The structural base for changes in the interneuronal communication of CA3 neurons in the hippocampus of white rats after severe traumatic brain injury
Authors: Степанов С.С. , Кошман И.П. , Шоронова А.Ю. , Калиничев А.Г. , Акулинин В.А. , Степанов А.С. , Авдеев Д.Б. , Маркелова М.В. 
Published: August 2021

Цель - изучение пирамидных нейронов поля СА3 гиппокампа белых крыс в динамике после тяжелой черепно-мозговой травмы (ТЧМТ). Методы. ТЧМТ моделировали под наркозом с помощью свободно падающего груза массой 200-250 г с высоты 50 см на теменно-затылочную область. Гиппокамп изучали в контроле (n=5), через 1, 3, 5, 7 и 14 сут после ТЧМТ (n=25). Общую оценку состояния нейронов поля СА3 проводили на препаратах окрашенных гематоксилином-эозином, численную плотность нейронов - при окраске по Нисслю, цитоскелет нейронов изучали с помощью реакции иммунотипирования нейрон-специфического структурного белка (МАР-2), синаптические терминали - иммунотипирования синаптофизина (p38). Для визуализации MAP-2 нейронов и р38 синаптических терминалей использовали мультимерный набор NovolinkTM (DAB) Polymer Detection System (Leica Biosystems Newcastle Ltd, Великобритания). Морфометрический анализ проводили на цветных растровых и бинарных изображениях с использованием плагинов программы ImageJ 1.52s. Определяли относительную площадь зон отека-набухания, численную плотность пирамидных нейронов, количество дистрофически и некробиотически измененных нейронов, общую и относительную площадь синаптических терминалей. Результаты. Через 1 сут после ТЧМТ нарастали явления отека-набухания, увеличивалось количество дистрофически и некробиотически измененных нейронов, уменьшалась общая и относительная площадь терминалей. В течение 14 сут общая плотность нейронов уменьшилась на 31%. Параллельно активировались механизмы нейро- и синаптической пластичности, в результате чего восстанавливался цитоскелет поврежденных нейронов и увеличивалось количество межнейронных синапсов (в 1,32 раза выше контроля). Заключение. Восстановление структур межнейронной коммуникации происходило на фоне уменьшения общей численной плотности пирамидных нейронов. Выявленные изменения рассматриваются как основа перманентной компенсаторно-восстановительной реорганизации межнейронных отношений гиппокампа на фоне вторичной ишемии головного мозга.

Aim. To study changes in hippocampal CA3 pyramidal neurons of white rats after severe traumatic brain injury (STBI). Methods. STBI was modeled with a free-falling weight (200-250 g) impact. The hippocampus was studied in control rats (n=5) 1, 3, 5, 7, and 14 days after STBI (n=25). The CA3 field neurons were examined on preparations stained with hematoxylin-eosin and the number of neurons was determined with Nissl staining. The neuronal cytoskeleton was studied by immunotyping of the neuron-specific structural protein MAP-2, and synaptic terminals were studied by immunotyping of synaptophysin (p38). Neuronal MAP-2 and p38 were visualized with a multimeric Novolink™ (DAB) Polymer Detection Systems kit (Leica Biosystems Newcastle Ltd, Great Britain). Morphometric analysis was performed on color raster and binary images using ImageJ 1.52s plugins to determine the relative area of edema and swelling zones, number density of pyramidal neurons, content of dystrophic and necrobiotically altered neurons, and total and relative areas of synaptic terminals. Results. On the next day after STBI, manifestations of edema and swelling and the content of dystrophic and necrobiotically altered neurons were increased whereas the total and relative areas of terminals were decreased. In 14 days, the total density of neurons decreased by 31%, which was in parallel with activation of mechanisms for neuro- and synaptic plasticity. As a result, the cytoskeleton of damaged neurons recovered, and the content of interneuronal synapses increased 1.32 times compared to the control. Conclusion. The structural recovery of interneuronal communication was associated with a decrease in the total number density of pyramidal neurons. These changes were regarded as a base for permanent compensatory and restorative reorganization of hippocampal interneuronal relations in secondary cerebral ischemia.