Hypercapnia and its combination with hypoxia decrease the permeability of the blood-brain barrier in rats
Authors: Трегуб П.П. , Малиновская Н.А. , Куликов В.П. , Кузовков Д.А. 
Published: August 2021

Цель исследования - оценка проницаемости ГЭБ после сочетанного воздействия гиперкапнии и гипоксии. Методика. Исследования проведены на 40 крысах-самцах Wistar рандомизированых на 4 равные группы (n=10): нормобарическая гипоксия (PO2 - 90 мм рт. ст./13%; PCO2 - 1 мм рт. ст./0,1%); пермиссивная гиперкапния (PO2 - 150 мм рт. ст./21%; PСO2 - 50 мм рт. ст./7%); гиперкапническая гипоксия (PO2 - 90 мм рт. ст./13%; PCO2 - 50 мм рт. ст./7%); контрольная группа (PO2 - 150 мм рт. ст./21%; PCO2 - 1 мм рт. ст./0,1%). Респираторные воздействия проводили в специальной камере в течение 15 сут по 30 мин ежедневно. Газовую смесь подавали в камеру компрессором со скоростью 15 л/мин. Контроль газового состава в камере проводили газоанализатором Microlux (Микролюкс, Россия). Через 24 ч после завершения курсов респираторных воздействий животным внутрибрюшинно вводили 2%-й раствор красителя Evans blue в объеме 4 мл/кг массы животного. Оценку проницаемости ГЭБ осуществляли через 24 ч после введения красителя путем фотометрического измерения его содержания в плазме крови и флуоресцентной микроскопии ткани головного мозга. Анализ интенсивности флуоресценции Evans blue в ткани головного мозга проводился на конфокальном микроскопе FV10i-W (Olympus, Япония). Определяли флуоресцентную интегративную оптическую плотность Evans blue с последующим расчетом индекса проницаемости по концентрации красителя в крови. Определение содержания красителя в крови осуществляли фотометрически (при 610 нм) с использованием планшетного фотометра Multiscan FS (Thermo scientific, США) по калибровочным кривым. Результаты. Индекс проницаемости ГЭБ (содержание в мозге/концентрация в крови) был существенно ниже в группах, которые подвергались респираторным воздействиям с наличием гиперкапнического компонента. Заключение. Интермиттирующая гиперкапническая гипоксия формирует наименьший уровень проницаемости ГЭБ по сравнению с изолированным воздействием гипоксии или гиперкапнии.

The aim of study was to evaluate the blood-brain barrier (BBB) permeability after a combined treatment with hypercapnia and hypoxia. Methods. Experiments were performed on 40 Wistar male rats randomized to 4 equal groups (n=10): normobaric hypoxia (PO2 = 90 mm Hg/13%/PCO2 = 1 mm Hg/0.1% CO2,), permissive hypercapnia (PO2 = 150 mm Hg/21%; PCO2 = 50 mm Hg/7%); hypercapnic hypoxia (PO2 = 90 mm Hg/13%, PCO2 = 50 mm Hg/7%); and a control group (PO2 - 150 mm Hg/21%; PCO2 - 1 mm Hg/0.1%) in a special chamber for 15 days, 30 min daily. The gas mixture was delivered to the chamber with a compressor at 15 l/min. Gas composition was monitored with a gas analyzer (Microlux, Russia). At 24 hrs after completion of respiratory exposures, Evans blue dye was administered i.p. (4 ml/kg body weight). BBB permeability was assessed from the content of Evans blue dye in blood plasma photometrically and in brain tissue by fluorescent microscopy. Evans blue fluorescence intensity in brain tissue was analyzed with a confocal microscope FV10i-W (Olympus, Japan). Fluorescent integrative optical density of Evans blue was determined and used for calculation of the permeability index from blood concentration of the dye. Blood concentration of the dye was measured photometrically (at 610 nm) with a plate photometer Multiscan FS (Thermo Scientific, USA) using calibration curves. Results. The BBB permeability index (content of Evans blue dye in the brain / concentration of Evans blue dye in blood) was significantly lower in the groups that underwent respiratory exposures with the presence of a hypercapnic component. Conclusion. Intermittent hypercapnic hypoxia yields the lowest BBB permeability compared to the isolated effect of either hypoxia or hypercapnia.