СПОСОБЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЕРИНАТАЛЬНОГО ГИПОКСИЧЕСКИ-ИШЕМИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА IN VIVO
Аннотация
Обзор посвящен современным подходам к изучению патогенеза перинатального гипоксически-ишемического повреждения центральной нервной системы. Представлена классификация и описание способов моделирования гипоксически-ишемической патологии центральной нервной системы на экспериментальных животных. Описаны их преимущества и недостатки. Отмечено, что отсутствует единственная идеальная экспериментальная модель гипоксии-ишемии in vivo. По этой причине исследователи сталкиваются с необходимостью выбора адекватной экспериментальной модели перинатального гипоксически-ишемического поражения центральной нервной системы у человека.
Ключевые слова
Об авторах
А. В. Моргун
НИИ молекулярной медицины и патобиохимии, Красноярский государственный медицинский университет им. В.Ф. Войно-Ясенецкого
Россия
Моргун Андрей Васильевич, кандидат медицинских наук, ассистент кафедры педиатрии КрасГМУ им. В.Ф. Войно-Ясенецкого
Россия
Моргун Андрей Васильевич, кандидат медицинских наук, ассистент кафедры педиатрии КрасГМУ им. В.Ф. Войно-Ясенецкого
Н. В. Кувачёва
НИИ молекулярной медицины и патобиохимии, Красноярский государственный медицинский университет им. В.Ф. Войно-Ясенецкого,
Россия
Россия
Т. Е. Таранушенко
НИИ молекулярной медицины и патобиохимии, Красноярский государственный медицинский университет им. В.Ф. Войно-Ясенецкого
Россия
Россия
Е. Д. Хилажева
НИИ молекулярной медицины и патобиохимии, Красноярский государственный медицинский университет им. В.Ф. Войно-Ясенецкого
Россия
Россия
С. И. Устинова
НИИ молекулярной медицины и патобиохимии, Красноярский государственный медицинский университет им. В.Ф. Войно-Ясенецкого
А. Б. Салмина
НИИ молекулярной медицины и патобиохимии, Красноярский государственный медицинский университет им. В.Ф. Войно-Ясенецкого,
Список литературы
1. Баранов А. А. Сокращение предотвратимых потерь здоровья детского населения — стратегия социальной педиатрии. Вопросы современной педиатрии. 2008; 7 (4): 6–8.
2. Неонатология. Национальное руководство. Под ред. Н. Н. Володина. М.: ГЭОТАР-Медиа. 2009. 848 с.
3. Лебедев С. В., Карасёв А. В., Рогаткин С. О., Володин Н. Н., Чехонин В. П. Проблемы и перспективы экспериментального моделирования перинатальных гипоксически-ишемических повреждений центральной нервной системы. Вестник РАМН. 2009; 2: 21–25.
4. Fatemi A., Wilson M. A., Johnston M. V. Hypoxic-ischemic encepha lo pathy in the term infant. Clin. Perinatol. 2009; 36 (4): 835–858.
5. Semple B. D., Blomgren K., Gimlin K., Ferriero D. M., NobleHaeusslein L. J. Brain development in rodents and humans: Identifying benchmarks of maturation and vulnerability to injury across species. Prog. Neurobiol. 2013; 106–107: 1–16.
6. Rees S., Harding R., Walker D. The biological basis of injury and neuroprotection in the fetal and neonatal brain. Int. J. Dev. Neurosci. 2011; 29 (6): 551–563.
7. Traudt C. M., McPherson R. J., Bauer L. A., Richards T. L., Burbacher T. M., McAdams R. M., Juul S. E. Concurrent erythropoietin and hypothermia treatment improve outcomes in a term nonhuman primate model of perinatal asphyxia. Dev. Neurosci. 2013; 35 (6): 491–503.
8. Ni X., Yang Z. J., Wang B., Carter E. L., Larson A. C., Martin L. J., Koehler R. C. Early antioxidant treatment and delayed hypothermia after hypoxia-ischemia have no additive neuroprotection in newborn pigs. Anesth. Analg. 2012; 115 (3): 627–637.
9. Alonso-Alconada D., Hilario E., Alvarez F. J., Alvarez A. Apoptotic cell death correlates with ROS overproduction and early cytokine expression after hypoxia-ischemia in fetal lambs. Reprod. Sci. 2012; 19 (7): 754–763.
10. Derrick M., Drobyshevsky A., Ji X., Chen L., Yang Y., Ji H., Silverman R. B., Tan S. Hypoxia-ischemia causes persistent movement deficits in a perinatal rabbit model of cerebral palsy: assessed by a new swim test. Int. J. Dev. Neurosci. 2009; 27 (6): 549–557.
