Abstract

Methods: Thirty-two Wistar albino rats were randomly divided into four equal groups (n=8). In the control group, blood and lung samples were taken after anesthesia. In the contusion group, samples were taken 24 hours after the lung contusion. In the sildenafil groups, single doses of 1 or 5 mg/kg intraperitoneal sildenafil were given to the rats after lung contusion. Cytokines and oxidative stress parameters were studied in the specimens.

Results: In lung tissue, all parameters were significantly higher in the contusion group than in the control group (p<0.05). Sildenafil administration at the doses of 1 and 5 mg/kg significantly decreased the catalase and superoxide dismutase levels in the lung tissue with contusion (p<0.05). There was no significant difference between anti-oxidative effects of groups (p>0.05). In serum, all parameters were significantly higher in the contusion group than those of the control group (p<0.05). The sildenafil dose of 1 mg/kg significantly decreased the catalase, superoxide dismutase, and malonedialdehyde levels in the contusion group (p<0.05). The sildenafil dose of 5 mg/kg significantly improved all parameters in the contusion group (p<0.05). There was no significance difference between the sildenafil doses regarding the antiinflammatory and antioxidative effects (p>0.05).

Conclusion: Sildenafil has a corrective effect on some inflammatory and oxidative stress parameters in the rat model of lung contusion. Although, a single dose of 5 mg/kg sildenafil administration improved more parameters than a 1 mg/kg administration, the difference between the doses was not significant.

Sildenafil, vasküler dilatatör etkisi nedeniyle günümüzde erektil disfonksiyon[4] ve pulmoner hipertansiyonun[5] tedavisinde k linik k ullanımı gittikçe yaygınlaşan bir fosfodiesteraz-5 (PDE-5) enzimi inhibitörüdür. Vazodilatasyon etkisi dışında sildenafilin trombosit agregasyonunu engellediği,[6] antiinflamatuvar[7] ve antioksidatif[8] etkilerinin de olduğu bilinmektedir.

Biz de sildenafilin bu etkilerinin kontüzyon sonrasında gelişen inflamatuvar ve oksidatif reaksiyonu düzeltebileceğini varsaydık. Çalışmamızın amacı sildenafilin akciğer kontüzyonunda lokal ve sistemik etkilerini araştırmaktı.

Methods

Cerrahi işlem
Sıçanlar rastgele dört eşit gruba (n=8) ayrıldı. İntraperitoneal 30 mg/kg ketamin ve 5 mg/kg ksilazin verilerek anestezi uygulandı. Akciğer kontüzyonunun oluşturulmasında Raghavendran ve ark. nın[1] tanımladığı ağırlık düşürme yöntemi uygulandı (Şekil 1). Hazırlanan bir düzenek ile sıçanların göğüs bölgesine 500 gr’lık metal bir silindir 50 cm yükseklikten düşürüldü. Böylece E=mgh formülüne göre göğüs bölgesine 2.45 joule’lük bir enerji uygulandı. E: Enerji (joule); m: silindirin kütlesi (kg); g: yerçekimi sabiti (9.8 m/s2) ve h: yükseklik (metre). Akciğer kontüzyonunun geliştiği işlemden sonra akciğerler çıkarılarak makroskopik olarak incelendi (Şekil 2).

Şekil 1: Yüksekten ağırlık düşürme yöntemi için kullandığımız düzenek. Anestezi sonrasında sıçan metal tabla üzerine yatırıldıktan sonra göğüs kısmı üzerine başka bir metal serbest silindir tabla yerleştirilmekte ve 500 mg ağırlığında metal silindir 50 cm yüksekten göğüs üzerine düşürülmektedir. İşlem her sıçana bir kez uygulanmaktadır.

Şekil 2: Yüksekten ağırlık düşürme yöntemi uygulanan sıçanda işlemden 24 saat sonra çıkarılan akciğerler görülmektedir. Sağ üst lobda şiddetli kontüzyon alanı ve diğer akciğer alanlarında yer yer değişik şiddette kontüze alanlar dikkati çekmektedir.

