DOI: https://doi.org/10.22141/2224-0713.6.108.2019.180532

Opportunities for modeling brain ischemia in small animals

A.N. Stoyanov, R.S. Vastyanov, S.S. Mashchenko, S.A. Antonenko, V.Z. Skorobreha

Abstract


The review article highlights the problems of modeling cerebral ischemia in small mammals. The advantages of experimental studies based on the similarity of cerebral circulation in humans and animals are indicated. The structure and topography of the vascular system and hemodynamic parameters are described, which is a serious reason for using the data on modeling cerebrovascular pathology in rats with further extrapolation to humans. In the process of development of experimental neuroscience, a sufficient number of experimental models have been developed, including for the study of acute and chronic vascular discirculation, risk factors, mechanisms for the development of cerebrovascular diseases, preclinical testing of new diagnostic and therapeutic methods. The classification of experimental models for the study of acute and chronic disorders of cerebral circulation, mechanisms of their development and preclinical approbation of new drugs is given. The authors indicate that all experimental models of cerebral ischemia can be divided into two groups: to investigate risk factors and for pathophysiological studies of cerebral ischemia. And in the second case, focal and global ischemia models are described. At the same time, the second item is divided into two blocks of models: focal (regional) ischemia according to the type of stroke and global ischemia in the form of cardiac arrest. In conclusion, the authors point out the difficulties and disadvantages of some methods of simulating ischemia. Its low reproducibility is due to the anatomical difference in the structure of the cerebral arterial circle with the presence of additional communicating artery and pronounced collateral blood flow; inaccuracy of simulating ischemia in a number of focal models is possible; the surgical access to certain arteries of the respective basin is complex. The techniques of several arteries occlusion are aggressive, which differs from the actual conditions of stroke development; trauma and perforation of the vessel are observed; also, special complex equipment is required.

Keywords


modeling cerebral ischemia; small animal; review

References


Кассимерис Л., Лингаппа В.Р., Плоппер Д. Клетки по ­Льюину. Москва: Лаборатория знаний, 2016. 1056 с.

Бонь Е.И., Максимович Н.Е. Морфологическое представление о кровообращении головного мозга крыс. Вестник Витебского мед. ун-та. 2018. Т. 17. № 2. С. 30-36.

Гурина О.Ю. Морфология сосудистого эндотелия. Микроциркуляция. 1997. С. 18-23.

Осадчий Л.И., Балуева Т.В., Сергеев И.В. Механизмы формирования реакций системного кровообращения: роль эндотелиального фактора регуляции тонуса сосудов. Известия АН. Серия «Биология. 2004. № 3. С. 335-339.

Труфель Н.А. Сравнительная характеристика строения сосудов виллизиевого круга головного мозга у человека и лабораторных животных. Журн. Гродненского ГМУ. 2008. № 2. С. 98-101.

Евтушенко С.К., Омельяненко А.А. Клиническая электроэнцефалография у детей. Донецк: Донеччина. 860 с.

Осипова О.Л., Сотников А.А., Шматов С.В. Коллатеральное кровообращение: Метод. пособие для студентов мед. вузов. Москва: Русайнс, 2017. 166 с.

Волохова Г.А., Стоянов А.Н. Влияние солкосерила на моторную активность крыс при ишемическом инсульте. Актуальні проблеми транспортн. мед. 2008. № 6. С. 111-114.

Волохова Г.А., Стоянов А.Н. Дослідження перебігу пероксидних механізмів в паренхімі мозку в патогенезі ішемічного інсульту. Вестник неотложн. и восстановит. медицины. 2009. Т. 10. № 2. С. 210-212.

Волохова Г.А., Стоянов А.Н. Оптимизация комплексного лечения травматического повреждения мозга в эксперименте. Межд. невр. журн. 2008. № 4. С. 49-55.

Волохова Г.А., Стоянов А.Н. Солкосерил индуцированная нормализация патоморфологических нарушений структур мозга при ЧМТ в условиях эксперимента. Межд. невр. журн. 2008. № 3. С. 49-54.

Bacigaluppi M., Comi G., Hermann D.M. Animal Models of Ischemic Stroke. Part Two: Modeling Cerebral Ischemia Neurol J. 2010. 4. Р. 34-38.

