I.P. Pavlov Journal of Higher Nervous ActivityI.P. Pavlov Journal of Higher Nervous ActivityЖурнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова0044-46773034-5316The Russian Academy of Sciences65200910.31857/S0044467723060084BMQETJЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПАТОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПАТОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИUnknownEFFECT OF CHLORAL HYDRATE ON MORPHOLOGICAL CHANGES IN THE NEOCORTEX AND FUNCTIONAL STATE OF OLD MALE RATSВлияние хлоралгидрата на морфологические особенности неокортекса и функциональное состояние старых самцов крысShcherbakN. S.ЩербакН. С.shcherbakns@yandex.ruYukinaG. Yu.ЮкинаГ. Ю.shcherbakns@yandex.ruGurboA. G.ГурбоА. Г.shcherbakns@yandex.ruSukhorukovaE. G.СухоруковаЕ. Г.shcherbakns@yandex.ruSargsianA. G.СаргсянА. Г.shcherbakns@yandex.ruThomsonV. V.ТомсонВ. В.shcherbakns@yandex.ruPavlov First Saint Petersburg State Medical UniversityФГБОУ ВО “Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова” МЗ РФ0111202373683384402022025Copyright ©; 2023, Н.С. Щербак, Г.Ю. Юкина, А.Г. Гурбо, Е.Г. Сухорукова, А.Г. Саргсян, В.В. ТомсонCopyright ©; 2023, Н.С. Щербак, Г.Ю. Юкина, А.Г. Гурбо, Е.Г. Сухорукова, А.Г. Саргсян, В.В. Томсон2023Н.С. Щербак, Г.Ю. Юкина, А.Г. Гурбо, Е.Г. Сухорукова, А.Г. Саргсян, В.В. ТомсонН.С. Щербак, Г.Ю. Юкина, А.Г. Гурбо, Е.Г. Сухорукова, А.Г. Саргсян, В.В. Томсонhttps://innoscience.ru/0044-4677/article/view/652009

In order to avoid obtaining distorted results at the stage of preclinical study of new pharmaceutical substances and therapeutic strategies, it is necessary to take into account the features and possible influence of the age of the animal and the anesthesia used on the outcome of the experiment. We studied the effect of chloral hydrate on morphological changes in neurons and the reaction of neocortical microglia and the functional state of old male Wistar rats (24 months). Differences were assessed in control rats and in the group using chloral hydrate at the dose required to achieve anesthesia (400 mg/kg animal weight) after 48 hours. After the application of chloral hydrate, the surviving animals (mortality rate 37.5%) showed a significant increase in the signs of neurological deficit in the form of motor, sensory and behavioral disorders compared to the rats of the control group. In the fronto-parietal region of the neocortex of the surviving animals, the expression level of the Iba-1 protein was significantly higher than in the control, neurons and microgliocytes with pronounced morphological changes were noted, while their number did not significantly differ from that in the control group. The obtained results suggest that the adverse effect in the early period after anesthesia with chloral hydrate without model surgical intervention in old rats, which manifests itself in the form of a deterioration in the functional state and mortality, can be realized due to the activation of microglia in the fronto-parietal region of the neocortex. However, the process of determining the specific structure of the brain, the activation of microglia in which is more responsible for the formation of neurological disorders, is quite complex and needs further study. In fundamental and preclinical studies of neuroprotective effects, in which old rats are used as the object of study and chloral hydrate is used as an anesthetic, these features must be taken into account.

Во избежание получения искаженных результатов на этапе доклинического изучения новых фармацевтических субстанций и терапевтических стратегий необходимо учитывать особенности и возможное влияние возраста животного и примененного наркоза на исход эксперимента. Мы исследовали влияние хлоралгидрата на морфологические особенности нейронов и реакцию микроглии неокортекса и функциональное состояние старых самцов крыс Вистар (24 мес.). Различия оценивали у контрольных крыс и в группе с применением хлоралгидрата в дозе, необходимой для достижения наркоза (400 мг/кг веса животного), спустя 48 ч после его введения. После применения хлоралгидрата выжившие животные (летальность 37.5%) демонстрировали достоверное нарастание признаков неврологического дефицита в виде двигательных и поведенческих нарушений по сравнению с крысами контрольной группы. В лобно-теменной области неокортекса выживших животных уровень экспрессии белка Iba-1 был достоверно выше, чем в контроле, отмечались нейроны и микроглиоциты с выраженными морфологическими изменениями, хотя их число достоверно не отличалось от такового в контрольной группе. Полученные результаты позволяют предположить, что неблагоприятный эффект в ранний период после анестезии хлоралгидратом у старых крыс, проявляющийся в виде ухудшения функционального состояния и летальности, может реализовываться за счет активации микроглии лобно-теменной области неокортекса. Вопрос в том, в какой степени активация микроглии в конкретных структурах мозга ассоциирована с формированием неврологических нарушений, нуждается в дальнейшем изучении. Полученные результаты необходимо учитывать при фундаментальных и доклинических исследованиях, в которых в качестве объекта исследования участвуют старые крысы и хлоралгидрат используется в качестве анестетика.

