facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip
Перевод страницы
 

CORRELATION BETWEEN BEHAVIORAL AND EEG COMPONENTS OF PRENATAL HYPOXED RATS

CORRELATION BETWEEN BEHAVIORAL AND EEG COMPONENTS OF PRENATAL HYPOXED RATS
Вера Вокина, кандидат биологических наук

Лариса Соседова, доктор медицинских наук, профессор

Восточно-Сибирский институт медико-экологических исследований, Россия

Участник первенства: Национальное первенство по научной аналитике - "Россия";

УДК 616.152.21:618.3→591.513

Behavioral, cognitive and electrophysiological effects of prenatal hypoxia in adult rats were investigated. Prenatal hypoxia produced by a subcutaneous injection of water solution of sodium nitrite at concentrations of 50 mg/kg body mass on days 13-14, 18-19 or 10-19 of gestation. Were evaluated behaviour, cognitive abilities and bioelectrical activity of the brain with visual and auditory evoked potentials. Correlation interrelations between behavior and EEG components of rats are revealed. It was shown prenatal nitrite intoxication in the second half of pregnancy and on embryonic day 13-14 have more pronounced effects on the CNS.

Keywords: nitrite intoxication, prenatal period, behaviour, electroencephalography, visual and auditory evoked potentials, rats.

At present, the interest in examining the relationship between the characteristics of prenatal development of the disease, not only during childhood but also in adults. Prenatal hypoxia is one of the major cause of mortality in newborns and cause of neurological disturbances in adulthood [1-3]. The aim of this study was to assess behavioral, cognitive and electrophysiological effects of prenatal hemic hypoxia(PHH) during sensitive stages of brain maturation and to explore the relationships between this effects.

Materials and methods. The behaviour, spatial memory and EEG components was studied in naive rats and in rats with a model of sodium nitrite-induced hypoxia. Pregnant rats (n=20) were subcutaneously injected with 50 mg/kg sodium nitrite on 13 (E13) or 18 (E18) day of gestation. At the age of 3 months behaviors in offspring were assessed using open field and Morris water mase. The open field was a round arena of 1.2 m in diameter with radial and circular lines marked on the floor surrounded by 45 cm high walls. Four holes (2 cm in diameter) were cut into the floor of the arena. A video camera was mounted 1 m above the centre square. Bright overhead lighting was approximately 500 lux inside the arenas, while white noise was present at approximately 60 dB. Open field testing began approximately 4 days after toluene exposure. Animals were individually placed in the centre of arena and the following variables were recorded, by the use of a video camera, for 3 min: horizontal locomotor activity (numbers of crossed floor squares, movement time, duration of the immobility (resting time); vertical locomotor activity (number of rearing and climbing); number of entries in the central zone; number of hole visits; sniffing (number and duration); number of grooming, freezing and defecation. The sequence and durations of behavioral patterns were recorded and analyzed using RealTimer (OpenScience, Moscow, Russia). The arena was carefully cleaned with alcohol and rinsed with water after each test, to removed environmental odours.The water maze was a circular 150-cm diameter swimming pool made of white PVC and filled 30-cm deep with 26 ±1 °C water. An 14-cm diameter white PVC platform was submerged 1.5 cm under the water surface level. The rats were brought to a waiting room at least 30 min before the experiments and were kept in holding cages shortly before testing. Within 2 days each animal 4 times placed in a water maze and registered latency to the platform (escape latency). Once on the platform, it was left there for 30s. Between the trials, the animals were kept in holding cages for 60 s. After four trials each day, the rats were dried with paper towels and heated by two 75-W light bulbs.

