Холодовой стресс как фактор коррекции функциональной архитектоники гематоэнцефалического барьера старых крыс. 1. Фрактальный анализ
Применяя радиоизотопную методику, методы электронной микроскопии и фрактальной морфометрии, изучена функциональная архитектоника гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) 24-месячных крыс. Показано, что болевые и периодические холодовые воздействия низкой положительной и сверхнизкой отрицательной температ...
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
2012
|
| Назва видання: | Проблемы криобиологии |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68486 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Холодовой стресс как фактор коррекции функциональной архитектоники гематоэнцефалического барьера старых крыс. 1. Фрактальный анализ / В.Г. Бабийчук, В.С. Марченко, Г.А. Бабийчук // Проблемы криобиологии. — 2012. — Т. 22, № 2. — С. 107-117. — Бібліогр.: 13 назв. — рос., англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-68486 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-684862025-02-09T14:13:38Z Холодовой стресс как фактор коррекции функциональной архитектоники гематоэнцефалического барьера старых крыс. 1. Фрактальный анализ Cold Stress as Corrector of Functional Architecture of Blood Brain Barrier in Aged Rats. Part 1. Fractal Analysis Бабийчук, В.Г. Марченко, В.С. Бабийчук, Г.А. Теоретическая и экспериментальная криобиология Применяя радиоизотопную методику, методы электронной микроскопии и фрактальной морфометрии, изучена функциональная архитектоника гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) 24-месячных крыс. Показано, что болевые и периодические холодовые воздействия низкой положительной и сверхнизкой отрицательной температурой имеют структурно-функциональные особенности реагирования элементов ГЭБ, которые достоверно выявляются по показателям фрактальной размерности (D). При болевых и экстремальных криовоздействиях D эндотелия капилляров мозга монотонно возрастает до ~ 1,5. При периодическом воздействии гипотермии <$E DELTA D> имеет выраженную ритмику (антиперсистентные периоды лежат между персистентными), что свидетельствует о повышении пластичности, но сохранении устойчивости структуры. При охлаждении повышается проницаемость ГЭБ для норадреналина (если D ~ 1,3) и ацетилхолина (при D ~ 1,7). Застосовуючи радіоізотопну методику, методи електронної мікроскопії і фрактальної морфометрії, вивчали функціональну архітектоніку гематоенцефалічного бар’єра (ГЕБ) 24-місячних щурів. Показано, що больові і періодичні холодові впливи низькою позитивною і наднизькою негативною температурою мають структурно-функціональні особливості реагування елементів ГЕБ, які достовірно виявляються за показниками фрактальної розмірності (D). При больових і екстремальних кріовпливах D ендотелію капілярів мозку монотонно зростає до ~1,5. При періодичній дії гіпотермії ΔD має виражену ритміку (антиперсистентні періоди лежать між персистентними), що свідчить про підвищення пластичності, але збереженні стійкості структури. При охолодженні підвищується проникність ГЕБ для норадреналіну (якщо D~1,3) і ацетилхоліну (при D~1,7). Applying radioisotope methods, those of electron microscopy and fractal morphometry the functional architecture of blood brain barrier (BBB) of 24 month-old rats has been studied. It has been shown that pain and periodic cold effects of low positive and ultralow negative temperatures have structural and functional features of the response of BBB elements which are statistically and significantly found with the indices of fractal dimension (D). At pain and extreme cryoeffects the ΔD value of brain capillary endothelium monotonously increases up to ~1.5. At periodic effect of hypothermia ΔD is of manifested rhythmics (anti-persistent periods are found between persistent ones), testifying to a rise in plasticity, but preservation of structure resistance. When cooling the BBB permeability is increased for noradrenalin (if D~1.3) and acetyl choline (at D~1.7). Авторы выражают искреннюю благодарность к.б.н. Марченко Ларисе Николаевне за неоценимую помощь в проведении электронно-микроскопических исследований. 2012 Article Холодовой стресс как фактор коррекции функциональной архитектоники гематоэнцефалического барьера старых крыс. 1. Фрактальный анализ / В.Г. Бабийчук, В.С. Марченко, Г.А. Бабийчук // Проблемы криобиологии. — 2012. — Т. 22, № 2. — С. 107-117. — Бібліогр.: 13 назв. — рос., англ. 0233-7673 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68486 612.015.3:615.014.41:57.084 ru Проблемы криобиологии application/pdf Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Теоретическая и экспериментальная криобиология Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| spellingShingle |
Теоретическая и экспериментальная криобиология Теоретическая и экспериментальная криобиология Бабийчук, В.Г. Марченко, В.С. Бабийчук, Г.А. Холодовой стресс как фактор коррекции функциональной архитектоники гематоэнцефалического барьера старых крыс. 1. Фрактальный анализ Проблемы криобиологии |
| description |
Применяя радиоизотопную методику, методы электронной микроскопии и фрактальной морфометрии, изучена функциональная архитектоника гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) 24-месячных крыс. Показано, что болевые и периодические холодовые воздействия низкой положительной и сверхнизкой отрицательной температурой имеют структурно-функциональные особенности реагирования элементов ГЭБ, которые достоверно выявляются по показателям фрактальной размерности (D). При болевых и экстремальных криовоздействиях D эндотелия капилляров мозга монотонно возрастает до ~ 1,5. При периодическом воздействии гипотермии <$E DELTA D> имеет выраженную ритмику (антиперсистентные периоды лежат между персистентными), что свидетельствует о повышении пластичности, но сохранении устойчивости структуры. При охлаждении повышается проницаемость ГЭБ для норадреналина (если D ~ 1,3) и ацетилхолина (при D ~ 1,7). |
| format |
Article |
| author |
Бабийчук, В.Г. Марченко, В.С. Бабийчук, Г.А. |
| author_facet |
Бабийчук, В.Г. Марченко, В.С. Бабийчук, Г.А. |
| author_sort |
Бабийчук, В.Г. |
| title |
Холодовой стресс как фактор коррекции функциональной архитектоники гематоэнцефалического барьера старых крыс. 1. Фрактальный анализ |
| title_short |
Холодовой стресс как фактор коррекции функциональной архитектоники гематоэнцефалического барьера старых крыс. 1. Фрактальный анализ |
| title_full |
Холодовой стресс как фактор коррекции функциональной архитектоники гематоэнцефалического барьера старых крыс. 1. Фрактальный анализ |
| title_fullStr |
Холодовой стресс как фактор коррекции функциональной архитектоники гематоэнцефалического барьера старых крыс. 1. Фрактальный анализ |
| title_full_unstemmed |
Холодовой стресс как фактор коррекции функциональной архитектоники гематоэнцефалического барьера старых крыс. 1. Фрактальный анализ |
| title_sort |
холодовой стресс как фактор коррекции функциональной архитектоники гематоэнцефалического барьера старых крыс. 1. фрактальный анализ |
| publisher |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68486 |
| citation_txt |