chloral hydrateratsneocortexIba-1agingхлоралгидраткрысынеокортексIba-1старениеСилькис И.Г. Механизмы функционирования коннектома, включающего неокортекс, гиппокамп, базальные ганглии, мозжечок и таламус. Журн. высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 2022. 72 (1): 36–54.Сусликов В.Л., Толмачева Н.В., Александров Е.В. Анализ причинно-следственных связей феномена долгожительства. Вестн. Чувашского унив. 2013. 3: 531–539.Щербак Н.С., Кузьменко Н.В., Плисс М.Г. Влияние хлоралгидрата на показатели гемодинамики и поведенческие реакции у старых крыс. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2019. 105 (7): 913–922. https://doi.org/10.1134/S0869813919070094Щербак Н.С., Юкина Г.Ю., Гурбо А.Г., Сухорукова Е.Г., Саргсян А.Г., Томсон В.В., Галагудза М.М. Морфофункциональное состояние микроглии и нейронов гиппокампа у возрастных крыс после анестезии хлоралгидратом. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2022. 21 (3): 64–71. https://doi.org/10.24884/1682-6655-2022-21-3-64-71Щербак Н.С., Юкина Г.Ю., Сухорукова Е.Г., Томсон В.В. Влияние ишемического посткондиционирования на реакцию микроглии неокортекса при глобальной ишемии головного мозга у крыс. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2020. 19 (2): 59–66. https://doi.org/10.24884/1682-6655-2020-19-2-59-66Юкина Г.Ю., Белозерцева И.В., Полушин Ю.С., Томсон В.В., Полушин А.Ю., Янишевский С.Н., Кривов В.О. Структурно-функциональная перестройка нейронов гиппокампа после операции под анестезией севофлураном (экспериментальное исследование). Вестник анестезиологии и реаниматологии. 2017. 14 (6): 65–72. https://doi.org/10.21292/2078-5658-2017-14-6-65-72Юкина Г.Ю., Сухорукова Е.Г., Белозерцева И.В., Полушин Ю.С., Томсон В.В., Полушин А.Ю. Реакция нейронов и микроглии коры мозжечка на анестезию севофлураном. Цитология. 2019. 61 (7): 548–555. https://doi.org/10.1134/S0041377119070101Ancelin M.L., de Roquefeuil G., Ledésert B., Bonnel F., Cheminal J.C., Ritchie K. Exposure to anaesthetic agents, cognitive functioning and depressive symptomatology in the elderly. Br J Psychiatry. 2001. 178: 360–366. https://doi.org/10.1192/bjp.178.4.360Barrientos R.M., Hein A.M., Frank M.G., Watkins L.R., Maier S.F. Intracisternal interleukin-1 receptor antagonist prevents postoperative cognitive decline and neuroinflammatory response in aged rats. J Neurosci. 2012. 32 (42): 14641–14648. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.2173-12.2012Bayer S.A., Altman J., Russo R.J., Zhang X. Timetables of neurogenesis in the human brain based on experimentally determined patterns in the rat. Neurotoxicology. 1993. 14 (1): 83–144.Bianchi S.L., Tran T., Liu C., Lin S., Li Y., Keller J.M., Eckenhoff R.G., Eckenhoff M.F. Brain and behavior changes in 12-month-old Tg2576 and nontransgenic mice exposed to anesthetics. Neurobiol Aging. 2008. 29 (7): 1002–1010. https://doi.org/10.1016/j.neurobiolaging.2007.-02.009Callaway J.K., Jones N.C., Royse A.G., Royse C.F. Sevoflurane anesthesia does not impair acquisition learning or memory in the Morris water maze in young adult and aged rats. Anesthesiology. 2012. 117: 1091–1101. https://doi.org/10.1097/ALN.0b013e31826cb228Cao K., Qiu L., Lu X., Wu W., Hu Y., Cui Z., Jiang C., Luo Y., Shao Y., Xi W., Zeng L.H., Xu H., Ma H., Zhang Z., Peng J., Duan S., Gao Z. Microglia modulate general anesthesia through P2Y12 receptor. Curr Biol. 2023. 