11. Charriaut-Marlangue C., Bonnin P., Leger P. L., Renolleau S. Brief update on hemodynamic responses in animal models of neonatal stroke and hypoxia-ischemia. Exp. Neurol. 2013; 248: 316–320.
12. Northington F. J. Brief update on animal models of hypoxic-ischemic encephalopathy and neonatal stroke. ILAR J. 2006; 47 (1): 32–38.
13. Vannucci R. C., Vannucci S. J. Perinatal hypoxic-ischemic brain damage: evolution of an animal model. Dev. Neurosci. 2005; 27 (2–4): 81–86.
14. Scremin O. U. Cerebral Vascular System. In: The Rat Nervous System (3rd Edn). G. Paxinos (ed.). NY: Academic Press. 2004. P. 1167–1202.
15. Пальчик А. Б., Шабалов Н. П. Гипоксически-ишемическая энцефалопатия новорожденных. М.: МЕДпресс-Информ. 2013. 288 с.
16. Барашнев Ю. И. Перинатальная неврология. М.: Триада-Х. 2011. 672 с.
17. Clancy B., Finlay B. L., Darlington R. B., Anand K. J. Extrapolating brain development from experimental species to humans. Neurotoxicology. 2007; 28 (5): 931–937.
18. Kabat H., Dennis C., Baker A. B. Recovery of function following arrest of the brain circulation. Am. J. Physiol. 1941; 132: 737–747.
19. Scheller M. S., Grafe M. R., Zornow M. H., Fleischer J. E. Effects of ischemia duration on neurological outcome, CA1 histopathology, and nonmatching to sample learning in monkeys. Stroke. 1992; 23: 1471–1476.
20. Suchadolskiene O., Pranskunas A., Baliutyte G., Veikutis V., Dambrauskas Z., Vaitkaitis D., Borutaite V. Microcirculatory, mitochond rial, and histological changes following cerebral ischemia in swine. BMC Neurosci. 2014; 15: 2.
21. Lowry O. H., Passonneau J. V., Hasselberger F. X., Schulz D. W. Effect of ischemia on known substrates and cofactors of the glycolytic pathway in brain. J. Biol. Chem. 1964; 249: 18–30.
22. Gerasimov V. D., Artemenko D. P., Krishtal O. A. Therapeutic time window for the neuroprotective action of MK-801 after decapitation ischemia: hippocampal slice data. Brain Res. 2004; 1017 (1–2): 92–97.
23. Berkowitz I. D., Gervais H., Schleien C. L., Koehler R. C., Dean J. M., Traystman R. J. Epinephrine dosage effects on cerebral and myocardial blood flow in an infant swine model of cardio pulmonary resuscitation. Anesthesiology. 1991; 75: 1041–1050.
24. Eleff S. M., Maruki Y., Monsein L. H., Traystman R. J., Bryan R. N., Koehler R. C. Sodium, ATP, and intracellular pH transients during reversible complete ischemia of dog cerebrum. Stroke. 1991; 22: 233–241.
25. Jiang J., Fang X., Fu Y., Xu W., Jiang L., Huang Z. Impaired cerebral mitochondrial oxidative phosphorylation function in a rat model of ventricular fibrillation and cardiopulmonary resuscitation. Biomed. Res. Int. 2014; 2014: 192769.
26. Dave K. R., Della-Morte D., Saul I., Prado R., Perez-Pinzon M. A. Ventricular fibrillation-induced cardiac arrest in the rat as a model of global cerebral ischemia. Transl Stroke Res. 2013; 4 (5): 571–578.
27. Safar P., Abramson N. S., Angelos M., Cantadore R., Leonov Y., Levine R., Pretto E., Reich H., Sterz F., Stezoski S. W. Emergency cardiopulmonary bypass for resuscitation from prolonged cardiac arrest. Am. J. Emerg. Med. 1990; 8: 55–67.
28. Kofler J., Hurn P. D., Traystman R. J. SOD1 overexpression and female sex exhibit region-specific neuroprotection after global cerebral ischemia due to cardiac arrest. J. Cereb. Blood Flow Metab. 2005; 25 (9): 1130–1137.
29. Noppens R. R., Kofler J., Hurn P. D., Traystman R. J. Dosedependent neuroprotection by 17beta-estradiol after cardiac arrest and cardiopulmonary resuscitation. Crit. Care Med. 2005; 33 (7): 1595–1602.
30. Han X., Aenlle K. K., Bean L. A., Rani A., Semple-Rowland S. L., Kumar A., Foster T. C. Role of estrogen receptor a and b in preserving hippocampal function during aging. J. Neurosci. 2013; 33 (6): 2671–2683.