Холодовой стресс как фактор коррекции функциональной архитектоники гематоэнцефалического барьера старых крыс. 1. Фрактальный анализ / В.Г. Бабийчук, В.С. Марченко, Г.А. Бабийчук // Проблемы криобиологии. — 2012. — Т. 22, № 2. — С. 107-117. — Бібліогр.: 13 назв. — рос., англ. |
| series |
Проблемы криобиологии |
| work_keys_str_mv |
AT babijčukvg holodovojstresskakfaktorkorrekciifunkcionalʹnojarhitektonikigematoéncefaličeskogobarʹerastaryhkrys1fraktalʹnyjanaliz AT marčenkovs holodovojstresskakfaktorkorrekciifunkcionalʹnojarhitektonikigematoéncefaličeskogobarʹerastaryhkrys1fraktalʹnyjanaliz AT babijčukga holodovojstresskakfaktorkorrekciifunkcionalʹnojarhitektonikigematoéncefaličeskogobarʹerastaryhkrys1fraktalʹnyjanaliz AT babijčukvg coldstressascorrectoroffunctionalarchitectureofbloodbrainbarrierinagedratspart1fractalanalysis AT marčenkovs coldstressascorrectoroffunctionalarchitectureofbloodbrainbarrierinagedratspart1fractalanalysis AT babijčukga coldstressascorrectoroffunctionalarchitectureofbloodbrainbarrierinagedratspart1fractalanalysis |
| first_indexed |
2025-11-26T17:26:29Z |
| last_indexed |
2025-11-26T17:26:29Z |
| _version_ |
1849874704039411712 |
| fulltext |
107
Не вызывает сомнения, что при стрессах разно-
го генеза повышается проницаемость гематоэнце-
фалического барьера (ГЭБ) [4, 5, 13]. Поэтому оп-
равданно ввести в современные концепции общего
адаптационного синдрома представления о функ-
циональной системе ГЭБ. При некоторых естест-
венных состояниях организма по ряду параметров,
сходных с хроническим стрессом (например в ди-
намике старения), свойства барьера нарушаются
настолько, что существенно изменяется его прони-
цаемость для многих биологически активных ве-
There is no doubt that under stresses of different
genesis the permeability of blood brain barrier (BBB)
increases [4, 5, 13]. Therefore the adding of the notions
on BBB functional system to current concepts of ge-
neral adaptation syndrome is reasonable. In some natu-
ral states of an organism on the parameters similar to
chronic stress (e.g. in ageing dynamics), the barrier
properties are impaired in such extent that its perme-
ability for many biologically active substances alters,
that may cause both pathological reactions and the
triggering of regulatory mechanisms in cardiovascular
УДК 612.015.3:615.014.41:57.084
В.Г. БАБИЙЧУК, В.С. МАРЧЕНКО*, Г.А. БАБИЙЧУК
Холодовой стресс как фактор коррекции функциональной
архитектоники гематоэнцефалического барьера старых крыс.
1. Фрактальный анализ
UDC 612.015.3:615.014.41:57.084
V.G. BABIYCHUK , V.S. MARCHENKO*, G.A. BABIYCHUK
Cold Stress as Corrector of Functional
Architecture of Blood Brain Barrier in Aged Rats.
Part 1. Fractal Analysis
Применяя радиоизотопную методику, методы электронной микроскопии и фрактальной морфометрии, изучали
функциональную архитектонику ГЭБ 24-месячных крыс. Показано, что болевые и периодические холодовые воздействия
низкой положительной и сверхнизкой отрицательной температурой имеют структурно-функциональные особенности
реагирования элементов ГЭБ, которые достоверно выявляются по показателям фрактальной размерности (D). При болевых
и экстремальных криовоздействиях D эндотелия капилляров мозга монотонно возрастает до ~1,5. При периодическом воздействии
гипотермии ∆D имеет выраженную ритмику (антиперсистентные периоды лежат между персистентными), что свидетельствует
о повышении пластичности, но сохранении устойчивости структуры. При охлаждении повышается проницаемость ГЭБ для
норадреналина (если D~1,3) и ацетилхолина (при D~1,7).
Ключевые слова: гипотермия, криотерапия, старение, гематоэнцефалический барьер, ультраструктура, фрактальная
морфометрия.
Застосовуючи радіоізотопну методику, методи електронної мікроскопії і фрактальної морфометрії, вивчали функціональну
архітектоніку гематоенцефалічного бар’єра (ГЕБ) 24-місячних щурів. Показано, що больові і періодичні холодові впливи
низькою позитивною і наднизькою негативною температурою мають структурно-функціональні особливості реагування еле-
ментів ГЕБ, які достовірно виявляються за показниками фрактальної розмірності (D). При больових і екстремальних кріовпливах
D ендотелію капілярів мозку монотонно зростає до ~1,5. При періодичній дії гіпотермії ∆D має виражену ритміку (антиперси-
стентні періоди лежать між персистентними), що свідчить про підвищення пластичності, але збереженні стійкості структури.
При охолодженні підвищується проникність ГЕБ для норадреналіну (якщо D~1,3) і ацетилхоліну (при D~1,7).
Ключові слова: гіпотермія, старіння, гематоенцефалічний бар’єр, ультраструктура, фрактальна морфометрія.
Applying radioisotope methods, those of electron microscopy and fractal morphometry the functional architecture of blood brain
barrier (BBB) of 24 month-old rats has been studied. It has been shown that pain and periodic cold effects of low positive and ultralow
negative temperatures have structural and functional features of the response of BBB elements which are statistically and significantly
found with the indices of fractal dimension (D). At pain and extreme cryoeffects the ∆D value of brain capillary endothelium
monotonously increases up to ~1.5. At periodic effect of hypothermia ∆D is of manifested rhythmics (anti-persistent periods are
found between persistent ones), testifying to a rise in plasticity, but preservation of structure resistance. When cooling the BBB
permeability is increased for noradrenalin (if D~1.3) and acetyl choline (at D~1.7).
Key words: hypothermia, cryotherapy, ageing, blood brain barrier, ultrastructure, fractal morphometry.
* Автор, которому необходимо направлять корреспонденцию:
ул. Переяславская, 23, г. Харьков, Украина 61015; тел.: (+38
057) 373-30-07, факс: (+38 057) 373-30-84, электронная почта:
marchik@list.ru
* To whom correspondence should be addressed: 23,
Pereyaslavskaya str., Kharkov, Ukraine 61015; tel.:+380 57 373
3007, fax: +380 57 373 3084, e-mail: marchik@list.ru
Institute for Problems of Cryobiology and Cryomedicine of the Na-
tional Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, Ukraine
Институт проблем криобиологии и криомедицины
НАН Украины, г. Харьков
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №2
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №2
108
ществ, что может вызвать как патофизиологичес-
кие реакции, так и запуск регуляторных механиз-
мов в сердечно-сосудистой и центральной нервной
системах путём изменения фрактальных характе-
ристик их функциональной границы – ГЭБ [5, 8, 11].
Компенсаторные реакции ГЭБ играют особенно
важную роль при непродолжительных, но интенсив-
ных и/или ритмически организованных сенсорных,
прежде всего холодовых воздействиях [1, 6, 7]. По
нашему мнению, именно эта особенность ГЭБ мо-
жет быть основой лечебного действия так назы-
ваемой криотерапии, при которой организм под-
вергается кратковременному общему воздействию
сухим воздухом с температурой ниже – 100°С. В по-
следние годы возобновился интерес к практичес-
кому использованию этого метода, однако по-преж-
нему крайне мало фундаментальных исследований
механизмов действия на организм теплокровных
экстремально низкой температуры [1, 6]. Так, важ-
ной нерешённой остаётся проблема специфичности
холодовых воздействий, анализа действия разных
методов лечебных режимов охлаждения по сравне-
нию с течением неспецифического адаптационного
синдрома – стресса [1,7].