33 (11): 2187–2200. e6. https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.04.047Chen J., Sanberg P.R., Li Y., Wang L., Lu M., Willing A.E., Sanchez-Ramos J., Chopp M. Intravenous administration of human umbilical cord blood reduces behavioral deficits after stroke in rats. Stroke. 2001. 32 (11): 2682–2688. https://doi.org/10.1161/hs1101.098367Donkor E.S. “Stroke in the 21st century: A snapshot of the burden, epidemiology, and quality of life,” Stroke. Res. Treat. 2018. 3: 1–10. https://doi.org/10.1155/2018/3238165Dong Y., Zhang G., Zhang B., Moir R.D., Xia W., Marcantonio E.R., Culley D.J., Crosby G., Tanzi R.E., Xie Z. The common inhalational anesthetic sevoflurane induces apoptosis and increases beta-amyloid protein levels. Arch Neurol. 2009. 66 (5): 620–631. https://doi.org/10.1001/archneurol.2009.48Dubois B., Slachevsky A., Litvan I., Pillon B. The FAB: a Frontal Assessment Battery at bedside. Neurology. 2000. 55 (11): 1621–6. https://doi.org/10.1212/wnl.55.11.1621Farkas 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 research reviews. 2007. 54: 162–180. https://doi.org/10.1016/j.brainresrev.2007.01.003Gehrmann J., Bonnekoh P., Miyazawa T., Hossmann K.A., Kreutzberg G.W. Immunocytochemical study of an early microglial activation in ischemia. J Cereb Blood Flow Metab. 1992. 12 (2): 257–69. https://doi.org/10.1038/jcbfm.1992.36Hellwig S., Brioschi S., Dieni S., Frings L., Masuch A., Blank T., Biber K. Altered microglia morphology and higher resilience to stress-induced depression-like behavior in CX3CR1-deficient mice. Brain Behav Immun. 2016. 55: 126–137. https://doi.org/10.1016/j.bbi.2015.11.008Hofacer R.D., Deng M., Ward C.G., Joseph B., Hughes E.A., Jiang C., Danzer S.C., Loepke A.W. Cell age-specific vulnerability of neurons to anesthetic toxicity. Ann Neurol. 2013. 73 (6): 695–704. https://doi.org/10.1002/ana.23892Hovens I.B., van Leeuwen B.L., Nyakas C., Heineman E., van der Zee E.A., Schoemaker R.G. Postoperative cognitive dysfunction and microglial activation in associated brain regions in old rats. Neurobiol Learn Mem. 2015. 118: 74–79. https://doi.org/10.1016/j.nlm.2014.11.009Kirino T. Delayed neuronal death in the gerbil hippocampus following ischemia. Brain Res. 1982. 239: 57–69. https://doi.org/10.1016/0006-8993(82)90833-2Lee C.H., Yoo K.Y., Choi J.H., Park O.K., Hwang I.K., Kim S.K., Kang I.J., Kim Y.M., Won M.H. Neuronal damage is much delayed and microgliosis is more severe in the aged hippocampus induced by transient cerebral ischemia compared to the adult hippocampus. J. Neurol Sci. 2010. 294 (1–2): 1–6. https://doi.org/10.1016/j.jns.2010.04.014Liu J.H., Feng D., Zhang Y.F., Shang Y., Wu Y., Li X.F., Pei L. Chloral Hydrate Preconditioning Protects Against Ischemic Stroke via Upregulating Annexin A1. CNS Neurosci Ther. 2015. 21 (9): 718–726. https://doi.org/10.1111/cns.12435Moller J.T., Cluitmans P., Rasmussen L.S., Houx P., Rasmussen H., Canet J., Rabbitt P., Jolles J., Larsen K., Hanning C.D., Langeron O., Johnson T., Lauven P.M., Kristensen P.A., Biedler A., van Beem H., Fraidakis O., Silverstein J.H., Beneken J.E., Gravenstein J.S. Long-term postoperative cognitive dysfunction in the elderly ISPOCD1 study. ISPOCD investigators. International Study of Post-Operative Cognitive Dysfunction. Lancet. 