Traystman R.J. Animal Models of Focal and Global Cerebral Ischemia ILAR Journal. 2003. Vol. 44. Is. 2. P. 85-95.

Кольчинская А.З. Интервальная гипоксическая тренировка в спорте высших достижений. Спортивная медицина. 2008. № 1. С. 9-25.

Карпова И.В., Михеев В.В., Марышева В.В. Влияние острой гипоксии с гиперкапнией на содержание моноаминов в симметричных структурах головного мозга самцов мышей линии BALB/с. Биомед. химия. 2014. Т. 60. Вып. 2. С. 258-263.

Humphries S.E., Morgan L. Genetic risk factors for the development of atherosclerosis in stroke and carotid: information on pathophysiology from candidate genes. Lancet Neurol. 2004. 3(4). Р. 227-35.

Уильнер Э.Л., Букси B, Бухман К.К. Дефицит ацил-СоА: холестерин-ацилтрансфераза 2 предотвращает атеросклероз у мышей с дефицитом аполипопротеина. Proc Natl Acad. Sci. USA. 2003. 100(3). Р. 1262-7.

Aiello R.J., Brees D., Bourassa P.A. et al. Повышенный атеросклероз у гиперлипидемических мышей с инактивацией ABCA1 в макрофагах. Arterioscler Thromb. Vasc. Biol. 2002. 22(4). Р. 630-7.

Bonthu S., Heistad D.D., Chappell D.A., Lamping K.G., Fa-raci F.M. Atherosclerosis, vascular remodeling and impaired endothelium-dependent relaxation in genetically modified hyperlipidemic mice. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 1997. 17(11). Р. 2333-40.

Paul A., Ko K.W., Li L. et al. C-reactive protein accelerates the progression of atherosclerosis in mice with apolipoprotein deficiency. Circulating. 2004. 109(5). Р. 647-55.

Kuhlencordt P.J., Chen J., Han F., Astern J., Huang P.L. Genetic deficiency of inducible nitric oxide synthase reduces atherosclerosis and decreases plasma lipid peroxides in mice with apolipoprotein knockout. Circulating. 2001. 103(25). Р. 3099-104.

Kuhlencordt P.J., Gyurko R., Han F. et al. Accelerated atherosclerosis, the formation of an aortic aneurysm and coronary heart disease in apolipoproteins E/endothelial synthase synthase mice with two knockouts. Circulating. 2001. 104(4). Р. 448-54.

Kirii H., Niwa T., Yamada Y. et al. Lack of interleukin-1-beta reduces atherosclerosis in ApoE-deficient mice. Arterioscler Thromb. Vasc. Biol. 2003. 23(4). Р. 656-60.

Xiao Q., Danton M.J., Witte D.P., Kowala M.C., Valentine M.T., Degen J.L. Fibrinogen deficiency is compatible with the development of atherosclerosis in mice. J. Clin. Invest. 1998. 101(5). Р. 1184-94.

Xiao Q., Danton M.J., Witte D.P. et al. Plasminogen deficiency accelerates the disease of the vessel wall in mice susceptible to atherosclerosis. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1997. 94(19). Р. 10335-40.

Luttun A., Lupu F., Storkebaum E. et al. The absence of plasminogen-1 activator inhibitor contributes to the growth and abnormal remodeling of advanced atherosclerotic plaques matrices in mice with apolipoprotein deficiency. Arter.Thromb. Vasc. Biol. 2002. 22(3). Р. 499-505.

Daugherty A. Muscle model of atherosclerosis. Am. J. Med. Sci. 2002. 323(1). Р. 3-10.

Nabika T., Cui Z., Masuda J. Intensive spontaneous hypertensive rat: how good is this model for cerebrovascular diseases? Cell. Mol. Neurobiol. 2004. 24(5). Р. 639-46.

Yagil Y., Yagil C. Genetic models of hypertension in experimental animals. Exp. Nephrol. 2001. 9(1). Р. 1-9.

Ganten D., Birkenhäger W.H., Reid J.L. Experimental and genetic models of hypertension. Vol. 16. Amsterdam [ua]: Elsevier, 1994. Reference book on hypertension; item 16.