Цель работы – выявить структурно-функциональ-
ные особенности реагирования ГЭБ 24-месячных
крыс на экстремально низкую температуру (–120°С)
по сравнению с болевыми и гипотермическими
(12°С) воздействиями.
Материалы и методы
Все эксперименты выполнены на 12- и 24-ме-
сячных белых крысах-самцах в соответствии с
«Общими принципами экспериментов на живот-
ных», одобренными IV Национальным конгрессом
по биоэтике (Киев, 2010) и согласованными с поло-
жениями «Европейской конвенции о защите позво-
ночных животных, используемых для эксперимен-
тальных и других научных целей» (Страсбург, 1986).
Ритмические экстремальные криовоздействия
(РЭКВ) осуществляли в криокамере «Крио-спейс»
(ФРГ), конструктивно улучшенной ЗАО «Холод»
(Украина). Однократный сеанс РЭКВ проводили не-
наркотизированным животным при температуре
воздушной среды –120°C в течение 1,5 мин; 3РЭКВ –
три последовательных сеанса РЭКВ, перерыв меж-
ду криовоздействиями 5 мин при 22°С; 6РЭКВ – два
сеанса 3РЭКВ (второй сеанс через сутки после перво-
го); 9РЭКВ – сеанс 6РЭКВ и через сутки 3РЭКВ.
Ритмические гипотермические воздействия
(РГВ) проводили при помощи промышленного гипо-
термогенератора «Холод 2Ф» (СССР). Холодный
воздух ((10...12) ± 2°C) поступал в индивидуальные
пластиковые камеры с животными на протяжении
and central nervous systems by changing the fractal
characteristics of their functional border: BBB [5, 8,
11]. Compensatory reactions of BBB play an espe-
cially important role at not prolonged but intensive and/
or rhythmically organized sensory, first of all cold
effects [1, 6, 7]. We believe that namely this feature
of BBB may be the base of therapeutic effect of so-
called cryotherapy, during which an organism is
subjected to short-term general effect with dry air at
temperature below –100°C. Recently the interest to
practical use of this method has been renewed, ho-
wever, there is still a small number of fundamental
studies of the mechanisms of the effect of extremely
low temperature on homoiothermal organism [1, 6].
So, unsolved important problem is specificity of cold
effects, analysis of the effect of different methods of
therapeutic cooling regimens if compared with the cour-
se of non-specific adaptation syndrome, stress [1, 7].
The research aim was to reveal structural and
functional peculiarities of BBB response in 24-month-
old rats to extremely low temperature (–120°C) if
compared with pain and hypothermic (12°C) effects.
Materials and methods
All the experiments have been performed in 12-
and 24-month-old white male rats in accordance with
General principles of the experiments on animals,
approved by the 4th National Congress in Bioethics
(Kiev, 2010) and coordinated with the notions of Euro-
pean Convention on the Protection of Vertebrate Ani-
mals Used for Experimental and Other Purposes
(Strasbourg, 1986).
Rhythmic extreme cryoexposures (RECE) were
performed in cryochamber CryoSpace (Germany),
advanced by Kholod Ltd. (Ukraine). Single session of
RECE was performed for non-narcotized animals at
air temperature of –120°C for 1.5 min; 3 RECE –
three consequent sessions of RECE, break between
the cryoeffects was 5 min at 22°C; 6 RECE – two
sessions of 3 RECE (the second session in 24 hrs after
the first one); 9 RECE – session of 6RECE and in
24 hrs – 3 RECE.
Rhythmic hypothermic effects (RHE) were per-
formed by means of industrial hypothermogenerator
Kholod 2F (USSR). Cold air ((10...12) ± 2°C) entered
to individual plastic chambers with the animals during
120 min (6 one second cold stimuli per 1 min).
The chosen cooling regimens caused body tempera-
ture variations in non-narcotized rats within the limits
of 1°C.
Threshold pain effects (TPE) were applied to limbs
of the rats placed into special chamber by means of
electric current with individual for each animal volt-
ampere characteristics up to the first behavioral signs
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №2
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №2
109
120 мин (6 односекундных холодовых стимулов в
1 мин).
Выбранные режимы охлаждения вызывали ко-
лебания температуры тела у ненаркотизированных
крыс в пределах 1°С.
Пороговые болевые воздействия (ПБВ) нано-
сили на конечности крыс, помещённых в специаль-
ную камеру, электрическим током c индивидуаль-
ными для каждого животного вольт-амперными
характеристиками до первых поведенческих при-
знаков реакции избегания (3 сеанса ПБВ в течение
10 и 20 дней – 10 и 20 ПБВ соответственно).
Образцы ткани мозга для трансмиссионной элект-
ронной микроскопии ультратонких срезов препари-
ровали согласно общепринятым методам [2]. Про-
смотр и фотографирование осуществляли в элект-
ронном микроскопе ПЭМ-125К («SELMI», Украина)
при ускоряющем напряжении 75 кВ. При морфо-
метрической обработке данных использовали раз-
работанную нами компьютерную систему анализа
FRAM [1]. Реализуя известный математический ап-
парат [10, 12], рассчитывали фрактальную размер-
ность (D) как тангенс угла наклона графика линей-
ной аппроксимации логарифмической зависимости
площади поверхности перепадов яркости изобра-
жений от стороны квадрата, который ее ограничи-
вает. При интерпретации данных учитывали поло-
жения теории обобщенного броуновского движе-
ния, в которой фигурирует величина Н, связанная в
нашем случае с D простым соотношением: H = 2 –
D [6]. Считается, что при Н = 1 система линейна и
детерминирована; при Н = 0,5 – она случайна. В ос-
тальных случаях: 1 > Н > 0,5 – система персистент-
на (самоподдерживающаяся, стабильная, положи-
тельно коррелированная), 0 < Н < 0,5 – антиперсис-
тентна (отрицательно коррелированная, имеет
тенденцию к перестройкам).
Проницаемость ГЭБ для 3Н-норадреналина (3Н-
НА) и 3Н-ацетилхолина (3Н-АХ) определяли радио-
изотопным методом, применяя локальную супер-
фузию мозга при помощи канюли push-pull, соеди-
ненной с перистальтическим насосом КВ 2115 (Шве-
ция). Меченый нейромедиатор вводили в кровяное
русло и одновременно со сбором перфузата брали
кровь из хвостовой вены животного. Аликвоты элюа-
та собирали в специальные флаконы и заливали
сцинтилляционной жидкостью (ЖС-8). Эффектив-
ность счета определяли методом отношения каналов
на сцинтилляционном счетчике LS-7800 («Beck-
man», США), при этом рассчитывали коэффициент
проницаемости (КП) как отношение радиоактив-
ности ткани мозга к радиоактивности крови.
Статистическую обработку полученных резуль-
татов проводили по методу Стьюдента-Фишера.
of avoiding reaction (3 sessions of TPE for 10 and 20
days – 10 and 20 TPE correspondingly).
