КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ МИКРОЦИРКУЛЯТОРНОГО РУСЛА КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА НА РАЗНЫХ ЭТАПАХ СТАРЕНИЯ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

С использованием метода лазерной допплеровской флоуметрии и тканевой оптической оксиметрии проведен комплексный спектральный анализ колебательных компонентов миогенной, нейрогенной и эндотелиальной составляющих тонуса микрососудов и оценка динамики транспорта кислорода в коре головного мозга крыс в возрасте 4, 18 и 23 месяцев. Выявлены регионарные отличия возрастных изменений регуляторных механизмов микрокровотока и эффективности тканевой экстракции кислорода. Установлено, что в возрасте 18 месяцев микроциркуляторные изменения наблюдаются в лобном и теменном участках коры и проявляются в виде снижения симпатической регуляции микрокровотока, уменьшения прекапиллярного миогенного сопротивления, вазодилатации и увеличения вклада капиллярного звена в микроциркуляцию. В теменном участке коры эти изменения способствуют активации тканевого окислительного метаболизма и повышению потребления кислорода из притекающей крови. При дальнейшем старении формируется дисфункция микрососудистого эндотелия и снижается вклад эндотелиального компонента в общий уровень перфузии всех участков коры. Эти нарушения у 23-месячных крыс сопровождаются увеличением вклада симпатической регуляции микрокровотока в лобном участке коры, снижением вклада капиллярного звена в микроциркуляцию в затылочной области и развитием застойных процессов в венозном участке микроциркуляторного русла теменной коры, снижающих эффективность тканевой экстракции кислорода из крови.

