Ultrastructural characteristics of neocortex in rats with alloxan hyperglycaemia under application of citicoline.

Authors

  • V. I. Zhylyuk ГУ «Днепропетровская медицинская академия МЗ Украины», Ukraine
  • V. I. Mamchur ГУ «Днепропетровская медицинская академия МЗ Украины», Ukraine
  • I. V. Tverdokhleb ГУ «Днепропетровская медицинская академия МЗ Украины», Ukraine
  • N. S. Petruk ГУ «Днепропетровская медицинская академия МЗ Украины», Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.26641/1997-9665.2013.4.30-36

Keywords:

diabetes mellitus, rats, neocortex, ultrastructural changes, citicoline, side effects

Abstract

Background. Diabetes mellitus is known to be associated with pathological changes in the CNS, which may serve as a primary cause in the occurrence of cognitive deficit and increase the risk of cerebrovascular complications. At the same time, pharmacological neuroprotection is one of the key directions in the treatment of cerebrovascular disorders of various origins. Objective. To determine the extent of ultrastructural changes in the cerebral cortex of rats with chronic hyperglycemia in experimental therapy with citicoline. Methods. The research was conducted on 18 white rats divided randomly in 3 groups: group 1 – intact animals; group 2 – rats with alloxan diabetes; group 3 – rats with alloxan diabetes + citicoline 500 mg/kg. Diabetes mellitus was induced in rats by a single intraperitoneal injection of alloxan monohydrate (150 mg/kg). Citicoline was administered intragastrically once per day during 20 days from the 11th day after alloxan injection. Transmission electron microscopy was performed on the 20th day of citicoline administration. Results. Course administration of citicoline improves the condition of neuronal and glial cells, reduces the severity of disturbance in myelin nerve fibers, increases the packing density of synaptic vesicles and stabilizes the structure of the presynaptic and postsynaptic membranes of neocortex in rats with alloxan diabetes. Conclusion. Conducted experimental studies confirm high neuroprotective potential of citicoline in diabetes mellitus.