After behaviour and spatial memory was measuring rats were anesthetized (ketamine 75 mg/kg and xylazine 10 mg/kg, i.p.) and mounted in a stereotaxic frame. Stainless steel electrodes (diameter 100 µm, length 2 mm) were implanted according to Paxinos and Watson’s stereotactic atlas: 1.5-2 mm posterior to bregma и 2 mm lateral to midline (sensorimotor cortex); 1,5 mm posterior to lambda and 2 mm lateral the midline (visual cortex); 3 mm anterior to the bregma (reference). The depth of the electrodes was 2 mm. At least 1 week was allowed for the animals to recover from the surgery. The power spectra analysis of signals was obtained for delta (0.5–4 Hz), theta (4–8 Hz), alpha (8–13 Hz), beta 1 (13–22 Hz) and beta 2 (22-32 Hz) frequencies. Registration of visual and auditory evoked potentials (VEP and AEP) was performed using a multifunctional complex for EEG and EP "Neuron-Spectrum-4" (Neurosoft, Russia). Latencies Р1, N1, P2, N2 components and interwave amplitude N1P2 and P2N3 components was analyzed.

All aspect of the care and treatment of laboratory animals were treated according to the European Convention for the Protection of Pet Animals (Strasbourg, 1987). The animals were kept in single breeding cages under standard conditions and provided with food and water ad libitum.

Statistical analysis was performed using Statistica software package (StatSoft version 6.1, № AXXR004E642326FA). The correlation between behaviour, spatial memory and EEG components was determined by Spearman's correlation test.

Results. The changes of behaviour and EEG components were peculiar to each period PHH. Prenatally (E10-19 and E13) nitrite exposed rats exhibited decreased total locomotion in the open field and increased latency to the platform in water maze unlike hypoxed E18 rats (table 1).

Table 1

Measurement of animal behavior in open field and Morris maze, Me (LQ; UQ)

Parameters

Possible research

Control
 n=28

 Е13
n=19

 Е 10-19
n=29

Е 18
n=18

Open field

 Sniffing

15(13;19)

52(42;71)

15(11;19)

46(38;51,5)

9,5(8;12)**

31(25;37)**

15 (11;18)

49 (35;72)

Sitting

3(2;5)

16(7,5;26)

7(4;9)**

46(23;85)**

6(5;8)**

43(23;56)**

4(2;5)

25 (13;35)

Locomotion

 

12 (10;14)

73(61;92)

10(5;15)

64(21;79)*

11(9;13)

77(62; 95)

11 (9;15)

76 (53;92)

Rearing

4(3;6)

4(2;6)

2,5(1;4)*

4.5 (2;6)

Freezing

1(0;1)

2(1;4)**

1(1;2)*

1 (0;2)

 

Morris water maze

Escape latency, s

43,5(33;66)

57 (45;73)*

68 (41;78)*

28(23;69,5)

Note: above the line - number, under the line - the total duration (sec); * - statistically significant differences compared to the control at p<0.05, ** - p≤0.01.

Spectral analysis showed that prenatal (E13) nitrite treatment resulted in a reduction in background amplitude,increasing in EEG β1 and β2 power in visual and sensorimotor cortex (table 2).

Table 2

EEG power spectral indices, (Me (LQ-UQ)

Possible research

Average amplitude, µ V

Feature ranges, %

δ

θ

α

β1

β2

Sensorimotor cortex

Control

111(89;124)

83(82;89)

12 (8;13)

3 (2;3)

1(0,5;1)

1(0,5;1)

Е13

80(73;103) *

72(66;78) *

17(13;21) *

5(4;6) **

3(2;3)**

3(2;3,5) **

Е10-19

92(78;109)

75(68; 84)

16(10;19)

5(2;7)

2(1;3)

2(1;2,5)

Е18

103(84;128)

81(79;84)

12(10;12)

3(3;4,7)

1(1;1,5)

1(0,7;1,5)

 

Visual cortex

Control

89(78;138)

88(86;90)

8 (7;9)

3(2;3)

1(0,5;1)

1 (0;1)

Е13

67 (59;74) **

84(74;87)

10 (8;12)

3(2;5)

2 (1;3) *

3 (1;4) **

Е10-19

84 (80;88)

87(83;88)

9 (8;10)

2(2;7)

1(0;1,5)

1(0,7;1,5)

Е18

97(74;100)

84(82;90)

9(6;11)

3(1,8;4)

1(0,7;1)

1(0,6;2)

Note: * - statistically significant differences compared to the control at p<0.05, ** - p≤0.01.