Chen Z., Karaplis A.C., Ackerman S.L. et al. Mice deficient in methylenetetrahydrofolate reductase exhibit hyperhomocysteinemia and decrease the ability of methylation with neuropathology and aortic lipid deposition. Hum. Mol. Genet. 2001. 10(5). Р. 433-43.

Фирстова Н.В., Левашова О.А., Золкорняев И.Г., Заварзина В.А. Свободно-радикальные процессы при экспериментальной ишемии головного мозга. Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского, 2008. № 10(14). С. 59-62.

Левашова О.А. Активность ферментов обмена регуляторных пептидов и некоторых биохимических показателей у больных ишемическим инсультом в эксперименте: Дисс… канд. биол. наук. Пенза, 2007. 127 с.

Волохова Г.А., Стоянов А.Н., Вастьянов Р.С. Интенсификация процессов липопероксидации и угнетение активности антирадикальных механизмов как однонаправленные патофизиологические механизмы повреждения мозга. Український неврологічний журнал. 2010. № 1. С. 112-119.

Bonfoco E., Krainc D., Ankarcrona M. et al. Apoptosis and necrosis: two distinct events induced, respectively, by mild and intense insults with N-methyl-d-aspartate or nitric oxid/superoxide in cortical cell cultures. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1995. Vol. 92. P. 7162-7166.

Bramlett H.M., Dietrich W.D. Патофизиология ишемического и травматического поражения мозга: сходство и различия. Медицина неотложных состояний. 2006. № 4(5). С. 32-34.

Вицкова Г.Ю., Наркевич В.Б., Микоян В.Д., Башкатова В.Г. Модельные коразоловые судороги сопровождаются усилением генерации окиси азота и устраняются мексидолом и альфа-токоферолом. Эксп. клин. фармакология. 2003. № 4. С. 13-17.

Волохова Г.А., Стоянов А.Н., Вастьянов Р.С. Антиоксидантные эффекты Солкосерила при экспериментальной черепно-мозговой травме. Межд. неврол. журн. 2008. С. 56-68.

Вінничук С.М., Пустова О.А., Мохнач В.О. та ін. Комплексна нейропротекція в гострий період ішемічного інсульту. Медицина неотложных состояний. 2008. № 4. С. 1-7.

Колесников А.В., Щулькин А.В., Якушева Е.Н., Баренина О.И., Узбеков М.Г., Кудрин В.С., Островска Р.У. Глутаматная эксайтотоксичность и окислительный стресс при экспериментальном тромбозе сосудов сетчатки. Нейрохимия. 2016. Т. 33. № 2. С. 1-5.

Ельский В.Н., Зяблицев С.В. Нейрогормональные регуляторные механизмы при черепно-мозговой травме. Донецк: Новый мир, 2008. 240 с.

Niizuma K., Endo H., Chan P.H. Oxidative stress and mitochondrial dysfunction as determinants of ischemic neuronal death and survival. J. Neurochem. 2009. Vol. 109. Suppl. 1. Р. 133-138.

Seo W., Oh H. Comparisons of acute physiological parameters influencing outcome in patients with traumatic brain injury and hemorrhagic stroke. Worldviews Evid. Based Nurs. 2009. Vol. 6. № 1. P. 36-43.

Pellegrini-Giampietro D.E., Mannaioni G., Bagetta G. Post-ischemic brain damage: the endocannabinoid system in the mechanisms of neuronal death. FEBS J. 2009. Vol. 276. № 1. P. 2-12.

Puisieux F., Deplanque D., Bulckaen H. et al. Brain ischemic preconditioning is abolished by antioxidant drugs but does not up-regulate superoxide dismutase and glutathion peroxidase. Brain Res. 2004. Vol. 1027. № 1–2. Р. 30-37.

Canazza А, Minati L, Boffano C, Parati Е. Experimental Models of Brain Ischemia: A Review of Techniques, Magnetic Resonance Imaging, and Investigational Cell-Based Therapies. Front Neurol. 2014. 5. Р. 19.

Патент РФ, RU № 2211672, МПК A61B. Суфианова Г.З., Усов Л.А., Суфианов А.А., Шапкин А.Г., Нечаев А.С., 10.09.2003. 17/12.

