изменения клеточного состава коры головного мозга у крыс с разным уровнем когнитивных функций при сочетании церебральной гипоперфузии с кратковременной физической нагрузкой. Ж. анатомии и гистопатол. 2020;9(4):45–54. doi: 10.18499/2225-7357-2020-9-4-45-54Crishtop V.V., Rumyantseva T.A., Nikonorova V.G. Changes in the cellular composition of the cerebral cortex in rats with different levels of cognitive function in cerebral hypoperfusion combined with short-term physical activity. Zhurnal anatomii i gistopatologii = Journal of Anatomy and Histopathology. 2020;9(4):45–54. [In Russian]. doi: 10.18499/2225-7357-2020-9-4-45-54.Антипенко Е.А., Густов А.В. Индивидуальная стрессоустойчивость и прогноз заболевания при хронической ишемии головного мозга. Мед. альм. 2014;(3):36–38.Antipenko E.A., Gustov A.V. Individual stress resistance and prognosis of disease in the case of chronic ishemia of brain. Meditsinskiy al’manakh = Medical Almanac. 2014;(3):36–38. [In Russian].Farkas E., Luiten P.G.M., Bari F. Permanent, bilateral common carotid artery occlusion in the rat: a model for chronic cerebral hypoperfusion-related neurodegenerative diseases. Brain res. reviews. 2007;54(1):162–180. doi: 10.1016/j.brainresrev.2007.01.003Farkas E., Luiten Paul G.M., Bari F. Permanent, bilateral common carotid artery occlusion in the rat: a model for chronic cerebral hypoperfusion-related neurodegenerative diseases. Brain res. reviews. 2007;54(1):162–180. doi: 10.1016/j.brainresrev.2007.01.003Gao H.M., Zhou H., Zhang F., Wilson B.C., Kam W., Hong J.S. HMGB1 acts on microglia Mac1 to mediate chronic neuroinflammation that drives progressive neurodegeneration. J. Neurosci. 2011;31(3):1081–1092. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3732-10.2011Gao H.M., Zhou H., Zhang F., Wilson B.C., Kam W., Hong J.S. HMGB1 acts on microglia Mac1 to mediate chronic neuroinflammation that drives progressive neurodegeneration. J. Neurosci. 2011;31(3):1081– 1092. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3732-10.2011Leardini-Tristão M., Borges J.P., Freitas F., Rangel R., Daliry A., Tibiriçá E., Estato V. The impact of early aerobic exercise on brain microvascular alterations induced by cerebral hypoperfusion. Brain Research. 2017;1657:43–51. doi: 10.1016/j.brainres.2016.11.030Leardini-Tristão M., Borges J.P., Freitas F., Rangel R., Daliry A., Tibiriçá E., Estato V. The impact of early aerobic exercise on brain microvascular alterations induced by cerebral hypoperfusion. Brain Research. 2017;1657:43–51. doi: 10.1016/j.brainres.2016.11.030Leal-Galicia P., Romo-Parra H., Rodríguez-Serrano L.M., Buenrostro-Jáuregui M. Regulation of adult hippocampal neurogenesis exerted by sexual, cognitive and physical activity: An update. J. Chem. Neuroanat. 2019;101:101667. doi: 10.1016/j.jchemneu.2019.101667Leal-Galicia P., Romo-Parra H., Rodríguez-Serrano L.M., Buenrostro-Jáuregui M. Regulation of adult hippocampal neurogenesis exerted by sexual, cognitive and physical activity: An update. J. Chem. Neuroanat. 2019;101:101667. doi: 10.1016/j.jchemneu.2019.101667Sølvsten C.A.E., de Paoli F., Christensen J.H., Nielsen A.L. Voluntary physical exercise induces expression and epigenetic remodeling of VEGFa in the rat hippocampus. Mol. Neurobiol. 2018;55(1):567–582. doi: 10.1007/s12035-016-0344-ySølvsten C.A.E., de Paoli F., Christensen J.H., Nielsen A.L. Voluntary physical exercise induces expression and epigenetic remodeling of VEGFa in the rat hippocampus. Mol. Neurobiol. 2018;55(1): 567–582. doi: 10.1007/s12035-016-0344-yKilroy E., Liu C.Y., Yan L., Kim Y.C., Dapretto M., Mendez M.F., Wang D.J. Relationships between cerebral blood flow and IQ in typically developing children and adolescents. J. Cogn. Sci. (Seoul). 