Prenatal (E13) hypoxed rats demonstrated significant increased latencies N1, P2, N2 and P3 components of VEPs and AEPs (p<0.01) without any changes interwave amplitudes of N1P2 and P2N2 component(table 3).Change in the index of basic EEG rhythms and VEP and AEP was not observed in rats prenatally (E18) hypoxed.

Table 3

Auditory and visual evoked potentials components in rats (Me (LQ;UQ)

 

Control

Е13

Е 10-19

Е 18

Visual evoked potentials

Latency (ms)

N1

72(68; 82)

174 (151-193) **

171,5(144-210) **

170 (153-180) *

P2

108(105;120)

253 (209-259) **

240 (191-253)**

250 (206-264) **

N2

155(143; 168,5)

311 (283-325) **

296 (270-300) **

305 (269-318) **

P3

205(198; 233)

337 (314-343) **

337 (311-343) **

340 (320-342) **

Amplitude (µV)

N1-P2

11,5(3-12)

17 (2-24)

17,5 (6-32)

16 (7-29,5)

P2-N2

23,5(12-42,5)

5,5 (3,5-7) *

19 (7-30,5)

18,5 (9,5-35)

 

Auditory evoked potentials

Latency (ms)

N1

72(71; 80)

 114 (90-164) *

129 (106-177) **

149 (135-216) **

P2

111(108; 119)

212 (174-239) **

180 (159-232) **

209 (180-254) **

N2

151(149; 166)

273 (247-283) **

247 (222-271) **

278 (272-288) **

P3

238(265; 257)

336 (324-338) **

313 (282-332) *

318 (306-341) **

Amplitude (µV)

N1-P2

9(3-24)

19 (18-30)

10 (8-17,5)

11 (5-23,5)

P2-N2

17,5(9-24)

4,5 (2-10,5)

19 (11,5-22,5)

9,5 (2-13)

Note: * - statistically significant differences compared to the control at p<0.01, ** - p≤0.001.

Next, we verified whether the locomotion activity and spatial memory and EEG changes were correlated. In control rats and prenatally (E18) nitrite exposed rats was found statistically significant correlation between locomotion and the background amplitude of the visual cortex (r=0,77; p=0.04). The relationship between spatial memory and EEG in these groups was not detected.We found that number of correlations increased in the group of prenatally (E13) nitrite exposed rats. Thus, established a statistically significant positive relationship between locomotor activity and power δ-rhythm of the visual cortex (r=0,86; p=0.01). The negative correlations was found between locomotor activity and θ-, α-, β1- β2- rhythms (r>0,71; p<0.05); between freezing and θ-rhythm (r=-0,63; p=0.09 in visual and r =-0,73; p=0.038 in sensorimotor cortex, respectively).

The long-term effects of prenatal hypoxia in different periods of embryogenesis are expressed in behavioral disorders, cognitive abilities and brain activity of adult experimental animals. Long-term behavioral changes following a hypoxia E18less pronounced thanviolation of VEP and AEPparameters.Prenatal hypoxia on the 13-14 day of embryogenesis leads to disruption of the structure of individual behavior and cognitive abilities of adult animals, changing rhythms of the EEG spectrum capacity and VEP and AEPparametersare similar in severity with prolonged exposure to hypoxia from 10th to 19th day of embryonic development .

A largerpercentage of pairs with a correlation coefficient more than 0.7 (>90%) was detected in groups of prenatal hypoxed animals, leads to the conclusion that the stability of the formed functional state of the central nervous system. Requiredfor normal functioning of CNS balance is achieved using the adaptive mechanisms and ability of the organism to maintain this balance depends on stage of brain development, on which there is negative impact.