The brain tissue samples for transmission electron
microscopy of ultra-thin sections were treated accor-
ding to traditional methods [2]. The viewing and ima-
ging were performed with electron microscope PEM-
125K (SELMI, Ukraine) at accelerating voltage of 75
kV. Morphometric processing of the data there involved
the designed by us computer analysis sofware FRAM
[1]. Implementing the known mathematical methods
[10, 12] there was calculated the fractal di-mension
(D) as the slope of the curve of logarithm dependence
linear approximation of the surface area of picture
brightness differential on the square side limiting it.
When interpreting the data there were taken into
account the notions of the theory of the generalized
Brownian motion, wherein is the value H associated
here with value D by means of simple ratio: H = 2 – D
[6]. It is believed that at H = 1 the system is linear and
determined; at H = 0.5 it is random. In the rest of ca-
ses: 1 > H > 0.5 the system is persistent (self-main-
taining, stable, positively correlated), 0 < H < 0.5 it is
anti-persistent (negatively correlated, tends to re-
arrangements).
BBB permeability for 3H-noradrenaline (3H-NA)
and 3H-acetylcholine (3H-AC) was found by radio
isotope method by applying the local superfusion of
brain by push-pull cannula, connected to peristaltic
pump KB 2115 (Sweden). Labeled neuromediator was
introduced into blood channel and simultaneously with
the collection of perfusate the blood from tail vein of
an animals was taken. The aliquots of eluate were
collected into special flasks and poured in with scin-
tillation liquid (ZhS-8). The efficiency of counting was
examined by the method of the ratio of the channels
of scintillation counter LS-7800 (Beckman, USA),
herewith there was calculated the permeability coef-
ficient (PC) as the ratio of brain tissue radioactivity to
the one of blood.
The obtained results were statistically processed
according to Student-Fisher’s method.
Results and discussion
The main regularity of ageing of nervous system at
all the levels of organization is its decreased structural
and functional lability. Recently in biology there was
been formed a new scientific trend allowing a quan-
titative estimation of the most general level of order or
chaos of the lability of an organism functional systems
according to characteristic values and dynamics of
changes in fractal dimension [3, 8].
In the first part of the research we are considering
the average D value of endothelial chain of BBB, and
in the second one we will be discussing the distribution
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №2
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №2
110
Результаты и обсуждение
Основной закономерностью старения нервной
системы на всех уровнях организации является
снижение её структурно-функциональной лабиль-
ности. В последние годы в биологии формируется
новое научное направление, позволяющее количест-
венно оценивать наиболее общий уровень упорядо-
ченности или хаотичности по сути, лабильности
функциональных систем организма по характер-
ным значениям и динамике изменений фрактальной
размерности [3, 8].
В первой части работы мы рассмотрим усред-
нённые D эндотелиального звена ГЭБ, а во второй –
распределение значений D по ультраструктурным
компонентам барьера.
Расчёт средних значений D препаратов неокор-
текса и гипоталамуса контрольных животных, по-
казал, что в широком масштабе величин (×120–
12000) геометрия изученных структур мозга осо-
бенно вблизи капилляров имеет ярко выраженные
фрактальные свойства. У 24-месячных крыс по
сравнению с 12-месячными ультраструктура при-
капиллярного нейропиля характеризуется низким
уровнем лабильности, но остаётся персистентной
(самоподдерживающейся) (рис. 1) .
По критерию D при РГВ, РЭКВ и ПБВ у 12- и
24-месячных крыс происходит существенная пере-
стройка тонких механизмов нейроглиально-эндо-
телиальных взаимоотношений при сохранении об-
щей архитектоники мозговой ткани. Фрактальная
размерность при РГВ отличается волнообразной
динамикой, периоды антиперсистентности (отрица-
тельной корреляции взаиморасположения микро-
частиц биообъекта, ведущей к их перегруппировке)
на 40- и 80-й минутах РГВ лежат между периодами
персистентности (положительной корреляции рас-
положения микрочастиц биообъекта) на 10, 60 и
120-й минутах РГВ (рис.1, A, C). Такая динамика
изменения фрактальной размерности при РГВ сви-
детельствует об общей устойчивости функцио-
нальной геометрии изученных структур мозга при
существенном повышении пластичности триады:
нейрон-глия-капилляр. Необходимо отметить, что
изменения ультраструктуры более выражены в пе-
реднем отделе гипоталамуса (ПГТ) по сравнению
с задним отделом гипоталамуса (ЗГТ).
В сенсомоторной коре (СМК) не обнаружено
достоверных отличий от контрольных значений.
При РЭКВ также происходят кардинальные пере-
стройки интимных ультраструктурных взаимо-
действий (рис.1, B, D). Динамика D менее ритмич-
на по сравнению с РГВ, без резких перепадов (нет
точки перехода в область линейных отношений эв-
клидовой геометрии, как на 20-й минуте РГВ) и
менее устойчива (D находится в опасной близости к
зоне несогласованных, случайных изменений).
of the values D on ultrastructural components of the
barrier.
The calculation of average D values for neocortex
and hypothalamus preparations of the control animals
has shown that in a wide range of values (×120–12,000)
the geometry of the studied brain structures especially
near the capillaries has manifested fractal properties.
In 24-month-old rats if compared with 12-month-old
ones the ultrastructure of near-capillary neuropil is
characterized with low level of lability but remains
persistent (self-maintaining) (Fig. 1).
On criterion D at RHE, RECE and TPE in 12- and
24-month-old rats there is a significant re-arrangement
of fine mechanisms of neuro-glial-endothelial inter-
actions when preserving a general architecture of brain
tissue. Fractal dimension at RHE is differed by wave-
like dynamics, the periods of anti-persistence (negative
correlation of co-location of bioobject microparticles,
leading to their re-grouping) at the 40th and 80th min of
RHE are between the periods of persistence (positive
correlation of bioobject microparticles location) at 10,
60 and 120th min of RHE (Fig. 1 A, C). Such a dyna-
mics of changes in fractal dimension at RHE testifies
to general resistance of functional geometry of the stu-
died brain structures at significant rise in plasticity of
triad: neuron-glia-capillary. It should be noted that the
changes in ultrastructure are more manifested in ante-
rior hypothalamus (AH) if compared with the posterior
one (PH).
In sensomotor cortex (SC) no statistically significant
differences versus the control values were found. At
RECE strong re-arrangements of intimate ultrastruc-
tural interactions also take place (Fig. 1 B, D). Dyna-
mics of D values is less rhythmic if compared with
RHE with no sharp differentials (no transition point
into the area of linear relationships of Euclidean geo-
metry as it was at the 20th min of RHE) and less resis-
tant (D is in a dangerous vicinity to the zone of non-
coordinated, random changes).
An increased fractalization of ultrastructural ele-
ments is kept after 9 RECE, including all hypothalamus
and sensomotor area of brain cortex. According to
criterion D the elements of ultrastructure after RECE
are in an increased readiness to transformations (values
D do not come to the norm and remain in anti-persistent
zone).
At TPE the means of D alter slightly in 12- and 24-
month-old rats (Fig. 1, B, D).
The most significant changes are found by us in
the ultrastructure of endotheliocytes and surrounding
the vessel basal membrane.