References

  1. Robles G. I. A review of exenatide as adjunctive therapy in patients with type 2 diabetes // G. I. Robles, D. Singh-Franco // Drug Des. Devel. Ther. – 2009. – № 3. – Р. 219-240.
  2. Robles GI, Singh-Franco D. A review of exenatide as adjunctive therapy in patients with type 2 diabetes. Drug Des Devel Ther. 2009 Sep;3:219-40. Cited in: PubMed; PMID: 19920937; PMCID: PMC2769236.
  3. Tomlinson D. R. Glucose neurotoxicity / D. R. Tomlinson, N. J. Gardiner // Nat. Rev. Neurosci. – 2008. – Vol. 9, № 1. – Р. 36-45.
  4. Tomlinson DR, Gardiner NJ. Glucose neurotoxicity. Nat Rev Neurosci. 2008 Jan;9(1):36-45. Cited in: PubMed; PMID: 18094705.
  5. Increased oxidative stress and imbalance in antioxidant enzymes in the brains of alloxan-induced diabetic rats / L. B. Ceretta, G. Z. Réus, H. M. Abelaira [et al.] // Exp. Diabetes Res. – 2012. – Vol. 2012, P. 1-8.
  6. Ceretta LB, Réus GZ, Abelaira HM, Ribeiro KF, Zappellini G, Felisbino FF, Steckert AV, Dal-Pizzol F, Quevedo J. Increased oxidative stress and imbalance in antioxidant enzymes in the brains of alloxan-induced diabetic rats. Exp Diabetes Res. 2012;2012:302682. doi: 10.1155/2012/302682. Cited in: PubMed; PMID:22645603.
  7. Kehrer J. P. Cause-effect of oxidative stress and apoptosis / J. P. Kehrer // Teratology. –2000. – Vol. 62, №4. – P. 235-246.
  8. Kehrer JP. Cause-effect of oxidative stress and apoptosis. Teratology. 2000 Oct;62(4):235-6. Cited in: PubMed; PMID:10992267.
  9. Biessels G. J. The impact of diabetes on cognition: what can be learned from rodent models? / G. J. Biessels, W. H. Gispen // Neurobiol. Aging. – 2005. – Vol. 26, №. 1. – Р. S36–S41.
  10. Biessels GJ, Gispen WH. The impact of diabetes on cognition: what can be learned from rodent models? Neurobiol Aging. 2005 Dec;26 Suppl 1:36-41. Review. Cited in: PubMed; PMID:16223548.
  11. Magarinos A. M. Experimental diabetes in rats causes hippocampal dendritic and synaptic reorganization and increased glucocorticoid reactivity to stress / A. M.Magarinos, B. S. McEwen // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 2000. – Vol. 97, № 20. – Р. 11056-11061.
  12. Magariños AM, McEwen BS. Experimental diabetes in rats causes hippocampal dendritic and synaptic reorganization and increased glucocorticoid reactivity to stress. Proc Natl Acad Sci USA. 2000 Sep 26;97(20):11056-61.Cited in: PubMed; PMID: 11005876.
  13. Abnormal function of C-fibers in patients with diabetic neuropathy / K. Orstavik, B. Namer, R. Schmidt [et al.] // J. Neurosci. – 2006. – Vol. 26, № 44. – Р. 11287-11294.
  14. Orstavik K, Namer B, Schmidt R, Schmelz M, Hilliges M, Weidner C, Carr RW, Handwerker H, Jørum E, Torebjörk HE. Abnormal function of C-fibers in patients with diabetic neuropathy. J Neurosci. 2006 Nov 1;26(44):11287-94. Cited in: PubMed; PMID: 17079656.
  15. Said G. Focal and multifocal diabetic neuropathies / G. Said // Arq. Neuropsiquiatr. – 2007. – Vol. 65, № 4B. – Р. 1272-1278.
  16. Said G. Focal and multifocal diabetic neuropathies. Arq Neuropsiquiatr. 2007 Dec;65(4B):1272-8. Cited in: PubMed; PMID: 18345446.
  17. Жилюк В. І. Характеристика морфологічних змін нервових та ендотеліальних клітин СА1 зони гіпокампу у щурів з алоксан-індукованою гіперглікемією за умов застосування ноотропних засобів / В. І. Жилюк, В. Й. Мам-чур // Морфологія. – 2012. – Т. 6, № 1. – С. 31-36.
  18. Zhylyuk VI, Mamchur VI. [Description of morphological changes in neurons and endothelial cells of CA1-area of hippocampus in rats with alloxan-induced hyperglycemia under application of nootropic drugs]. Morphologia. 2012;6(1):31-36. Ukrainian.
  19. Афанасьев В. В. Клиническое применение цитиколина и его роль в гомеостазе клеточных мембран нейронов и органов-эффекторов / В. В. Афанасьев / Трудный пациент. – 2009. – Т.7, № 11. – С. 26-32.
  20. Afanas'ev VV. Klinicheskoe primenenie citikolina i ego rol' v gomeostaze kletochnyh membran nejronov i organov-jeffektorov [Clinical application of citicoline and his role is in the homoeostasis of cellular membranes of neurons and organs-effectors]. Trudnyj pacient; 2009;7(11):26-32. Russian.
  21. Lenzen S. The mechanisms of alloxan- and streptozotocin-induced diabetes / S. Lenzen // Diabetologia. – 2008. – Vol. 51, № 2. – С. 216-226.