2011;12(2):151–170. doi:10.17791/jcs.2011.12.2.151Kilroy E., Liu C.Y., Yan L., Kim Y.C., Dapretto M., Mendez M.F., Wang D.J. Relationships between cerebral blood flow and IQ in typically developing children and adolescents. J. Cogn. Sci. (Seoul). 2011;12(2):151–170. doi:10.17791/jcs.2011.12.2.151Ганнушкина И.В. Патофизиология нарушений мозгового кровообращения. В кн.: Очерки ангионеврологии. Ред. З.А. Суслиной. М.: Атмосфера, 2005. 17–41.Gannushkina I.V. Pathophysiology of cerebral circulation disorders. In: Essays on angioneurology. Ed. by Z.A. Suslina. Moscow: Atmosphera, 2005. 17–41. [In Russian].Криштоп В.В., Никонорова В.Г., Румянцева Т.А. Изменения клеточного состава коры головного мозга у крыс с разным уровнем когнитивных функций при церебральной гипоперфузии. Ж. анатомии и гистопатол. 2019;8(4):22–29. doi: 10.18499/2225-7357-2019-8-4-22-29Crishtop V.V., Nikonorova V.G., Rumyantseva T.A. Changes in the cellular composition of the cerebral cortex in rats with different levels of cognitive functions under cerebral hypoperfusion. Zhurnal anatomii i gistopatologii = Journal of Anatomy and Histopathology. 2019;8(4):22–29. [In Russian]. doi 10.18499/2225-7357-2019-8-4-22-29Криштоп В.В., Пахрова О.А., Курчанинова М.Г., Румянцева Т.А. Лейкоцитарные показатели крови при адаптации к острой экспериментальной гипоксии головного мозга в зависимости от уровня стрессоустойчивости. Соврем. пробл. науки и образ. 2016;(6):231.Chrishtop V.V., Pakhrova O.A., Kurchaninova M.G., Rumyantseva T.A. Changes of blood leukocyte indices under acute experimental cerebral hypoxia in rats with different levels of stress resistance. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya = Modern Problems of Science and Education. 2016;(6):231. [In Russian].Аврущенко М.Ш., Мороз В.В., Острова И.В. Постреанимационные изменения мозга на уровне нейрональных популяций: закономерности и механизмы. Общ. реаниматол. 2012;8(4):69–78.Avrushchenko M.Sh., Moroz V.V., Ostrova I.V. Postresuscitation changes in the brain at the level of neuronal populations: patterns and mechanisms. Obshchaya reanimatologiya = General Reanimatology. 2012;8(4):69–78. [In Russian].Chrishtop V.V., Tomilova I.K., Rumyantseva T.A., Mikhaylenko E.V., Avila-Rodriguez M.F., Mikhaleva L.M., Nikolenko V.N., Somasundaram S.G., Kirkland C.E., Bachurin S.O., Aliev G. The effect of short-term physical activity on the oxidative stress in rats with different stress resistance profiles in cerebral hypoperfusion. Mol. Neurobiol. 2020; 57(7):3014–3026. doi: 10.1007/s12035-020-01930-5Chrishtop V.V., Tomilova I.K., Rumyantseva T.A., Mikhaylenko E.V., Avila-Rodriguez M.F., Mikhaleva L.M., Nikolenko V.N., Somasundaram S.G., Kirkland C.E., Bachurin S.O., Aliev G. The effect of short-term physical activity on the oxidative stress in rats with different stress resistance profiles in cerebral hypoperfusion. Mol. Neurobiol. 2020;57(7):3014–3026. doi: 10.1007/s12035-020-01930-5Криштоп В.В., Румянцева Т.А., Никонорова В.Г. Типологические особенности головного мозга в норме и при церебральной гипоперфузии. Вестн. РУДН. Сер. Мед. 2020;24(4):345–353. doi: 10.22363/2313-0245-2020-24-4-345-353Crishtop V.V., Rumyantseva T.A., Nikonorova V.G. Typological features of the brain in normal conditions and in cerebral hypoperfusion. Vestnik Rossiyskogo universiteta druzhby narodov. Seriya: Meditsina = RUDN Journal of Medicine. 2020;24(4):345–353. [In Russian]. doi: 10.22363/2313-0245-2020-24-4-345-353Killgore W.D.S., Schwab Z.J. Sex differences in the association between physical exercise and IQ. Percept. Mot. Skillsort. 2012;115(2):605–617. doi: 10.2466/06.10.50.PMS.115.5.605-617Killgore W.D.S., Schwab Z.J. Sex differences in the association between physical exercise and IQ. Percept. Mot. Skillsort. 2012;115(2):605–617. doi: 10.2466/06.10.50.PMS.115.5.605-617

The authors declare that there are no conflicts of interest present.