To the 10th min of RHE the width of basal membra-
ne reduces, to the 60th min this index increases and to
the 120th it exceeds the control values by 30–40%. It
is important to be noted that in AH capillaries the width
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №2
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №2
111
претерпевают линейные параметры базальной
мембраны мозговых капилляров после 3, 6 и 9
сеансов РЭКВ, при ПБВ отсутствуют достоверные
различия по сравнению с контролем (рис. 2, B).
Специфика действия РГВ, РЭКВ и ПБВ выяв-
ляется при фрактальном анализе. По критерию
фрактальной размерности после 3РЭКВ базальная
мембрана становится более жесткой (D < 1,1),
после 6РЭКВ она приближается со стороны пер-
систентности к зоне броуновского движения (D по-
рядка 1,45) и переходит в антиперсистентную об-
ласть (D порядка 1,55) после 9РЭКВ, тогда как при
ПБВ значения D остаются в персистентной облас-
ти (рис. 2, D).
При РГВ обнаруживается иная, в большей части
противоположная динамика: от антиперсистентной
геометрии к персистентной и эвклидовой (рис. 2, C).
Рис. 1. Фрактальная размерность (D) структур мозга крыс при холодовых и болевых
воздействиях: A – РГВ (24-месячные); B – РЭКВ и ПБВ (24-месячные); C – РГВ
(12-месячные); D – РЭКВ и ПБВ (12-месячные); – СМК; – ПГТ; – ЗГТ.
Fig. 1. Fractal dimension (D) of rat brain structures at cold and pain effects: A – RHE
(24-month-old); B – RCE and TPE (24-month-old); C – RHE (12-month-old); D – RECE
and TPE (12-month-old); – SC; – AH; – PT.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
0 10 20 40 60 80 120 0 0,5 1 1,5 2
Продолжительность воздействия, мин
Exposure duration, min
Ф
ра
кт
ал
ьн
ая
р
аз
м
ер
но
ст
ь
D
Fr
ac
ta
l d
im
en
si
on
D
Фрактальная размерность D
Fractal dimension D
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
0 10 20 40 60 80 120 0 0,5 1 1,5 2
A B
D
Контроль
Control
РЭКВ
RECE
3РЭКВ
3RECE
6РЭКВ
6RECE
9РЭКВ
9RECE
10ПБВ
10TPA
20ПБВ
20TPE
of basal membrane increases somewhat bigger than
in PH ones (Fig. 2 A). Linear parameters of brain
capillary basal membrane are subjected to the same
changes after 3, 6 and 9 sessions of RECE, at TPE no
statistically significant differences if compared to the
control were seen (Fig. 2B).
Specificity of the effect of RHE, RECE and PTE
is revealed during fractal analysis. On the criterion of
fractal dimension after 3 RECE the basal membrane
becomes more rigid (D < 1.1), after 6 RECE it approa-
ches from the side of persistence to the Brownian
motion zone (D about 1.45) and transforms into anti-
persistent area (D about 1.55) after 9 RECE, while at
TPE the values D remain in a persistent area (Fig. 2D).
At RHE there is found a different, mainly opposite
dynamics: from anti-persistent geometry to persistent
and Euclidian one (Fig. 2C).
Контроль
Control
РЭКВ
RECE
3РЭКВ
3RECE
6РЭКВ
6RECE
9РЭКВ
9RECE
10ПБВ
10TPA
20ПБВ
20TPEФ
ра
кт
ал
ьн
ая
р
аз
м
ер
но
ст
ь
D
Fr
ac
ta
l d
im
en
si
on
D
Продолжительность воздействия, мин
Exposure duration, min
Фрактальная размерность D
Fractal dimension D
Повышенная фрактали-
зация элементов ультраст-
руктуры сохраняется после
9РЭКВ, охватывая весь ги-
поталамус и сенсомотор-
ную область коры головно-
го мозга. По критерию D
элементы ультраструктуры
после РЭКВ находятся в
состоянии повышенной го-
товности к трансформаци-
ям (значения D не возвра-
щаются к норме и остают-
ся в антиперсистентной зо-
не).
При ПБВ средние зна-
чения D изменяются незна-
чительно у 12- и 24-месяч-
ных крыс (рис.1, B, D).
Наиболее существенные
изменения отмечены нами
в ультраструктуре эндоте-
лиоцитов и окружающей со-
суд базальной мембраны.
На 10-й минуте РГВ
уменьшается толщина ба-
зальной мембраны, на 60-й
минуте этот показатель
увеличивается и к 120-й на
30–40% превышает конт-
рольные значения. Важно
отметить, что в капиллярах
ПГТ толщина базальной
мембраны увеличивается
несколько больше, чем в ка-
пиллярах ЗГТ (рис. 2, A).
Аналогичные изменения
C
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №2
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
0 10 20 40 60 80 120 0 0,5 1 1,5 2
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 10 60 120 0 50 100 150 200
112
никновение из ее дупликатуры отростков перицитов
и образование контактов с эндотелиоцитами капил-
ляров (рис. 3, A). По нашему мнению, эти ультра-
структурные особенности способствуют повыше-
нию селективной проницаемости ГЭБ в направ-
лении мозг-кровь [10].
Персистентный уровень фрактализации (D ~ 1,3)
сопровождается образованием многочисленных
полидупликатур базального слоя, направленных к
отросткам астроцитов, реактивным состоянием ор-
Basal membrane gel is formed by glucosamino-
glycans and creates a molecular and electrostatic filter
providing selective permeability of membrane for nega-
tively charged molecules. In addition, its proteoglycans
possess osmotic activity also regulating permeability.
All this allows the considering of basal membrane as
additional regulator of BBB functional activity. Varia-
tions of basal membrane area can apparently reflect
the change in the polymerization degree of glucosami-
noglycans and affect the level of BBB permeability.
Продолжительность воздействия, мин
Exposure duration, min
О
тн
ош
ен
ие
т
ол
щ
ин
ы
м
ем
бр
ан
ы
,
%
R
at
io
o
f m
em
br
an
e
th
ic
kn
es
s,
%
Отношение толщины мембраны, %
Ratio of membrane thickness, %
Продолжительность воздействия, мин
Exposure duration, min
Ф
ра
кт
ал
ьн
ая
р
аз
м
ер
но
ст
ь
D
Fr
ac
ta
l d
im
en
si
on
D
Фрактальная размерность D
Fractal dimension D
A B
C D
Рис. 2. Морфометрические показатели базальной мембраны капилляров мозга
24- месячных крыс при холодовых и болевых воздействиях: A – относительная
толщина базальной мембраны капилляров головного мозга крыс, в динамике РГВ;
B – относительная толщина базальной мембраны капилляров головного мозга
крыс при РЭКВ и ПБВ (за 100% принята средняя толщина базальных мембран
СМК в контроле, т. е. до начала воздействия); C – фрактальная размерность
базальной мембраны при РГВ; D – фрактальная размерность базальной мембраны
при РЭКВ и ПБВ; – СМК; – ПГТ; – ЗГТ.
Fig. 2. Morphometric indices of brain capillary basal membrane of 24-month-old rats at
cold and pain effects: A – relative width of basal membrane of rat brain capillaries in
RHE dynamics; B – relative width of basal membrane of rat brain capillaries at RECE
and TPE (mean width of SC basal membrane in the control is assumed as 100%, i. e.
before the procedure); C – fractal dimension of basal membrane at RHE; D – fractal
dimension of basal membrane at RECE and TPE; – SC; – AH; – PT.
