The effects of ageing on the regulation of neurovascular coupling in rats  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
81266
Type K
Principal investigator Bari, Ferenc
Title in Hungarian Az öregedés hatása a neurovaszkuláris csatolás szabályozására patkányban
Title in English The effects of ageing on the regulation of neurovascular coupling in rats
Keywords in Hungarian agyi vérkeringés szabályozás, migrén, funkcionális aktiváció, stroke, csatoló fehérjék
Keywords in English cerebral blood flow, migraine, functional activation, stroke, connexins
Discipline
Analysis, modelling and simulation of biological systems (Council of Medical and Biological Sciences)40 %
Neuroanatomy and neurophysiology (Council of Medical and Biological Sciences)40 %
Cardiovascular system (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Ortelius classification: Cardiovascular system
Panel Genetics, Genomics, Bioinformatics and Systems Biology
Department or equivalent Department of Medical Physics and Informatics (University of Szeged)
Participants Domoki, Ferenc
Farkas, Eszter
Geretovszkyné Varjú, Katalin
Hugyecz, Marietta
Institóris, Ádám
Mracskó, Éva
Zölei-Szénási, Dániel
Starting date 2010-02-01
Closing date 2014-10-31
Funding (in million HUF) 23.824
FTE (full time equivalent) 13.44
state closed project
Summary in Hungarian
Célunk, hogy állatkísérletekben, patkányokon tanulmányozzuk az agy vérellátásának szabályozásában az öregedés során bekövetkező változásokat. Fiziológiás körülmények között a neurovaszkuláris csatolás biztosítja az aktivált agykérgi területek fokozott vérellátását. A csatolás pontos mechanizmusa még nem ismert ugyan, de a serkentő aminosavak kitüntetett szerepe már bizonyított. Az agykérgi kúszó depolarizáció (CSD) jellegzetes véráramlás változást eredményez, amely segítségével tanulmányozhatók a neurovaszkuláris csatolás törvényszerűségei. A CSD-vel összefüggő agyi vérkeringési változások szerepet játszanak bizonyos migrén típusok pathomechanizmusában. A bajuszszőrök ritmusos ingerlésével a szomatoszenzoros kéregben gyors, fázisos véráramlás fokozódás figyelhető meg. Tanulmányozni akarjuk, hogy miként változik az agykéregben a perifériás ingerlésre adott véráramlási válasz dinamikája az életkor függvényében. Mi jellemzi CSD-k kiválthatóságát idős (12-24 hónap) korban; hogyan befolyásolja az CSD-hez kapcsolódó kérgi véráramlási válaszokat az életkor, a hypertenzió, az agyi hipoperfúzió és a tranziens globális ischemia. Mivel a migrénes fejfájás gyakorisága - különösen nőkben - az életkor előre haladtával csökken, vizsgálataink középpontjában áll a nemi különbségek felderítése. A CSD-hez kapcsolódó hiperémiás válaszok hipotenzió, ischemia esetén tovaterjedő oligémiába transzformálódnak, melynek mechanizmusát szeretnénk felderíteni. Bizonyítékokat kívánunk szolgáltatni arra vonatkozólag is, hogy az agykéreg öregedése során a csatoló fehérjék (connexin 30, 43, 45) expressziójában és a neurovaszkuláris csatolásban bekövetkező változások összefüggenek-e egymással.
Summary
We aim to explore the age-related features of neurovascular coupling. Cortical spreading depression (CSD) is accompanied by a characteristic pattern of changes in CBF, and is a widely investigated example for neurovascular coupling. Likewise, whisker stimulation in rats, which activates groups of sensory cortex neurons (“barrels”) is a typical model used for the study of neurovascular coupling. CSD is particularly relevant in the pathophysiology of migraine, stroke, and traumatic brain injury. We hypothesize that in aged rats, neurovascular coupling is severely weakened. Therefore we will set out to investigate neurovascular coupling by whisker stimulation on the 3rd -7th days after global ischemia in aged rats (18-24 months old). Based on the preliminary results of ours and those of others, we will test whether the CSD-related cortical hyperemia is affected by aging, hypoperfusion and