31. Manole M. D., Kochanek P. M., Foley L. M., Hitchens T. K., Bayir H., Alexander H., Garman R., Ma L., Hsia C. J., Ho C., Clark R. S. Polynitroxyl albumin and albumin therapy after pediatric asphyxial cardiac arrest: effects on cerebral blood flow and neurologic outcome. J. Cereb. Blood Flow Metab. 2012; 32 (3): 560–569.
32. Follis F., Miller K., Scremin O. U., Pett S., Kessler R., Wernly J. NMDA receptor blockade and spinal cord ischemia due to aortic crossclamping in the rat model. Can. J. Neurol. Sci. 1994; 21 (3): 227–232.
33. Takahashi M., Iwatsuki N., Ono K., Tajima T., Akama M., Koga Y. Hyperbaric oxygen therapy accelerates neurologic recovery after 15-minute complete global cerebral ischemia in dogs. Crit. Care Med. 1992; 20 (11): 1588–1594.
34. Dell'Anna M. E., Calzolari S., Molinari M., Iuvone L., Calimici R. Neonatal anoxia induces transitory hyperactivity, permanent spatial memory deficits and CA1 cell density reduction in developing rats. Behav. Brain Res. 1991; 45 (2): 125–134.
35. Herrera-Marschitz M., Morales P., Leyton L., Bustamante D., Klawitter V., Espina-Marchant P., Allende C., Lisboa F., Cunich G., Jara-Cavieres A., Neira T., Gutierrez-Hernandez M. A., GonzalezLira V., Simola N., Schmitt A., Morelli M., Andrew Tasker R., GebickeHaerter P. J. Perinatal asphyxia: current status and approaches towards neuroprotective strategies, with focus on sentinel proteins. Neurotox. Res. 2011; 19 (4): 603–627.
36. Dubovicky M., Kovacovsky P., Ujhazy E., Navarova J., Brucknerova I., Mach M. Evaluation of developmental neurotoxicity: some important issues focused on neurobehavioral development. Interdisc. Toxicol. 2008; 1 (3–4): 206–210.
37. Mach M., Dubovicky M., Navarova J., Brucknerova I., Ujhazy E. Experimental modeling of hypoxia in pregnancy and early postnatal life. Interdiscip. Toxicol. 2009; 2 (1): 28–32.
38. Chahboune H., Ment L. R., Stewart W. B., Rothman D. L., Vaccarino F. M., Hyder F., Schwartz M. L. Hypoxic injury during neonatal development in murine brain: correlation between in vivo DTI findings and behavioral assessment. Cereb. Cortex. 2009; 19 (12): 2891–2901.
39. Fagel D. M., Ganat Y., Silbereis J., Ebbitt T., Stewart W., Zhang H., Ment L. R., Vaccarino F. M. Cortical neurogenesis enhanced by chronic perinatal hypoxia. Exp. Neurol. 2006; 199: 77–91.
40. Чехонин В. П., Лебедев С. В., Володин Н. Н., Блинов Д. В., Петров С. В., Рогаткин С. О. Экспериментальное моделирование перинатального гипоксически-ишемического поражения мозга. Вопросы гинекологии, акушерства и перинатологии. 2002; 1 (2): 9–16.
41. Lubec B., Dell'Anna E., Fang-Kircher S., Marx M., HerreraMarschitz M., Lubec G. Decrease of brain protein kinase C, protein kinase A, and cyclin-dependent kinase correlating with pH precedes neuronal death in neonatal asphyxia. J. Investig. Med. 1997; 45 (5): 284–294.
42. Morales P., Bustamante D., Espina-Marchant P., Neira-Pena T., Gutierrez-Hernandez M. A., Allende-Castro C., Rojas-Mancilla E. Patho physiology of perinatal asphyxia: can we predict and improve individual outcomes? EPMA J. 2011; 2 (2): 211–230.
43. Chen Y., Engidawork E., Loidl F., Dell'Anna E., Goiny M., Lubec G., Andersson K., Herrera-Marschitz M. Shortand long-term effects of perinatal asphyxia on monoamine, amino acid and glycolysis product levels measured in the basal ganglia of the rat. Brain Res. Dev. Brain Res. 1997; 104: 19–30.
44. Levine S. Anoxic-ischemic encephalopathy in rats. Am. J. Pathol. 1960; 36: 1–17.
45. Rice J., Vannucci R., Brierley J. The influence of immaturity on hypoxia-ischemic brain damage in the rat. Ann. Neurol. 1981; 9: 131–141.