Контроль
Control
РЭКВ
RECE
3РЭКВ
3RECE
6РЭКВ
6RECE
9РЭКВ
9RECE
10ПБВ
10TPA
20ПБВ
20TPE
Контроль
Control
РЭКВ
RECE
3РЭКВ
3RECE
6РЭКВ
6RECE
9РЭКВ
9RECE
10ПБВ
10TPA
20ПБВ
20TPE
Гель базальной мембра-
ны, образованный глюкоз-
аминогликанами, создает
молекулярный и электро-
статический фильтр, обес-
печивающий селективную
проницаемость мембраны
для отрицательно заряжен-
ных молекул. Кроме того,
её протеогликаны облада-
ют осмотической актив-
ностью, которая также ре-
гулирует проницаемость.
Все это позволяет рассмат-
ривать базальную мемб-
рану как дополнительный
регулятор функциональной
активности ГЭБ. Вариации
площади базальной мемб-
раны, по нашему мнению,
могут отражать изменение
степени полимеризации глю-
козаминогликанов и влиять
на уровень проницаемости
ГЭБ.
Можно предположить,
что высокий уровень фрак-
тализации (D ~ 1,6) отра-
жает состояние понижен-
ной адгезии эндотелиаль-
ных клеток к базальной
мембране. В этом состоя-
нии, возможно, разруша-
ются жесткие молекуляр-
ные структуры базального
слоя, например, рвутся ди-
сульфидные связи в жест-
кой крестообразной конст-
рукции ламинина, которая
выявляется электронно-
микроскопически [9]. На
некоторых препаратах мы
наблюдали отслоение ба-
зальной мембраны, про-
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №2
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №2
113
ганелл перицитов, в частности комплекса Гольджи
(рис. 3, B), что характерно для секреторного состоя-
ния. Описанные изменения ультраструктуры эле-
ментов ГЭБ приводят к D-зависимому противофаз-
ному повышению проницаемости ГЭБ для 3Н-НА
(если D ~ 1,3) и 3Н-АХ (при D ~ 1,7) в направлении
кровь-мозг (рис. 3, C).
При ПБВ также происходит D-зависимое повы-
шение проницаемости ГЭБ. Однако этот процесс
количественно и качественно отличается от дейст-
вия РГВ. Коэффициенты проницаемости для 3Н-НА,
3Н-АХ и D увеличиваются синхронно и остаются
в 2 раза ниже значений при РГВ (рис. 3, D).
Отмеченные закономерности и предположения
определяют структурно-функциональные особен-
ности механизмов действия изучаемых способов
ритмических холодовых воздействий. Противопо-
ложные эффекты РГВ и РЭКВ могут стать общей
основой для разработки новых режимов, сочетан-
ных схем разных способов лечебной гипотермии.
Определённые изменения при болевых и холо-
довых воздействиях обнаруживают и собственно
эндотелиоциты. Характерной особенностью РГВ и
РЭКВ является появление в капиллярном эндоте-
лии большого количества эндоцитозных везикул
различных размеров, возрастает фрактализация
областей с повышенной везикуляризацией цито-
плазмы. Однако, как правило, данные изменения
нивелируются в конце сеанса РГВ и РЭКВ оста-
ваясь на несколько повышенном уровне, как при
ПБВ. На люминальном контуре эндотелиоцитов
появляются и обычно остаются после сеансов ох-
лаждения многочисленные впячивания, увели-
чивается количество микровиллей. В результате
этого увеличивается общая длина люминальной
мембраны капилляров (рис. 4, A, B), что приводит
к соответствующему изменению фрактальной раз-
мерности (рис. 4, C, D) и может свидетельствовать
о повышении функциональной активности ГЭБ.
Наблюдаемые изменения поверхности эндоте-
лиоцитов вместе с увеличением количества эндо-
цитозных везикул свидетельствуют о развитии про-
цессов пиноцитоза в эндотелиоцитах капилляров.
На электронных микрофотографиях мы наблюдали
все этапы формирования пиноцитозных везикул,
начиная с инвагинации люминальной мембраны и
заканчивая прикреплением везикул к аблюми-
нальной мембране с последующей рециклизацией.
На разных этапах охлаждения организма (в мень-
шей степени при болевом стрессе) происходят быст-
рые адаптационные преобразования, в том числе
на субклеточном уровне в эндотелии капилляров,
приводя к периодическому изменению структурно-
функциональной активности ГЭБ, оптимизации со-
One may suppose that a high level of fractalization
(D ~ 1.6) reflects the state of reduced adhesion of
endothelial cells to basal membrane. In this state rigid
molecular structures of basal layer are likely destroyed,
e.g. disulphide bonds in rigid crest-like construct of
laminin, which is revealed by electron microscopy, are
broken [9]. In some slices we have observed exfo-
liation of basal membrane, penetration from its dupli-
catura of outgrowings of pericytes and formation of
the contacts with capillary endotheliocytes (Fig. 3A).
We believe these ultrastructural peculiarities testify to
a selective permeability of BBB towards brain-blood
[10].
Persistent level of fractalization (D ~1.3) is accom-
panied by the formation of numerous polyduplicaturas
of basal layer, directed to the growings of astrocytes,
by reactive state of organelles of pericytes, in particular
Golgi apparatus (Fig 3B), which is characteristic for
secretory state. The described changes in ultrastructure
of BBB elements lead to D-dependent anti-phase rise
in BBB permeability for 3H-NA (if D ~1.3) and 3H-
AC (at D ~1.7) towards blood-brain (Fig. 3C).
At TPE there is also D-dependent rise in BBB
permeability. However this process quantitatively and
qualitatively differs from the effect of RHE. Perme-
ability coefficients for 3H-NA and 3H-AC and D in-
crease synchronously and remain 2 times lower the
values at RCE (Fig 3D).
The found regularities and suppositions determine
structural and functional peculiarities of the mecha-
nisms of effect of the studied rhythmic cold effects.
Opposite effects of RHE and RECE can be common
base for designing new regimens, combined protocols
of different methods of therapeutic hypothermia.
Certain changes in pain and cold effects reveal the
endotheliocytes themselves as well. The feature of
RHE and RECE is the appearance in capillary endo-
thelium of a big number of endocytic vesicles of dif-
ferent sizes, fractalization of the areas with an increased
vascularization of cytoplasm enhances. However as a
rule these changes are levelled at the end of the session
of RHE and RECE remaining at slightly increased level
as well as at TPE. On luminal contour of endothe-
liocytes numerous invaginations appear and usually
remained after cooling sessions, the number of micro-
villi increases. As a result a total length of luminal mem-
brane of capillaries enhances (Fig. 4A, B), leading to
corresponding change in fractal dimension (Fig. 4C,
D) and may testify to a rise in BBB functional activity.
