MorphologyMorphologyМорфология1026-35432949-2556Eco-Vector11083410.17816/morph.110834Original Study ArticlesОригинальные исследованияResearch ArticleUltrastructure of rat cerebral cortex cells in normal and experimental dioxin poisoningУльтраструктура клеток коры головного мозга крыс в норме и при экспериментальном отравлении диоксиномhttps://orcid.org/0000-0002-3928-497465074614406865-5296SalnikovaMarina M.СальниковаМарина Михайловна
Russian Federation
m_salnikova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3052-64633708-8862YakovlevaAnastasia I.ЯковлеваАнастасия Игоревна
Russian Federation
jakovleva_ana@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9815-131457221666317B-2678-20199206-0274SaitovVadim R.СаитовВадим Расимович
Russian Federation
sinsavara@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1049-04677469-9567GolubevAnatoliy I.ГолубевАнатолий Иванович
Russian Federation
anatolii.golubev_1937@mail.ruKazan (Volga Region) Federal UniversityКазанский (Приволжский) федеральный университетFederal Center for Toxicological, Radiation and Biological SafetyФедеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасностиLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова160920221509202115931071150709202207092022Copyright ©; 2021, Eco-VectorCopyright ©; 2021, Эко-Вектор2021Eco-VectorЭко-Векторhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://j-morphology.com/1026-3543/article/view/110834

BACKGROUND: Currently, the treatment of dioxin intoxication is only symptomatic as there are no developed methods of therapy for it. Therefore, various manifestations of the effect of dioxin on biological objects of animal origin are being actively studied.

AIM: The study of the ultrastructure of the cerebral cortex of rats in normal and experimental poisoning with dioxin.

MATERIALS AND METHODS: We studied the ultrastructure of the cells of the pyramidal layer of the cerebral cortex of rats of the control and experimental groups that were chronically exposed to small doses of dioxin (2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-para-dioxin or TCDD). Morphometric analysis was carried out to determine the length of synaptic clefts, the number of synapses per unit area, the thickness of the myelin layer of the processes, and the number of wrappers of myelin sheaths.

RESULTS: The pathology of neurons was observed both at the optical and ultrastructural levels. It was characterized by a decrease in nuclei, cell death, thinning of myelin sheaths, and demyelination. There was a significant positive correlation between dose of poisoning and the degree of destruction of neurons. The number of synaptic contacts decreased with an increase in their average length.

CONCLUSIONS: Demyelination, impaired cellular respiration, and destruction of synaptic contacts indicated the ability of dioxin to indirectly cause accelerated aging of neurons and their death (apoptosis).

Обоснование. В настоящее время не существует разработанных средств терапии при диоксиновой интоксикации: лечение носит лишь симптоматический характер, вследствие чего различные проявления воздействия диоксина на биологические объекты животного происхождения активно изучаются.

Цель — изучить ультраструктуру коры головного мозга крыс в норме и при экспериментальном отравлении диоксином.

Материалы и методы. Исследована ультраструктура клеток пирамидного слоя коры головного мозга крыс контрольной и опытных групп, получавших хроническое отравление малыми дозами диоксина (2,3,7,8-тетрахлордибензо-пара-диоксин). Проведён морфометрический анализ с определением длины синаптических щелей, количества синапсов на единицу площади, толщины миелиновой оболочки внутрикорковых нервных волокон и числа оборотов миелина.

Результаты. Как на светооптическом, так и на ультраструктурном уровне патология нейронов характеризуется уменьшением ядер, гибелью клеток, истончением миелиновых оболочек и демиелинизацией. Доза отравления коррелирует со степенью деструкции нейронов: с увеличением дозы диоксина изменения становятся существеннее. Количество самих синаптических контактов снижается, но при этом происходит значимое увеличение их средней длины.

Выводы. Процессы демиелинизации, нарушения клеточного дыхания и деструкции синаптических контактов свидетельствуют о способности диоксина опосредовано вызывать ускоренное старение нейронов и их гибель (апоптоз).