Об авторах

О. П Горшкова

Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН

Email: o_gorshkova@inbox.ru
Санкт-Петербург, Россия

И. Б Соколова

Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН

Санкт-Петербург, Россия

Список литературы

  1. Mandalà M. and Cipolla M. J. Aging-related structural and functional changes in cerebral arteries: caloric restriction (CR) intervention. J. Vasc. Med. Surg., 9 (7), 1000002 (2021).
  2. Bennett H. C., Zhang Q., Wu Y. T., Chon U., Pi H. J., Drew P. J., and Kim Y. Aging drives cerebrovascular network remodeling and functional changes in the mouse brain. Nat Commun., 15, 6398 (2024). doi: 10.1038/s41467-024-50559-8
  3. Sakamuri S. S., Sure V. N., Kolli L., Evans W. R., Sperling J. A., Bix G. J., Wang X., Atochin D. N., Murfee W. L., Mostany R., and Katakam P. V. Aging related impairment of brain microvascular bioenergetics involves oxidative phosphorylation and glycolytic pathways. J. Cereb. Blood Flow Metab., 42 (8), 1410 (2022). doi: 10.1177/0271678X211069266
  4. Li Y., Choi W. J., Wei W. Song S., Zhang Q., Liu J., and Wang R. K. Aging-associated changes in cerebral vasculature and blood flow as determined by quantitative optical coherence tomography angiography. Neurobiol. Aging, 70, 148 (2018). doi: 10.1016/j.neurobiolaging.2018.06.017
  5. Alisch J. S. R., Khattar N., Kim R. W., Cortina L. E., Rejimon A. C., Qian W., Ferrucci L., Resnick S. M., Spencer R. G., and Bouhrara M. Sex and age-related differences in cerebral blood flow investigated using pseudo-continuous arterial spin labeling magnetic resonance imaging. Aging (Albany NY), 13 (4), 4911 (2021). doi: 10.18632/aging.202673
  6. Claassen J. A. H. R., Thijssen D. H. J., Panerai R. B., and Faraci F. M. Regulation, of cerebral blood flow in humans: physiology and clinical implications of autoregulation. Physiol. Rev., 101 (4), 1487 (2021). doi: 10.1152/physrev.00022.2020
  7. Gorshkova O. P. Changes in rat cerebral blood flow velocities at different stages of aging. J. Evol. Biochem. Phys., 59, 569-576 (2023). doi: 10.1134/S0022093023020229
  8. Peng S. L., Chen X., Li Y., Rodrigue K. M., Park D. C., and Lu H. Age-related changes in cerebrovascular reactivity and their relationship to cognition: a four-year longitudinal study. Neuroimage, 174, 257-262 (2018). doi: 10.1016/j.neuroimage.2018.03.033
  9. Bogorad M. I., DeStefano J. G., Linville R. M., Wong A. D., and Searson P. C. Cerebrovascular plasticity: processes that lead to changes in the architecture of brain microvessels. J. Cereb. Blood Flow Metab., 39 (8), 1413 (2019). doi: 10.1177/0271678X19855875
  10. Bailey T. G., Klein T., Meneses, A. L., Stefanidis K. B., Ruediger S., Green D. J., Stuckenschneider T., Schneider S., and Askew C. D. Cerebrovascular function and its association with systemic artery function and stiffness in older adults with and without mild cognitive impairment. Eur J Appl Physiol., 122, 1843-1856 (2022). doi: 10.1007/s00421-022-04956-w
  11. Pahlavian S. H., Wang X., Ma S., Zheng H., Casey M., D’Orazio L. M., Shao X., Ringman J. M., Chui H., Wang D. J., and Yan L. Cerebroarterial pulsatility and resistivity indices are associated with cognitive impairment and white matter hyperintensity in elderly subjects: A phase-contrast MRI study. J. Cereb. Blood Flow Metab., 41 (3), 670 (2021). doi: 10.1177/0271678X20927101
  12. Houben A. J. H. M., Martens R. J. H., and Stehouwer C. D. A. Assessing microvascular function in humans from a chronic disease perspective. J. Am. Soc. Nephrol., 28 (12), 3461 (2017). doi: 10.1681/ASN.2017020157
  13. Lecrux C. and Hamel E. Neuronal networks and mediators of cortical neurovascular coupling responses in normal and altered brain states. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci., 371 (1705), 20150350 (2016). doi: 10.1098/rstb.2015.0350
  14. Hamel E. Perivascular nerves and the regulation of cerebrovascular tone. J. Appl. Physiol. (1985), 100 (3), 1059 (2006). doi: 10.1152/japplphysiol.00954.2005
  15. Brown L. S., Foster C. G., Courtney J.-M., King N. E., Howells D. W., and Sutherland B. A. Pericytes and neurovascular function in the healthy and diseased brain. Front. Cell. Neurosci., 13, 282 (2019). doi: 10.3389/fncel.2019.00282
  16. Grubb S., Cai C., Hald B. O., Khennouf L., Murmu R. P., Jensen A. G. K., Fordsmann J., Zambach S., and Lauritzen M. Precapillary sphincters maintain perfusion in the cerebral cortex. Nat. Commun., 11, 395 (2020). doi: 10.1038/s41467-020-14330-z
  17. Erdener S. E. and Dalkara T. Small vessels are a big problem in neurodegeneration and neuroprotection. Front. Neurol., 10, 889 (2019). doi: 10.3389/fneur.2019.00889
  18. Østergaard L., Jespersen S. N., Engedahl T., Gutiérrez Jiménez E., Ashkanian M., Hansen M. B., Eskildsen S., and Mouridsen K. Capillary dysfunction: its detection and causative role in dementias and stroke. Curr. Neurol. Neurosci. , 15 (6), 37 (2015). doi: 10.1007/s11910-015-0557-x
  19. Berthiaume A. A., Schmid F. Stamenkovic S. Coelho-Santos V, Nielson C., Weber B., Majesky M., and Shih A. Pericyte remodeling is deficient in the aged brain and contributes to impaired capillary fow and structure. Nat. Commun. , 13, 5912 (2022). doi: 10.1038/s41467-022-33464-w
  20. Gorshkova O. P. Age-related changes in the functional activity of ATP-sensitive potassium channels in rat pial arteries. J. Evol. Biochem. Phys., 58, 345-352 (2022). doi: 10.1134/S0022093022020041
  21. Крупаткин А. И. и Сидоров В. В. Лазерная допплеровская флоуметрия микроциркуляции крови (Медицина, М., 2005).
  22. Александрин В. В., Иванов А. В. и Кубатиев А. А. Вейвлет-анализ мозгового кровотока у крыс в терминальном состоянии. Патогенез, 20 (1), 69 (2022). doi: 10.25557/2310-0435.2022.01.69-73
  23. Федорович А. А., Горшков А. Ю., Королев А. И., Омельяненко К. В., Дадаева В. А., Михайлова М. А., Чащин М. Г. и Драпкина О. М. Гендерные различия структурно-функционального состояния микроциркуляторного русла кожи у лиц с впервые выявленной артериальной гипертензией. Кардиоваскулярная терапия и профилактика, 22 (8), 3696 (2023). doi: 10.15829/1728-8800-2023-3696
  24. Sargent S. M., Bonney S. K., Li Y., Stamenkovic S., Takeno M. M., Coelho-Santos V., and Shih A. Y. Endothelial structure contributes to heterogeneity in brain capillary diameter. Vasc. Biol., 5 (1), e230010 (2023). doi: 10.1530/VB-23-0010
  25. Sonntag W. E., Eckman D. M., Ingraham J., and Riddle D. R. Regulation of cerebrovascular aging. In Brain Aging: Models, Methods, and Mechanisms, Ed. by D.R. Riddle (CRC Press/Taylor & Francis, Boca Raton (FL), 2007), chapt. 12.
  26. Крупаткин А. И. Колебания кровотока - новый диагностический язык в исследовании микроциркуляции. Регионарное кровообращение и микроциркуляция, 13 (1), 83-99 (2014). doi: 10.24884/1682-6655-2014-13-1-83-99
  27. Zimmerman B., Rypma B., Gratton G., and Fabiani M. Age-related changes in cerebrovascular health and their effects on neural function and cognition: A comprehensive review. Psychophysiology, 58 (7), e13796 (2021). doi: 10.1111/psyp.13796
  28. Hennigs J. K., Matuszcak C., Trepel M., and Körbelin J. Vascular endothelial cells: heterogeneity and targeting approaches. Cells., 10 (10), 2712 (2021). doi: 10.3390/cells10102712
  29. Чуян Е. Н., Ананченко М. Н. и Трибрат Н. С. Индивидуально-типологические реакции микроциркуляторных процессов на электромагнитное излучение миллиметрового диапазона. Регионарное кровообращение и микроциркуляция, 9 (1), 68-74 (2010). doi: 10.24884/1682-6655-2010-9-1-68-74
  30. Фролов А. В., Локтионова Ю. И., Жарких Е. В., Сидоров В. В., Танканаг А. В. и Дунаев А. В. Реакция микроциркуляции крови в коже различных участков тела при выполнении дыхательных упражнений йоги. Регионарное кровообращение и микроциркуляция, 22 (1), 72-84 (2023). doi: 10.24884/1682-6655-2023-22-1-72-84
  31. Thorn C. E., Kyte H., Slaff D. W., and Shore A. C. An association between vasomotion and oxygen extraction. Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol., 301 (2), H429-H442 (2011). doi: 10.1152/ajpheart.01316.2010
  32. Рогаткин Д. А. Физические основы оптической оксиметрии. Медицинская физика, 2, 97-114 (2012).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024