The observed changes of endotheliocytes surface
along with a rise in the number of endocytic vesicles
testify to the development of pinocytosis processes in
capillary endotheliocytes. In electron microphotos we
have observed all the stage of formation of pinocytic
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №2
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №2
114
Рис. 3. Параметры структурно-функционального состояния ультраструктурных компонентов ГЭБ 24-месячных
крыс при болевых и холодовых воздействиях: A – электронограмма фрагмента эндотелиоцита после 6РЭКВ, стрелка
указывает на отросток перицита (×150000); B – электронограмма фрагмента эндотелиоцита капилляра ПГТ на
60-й минуте РГВ, стрелка указывает на комплекс Гольджи перицита (×30000); C – фрактальная размерность
эндоцитозных компартментов эндотелиоцитов капилляров головного мозга крыс ( , левая шкала) и проницаемость
ГЭБ ПГТ для 3Н-НА и 3Н-АХ (правая шкала) при РГВ; D – фрактальная размерность эндотелиоцитов капилляров
головного мозга крыс (левая шкала) и проницаемость ГЭБ ПГТ для 3Н-НА и 3Н-АХ (правая шкала) при ПБВ.
Fig. 3. Parameters of structural and functional state of BBB ultrastrcutural components of 24-month-old rats at pain and
cold effects: A – electronogram of endotheliocyte fragment after 6 RECE the arrow points to the pericyte process (×150000);
B – electronogram of the fragment of AH capillary endotheliocytes at the 60th min of RHE, the arrow points to Golgi
apparatus of pericyte (×30000); C – fractal dimension of endocytic compartments of endotheliocytes of rat brain capillaries
( , left scale) and BBB permeability of AH for 3H-NA and 3H-AC (right scale) at RHE; C – fractal dimension of endotheliocytes
of rat brain capillaries (left scale) and BBB permeability of AH for 3H-NA and 3H-AC (right scale) at TPE.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
0 10 20 40 60 80 120
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Контроль
Control
10 сут ПБВ
10 days of
TPE
20 сут ПБВ
20 days of
TPE
0
0,04
0,08
0,12
0,16
0,2
Продолжительность воздействия, мин
Exposure duration, min
Ф
ра
кт
ал
ьн
ая
р
аз
м
ер
но
ст
ь
D
Fr
ac
ta
l d
im
en
si
on
D
Ко
эф
ф
иц
ие
нт
п
ро
ни
ца
ем
ос
ти
Pe
rm
ea
bi
lit
y
co
ef
fic
in
et
Ф
ра
кт
ал
ьн
ая
р
аз
м
ер
но
ст
ь
D
Fr
ac
ta
l d
im
en
si
on
D
Ко
эф
ф
иц
ие
нт
п
ро
ни
ца
ем
ос
ти
Pe
rm
ea
bi
lit
y
co
ef
fic
in
et
A B
C D
держания мессенджеров, действие которых интег-
рируется на уровне цитолеммы и цитоскелетного
комплекса эндотелиоцитов. При этом изменяется
их фрактальный рисунок, который может быть
объективным количественным индикатором струк-
турно-функционального состояния ГЭБ. Благодаря
избыточной робастности фрактальное функциони-
vesicles starting from invagination of luminal membrane
and finishing by the adherence of the vesicles to ablu-
minal membrane with following recyclization.
At different cooling stages of an organism (in less
extent at pain stress) there are rapid adaptation
transformations, including those at subcellular level in
capillary endothelium, resulting in periodic changes in
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №2
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №2
115
рование должно повышать адаптационные возмож-
ности организма при стрессах разного генеза, ин-
тенсивности и продолжительности.
Выводы
1. Расчёт средних D препаратов нейропиля нео-
кортекса и гипоталамуса 24-месячных крыс пока-
зал, что в широком масштабе величин (×120–
12000) геометрия мозга особенно вблизи капилля-
ров имеет ярко выраженные фрактальные свойст-
ва, но характеризуется низким по сравнению с
12-месячными животными уровнем лабильности с
персистентной (самоподдерживающейся) динами-
кой.
2. Болевые и периодические холодовые воздей-
ствия низкой положительной и сверхнизкой отрица-
тельной температурой имеют структурно-функцио-
нальные особенности реагирования элементов
ГЭБ, которые достоверно выявляются по показа-
телям фрактальной размерности.
3. При болевых и ритмических экстремальных
криовоздействиях фрактальная размерность эндо-
телия капилляров мозга монотонно возрастает до
D~1,5 (ультраструктура переходит в зону слабо
structural and functional activity of BBB; optimization
of the content of messengers, the effect of which is
integrated at the level of cytolemma and cytoskeletal
complex of endotheliocytes. Herewith their fractal
pattern, being likely an objective quantitative indicator
of structural and functional state of BBB, changes.
Owing to surplus robustness the fractal functioning
should increase adaptation abilities of an organism at
the stresses of different genesis, intensity and duration.
Conclusions
1. Calculation of mean D for neuropile slices assays
of neocortex neuropil and hypothalamus of 24-month-
old rats has shown that in a wide range of the values
(×120–12000) the geometry of brain near capillaries
has vividly manifested fractal properties, but is
characterized with low versus the 12-month-old animals
level of lability with persistent (self-supporting)
dynamics.
2. Pain and periodic cold effects of low positive
and ultralow negative temperature have structural and
functional peculiarities of responding the BBB ele-
ments, which are statistically and significantly found
by the indices of fractal dimensions.
0 50 100 150
0 0,5 1 1,5 2
Рис. 4. Морфометрические
показатели люминальной
мембраны капилляров мозга
24-месячных крыс при холо-
довых и болевых воздейст-
виях: A – относительная дли-
на люминальной мембраны
капилляров при РГВ; B –
относительная длина люми-
нальной мембраны капил-
ляров при РЭКВ и ПБВ (за
100% принята средняя длина
люминальных мембран СМК
в контроле); C – фрактальная
размерность люминальной
мембраны при РГВ; D –
фрактальная размерность
люминальной мембраны при
РЭКВ и ПБВ.
Fig. 4. Morhometric indices of
capillary luminal membrane of
24-month-old rats at cold and
pain effects: A – relative length
of luminal membrane of capil-
laries at RHE; B – relative
length of luminal membrane of
capillaries at RECE and TPE
(mean length of luminal mem-
branes of SC in the control is
assumed as 100%); C – fractal
dimension of luminal membrane
at RHE; D – fractal dimension
of luminal membrane at RECE
and TPE.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 10 60 120
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
0 10 20 40 60 80 120
О
тн
ош
ен
ие
д
ли
ны
м
ем
бр
ан
ы
, %
R
at
io
o
f m
em
br
an
e
le
ng
th
, %
Продолжительность воздействия, мин
Exposure duration, min
Ф
ра
кт
ал
ьн
ая
р
аз
м
ер
но
ст
ь
D
Fr
ac
ta
l d
im
en
si
on
D
Фрактальная размерность D
Fractal dimension D
A B
C D
Продолжительность воздействия, мин
Exposure duration, min
Отношение длины мембраны, %
Ratio of membrane length, %
Контроль
Control
РЭКВ
RECE
3РЭКВ
3RECE
6РЭКВ
6RECE
9РЭКВ
9RECE
10ПБВ
10TPA
20ПБВ
20TPE
Контроль
Control
РЭКВ
RECE
3РЭКВ
3RECE
6РЭКВ
6RECE
9РЭКВ
9RECE
10ПБВ
10TPA
20ПБВ
20TPE
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №2
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №2
116
согласованных, случайных изменений), повышает-
ся их структурная лабильность, но за счёт некото-
рой общей дезорганизации.
