Normobaric intermittent postconditioning corrects development of anxiety-depressive state in the experimental model of post-traumatic stress disorder

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

BACKGROUND: Despite the rapid increase in the prevalence of post-traumatic stress disorder, there are still no effective drugs for its treatment, therefore, the development of non-drug approaches is an extremely urgent task, which this study is aimed at solving.

AIM: To estimate experimentally the therapeutic effects of hypoxic postconditioning using intermittent normobaric hypoxia in a model of post-traumatic stress disorder-like pathology in rats.

MATERIALS AND METHODS: In the rat model of post-traumatic stress disorder “stress–restress”, the effects of three postconditioning regimes were investigated: three 5-min episodes of hypoxia with 9% oxygen interspaced with 15-min intervals of normoxia (reoxygenation) per day for 3 days after pathogenic stress (hypoxia/normoxia mode); three 5-min episodes of 9% hypoxia interspaced with 3-min intervals of hyperoxia with 30% oxygen in the mixture, per day for 3 days (hypoxia/hyperoxia mode); five 5-min episodes of 12% hypoxia and 3-min 30% O2 hyperoxia per day for 9 days (hypoxia/hyperoxia mode, prolonged). Animal behavior, hypothalamic-pituitary-adrenal axis function and indices of general blood analysis were analysed.

RESULTS: All the modes of normobaric postconditioning to a greater or lesser extent had a corrective effect on the manifestation of pathological symptomatology; however, triple hypoxia/hyperoxia postconditioning was more effective than other modes in terms of the totality of protective and absence of side effects.

CONCLUSIONS: The results suggest that postconditioning using intermittent normobaric hypoxia/hyperoxia for the treatment of anxiety-depressive disorders in humans, including post-traumatic stress disorder, may be a promising approach.

About the authors

Mikhail Yu. Zenko

Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences

Email: zenkomichail@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9868-0598
SPIN-code: 6632-3116

Research Associate of the Laboratory of Regulation of Brain Neuron Functions

Russian Federation, 6 Makarova Emb., Saint Petersburg, 199034

Ksenia A. Baranova

Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences

Email: ksentippa@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2746-2040
SPIN-code: 2648-7415

Cand. Sci. (Biology), Senior Research Associate of the Laboratory of Regulation of Brain Neuron Functions

Russian Federation, 6 Makarova Emb., Saint Petersburg, 199034

Elena A. Rybnikova

Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: rybnikovaea@infran.ru
ORCID iD: 0000-0002-8956-726X
SPIN-code: 9663-4704

Dr. Sci. (Biology), Professor of RAS, Vice-director in science, Head of the Laboratory of Regulation of Brain Neuron Functions, Head of the Department of Physiology and Pathology of High Nervous Activity