hypertension, and whether there are specific signs of gender differences. We hypothesize that age-related alterations in CSD generation would contribute to the understanding of why the occurrence and severity of migraine is also age-dependent. We will set out to determine the threshold for CSD generation in rats of various ages (3-6-12-18-24 months). Further, we would like to test the hypothesis that hyperemia transforms to oligemia because the glutamatergic vasodilator mechanisms are impaired under pathophysiological circumstances. We are going to investigate whether aging, hypoperfusion and hypertension alter the expression of the gap junction proteins connexin30,-43 and -45 in the cerebral cortex to determine whether changes in expression of these proteins correlate with various patterns of neurovascular coupling.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Saját fejlesztésű multimodális, optikai és elektrofiziológiai eljárásokkal vizsgáltuk különböző életkorú patkányok agykéregben a hipoperfúzió, a globális előagyi ischemia és a multifokális ischemia mikrokeringési hatásait annak érdekében, hogy összefüggéseket találjunk az öregedés és az mért elváltozások között. A neurovaszkuláris csatolás modelljeként az agykérgi kúszó depolarizációt (CSD), ill. a peri-infarktus depolarizációk során bekövetkező kérgi potenciálváltozásokat (feszültségfüggő festékkel), valamint mikrokeringési jellemzőket (laser Dopplerrel, ill lézer foltinterferencia analízissel) tanulmányoztunk. Karakterizáltuk és tipizáltuk az ischemia során spontán kialakuló és a kiváltott depolarizációkhoz tartozó mikrokeringési válaszok dinamikáját. Megállapítottuk, hogy a sérült agyban nagy valószínűséggel inverz csatolás (depolarizációhoz áramlás csökkenés) alakul ki, tranziens ischemiát követően nem tér vissza a normális perfúzió, ill. öregedés hatására sérülékenyebbé válik az agykéreg. Módszert dolgoztunk ki, mellyel a korábbi, pontszerű mérések helyett agyi ablakon keresztül ~ 25-36 mm2 terület egyidejű jellemzésére nyílt lehetőség. Emellett új algoritmust fejlesztettünk ki a folt interferencia jelek gyűjtésére és feldolgozására, továbbá ehhez korszerű, egyedi eszközt építettünk. Jellemeztük a neurovaszkuláris csatolásban kulcs szerepet játszó csatoló fehérjék agykérgi expresszióját hím és nőstény állatokban, és rámutattunk a nemi különbségekre.
Results in English
Using multimodal, combined optical and electrophysiological approach we studied the cerebrocortical microcirculation of anesthetized rats in order to better understanding the age-related changes in neurovascular coupling. We examined normal brains as well as various models of cerebral ischemia (hypoperfusion, global forebrain ischemia, focal and multifocal ischemia). Our major paradigm was the cortical spreading depression (CSD) where there is a positive correlation between elevated neuronal activity and local blood flow. We also studied the peri-infact depolarizations (PIDs) developing spontaneously in the injured brain. The analysis based on studies with voltage sensitive dyes, laser Doppler flowmetry and laser speckle measurements. We have characterized the major types of the spreading depolarizations and related blood flow changes in various experimental circumstances. Our major observations were: in the injured brain negative neurovascular coupling worsens the microvascular recovery, in the ageing brain the compensation for hypoperfusion is very limited and ischemic insult leads to long-lasting hypoperfusion. We invented a new method for continuous observation a 25-36 mm2 cortical area. We developed an advanced algorithm for laser speckle data analysis. We have constructed a new experimental setup. We characterized the expression of some connecting proteins playing pivotal role in the neurovascular coupling and pointed out some gender differences.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=81266
Decision
Yes