Gruplar

1) Kontrol grubunda anestezi sonrasında serum ve akciğer örnekleri alındı.
2) Kontüzyon grubunda sıçanlarda anestezi altında akciğer kontüzyonu oluşturuldu.
3) Sildenafil-1 grubunda akciğer kontüzyonu sonrasında sıçanlara 1 mg/kg sildenafil intraperitoneal olarak verildi.
4) Sildenafil-5 grubunda akciğer kontüzyonu sonrasında sıçanlara 5 mg/kg sildenafil intraperitoneal olarak verildi.

İşlemden 24 saat sonra sıçanlar tekrar uyutularak orotrakeal entübasyon yapıldı. Ventilatöre bağlanarak 70/dk solunum sayısı ve 3 ml tidal volüm ile ventile edildi. Laparosternotomi yapıldıktan sonra vena kava inferiordan 3-4 ml kan örneği alındı. Vena kava inferior ve sağ ve sol atriyumlar kesilerek kanatıldı. Ana pulmoner artere kanül yerleştirilerek 20 ml serum fizyolojik ile akciğer yıkandı ve çıkarıldı. Serum ve akciğer örnekleri -80 °C’de buzdolabında saklandı.

Ölçülen parametreler
1- Sitokin düzeyleri: Sitokinlerden interlökin-6 (IL-6) ve tümör nekroz faktörü alfa (TNF-a) düzeyleri ELISA (Enzyme-linked immunosorbent assay) yöntemi ile ölçüldü.

2- Antioksidan enzim aktiviteleri ve lipid peroksidasyonu: Serum ve dokuda protein karbonil (PK), katalaz (KAT) süperoksit dismutaz (SOD), ve malondialdehit (MDA) düzeyleri spektrofotometrik yöntemlerle ölçüldü.[9-12]

İstatistiksel analiz
Elde edilen veriler Windows için SPSS 15.0 (SPSS Inc., Chicago, Illionis, USA) istatistik paket programı kullanılarak değerlendirildi. Değerler ortalama ± standart sapma (SS) olarak alındı. Gruplar arası karşılaştırmalarda, tek yönlü ANOVA ve Post-hoc ikili karşılaştırmalar Tukey testleri ile yapıldı. P<0.05 değerleri anlamlı kabul edildi.

Results

Sistemik etkiler: Kontüzyon grubunda tüm parametreler kontrol grubundan anlamlı olarak daha yüksek idi (p<0.05). Kontüzyon grubunda 1 mg/kg sildenafil serum KAT, SOD ve MDA düzeylerini anlamlı olarak düşürdü (p<0.05). Kontüzyon grubunda 5 mg/kg sildenafil tüm parametrelerde anlamlı olarak iyileşme sağladı (p<0.05). Sildenafil dozları arasında antiinflamatuvar etki açısından anlamlı bir fark bulunmadı (p>0.05). Sonuçlara ait istatistiksel değerlendirmeler tablo 1 ve 2’de gösterilmiştir.

Tablo 1: İnflamasyon ve oksidatif stres parametrelerinin gruplar arası istatistiksel karşılaştırılması

Tablo 2: Serum inflamatuvar parametrelerinin gruplar arası post hoc ikili karşılaştırmalara ait p değerleri

Discussion

Akciğer kontüzyonunda sildenafilin etkileri daha önce çalışılmış bir konu olmadığından bulgularımızı destekleyen ya da aksini bildiren kaynak yoktur. Ancak, sildenafilin akciğer ve diğer organlarda gelişen inflamasyonu ve oksidatif stresi iyileştirici etkileri olduğu bildirilmiştir. İşeri ve ark.nın[7] çalışmasında, kolon inflamasyonu oluşturulan sıçanlarda üç günlük 5 mg/kg/gün sildenafil verilmesinin lipid peroksidasyonu, oksidatif stresi, sitokin üretimi ve nötrofil birikimini önleyici etkisi olduğu bildirilmiştir. Benzeri bulgular Perk ve ark.,[8] Milara ve ark.,[13] Yıldırım ve ark.,[14] ve de Visser ve ark.[15] gibi birçok yazar tarafından da bildirilmiştir.