Mitsuo Yamaguchi, John W. Calvert, Gen Kusaka and John H. Zhang. One-Stage Anterior Approach for Four-Vessel Occlusion in Rat. Stroke. 2005. № 36. Р. 2212-2214.

Duverger D., MacKenzie E.T. The quantification of cerebral infarction following focal ischemia in the rat: influence of strain, arterial pressure, blood glucose concentration, and age. J. Cereb. Blood Flow Metab. 1988. 8(4). Р. 449-61.

Chiang T., Messing R.O., Chou W.H. Mouse model of middle cerebral artery occlusion. J. Vis. Exp. 2011. 48. Р. 2761.

Belayev L., Endres M., Prinz V. Focal cerebral ischemia in the mouse and Rat by intraluminal Suture. Rodent Modeles of Stroke. 2016. Р. 31-43.

Takagi Y., Kashiwagi A., Tanaka Y., Asahina T., Kikkawa R., Shigeta Y. Significance of fructose-induced protein oxidation and formation of advanced glycation end product. J. Diabetes Complications. 1995. 9(2). Р. 87-91.

Zea Longa E., Weinstein P.R., Carlson S., Cummins R. Reversible middle artery occlusion without craniectomy. Stroke. 1989. 20(1). Р. 84-91.

Memezawa H., Minamisawa H., Smith M.L., Siesjö B.K. Ischemic penumbra in a model of reversible middle cerebral artery occlusion in the rat. Exp. Brain Res. 1992. 89(1). Р. 67-78.

Animal Models of Focal and Global Cerebral Ischemia Richard J. Traystman ILAR Journal. 1 January 2003. Vol. 44. Iss. 2. P. 85-95.

Bacigaluppi M., Comi G., Hermann D.M. Animal Models of Ischemic Stroke. Part Two: Modeling Cerebral Ischemia Neurol J. 2010. 4. Р. 26-33.

Минакина Л.Н. Моделирование глобальной ишемии мозга. Успехи современного естествознания. 2008. № 12. С. 53-54.

Chiang T., Messing R.,.Chou W. Mouse Model of Middle Cerebral Artery Occlusion. J. Vis. Exp. 2011. 48. Р. 2761.

Зарубина И.В., Болехан А.В., Рылеев А.Ю., Жумашева А.Б., Шабанов П.Д. Эффективны ли иммуномодуляторы при бронхолегочном воспалении у крыс? ПФБН. 2005. № 3.

Моргун А.В., Кувачева Н.В., Таранушенко Т.Е., Хилажева Е.Д. Способы экспериментального моделирования перинатального гипоксически-ишемического поражения головного мозга. Вопр. современной педиатрии. 2014. Т. 13. № 5. С. 31-36.

Туманский В.А., Туманская Л.М., Тертышный С.И. Церебральная недостаточность и структурные мишени ее протекции при постреанимационных энцефалопатиях. Патология. 2010. Т. 7. № 2. С. 4-14.

Євсеєв А.В. Морфогенез селективної загибелі та відновлення нейронів мозку при постреанімаційній енцефалопатії: Автореф. дис... к.м.н. Сімферопіль, 2009. 21 с.

Туманский В.А. Постреанимационные энцефалопатии: морфогенез репаративных и адаптивных изменений в мозге. Запорож. мед. жур. 2002. № 3(13). С. 12-13.

Пономарев Э.А. Хирургическая профилактика и лечение ишемических поражений головного мозга (организационные, клинические, фармакологические и морфологические аспекты): Автореф. дисс... д-ра мед. наук. Волгоград, 2010. 37 с.

Патент РФ 2544369, Класс G09B23/28. Плотников М.Б., Осипенко А.Н., Смольякова В.И., Чернышева Г.А. Способ моделирования глобальной ишемии головного мозга. 2015. Бюлл. № 5.

Морозова Г.А., Малиновская Н.А. Оценка когнитивных функций крыс в тесте «водный лабиринт Морриса» при экспериментальной ишемии головного мозга. Вестник науки Сибири. 2012. № 3(4). С. 284-290.




Copyright (c) 2019 INTERNATIONAL NEUROLOGICAL JOURNAL

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

© Publishing House Zaslavsky, 1997-2019

 

   Seo анализ сайта