Новые аспекты адаптации центральной нервной системы к пренатальной гипоксии

Цель исследования — изучить особенности влияния хронической и острой пренатальной гипоксии на показатели функциональной активности ЦНС и оценить роль митохондрий в защите ЦНС от гипоксических повреждений в эксперименте.

Материалы и методы. Эксперименты in vivo были выполнены на мышах линии C57BL/6. Для моделирования хронической пренатальной гипоксии беременные самки мышей ежедневно, начиная с 14-го дня гестации и до родов, помещались в гипобарическую барокамеру, в которой в течение 2 ч поддерживали давление 280–300 мм рт. ст., что соответствует высоте 8000 м над уровнем моря. Моделирование острой пренатальной гипоксии осуществлялось на 18-й день гестации. Беременные самки на 4–5 мин, до первого агонального вздоха, помещались в барокамеру, в которой создавалось давление 220–240 мм рт. ст., соответствующее высоте 10 000 м над уровнем моря. Оценивали скорость потребления кислорода митохондриями клеток головного мозга мышат на 1-е сутки постнатального развития с помощью респирометра высокого разрешения Oxygraph-2k (Oroboros Instruments, Австрия). Для определения общего состояния ЦНС в отдаленном постгипоксическом периоде животным в возрасте 4 нед проводили оценку неврологического статуса по шкале определения неврологического дефицита у мелких лабораторных животных и шкале Гарсии, а также оценку мнестических и когнитивных способностей путем тестирования в водном лабиринте Морриса.

Результаты. Разработаны протоколы моделирования острой и хронической пренатальной гипоксии на мышах in vivo. Установлено, что острое гипоксическое повреждение приводит к значительному снижению базальной скорости потребления кислорода и интенсивности окислительного фосфорилирования митохондриями головного мозга новорожденных мышат, а также к активации II дыхательного комплекса. После перенесенной хронической пренатальной гипоксии базальная скорость потребления кислорода и интенсивность окислительного фосфорилирования достоверно увеличивались по сравнению с интактной группой.

Заключение. Разработанные протоколы экспериментального моделирования пренатальной гипоксии позволили выявить особенности адаптации митохондриального аппарата нервных клеток к разным типам гипоксического повреждения. Установлено, что хроническая гипоксия приводит к адаптации митохондриального аппарата, проявляющейся в интенсификации окислительного фосфорилирования.