Fosfodiesteraz-5 enzim inhibitörü olan sildenafil sitratın iskeminin her basamağında rol alan kalsiyum üzerine etkili olduğu bilinmektedir.[16] Sildenafil sitrat hücre içi siklik guanozin monofosfat (cGMP)’ı artırıp, hücre içi kalsiyum konsantrasyonunu azaltarak ksantin dehidrogenazın ksantin oksidaza dönüşümünü sağlayan proteazların aktive olmasını engeller. Fosfodiesteraz-5 inhibitörleri cGMP’ye bağlanma bölgesinde PDE-5 ile kompetetif inhibisyon için yarışırlar. Sildenafil sitrat periferal arter ve venlerde dilatasyon yapmaktadır. Buna ek olarak in vivo ortamda plateletlerin trombüs oluşturma yeteneğini inhibe ettiği gösterilmiştir.[6] Sildenafil sitratın, endotelyal nitrik oksit (NO)’i artırdığı bilinmektedir. Nitrik oksit bilinen en potent vazodilatatör maddedir ve bu şekilde de vazodilatasyona katkı sağlayabilir. Fosfodiesteraz-5 enziminin belirlenmiş 11 alt tipi vardır. Fosfodiesteraz-5’in korpus kavernosum, trombositler, vasküler ve visseral düz kas hücrelerinde bulunduğu bildirilmiştir.[4] Fosfodiesteraz-7 ve 8 siklik adenozin monofosfat (cAMP)’a özgü iken, PDE-5-6-9 cGMP’ye özgüdür. Fosfodiesteraz-1-2-3-10-11 enzimleri her iki moleküle de bağlanabilmektedir.[17]

Sildenafilin primer etkisi vasküler dilatasyondur. Vasküler dilatasyonun kontüzyonu nasıl etkileyeceği bu çalışmada araştırılmadı. Teorik olarak kontüzyona bağlı vazokonstrüksiyonu gidermesi, şant etkisini azaltması ve perfüzyonu iyileştirmesi beklenebilir ancak diğer taraftan kontüzyona bağlı interstisyel hemoraji ve ödemi artırma ihtimali de göz ardı edilmemelidir. Böyle bir etki klinik durumu daha da ağırlaştırabilir. Ayrıca sildenafilin antiinflamatuvar ve antioksidatif etkilerinin kliniğe nasıl yansıyacağı bilinmemektedir. Bu konuların aydınlatılması için daha ileri çalışmalar yapılmalıdır.

Deney hayvanlarında birçok akciğer kontüzyon modeli tanımlanmıştır. Raghavendran ve ark.nın[1] sıçanlarda tanımladığı akciğer kontüzyon modeli günümüzde bu tür çalışmalarda sıkça kullanılan ve kabul gören basit ve ucuz bir yöntemdir. Biz de daha kolay, ucuz ve güvenilir bir yöntem olduğu için sıçan modelini tercih ettik.

Çalışmamızda sıçanlarda oksijenasyon ve kan gazı değerlerinin çalışılmamış olması kısıtlayıcı bir durumdur. Akciğer kontüzyonlu sıçanlarda sildenafil uygulaması sonrasında bazı inflamatuvar ve oksidatif parametrelerin iyileşmesinin yanı sıra akciğer fizyolojisine ait parametrelerde de iyileşme olup olmadığının gösterilebileceği daha ileri çalışmaların sildenafilin etkinliği hakkında daha sağlıklı bilgi vereceğini düşünüyoruz.

Sonuç olarak, sildenafil akciğer kontüzyonu sonrasında ortaya çıkan inflamatuvar reaksiyonu ve oksidatif stresi azaltmaktadır. Beş mg/kg dozda uygulanan sildenafil, 1 mg/kg doza kıyasla daha fazla parametrede düzelme sağlamakla birlikte dozlar arasındaki etki istatistiksel olarak anlamlı bir farklılık göstermemektedir.