  22. Lenzen S. The mechanisms of alloxan- and streptozotocin-induced diabetes. Diabetologia. 2008 Feb;51(2):216-26. Review. Cited in: PubMed; PMID:18087688.
  23. Reynolds E. S. The use of lead citrate at high pH an electronopaque stain in electron microscopy / E. S. Reynolds // J. Cell Biol. - 1963. - Vol. 17. - P. 208-212.
  24. Reynolds ES. The use of lead citrate at high pH as an electron-opaque stain in electron microscopy. J Cell Biol. 1963 Apr;17:208-12. Review. Cited in: PubMed; PMID: 13986422.
  25. Hawkins B. T. The blood-brain barrier / neurovascular unit in health and disease / B. T. Hawkins, T. P. Davis // Pharmacol. Rev. – 2005. – Vol. 57. – P. 173-85.
  26. Hawkins BT, Davis TP. The blood-brain barrier/neurovascular unit in health and disease. Pharmacol Rev. 2005 Jun;57(2):173-85. Review. Cited in: PubMed; PMID: 15914466.
  27. Морозова О. Г. Метаболические аспекты патогенетической терапии церебральных осложнений сахарного диабета / О. Г. Морозова // Ліки України. – 2011. – Т. 2, № 148. – С. 50-57.
  28. Morozova O.H. [Pathogenic therapy of cerebral complications of diabetes mellitus: metabolic aspects]. Liky Ukrayiny. 2011;2:50-57. Russian.
  29. Towards a roadmap in brain protection and recovery / D. F. Muresanu, A. Buzoianu, S. I. Florian, T. von Wild // J. Cell. Mol. Med. – 2012. - Vol. 16, № 12. – P. 2861-2871.
  30. Muresanu DF, Buzoianu A, Florian SI, von Wild T. Towards a roadmap in brain protection and recovery. J Cell Mol Med. 2012 Dec;16(12):2861-71. Review. Cited in: PubMed; PMID: 22863521
  31. Пашковська Н. В. Динаміка показників інтенсивності апоптозу у хворих на діабетичну енцефалопатію на тлі застосування цитиколіну / Н. В.Пашковська // Укр. невролог. журнал. – 2009. – Т. 2, № 11. – С. 43-48.
  32. Pashkovska NV. [Dynamics of the indices of apoptosis intensity in patients with diabetic encephalopathy under the treatment with citicoline]. Ukr neurolog journal. 2009;2:43-48. Ukrainian.
  33. Жилюк В. І. Стан глутатіонзалежної ланки системи антиоксидантного захисту мозку у щурів з алоксан-індукованим діабетом за умов використання ноотропів / В. І. Жилюк, В. Й. Мамчур // Медичні перспективи. – 2012. – Т. 17, № 4. – С. 4-7.
  34. Zhylyuk VI, Mamchur VI. [State of glutation-dependent link of system of antioxidant cerebral defense in rats with aloxan-induced diabetes in conditions of nootrops usage]. Medical Perspectives. 2012;17(4):4-7. Ukrainian.
  35. Жилюк В. І. Вплив ноотропних засобів на мнестичні процеси та прояви оксидативного стресу в структурах головного мозку при хронічній гіперглікемії у щурів / В. І. Жилюк, В. Й. Мамчур // Актуальні проблеми сучасної медицини. – 2012. – T. 12, №1-2. – C. 181-185.
  36. Zhylyuk VІ, Mamchur VI. [Influence of nootropic drugs on cognitive processes and manifestations of oxidative stress in brain structures in rats with chronic hyperglycemia]. Aktual’ni problemy suchasnoyi medycyny. 2012;12(1-2):181-5. Ukrainian.
  37. Жилюк В. И. Роль эндотелия в действии ноотропов при когнитивных нарушениях вследствие хронической гипергликемии / В. И. Жилюк, В. И. Мамчур // Журнал Національної академії медичних наук України. – 2013. – Т. 9, № 2. – С. 184-193.
  38. Zhylyuk VI, Mamchur VI. [The role of endothelium in the mechanisms of neuroprotective action of nootropic drugs in conditions of hyperglycemia] Zhurnal Nacional’noyi akademiyi medychnyx nauk Ukrayiny. 2013;9(2):184-193. Russian.
  39. Волошин В. П. Динаміка показників ендотеліальної дисфункції у хворих на діабетичну енцефалопатію на тлі застосування цитиколіну/ В. П. Волошин, Н. В Пашковська // Український вісник психоневрології. –2009. –Т. 17, № 1(58). –С. 5-9.
  40. Voloshyn PV, Pashkovs'ka NV. [Dynamics of endothelial dysfunction indices in patients with diabetic encephalopathy under treatment with citicolin administration]. Ukrayins'kyj visnyk psyhonevrolohii. 2009;17(1):5-9. Ukrainian.

How to Cite

Zhylyuk, V. I., Mamchur, V. I., Tverdokhleb, I. V., & Petruk, N. S. (2013). Ultrastructural characteristics of neocortex in rats with alloxan hyperglycaemia under application of citicoline. Морфологія / Morphologia / Morfologìâ, 7(4), 30–36. https://doi.org/10.26641/1997-9665.2013.4.30-36

Issue

Section

Статті