 

References:

  • 1. Yoshimasu K., Barbaresi W.J., Colligan R.C., Voigt R.G., Killian J.M., Weaver A.L., Katusic S.K. Childhood ADHD is strongly associated with a broad range of psychiatric disorders during adolescence: a population-based birth cohort study. J. Child. Psychol. Psychiatry. 2012. 53(10):1036-1079.
  • 2. Yoshimasu K., Barbaresi W. J., Colligan R. C., Killian J.M., Voigt R. G., Weaver A. L., Katusic S. K. Gender, ADHD, and Reading Disability in a Population-Based Birth Cohort. Pediatrics. 2010. 126(4): 788-795.
  • 3. Basovich S.N. The role of hypoxia in mental development and in the treatment of mental disorders: a review. Biosci. Trends. 2010. 4:288-384.
0
Ваша оценка: Нет Средняя: 6.3 (8 голосов)
Комментарии: 10

Тегза Александра Алексеевна

Уважаемые проф. Лариса Соседова и Вера Вокина, представленная Вами работа актуальна не только для медицины, но и для других биологических наук. Справедливо отметить высокий уровень выполнения, обработки и презентации результатов исследований. Начиная с первых строк, материал изложен корректно, последовательно, в логической последовательности. Поставленная авторами цель и задачи исследований лаконичны, результаты значимы, выводы адекватны результатам исследований. Прекрасная работа! Ваш доклад заслуживает внимания широкого круга исследователей, т.к. выводы о том что отдаленные последствия пренатального гипоксии в разные периоды эмбриогенеза выражаются в поведенческих расстройств, когнитивных способностей и активности мозга у взрослых экспериментальных животных могут получить дальнейшее продолжение не только в иедицине, но и в работах исследователей биологов, ветеринаров, психологов, экологов и др. Искренне желаю Вам, уважаемая Вера Александровна и проф. Лариса Соседова, успехов в научных поисках и надеюсь на новые интересные публикации. С уважением Александра Тегза

Вокина Вера Александровна

Уважаемая Александра Тегза! Спасибо Вам за интерес к нашей работе и столь высокую оценку наших исследований! Мы продолжаем наши исследования и надеемся, что представим новые результаты в рамках данного проекта в дальнейшем. Желаем Вам творческих успехов ! С уважением, В.А.Вокина.

Химич Галина Захаровна

Уважаемые авторы! Ваша работа посвящена актуальной проблеме - изучению влияния пренатальной гипоксии в разные периоды змбриогенеза плода на здоровье ребёнка. Высокая научность исполнения работы, доказательная база, логичность и обоснованность выводов заслуживают высокой оценки. Проблема влияния факторов различной этиологии в период пренатального онтогенеза на развитие организма сегодня широко изучаемая, в том числе, и в зксперименте. Показана высокая чувствительность к различным этиологическим факторам с первую очередь ЦНС на разных этапах развития плода, а также в период, предшествующий беременности животного и период лактации. Желаю Вам удачи и успехов в вашей работе. С уважением Химич Галина Захаровна.

Вокина Вера Александровна

Уважаемая Галина Захаровна! Спасибо за интерес и оценку нашей работы! Желаем Вам Успехов в работе! С уважением, В.А.Вокина.

Телепнева Людмила Георгиевна

Прекрасные представительницы Восточно-Сибирского института медико-экологических исследований! В своем докладе Вы отчетливо показали, что изменения в биоэлектрической активности головного мозга, когнитивных способностях и поведении животных при вмешательствах во внутреннюю среду организма во многом зависит не только от свойства введенного вещества (в данном случае NaNO2 - нитрита натрия), пути его введения и выведения из организма, условий внешней среды, но и состояния организма, сопутствующей патологии, индивидуальной чувствительности и общей сопротивляемости организма, в связи с чем пренатальная гипоксия может оказать существенное влияние на течение интоксикаций пищевой добавкой Е250 (NaNO2), широко используемой сейчас в пищевой промышленности в качестве фиксатора цвета и консерванта в мясных и рыбных продуктах. С уважением и пожеланием дальнейших творческих успехов Телепнева Л.Г.