ratsneuronsdioxinsynapsesdemyelinationmorphometric analysisкрысынейроныдиоксинсинапсыдемиелинизацияморфометрический анализKopf PG, Walker MK. Overview of developmental heart defects by dioxins, PCBs, and pesticides. J Environ Sci Health C Environ Carcinog Ecotoxicol Rev. 2009;27(4):276–285. doi: 10.1080/10590500903310195Kopf P.G., Walker M.K. Overview of developmental heart defects by dioxins, PCBs, and pesticides // J Environ Sci Health C Environ Carcinog Ecotoxicol Rev. 2009. Vol. 27, N 4. P. 276–285. doi: 10.1080/10590500903310195Vos JG, Kuper CF. Chemically-Induced Immunopathology and Immune Functional Changes. J Toxicol Pathol. 2004;17(2):137–146. doi: 10.1293/tox.17.137Vos J.G., Kuper C.F. Chemically-Induced Immunopathology and Immune Functional Changes // J Toxicol Pathol. 2004. Vol. 17, N 2 P. 137–146. doi: 10.1293/tox.17.137Ulahovich NA, Kutyreva MP, Medyantseva EP., Babkina SS. Ecotoxicants. Kazan: KGU; 2010. 56 p. (In Russ).Улахович Н.А., Кутырева М.П., Медянцева Э.П., Бабкина С.С. Экотоксиканты. Казань: КГУ, 2010. 56 с.Hassoun EA, Li F, Abushaban A, Stohs SJ. The relative abilities of TCDD and its congeners to induce oxidative stress in the hepatic and brain tissues of rats after subchronic exposure. Toxicology. 2000;145(2-3):103–113. doi: 10.1016/s0300-483x(99)00221-8Hassoun E.A., Li F., Abushaban A., Stohs S.J. The relative abilities of TCDD and its congeners to induce oxidative stress in the hepatic and brain tissues of rats after subchronic exposure // Toxicology. 2000. Vol. 145, N 2–3. P. 103–113. doi: 10.1016/s0300-483x(99)00221-8Byers JP, Masters K, Sarver JG, Hassoun EA. Association between the levels of biogenic amines and superoxide anion production in brain regions of rats after subchronic exposure to TCDD. Toxicology. 2006;228(2-3):291–298. doi: 10.1016/j.tox.2006.09.009Byers J.P., Masters K., Sarver J.G., Hassoun E.A. Association between the levels of biogenic amines and superoxide anion production in brain regions of rats after subchronic exposure to TCDD // Toxicology. 2006. Vol. 228, N 2-3. P. 291–298. doi: 10.1016/j.tox.2006.09.009Wan C, Liu J, Nie X, et al. 2, 3, 7, 8-Tetrachlorodibenzo-P-dioxin (TCDD) induces premature senescence in human and rodent neuronal cells via ROS-dependent mechanisms. PLoS One. 2014;9(2):e89811. doi: 10.1371/journal.pone.0089811Wan C., Liu J., Nie X., et al. 2, 3, 7, 8-Tetrachlorodibenzo-P-dioxin (TCDD) induces premature senescence in human and rodent neuronal cells via ROS-dependent mechanisms // PLoS One. 2014. Vol. 9, N 2. P. e89811. doi: 10.1371/journal.pone.0089811Saitov VR, Osyanin KA, Salnikova MM, et al. Influence of dioxin on cells ultrastructure of sheep organs in low doses. Bulletin of NSAU (Novosibirsk State Agrarian University. 2011;(4):87–94. (In Russ).Саитов В.Р., Осянин К.А., Сальникова М.М., и др. Влияние диоксина на ультраструктуру клеток различных органов овец в малых дозах // Вестник Новосибирского государственного аграрного университета. 2011. № 4 (20). С. 87–94.Rosińczuk J, Dymarek R, Całkosiński I. Histopathological, ultrastructural, and immunohistochemical assessment of hippocampus structures of rats exposed to TCDD and high doses of tocopherol and acetylsalicylic acid. Biomed Res Int. 2015:645603. doi: 10.1155/2015/645603Rosińczuk J., Dymarek R., Całkosiński I. Histopathological, ultrastructural, and immunohistochemical assessment of hippocampus structures of rats exposed to TCDD and high doses of tocopherol and acetylsalicylic acid // Biomed Res Int. 2015. P. 645603. doi: 10.1155/2015/645603Sandell JH, Peters A. Disrupted myelin and axon loss in the anterior commissure of the aged rhesus monkey. J Comp Neurol. 2003;466(1):14–30. doi: 10.1002/cne.10859Sandell J.H., Peters A. Disrupted myelin and axon loss in the anterior commissure of the aged rhesus monkey // J Comp Neurol. 2003. Vol. 466, N 1. P. 14–30. doi: 10.1002/cne.10859Peters A, Sethares C, Luebke JI. Synapses are lost during aging in the primate prefrontal cortex. Neuroscience. 2008;152(4):970–981. doi: 10.1016/j.neuroscience.2007.07.014Peters A., Sethares C., Luebke J.I. Synapses are lost during aging in the primate prefrontal cortex // Neuroscience. 2008. Vol. 152, N 4. P. 970–981. doi: 10.1016/j.neuroscience.2007.07.014Bibikova EE, Guskov AO, Haritonova EA. Morphological manifestations of neuronal lipofuscinosis. Tver Medical Journal. 2018;(3):45–46. (In Russ).Бибикова Е.Е., Гуськов А.О., Харитонова Е.А. Морфологические проявления нейронального липофусциноза // Тверской медицинский журнал. 2018. № 3. С. 45–46.Shakirova SM. Morphological changes in peripheral nervous system of sheep in nitrate intoxication. RUDN Journal of Agronomy and Animal Industries. 2013;(4):28–34. (In Russ). doi: 10.22363/2312-797X-2013-4-28-34Шакирова С.М. Морфологические изменения в периферической нервной системе овец при нитратной интоксикации // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство. 2013. № 4. С. 28–34. doi: 10.22363/2312-797X-2013-4-28-34Reva IV, Reva GV, Yamamoto TT, et al. Aging and ischemia neurons. Modern Problems of Science and Education. 2015;(2-2):811. (In Russ). doi: 10.17513/spno.129-22050Рева И.В., Рева Г.В., Ямамото Т.Т., и др. Старение и ишемия нейронов // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2–2. С. 811.Saitov VR, Salnikova MM, Malyutina LV. Rabbit ultrastructure cortex study at affect of ecotoxicants and some drugs. Veterinarny Vrach. 2014;(1):14–20. (In Russ).Саитов В.Р., Сальникова М.М., Малютина Л.В. Изучение ультраструктуры коры больших полушарий кроликов, при сочетанном воздействии экотоксикантов и применении лекарственных средств // Ветеринарный врач. 2014. № 1. С. 14–20.