46. Салмина А. Б., Окунева О. С., Таранушенко Т. Е., Фурсов А. А., Прокопенко С. В., Михуткина С. В., Малиновская Н. А., Тагаева Г. А. Роль нейрон-астроглиальных взаимодействий в дизрегуляции энергетического метаболизма при ишемическом перинатальном поражении головного мозга. Анналы неврологии. 2008; 2 (3): 44–52.
47. Lee J. C., Park J. H., Park O. K., Kim I. H., Yan B. C., Ahn J. H., Kwon S. H., Choi J. H., Kim J. D., Won M. H. Neuroprotective effects of tanshinone I from Danshen extract in a mouse model of hypo xiaischemia. Anat. Cell Biol. 2013; 46 (3): 183–190.
48. Sampath D., White A. M., Raol Y. H. Characterization of neonatal seizures in an animal model of hypoxic-ischemic encephalopathy. Epilepsia. 2014; 55 (7): 985–993.
49. Wassink G., Gunn E. R., Drury P. P., Bennet L., Gunn A. J. The mechanisms and treatment of asphyxial encephalopathy. Front. Neurosci. 2014; 8: 40.
50. Li S. J., Liu W., Wang J. L., Zhang Y., Zhao D. J., Wang T. J., Li Y. Y. The role of TNF-a, IL-6, IL-10, and GDNF in neuronal apoptosis in neonatal rat with hypoxic-ischemic encephalopathy. Eur. Rev. Med. Pharmacol Sci. 2014; 18 (6): 905–909.
51. Hattori H., Morin A., Schwartz P., Fujikawa D., Wasterlain C. Posthypoxic treatment with MK-801 reduces hypoxic-ischemic damage in the neonatal rat. Neurology. 1989; 39: 713–718.
52. Koelfen W., Freund M., Varnholt V. Neonatal stroke involving the middle cerebral artery in term infants: clinical presentation, EEG and imaging studies, and outcome. Dev. Med. Child Neurol. 1995; 37: 204–212.
53. Smith M. L., Bendek G., Dahlgren N., Rosen I., Wieloch T., Siesjo B. K. Models for studying long-term recovery following forebrain ischemia in the rat. A 2-vessel occlusion model. Acta Neurol. Scand. 1984; 69: 385–401.
54. Sanderson T. H., Wider J. M. 2-vessel occlusion/hypotension: a rat model of global brain ischemia. J. Vis. Exp. 2013; 76. Doi: 10.3791/50173.
55. Onken M., Berger S., Kristian T. Simple model of forebrain ischemia in mouse. J. Neurosci. Methods. 2012; 204 (2): 254–261.
56. Traystman R. J. Animal models of focal and global cerebral ischemia. ILAR J. 2003; 44 (2): 85–95.
57. Pulsinelli W. A., Buchan A. M. The four-vessel occlusion rat model: method for complete occlusion of vertebral arteries and control of collateral circulation. Stroke. 1988; 19 (7): 913–914.
58. Allen B. S., Ko Y., Buckberg G. D., Sakhai S., Tan Z. Studies of isolated global brain ischaemia: I. A new large animal model of global brain ischaemia and its baseline perfusion studies. Eur. J. Cardiothorac. Surg. 2012; 41 (5): 1138–1146.
59. Valerio Romanini C., Dias Fiuza Ferreira E., Correia Bacarin C., Verussa M. H., Weffort de Oliveira R. M., Milani H. Neurohistological and behavioral changes following the four-vessel occlusion/internal carotid artery model of chronic cerebral hypoperfusion: comparison between normotensive and spontaneously hypertensive rats. Behav. Brain Res. 2013; 252: 214–221.
60. Zhang Q., Ding Y., Yao Y., Yu Y., Yang L., Cui H. Creating rat model for hypoxic brain damage in neonates by oxygen deprivation. PLoS One. 2013; 8 (12): 83589. Doi: 10.1371/journal.pone.0083589.
Рецензия
При поддержке: Российский научный фонда
Для цитирования:
Моргун А.В., Кувачёва Н.В., Таранушенко Т.Е., Хилажева Е.Д., Устинова С.И., Салмина А.Б. СПОСОБЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЕРИНАТАЛЬНОГО ГИПОКСИЧЕСКИ-ИШЕМИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА IN VIVO. Вопросы современной педиатрии. 2014;13(5):31-36. https://doi.org/10.15690/vsp.v13i5.1147
For citation:
Morgun A.V., Kuvacheva N., Taranushenko T.E., Khilazheva E.D., Ustinova S.I., Salmina A.B. MODERN METHODS OF PERINATAL HYPOXIC-ISCHEMIC BRAIN INJURY MODELING IN VIVO. Current Pediatrics. 2014;13(5):31-36. (In Russ.) https://doi.org/10.15690/vsp.v13i5.1147
Просмотров: 939
Послать статью по эл. почте 