Russian Federation, 6 Makarova Emb., Saint Petersburg, 199034

References

  1. Deev IA, Kobyakova OS, Starodubov VI, et al. Morbidity of the entire population of Russia in 2023 with a diagnosis established for the first time in life: statistical materials . Moscow; 2024. 152 p. doi: 10.21045/978-5-94116-159-1-2024
  2. Vasilieva AV, Karavaeva TA, Radionov DS. Pharmacotherapy algorithm for post-traumatic stress disorder. V.M. Bekhterev Review of Psychiatry and Medical Psychology. 2023;57(3):80–91. EDN: VMKTRD doi: 10.31363/2313-7053-2023-762
  3. Rybnikova EA, Mironova VI, Tyulkova EI, et al. Anxiolytic effect of moderate hypobaric hypoxia in rats in the model of posttraumatic stress disorder. I.P. Pavlov Journal of Higher Nervous Activity . 2008;58(4):486–492. EDN: JJRMCF
  4. Karash YM, Strelkov RB, Chizhov AYa. Normobaric hypoxia in treatment, prevention and rehabilitation. Moscow: Meditsina; 1988. 352 р. (In Russ.)
  5. Kolchinskaya AZ, Tsyganova TN, Ostapenko LA. Normobaric interval hypoxic training in medicine and sport . Moscow: Meditsina; 2003. 408 р. (In Russ.) EDN: QLEFFN
  6. Serebrovskaya TV, Nikolsky IS, Ishchuk VA, et al. Human adaptation to periodic hypoxia: effect on haematopoietic stem cells and immune system. Bulletin of the International Academy of Sciences. Russian Section. 2010;(2):12–17. EDN: NDTXAB
  7. Behrendt T, Bielitzki R, Behrens M, et al. Effects of intermittent hypoxia–hyperoxia on performance- and health-related outcomes in humans: A systematic review. Sports Med Open . 2022;8(1):70. doi: 10.1186/s40798-022-00450-x
  8. Uzun AB, Iliescu MG, Stanciu LE, et al. Effectiveness of intermittent hypoxia–hyperoxia therapy in different pathologies with possible metabolic implications. Metabolites. 2023;13(2):181. doi: 10.3390/metabo13020181
  9. Zenko MY, Rybnikova EA. Hypoxic adaptation and training: historical, biomedical and sports aspects. Aerospace and Environmental Medicine . 2021;55(1):20–26. EDN: NCNYWM doi: 10.21687/0233-528X-2021-55-1-20-26
  10. Liberzon I, Krstov M, Young EA. Stress-restress: effects on ACTH and fast feedback. Psychoneuroendocrinology . 1997;22(6):443–453 . doi: 10.1016/S0306-4530(97)00044-9
  11. Zenko MY, Baranova KA, Kukina MV, Rybnikova E.A. The effects of various modes of interval hypoxic training in experimental models of anxiety and depression in rats. I.P. Pavlov Journal of Higher Nervous Activity . 2023;73(6):845–856. EDN: XLISSQ doi: 10.31857/S004446772306014X
  12. Hall CS. Emotional behavior in the rat. III. The relationship between emotionality and ambulatory activity. J Comp Psychol. 1936;22(3):345. doi: 10.1037/h0059253
  13. Pellow S, Chopin P, File SE, et al. Validation of open: closed arm entries in an elevated plus-maze as a measure of anxiety in the rat. J Neurosci Methods. 1985;14(3):149–167. doi: 10.1016/0165-0270(85)90031-7
  14. Walf AA, Frye CA. The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents. Nat Protoc. 2007;2(2):322–328. doi: 10.1038/nprot.2007.44
  15. Yehuda R. Neuroendocrine aspects of PTSD. In: Holsboer F, Ströhle A, eds. Anxiety and Anxiolytic Drugs. Handbook of Experimental Pharmacology . Springer, Berlin: Heidelberg; 2005. Vol. 169. P. 371–403. doi: 10.1007/3-540-28082-0_13
  16. Baranova KA, Zenko MY, Rybnikova EA. Influence of interval hypoxic training in different regimes on the blood parameters of rats. J Evol Biochem Phys. 2024;60:306–315. doi: 10.1134/S0022093024010228

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Results of behavioral testing in the Open Field ( a ) and Elevated plus maze ( b , c ). a , number of passed peripheral squares of the Open Field; b , time spent in the open arms of the Elevated plus maze; c , time spent in the center of the Elevated plus maze. * Significant difference from the control group; # significant difference from the post-traumatic stress disorder (PTSD) group; p < 0.05 Mann–Whitney criterion

Download (226KB)
3. Fig. 2. Baseline ( a ) and stress ( b ) levels of corticosterone in blood serum of rats developed PTSD-like pathology and treated with hypoxic postconditioning. PTSD, post-traumatic stress disorder. * Significant difference from control group; # significant difference from PTSD group; p < 0.05

Download (201KB)
4. Fig. 3. Effects of various hypoxic postconditioning modes on the parameters of the general blood test of rats in the PTSD model: total leukocyte count ( a ); lymphocyte count ( b ); monocyte count ( c ); red blood cell count ( d ); red cell distribution width — standard deviation (RDW-SD) ( e ); platelet-large cells ( f ). * Significant difference from control group; # significant difference from PTSD group; p < 0.05

Download (482KB)

Copyright (c) 2024 Eco-Vector



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».