 

List of publications

  
Domoki F, Zölei D, Oláh O,Tóth-Szűki V, Hopp B, Bari F, Smausz T: Evaluation of Laser-speckle contrast image analysis techniques inthe cortical microcirculation of piglets, Microvasc Res 83(3):311-7., 2012
Farkas E, Obrenovitch TP, Bari F.: Az agytraumával vagy stroke-kal járó agykérgi kúszó depolarizáció és periinfarktus depolarizáció patofiziológiai jelentősége, Vascularis Neurológia 2:62-67, 2010
Hugyecz M, Mracsko E, Hertelendy P, Farkas E , Domoki F, Bari F:: Hydrogen supplemented air inhalation reduces changes of prooxidant enzyme and gap junction protein levels after transient global cerebral ischemia in the rat hippocampus, Brain Research 1404: 31-38., 2011
Bari F, Bere Zs, Kulmany A, Obrenovitch T, Farkas, E.:: Characterization of multifocal cerebral ischemia induced microvascular changes with multimodal imaging technique in the cerebral cortex of the rat, Journal of Vascular Research 48:11-11., 2011
Mracskó É, Hugyecz M, Farkas E, Domoki F, Bari F:: Oxidatív hatások és hatékony antioxidáns terápiás beavatkozások kísérletes agyi ischaemiában, Vascularis Neurológia 3:25-33, 2011
Bari F, Forczek E, Hantos Z: E-health in graduate and postgraduate medical education: illusions, expectations and reality., Stud Health Technol Inform.165:21-7., 2011
Luckl J, Dreier JP, Szabados T, Wiesenthal D, Bari F, Greenberg JH.:: Peri-infarct flow transients predict outcome in rat focal brain ischemia, Neuroscience ,226:197-207, 2012
Clark D, Tuor UI, Thompson R, Institoris A, Kulynych A, Zhang X, Kinniburgh DW, Bari F, Busija DW, Barber PA.: Protection against recurrent stroke with resveratrol: endothelial protection., PLoS One. 7(10):e47792, 2012
Institoris A, Lenti L, Domoki F, Wappler E, Gáspár T, Katakam PV, Bari F, Busija DW.: Cerebral microcirculatory responses of insulin-resistant rats are preserved to physiological and pharmacological stimuli., Microcirculation 19(8):749-56., 2012
Oláh O, Németh I, Tóth-Szűki V, Bari F, Domoki F.: Regional Differences in the Neuronal Expression of Cyclooxygenase-2 (COX-2) in the Newborn Pig Brain, Acta Histochem Cytochem. 45(3):187-92., 2012
Czövek D, Novák Z, Somlai C, Asztalos T, Tiszlavicz L, Bozóki Z, Ajtai T, Utry N, Filep A, Bari F, Peták F.: Respiratory consequences of red sludge dust inhalation in rats., Toxicol Lett. 209(2):113-20., 2012
Clark DL, Institoris AA, Bari F, Tuor UI.:: Resveratrol treatment in a recurrent stroke model in the rat affords protection to the blood brain barrier independent of enhancing cerebral blood flow, Stroke 43 (11): E128, 2012
Zölei D, Smausz T, Hopp B, Bari F: Multiple Exposure Time Based Laser Speckle Contrast Analysis: Demonstration of Applicability in Skin Perfusion Measurements, Photonics and Optoelectronics 1(2):28-32, 2012
Bere Z, Obrenovitch TP, Bari F, Farkas E.: Ischemia-induced depolarizations and associated hemodynamic responses in incomplete global forebrain ischemia in rats., Neuroscience, 260:217-26., 2014
Oláh O, Tóth-Szűki V, Temesvári P, Bari F, Domoki F.: Delayed neurovascular dysfunction is alleviated by hydrogen in asphyxiated newborn pigs., Neonatology. 104:79-86., 2013
Erdling A, Sheykhzade M, Maddahi A, Bari F, Edvinsson L.: VIP/PACAP receptors in cerebral arteries of rat: characterization, localization and relation to intracellular calcium, Neuropeptides, 47:85-92., 2013
Farkas E, Bari F.: Spreading depolarization in the ischemic brain: does aging have an impact?, J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 69:1363-70., 2014
Clark D, Institoris A, Kozák G, Bere Z, Tuor U, Farkas E, Bari F.: Impact of aging on spreading depolarizations induced by focal brain ischemia in rats., Neurobiol Aging. 35:2803-11., 2014
Bere Z, Obrenovitch TP, Kozák G, Bari F, Farkas E.: Imaging reveals the focal area of spreading depolarizations and a variety of hemodynamic responses in a rat microembolic stroke model., J Cereb Blood Flow Metab. 34:1695-705., 2014
Domoki F, Zolei-Szenasi D, Olah O, Toth-Szuki V, Nemeth J, Hopp B, Bari F, Smausz T.: Comparison of cerebrocortical microvascular effects of different hypoxic-ischemic insults in piglets: a laser-speckle imaging study., J Physiol Pharmacol. 65:551-8., 2014




 

Events of the project

  
2023-07-19 09:01:46
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Élettani Intézet (Szegedi Tudományegyetem), Új kutatóhely: Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet (Szegedi Tudományegyetem).
2014-03-07 18:35:24
Résztvevők változása



Back »