1998. 251: 857–861. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(97)07382-0Paolicelli R.C., Sierra A., Stevens B., Tremblay M.E., Aguzzi A., Ajami B., Amit I., Audinat E., Bechmann I., Bennett M., Bennett F., Bessis A., Biber K., Bilbo S., Blurton-Jones M., Boddeke E., Brites D., Brône B., Brown G.C., Butovsky O., Carson M.J., Castellano B., Colonna M., Cowley S.A., Cunningham C., Davalos D., De Jager P.L., de Strooper B., Denes A., Eggen B.J.L., Eyo U., Galea E., Garel S., Ginhoux F., Glass C.K., Gokce O., Gomez-Nicola D., González B., Gordon S., Graeber M.B., Greenhalgh A.D., Gressens P., Greter M., Gutmann D.H., Haass C., Heneka M.T., Heppner F.L., Hong S., Hume D.A., Jung S., Kettenmann H., Kipnis J., Koyama R., Lemke G., Lynch M., Majewska A., Malcangio M., Malm T., Mancuso R., Masuda T., Matteoli M., McColl B.W., Miron V.E., Molofsky A.V., Monje M., Mracsko E., Nadjar A., Neher J.J., Neniskyte U., Neumann H., Noda M., Peng B., Peri F., Perry V.H., Popovich P.G., Pridans C., Priller J., Prinz M., Ragozzino D., Ransohoff R.M., Salter M.W., Schaefer A., Schafer D.P., Schwartz M., Simons M., Smith C.J., Streit W.J., Tay T.L., Tsai L.H., Verkhratsky A., von Bernhardi R., Wake H., Wittamer V., Wolf S.A., Wu L.J., Wyss-Coray T. Microglia states and nomenclature: A field at its crossroads. Neuron. 2022. 110 (21): 3458–3483. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.10.020Paxinos G., Watson Ch. The rat brain in stereotaxic coordinates. New York: Academic Press, 1998.Schaar K.L., Brenneman M.M., Savitz S.I. Functional assessments in the rodent stroke model. Exp Transl Stroke Med. 2010. 2 (1): 13. https://doi.org/10.1186/2040-7378-2-13Shcherbak N.S., Yukina G.Yu., Gurbo A.G., Sukhorukova E.G., Sargsian A.G., Barantsevich E.R., Thomson V.V., Galagudza M.M. Reaction of Microglia and Neurons of the Hippocampal CA1 Field to Chloral Hydrate in Old Rats. Advances in Gerontology. 2021. 11 (4): 341–345. https://doi.org/10.1134/S2079057021040123Stratmann G., Sall J.W., Bell J.S., Alvi R.S., May L.d., Ku B., Dowlatshahi M., Dai R., Bickler P.E., Russell I., Lee M.T., Hrubos M.W., Chiu C. Isoflurane does not affect brain cell death, hippocampal neurogenesis, or long-term neurocognitive outcome in aged rats. Anesthesiology. 2010. 112 (2): 305–15. https://doi.org/10.1097/ALN.0b013e3181ca33a1Vachon P., Faubert S., Blais D., Comtois A., Bienvenu J.G. A pathophysiological study of abdominal organs following intraperitoneal injections of chloral hydrate in rats: comparison between two anaesthesia protocols. Lab Anim. 2000. 34 (1): 84–90. https://doi.org/10.1258/002367700780578082Wise S.P. Forward frontal fields: phylogeny and fundamental function. Trends Neurosci. 2008. 31 (12): 599–608. https://doi.org/10.1016/j.tins.2008.08.008Wu L., Zhao H., Weng H., Ma D. Lasting effects of general anesthetics on the brain in the young and elderly: “mixed picture” of neurotoxicity, neuroprotection and cognitive impairment. J Anesth. 2019. 33 (2): 321–335. https://doi.org/10.1007/s00540-019-02623-7Zhen Y., Dong Y., Wu X., Xu Z., Lu Y., Zhang Y., Norton D., Tian M., Li S., Xie Z. Nitrous oxide plus isoflurane induces apoptosis and increases beta-amyloid protein levels. Anesthesiology. 2009. 111 (4): 741–752. https://doi.org/10.1097/ALN.0b013e3181b27fd4