Вокина Вера Александровна

Уважаемая Людмила Георгиевна! Спасибо за интерес к нашей работе! Наши исследования продолжены именно в направлении изучения повышения чувствительности организма к действию различных токсических веществ на фоне пренатальной гипоксии и других негативных пренатальных факторов. Желаем творческих успехов! С уважением, В.А. Вокина.

Григоренко Любовь Викторовна

Dear authors, your scientific report is actual and scientificaly proved. There is a lot of pros and cons in your topic. Which adventages of your work is the most scientificaly proved and can achieve as the results of your research. King regards from Hryhorenko Lubov

Вокина Вера Александровна

Здравствуйте, уважаемая Любовь Викторовна! Спасибо за проявленный интерес к нашей работе. Результаты работы свидетельствуют о том, что влияние негативных факторов в период пренатального развития только трансформируется в патологию и детерминирует некоторые болезни в зрелом возрасте, проявление которых напрямую зависит от срока и степени тяжести воздействия этого фактора. Кроме того, мы показали, что нарушение функционального состояния ЦНС взрослых животных, подвергавшихся пренатальной гипоксии не всегда можно выявить при помощи поведенческих тестов, необходимо проведение нагрузочных тестов, ЭЭГ-обследования. С уважением, Вокина В.А.

Рудень Василь Володимирович

Уважаемые коллеги! Представленный научный доклад свидетельствует о высокой научности материала и его результатов, а также заслуживает хорошей оценки, посколько вопросы решения проблемы пренатальной гипоксии в разные периоды эмбриогенеза плода имеют огромное значение в здоровье как ребенка, так и у взрослых. Желаю авторам дальнейших творческих успехов в вопросе экстраполяции полученных экспериментальных данных в практическое здравоохранение. С уважением, профессор Василий Рудень.

Вокина Вера Александровна

Уважаемый Василий Володимирович! Благодарю Вас за внимание и оценку нашей работы! Мы параллельно занимаемся проведением исследований с привлечением данных перинатальных центров и образовательных учреждений нашего региона. С уважением, Вокина В.А.
Комментарии: 10

Тегза Александра Алексеевна

Уважаемые проф. Лариса Соседова и Вера Вокина, представленная Вами работа актуальна не только для медицины, но и для других биологических наук. Справедливо отметить высокий уровень выполнения, обработки и презентации результатов исследований. Начиная с первых строк, материал изложен корректно, последовательно, в логической последовательности. Поставленная авторами цель и задачи исследований лаконичны, результаты значимы, выводы адекватны результатам исследований. Прекрасная работа! Ваш доклад заслуживает внимания широкого круга исследователей, т.к. выводы о том что отдаленные последствия пренатального гипоксии в разные периоды эмбриогенеза выражаются в поведенческих расстройств, когнитивных способностей и активности мозга у взрослых экспериментальных животных могут получить дальнейшее продолжение не только в иедицине, но и в работах исследователей биологов, ветеринаров, психологов, экологов и др. Искренне желаю Вам, уважаемая Вера Александровна и проф. Лариса Соседова, успехов в научных поисках и надеюсь на новые интересные публикации. С уважением Александра Тегза

Вокина Вера Александровна

Уважаемая Александра Тегза! Спасибо Вам за интерес к нашей работе и столь высокую оценку наших исследований! Мы продолжаем наши исследования и надеемся, что представим новые результаты в рамках данного проекта в дальнейшем. Желаем Вам творческих успехов ! С уважением, В.А.Вокина.