4. При ритмическом воздействии гипотермии
∆D имеет выраженную ритмику. Антиперсистент-
ные периоды лежат между персистентными, что
свидетельствует о повышении пластичности, но
сохранении устойчивости структуры.
5. В условиях действия на организм ритмичес-
ких режимов охлаждения повышается проницае-
мость ГЭБ для норадреналина (если D ~ 1,3) и аце-
тилхолина (при D ~ 1,7), причём вектор проницае-
мости направлен к мозгу, что характерно для РГВ.
При РЭКВ возможно повышение проницаемости
ГЭБ в направлении мозг-кровь.
Авторы выражают искреннюю благодарность
к.б.н. Марченко Ларисе Николаевне за неоценимую по-
мощь в проведении электронно-микроскопических ис-
следований.
3. At pain and rhythmic extreme cryoeffects the
fractal dimension of brain capillary endothelium mono-
tonously increases up to D ~ 1.5 (ultrastructure trans-
fers into the zone of weakly coordinated, random
changes), their structural lability but due to some
general disorganization.
4. At rhythmic effect of hypothermia is of a mani-
fested rhythmic. Anti-persistent periods are between
the persistent ones, testifying to a rise in plasticity, but
preservation of structure resistance.
5. Under the effect of rhythmic cooling regimens
in an organism the BBB permeability for noradrenalin
increases (if D ~ 1.3) and acetylcholine (at D ~ 1.7),
moreover the permeability vector is directed to brain
which is characteristic for rhythmic hypothermic effect
(RHE). At RECE the rise in BBB permeability towards
brain-blood is possible.
The authors aknowledge Larisa Marchenko, PhD, for
tremendous help in performing electron microscopic studies.
Литература
1. Бабийчук В.Г., Марченко В.С., МарченкоЛ.Н. Структурно-
функциональное состояние гематоэнцефалического
барьера при ритмическом действии положительных (12°C)
и экстремально низких (–120°С) температур // Нейронауки:
теоретичні та клінічні аспекти. – 2008. –Т. 4, №1. – С. 68–
74.
2. Боголепов Н.Н. Методы электронно–микроскопического
исследования мозга. – М.: Медицина. – 1976. – 187 с.
3. Исаева В.В., Чернышев А.В., Шкуратов Д.Ю. Фракталы и
хаос в морфологии организма // Вестник ДВО РАН. – 2001. –
№2. – С. 71–79.
4. Майзелис М.Я. Современные представления о гематоэн-
цефалическом барьере: нейрофизиологические и нейрохи-
мические аспекты // Журнал высш. нервн. деятельнос-
ти. – 1986. – Т. XXXVI, Вып. 4. – С. 611–626.
5. Марченко В.С., Бабийчук В.Г. Кардиорегуляторная функция
гематоэнцефалического барьера при резонансной гипо-
термии // Проблемы криобиологии. – 2001. – №4. – С. 17–
29.
6. Марченко В.С., Бабійчук В.Г.,Ломакін І.І. та ін. Механізми
лікувальної дії інтенсивної кріотерапії // Клінічна та експери-
ментальна патофізіологія. – 2004. – Т. 3, №2, Ч. 2. – С. 491–
493.
7. Марченко В.С., Бабійчук Г.О., Марченко Л.М. Структурно-
функціональний стан гематоенцефалічного бар'єра при
ритмічних та безперервних гіпотермічних впливах на
організм щурів // Проблемы криобиологии. – 2008. – Т. 18,
№3 – С. 386–390.
8. Марченко В.С. Функціональна архітектоніка гематоенцефа-
лічного бар'єра в центральних механізмах терморегуляції
при гіпотермії і гібернації // Наук. вісник НАУ. – 2008. –
№126. – С.88–97.
9.Слуцкий Л.И. Новое о структурных компонентах соеди-
нительной ткани и базальных мембран // Успехи современ-
ной биологии. – 1984. – Т. 97, Вып. 1. – С. 116–130.
10.Фрактальный анализ процессов, структур и сигналов /
Под. ред Р.Э. Пащенко. – Харьков, 2006. – 347 с.
References
1. Babiychuk V.G., Marchenko V.S., Marchenko L.N. Structural
and functional state of blood brain barrier at rhythmic effect of
positive (12°C) and extremely low (–120°C) temperatures//
Neironauki: Teoretychni ta Klinichni Aspekty. – 2008. – Vol. 4,
N1. – P. 68–74.
2. Bogolepov N.N. Methods of electron microscopic study of
brain. – Moscow: Meditsyna, 1976. – 187p.
3. Isaeva V.V., Chernyshev A.V., Shkuratov D.Yu. Fractals and
chaos in organism morphology// Vestnik DVO RAN. – 2001. –
N2. – P. 71–79.
4. Maizelis M.Ya. Current notions about blood brain barrier:
neurophysiological and neurochemical aspects // Zhurnal
Vysschey Nervnoy Deyatelnosti. – 1986. – Vol. XXXVI,
Issue 4. – P. 611–626.
5. Marchenko V.S., Babiychuk V.G. Cardioregulatory function of
blood brain barrier at resonance hypothermia // Problems of
Cryobiology. – 2001. – N4. – P. 17–29.
6. Marchenko V.S., Babiychuk V.G., Lomakin I.I. et al. Mecha-
nisms of therapeutic effect of intensive cryotherapy// Klinichna
ta Eksperymentalna Patofiziologiya. – 2004. – Vol. 3, N2, Part2. –
P. 491–493.
7. Marchenko V.S., Babiychuk G.O., Marchenko L.M. Structural
and functional state of blood brain barrier at rhythmic and
continuous effects on rat's organism // Problems of Cryobiolo-
gy. – 2008. – Vol. 18, N3. – P. 386–390.
8. Marchenko V.S. Functional architecture of blood brain barrier
in central mechanisms of thermoregulation at hypothermia and
hibernation // Nauk. Visnyk NAU. – 2008. – N126. – P. 88–97.
9. Slutskiy L.I. New about structural components of connective
tissue and basal membranes// Uspekhi Sovremennoy Biologii. –
1984. – Vol. 97, Issue 1. – P. 116–130.
10.Fractal analysis of processes, structures and signals / Ed. by
R.E. Paschenko. – Kharkov, 2006. – 347 p.
11.Frolkis V.V. Stress-age-syndrome// Fiziologicheskiy Zhur-
nal. – 1991. – Vol. 37, N3. – P. 3–11.
12.Mandelbrot B.B. The fractal geometry of nature. – New York:
Freeman, 1983. – 468 p.
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №2
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №2
117
11.Фролькис В.В. Стресс-возраст-синдром // Физиологичес-
кий журнал. – 1991. – Т. 37, №3. – С. 3–11.
12.Mandelbrot B.B. The fractal geometry of nature. – New York:
Freeman, 1983. – 468 p.
13.Oztas В., Kaya M., Camurcu S. Influence of profound hypo-
thermia on the blood-brain barrier permeability during acute
arterial hypertension // Pharmacil. Res. – 1992. Vol. 26, №1. –
P. 75–85.
Поступила 01.11.2011
13.Oztas В., Kaya M., Camurcu S. Influence of profound hypo-
thermia on the blood-brain barrier permeability during acute
arterial hypertension // Pharmacil. Res. – 1992. – Vol. 26, N1. –
P. 75–85.
Accepted 01.11.2011
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №2
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №2
|