1. Ferriero D.M. Neonatal brain injury. N Engl J Med 2004; 351(19): 1985–1995.
2. Семина В.И., Степанова Ю.А. Перинатальная гипо­ксия: патогенетические аспекты и подходы к диагностике (обзор литературы). Часть I. Медицинская визуализация 2015; 2: 95–105.
3. Rybnikova E., Gluschenko T., Tulkova E., Churilova A., Jaroshevich O., Baranova K., Samoilov M. Preconditioning induces prolonged expression of transcription factors pCREB and NF-kappa B in the neocortex of rats before and following severe hypobaric hypoxia. J Neurochem 2008; 106(3): 1450–1458, https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.2008.05516.x.
4. Bourque S.L., Gragasin F.S., Quon A.L., Mansour Y., Morton J.S., Davidge S.T. Prenatal hypoxia causes long-term alterations in vascular endothelin-1 function in aged male, but not female, offspring. Hypertension 2014; 62(4): 753–758, https://doi.org/10.1161/hypertensionaha.113.01516.
5. Chen L., Zadi Z.H., Zhang J., Scharf S.M., Pae E.K. Intermittent hypoxia in utero damages postnatal growth and cardiovascular function in rats. J Appl Physiol 2018; 124(4): 821–830, https://doi.org/10.1152/japplphysiol.01066.2016.
6. Golan M.H., Mane R., Molczadzki G., Zuckerman M., Kaplan-Louson V., Huleihel M., Perez-Polo J.R. Impaired migration signaling in the hippocampus following prenatal hypoxia. Neuropharmacology 2009; 57(5–6): 511–522, https://doi.org/10.1016/j.neuropharm.2009.07.028.
7. Morris R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. J Neurosci Methods 1984; 11(1): 47–60, https://doi.org/10.1016/0165-0270(84)90007-4.
8. Frick K.M., Stillner E.T., Berger-Sweeney J. Mice are not little rats. NeuroReport 2000; 11(16): 3461–3465, https://doi.org/10.1097/00001756-200011090-00013.
9. Егорова М.В., Афанасьев С.А. Выделение мито­хондрий из клеток и тканей животных и человека: совре­менные методические приемы. Сибирский медицинский жур­нал 2011; 26(1–1): 22–28.
10. Митрошина Е.В., Ведунова М.В., Миронов А.А., Са­хар­нова Т.А., Пимашкин А.С., Бобров М.Ю., Хаспеков Л.Г., Мухина И.В. Нейропротекторное действие каннабиноида N-арахидоноилдофамина при моделировании острой гипо­­барической гипоксии мозга. Неврологический вест­ник им. Бехтерева 2012; 44(1): 14–19.
11. Rueda-Clausen C.F., Stanley J.L., Thambiraj D.F., Poudel R., Davidge S.T., Baker P.N. Effect of prenatal hypoxia in transgenic mouse models of preeclampsia and fetal growth restriction. Reprod Sci 2014; 21(4): 492–502, https://doi.org/10.1177/1933719113503401.
12. Khalyfa A., Cortese R., Qiao Z., Ye H., Bao R., Andrade J., Gozal D. Late gestational intermittent hypoxia induces metabolic and epigenetic changes in male adult offspring mice. J Physiol 2017; 595(8): 2551–2568, https://doi.org/10.1113/jp273570.
13. Лукьянова Л.Д. Сигнальная роль митохондрий при адаптации к гипоксии. Фізіологічний журнал 2013; 59: 141–154.
14. Wheaton W.W., Chandel N.S. Hypoxia. 2. Hypoxia regulates cellular metabolism. Am J Physiol Cell Physiol 2011; 300(3): 385–393, https://doi.org/10.1152/ajpcell.00485.2010.
15. Kristián T. Metabolic stages, mitochondria and calcium in hypoxic/ischemic brain damage. Cell Calcium 2004; 36(3–4): 221–0233, https://doi.org/10.1016/j.ceca.2004.02.016.
16. Perrin D., Mamet J., Scarna H., Roux J.C., Bérod A., Dalmaz Y. Long-term prenatal hypoxia alters maturation of brain catecholaminergic systems and motor behavior in rats. Synapse 2004; 54(2): 92–101, https://doi.org/10.1002/syn.20065.
17. Astrakhanova Т.А., Urazov М.D., Usenko А.V., Mitroshina Е.V., Mishchenko Т.А., Schelchkova N.А., Vedunova М.V. BDNF-mediated regulation of the brain mitochondria functional state in hypoxia. Sovremennye tehnologii v medicine 2018; 10(3): 88–94, https://doi.org/10.17691/stm2018.10.3.10.
18. Козлова Е.М. Особенности позднего неонатального пе­риода у новорожденных, перенесших тяжелую пери­натальную гипоксию. Автореф. дис. … канд. мед. наук. Н. Новгород; 2009.
19. Kassil’ V.G., Otellin V.A., Khozhaǐ L.I., Kostkin V.B. Critical phases of the brain development. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова 2000; 86(11): 1418–1425.
20. Отеллин В.А., Хожай Л.И., Ватаева Л.А. Влияние гипоксии в раннем пренатальном онтогенезе на поведение и структурные характеристики головного мозга. Журнал эволюционной биохимии и физиологии 2012; 48(5): 467–473.
21. Golan H., Huleihel M. The effect of prenatal hypoxia on brain development: short- and long-term consequences demonstrated in rodent models. Dev Sci 2006; 9(4): 338–349, https://doi.org/10.1111/j.1467-7687.2006.00498.x.
22. Tyul’kova E.I., Semenov D.G., Vataeva L.A., Belyakov A.V., Samoilov M.O. Effect of prenatal hypobaric hypoxia on glutamatergic signal transduction in rat brain. Bull Exp Biol Med 2011; 151(3): 275–277, https://doi.org/10.1007/s10517-011-1307-y.
23. Lipton P. Ischemic cell death in brain neurons. Physiol Rev 1999; 79(4): 1431–1568, https://doi.org/10.1152/physrev.1999.79.4.1431.

Urazov М.D., Astrakhanova Т.А., Usenko А.V., Mishchenko Т.А., Schelchkova N.А., Kravchenko G.A., Vedunova М.V., Mitroshina Е.V. New Aspects of Central Nervous System Adaptation to Prenatal Hypoxia. Sovremennye tehnologii v medicine 2018; 10(4): 60, https://doi.org/10.17691/stm2018.10.4.07