Химич Галина Захаровна

Уважаемые авторы! Ваша работа посвящена актуальной проблеме - изучению влияния пренатальной гипоксии в разные периоды змбриогенеза плода на здоровье ребёнка. Высокая научность исполнения работы, доказательная база, логичность и обоснованность выводов заслуживают высокой оценки. Проблема влияния факторов различной этиологии в период пренатального онтогенеза на развитие организма сегодня широко изучаемая, в том числе, и в зксперименте. Показана высокая чувствительность к различным этиологическим факторам с первую очередь ЦНС на разных этапах развития плода, а также в период, предшествующий беременности животного и период лактации. Желаю Вам удачи и успехов в вашей работе. С уважением Химич Галина Захаровна.

Вокина Вера Александровна

Уважаемая Галина Захаровна! Спасибо за интерес и оценку нашей работы! Желаем Вам Успехов в работе! С уважением, В.А.Вокина.

Телепнева Людмила Георгиевна

Прекрасные представительницы Восточно-Сибирского института медико-экологических исследований! В своем докладе Вы отчетливо показали, что изменения в биоэлектрической активности головного мозга, когнитивных способностях и поведении животных при вмешательствах во внутреннюю среду организма во многом зависит не только от свойства введенного вещества (в данном случае NaNO2 - нитрита натрия), пути его введения и выведения из организма, условий внешней среды, но и состояния организма, сопутствующей патологии, индивидуальной чувствительности и общей сопротивляемости организма, в связи с чем пренатальная гипоксия может оказать существенное влияние на течение интоксикаций пищевой добавкой Е250 (NaNO2), широко используемой сейчас в пищевой промышленности в качестве фиксатора цвета и консерванта в мясных и рыбных продуктах. С уважением и пожеланием дальнейших творческих успехов Телепнева Л.Г.

Вокина Вера Александровна

Уважаемая Людмила Георгиевна! Спасибо за интерес к нашей работе! Наши исследования продолжены именно в направлении изучения повышения чувствительности организма к действию различных токсических веществ на фоне пренатальной гипоксии и других негативных пренатальных факторов. Желаем творческих успехов! С уважением, В.А. Вокина.

Григоренко Любовь Викторовна

Dear authors, your scientific report is actual and scientificaly proved. There is a lot of pros and cons in your topic. Which adventages of your work is the most scientificaly proved and can achieve as the results of your research. King regards from Hryhorenko Lubov

Вокина Вера Александровна

Здравствуйте, уважаемая Любовь Викторовна! Спасибо за проявленный интерес к нашей работе. Результаты работы свидетельствуют о том, что влияние негативных факторов в период пренатального развития только трансформируется в патологию и детерминирует некоторые болезни в зрелом возрасте, проявление которых напрямую зависит от срока и степени тяжести воздействия этого фактора. Кроме того, мы показали, что нарушение функционального состояния ЦНС взрослых животных, подвергавшихся пренатальной гипоксии не всегда можно выявить при помощи поведенческих тестов, необходимо проведение нагрузочных тестов, ЭЭГ-обследования. С уважением, Вокина В.А.

Рудень Василь Володимирович

Уважаемые коллеги! Представленный научный доклад свидетельствует о высокой научности материала и его результатов, а также заслуживает хорошей оценки, посколько вопросы решения проблемы пренатальной гипоксии в разные периоды эмбриогенеза плода имеют огромное значение в здоровье как ребенка, так и у взрослых. Желаю авторам дальнейших творческих успехов в вопросе экстраполяции полученных экспериментальных данных в практическое здравоохранение. С уважением, профессор Василий Рудень.

Вокина Вера Александровна

Уважаемый Василий Володимирович! Благодарю Вас за внимание и оценку нашей работы! Мы параллельно занимаемся проведением исследований с привлечением данных перинатальных центров и образовательных учреждений нашего региона. С уважением, Вокина В.А.
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.