Çıkar çakışması beyanı
Yazarlar bu yazının hazırlanması ve yayınlanması aşamasında herhangi bir çıkar çakışması olmadığını beyan etmişlerdir.

Finansman
Yazarlar bu yazının araştırma ve yazarlık sürecinde herhangi bir finansal destek almadıklarını beyan etmişlerdir.

References

1) Raghavendran K, Davidson BA, Helinski JD, Marschke CJ, Manderscheid P, Woytash JA, et al. A rat model for isolated bilateral lung contusion from blunt chest trauma. Anesth Analg 2005;101:1482-9.

2) Boyd AD, Glassman LR. Trauma to the lung. Chest Surg Clin N Am 1997;7:263-84.

3) Raghavendran K, Davidson BA, Hutson AD, Helinski JD, Nodzo SR, Notter RH, et al. Predictive modeling and inflammatory biomarkers in rats with lung contusion and gastric aspiration. J Trauma 2009;67:1182-90.

4) Qiu Y, Kraft P, Lombardi E, Clancy J. Rabbit corpus cavernosum smooth muscle shows a different phosphodiesterase profile than human corpus cavernosum. J Urol 2000;164:882-6.

5) Zhao L, Mason NA, Morrell NW, Kojonazarov B, Sadykov A, Maripov A, et al. Sildenafil inhibits hypoxiainduced pulmonary hypertension. Circulation 2001;104:424-8.

6) Li Z, Xi X, Gu M, Feil R, Ye RD, Eigenthaler M, et al. A stimulatory role for cGMP-dependent protein kinase in platelet activation. Cell 2003;112:77-86.

7) Iseri SO, Ersoy Y, Ercan F, Yuksel M, Atukeren P, Gumustas K, et al. The effect of sildenafil, a phosphodiesterase-5 inhibitor, on acetic acid-induced colonic inflammation in the rat. J Gastroenterol Hepatol 2009;24:1142-8.

8) Perk H, Armagan A, Naziroğlu M, Soyupek S, Hoscan MB, Sütcü R, et al. Sildenafil citrate as a phosphodiesterase inhibitor has an antioxidant effect in the blood of men. J Clin Pharm Ther 2008;33:635-40.

9) Levine RL, Garland D, Oliver CN, Amici A, Climent I, Lenz AG, et al. Determination of carbonyl content in oxidatively modified proteins. Methods Enzymol 1990;186:464-78.

10) Aebi H. Catalase in vitro. Methods Enzymol 1984;105:121-6.

11) Sun Y, Oberley LW, Li Y. A simple method for clinical assay of superoxide dismutase. Clin Chem 1988;34:497-500.

12) Esterbauer H, Cheeseman KH. Determination of aldehydic lipid peroxidation products: malonaldehyde and 4-hydroxynonenal. Methods Enzymol 1990;186:407-21.

13) Milara J, Juan G, Ortiz JL, Guijarro R, Losada M, Serrano A, et al. Cigarette smoke-induced pulmonary endothelial dysfunction is partially suppressed by sildenafil. Eur J Pharm Sci 2010;39:363-72.

14) Yildirim A, Ersoy Y, Ercan F, Atukeren P, Gumustas K, Uslu U, et al. Phosphodiesterase-5 inhibition by sildenafil citrate in a rat model of bleomycin-induced lung fibrosis. Pulm Pharmacol Ther 2010;23:215-21.

15) de Visser YP, Walther FJ, Laghmani el H, Boersma H, van der Laarse A, Wagenaar GT. Sildenafil attenuates pulmonary inflammation and fibrin deposition, mortality and right ventricular hypertrophy in neonatal hyperoxic lung injury. Respir Res 2009;10:30.

16) Rodríguez-Iturbe B, Ferrebuz A, Vanegas V, Quiroz Y, Espinoza F, Pons H, et al. Early treatment with cGMP phosphodiesterase inhibitor ameliorates progression of renal damage. Kidney Int 2005;68:2131-42.

17) Rotella DP. Phosphodiesterase 5 inhibitors: current status and potential applications. Nat Rev Drug Discov 2002;1:674-82.