ISSN : 1301-5680
e-ISSN : 2149-8156
Turkish Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery     
THE EFFECT OF PENTOXIFYLLINE, CARNITINE AND ASCORBID ACID ON IMPROVEMENT OF LUNG INJURY CAUSED BY ISCHEMIA-REPERFUSION
Öcal BERKAN, Feride GÜNEÇ, Nurkay KATRANCIOĞLU, İlhan GÜNAY, Kasım DOĞAN, *Esin YILDIZ
Cumhuriyet Üniversitesi Tıp Fakültesi, Kalp Damar Cerrahisi Ana Bilim Dalı, Sivas,
*Cumhuriyet Üniversitesi Tıp Fakültesi, Patoloji Ana Bilim Dalı, Sivas

Abstract

Background: In this study, injury in the lungs due to ischemia/reperfusion (I/R) and preventive effect of pentoxifylline, carnitine and ascorbic acid were investigated.

Methods: Twenty-nine rats were randomized into five groups: 1) Control (Group 1); 2) I/R group (Group 2); 3) Animals were pretreated with pentoxyfilline (Group 3); 4) Animals were pretreated with carnitine (Group 4); 5) Animals were pretreated with ascorbic acid (Group 5). Rats in the Group 1 were undertaken laparotomy and closed after exploration of abdominal aorta. In the second group, the infrarenal aorta of the rats were clamped for a period of 3 hours. After ischemic period, aortic clamping were removed and waited for 1 hour of reperfusion period. The rats in the 3., 4., and 5. Group were administered pentoxifylline, carnitine and ascorbic acid, respectively. The animals were sacrificed and the histological specimens of the lungs were examined. Lung injury was rated with a semi-quantitative score based on congestion, interstitial edema, and polymorph nuclear leukocyte (PMNL) infiltration.

Results: Edema, congestion and the more prominent accumulation of PMNL were determined in the specimens of other four groups as compared to the control group. The average scores were 0.6 in Group 1; 2.6 in Group 2; 2.16 in Group 3; 2.28 in Group 4; 1.83 in Group 5, respectively.

Conclusions: Pretreatment with pentoxifylline, carnitine and ascorbic acid were found to be beneficial in prevention of lung injury after IR of infrarenal aortic occlusion.

Abdominal aortanın klemplenmesi sonrasında ortaya çıkan geçici iskemi reperfüzyonun (İ/R) akciğer hasarına neden olduğu bilinmektedir [1-3]. İskemi reperfüzyon hasarının önlenmesi veya azaltılması için birçok ilaç ve yöntem kullanılmıştır [4-6]. Bu çalışmada, distal aort oklüzyonu sonucu oluşan ve geçici İ/R’ye bağlı olarak ortaya çıkan akciğer hasarını önlemede pentoksifilin, karnitin ve askorbik asidin etkileri incelenmiştir.

Methods

Aynı ortamda yaşamış, aynı şekilde beslenmiş ve ağırlıkları 230 - 300 g arasında olan 29 adet Wistar albino cinsi beyaz rat çalışmaya alındı. Ratlar kontrol grubu (Grup 1), İ/R grubu(Grup 2), askorbik asit verilen (Grup 3), karnitin verilen (Grup 4), ve pentoksifilin verilen (Grup 5) olmak üzere beş gruba ayrıldılar. Oda havasında, 20°C’de, Ketamine HCl (Ketalar, Eczacıbaşı) 40 mg/kg + xylazine (Rompun, Bayer) 5 mg/kg sol ön ayak adalesine intramusküler yolla uygulanarak anestezi sağlandı. İşlem boyunca ratlar solunumları spontan olarak devam edecek şekilde uyutuldular. Anestezi sonrasında batın yaklaşık 4 cm’lik orta hat insizyonla ksifoidin hemen altından pubisin 0.5 cm üzerine kadar açıldı.

Grup 1’deki (n = 5) ratlara sadece anestezi verildi ve batın açılıp abdominal aort eksplore edildikten sonra hiçbir girişim yapılmadan tekrar kapatıldı. İkinci grupta (n = 5) batın açıldıktan sonra abdomimal aort eksplore edildi ve infrarenal aortaya klemp konularak batın kapatıldı. Üç saatlik iskemi süresinin sonunda batın sütürleri alınarak aortadaki klemp kaldırıldı ve batın tekrar kapatılarak 1 saatlik reperfüzyon süresi beklendi. Aynı işlem 3., 4. ve 5. gruplara da uygulandı, ayrıca müdahaleden önce bu gruplara sırasıyla 50 mg/kg askorbik asit (n = 6), 100 mg/kg karnitin (n = 7) ve 50 mg/kg pentoksifilin (n = 6) iv olarak uygulandı. Yapılan işlem tamamlandıktan sonra ratlara yüksek doz anestezi verilerek akciğerleri çıkartıldı ve formalinde fikse edildi. Gözlemler, deneyin ve alınan örneklerin ayrıntılarını bilmeyen tarafsız bir patolog tarafından yapıldı. Alınan doku örneklerinden seri kesitler yapılarak parafin bloklar hazırlandı ve bunlar hemotoksilen eosin boyası ile boyandı. Büyütme alanı içerisinde bulunan akciğer dokusundaki polimorf nüveli lökositler (PMNL), konjesyon ve interstisiyel ödem semikantitatif olarak değerlendirildi. Daha önce Tassiopoulos ve arkadaşlarının [3] kullandıkları skorlama sistemi modifiye edilerek akciğerlerde oluşan hasarın miktarı tespit edildi. Buna göre; 0 değişiklik yok; 1+ fokal, göze çarpmayan hafif derecede değişiklikler; 2+ multifokal orta derecedeki değişiklikler; 3+ multifokal ileri derecede ve yoğun değişiklikler olarak puanlama yapıldı.

İstatistiksel olarak kontrol grubu ile diğer gruplar ikişerli olarak kendi aralarında Mann Whitney testi ile karşılaştırıldılar. P değerinin 0.05’in altında olması (p < 0.05) anlamlı kabul edildi.

Results

Kontrol grubunda yapılan histopatojik değerlendirmede normale yakın bir akciğer dokusu görüldü (Resim 1). Kontrol grubuna göre diğer dört grupta daha fazla PMNL birikimi, ödem ve konjesyon saptandı (Resim 2). İkinci grup ile kıyaslandığında ise ilaç tedavisi verilen 3. 4. ve 5.gruplarda PMNL sayısının daha az olduğu görüldü. Ayrıca, interstisiyel ödem ve konjesyon bu üç grupta daha azdı (Resim 3). Akciğerlerdeki patolojik değişikliklerin derecesini ifade edebilmek için kullanılan semikantitatif değerlendirmede hesaplanan hasar skor puanı en düşük kontrol grubunda görüldü. Kontrol grubunun hasar skor puanı 0.6 olarak bulundu. Bu grubun hasar skor puanı hesaplanırken, ortalaması alınan puan değerleri 0 ile +1 arasında değişmekteydi. Diğer dört grupta ise hasar skor puanı hesaplanırken, ortalaması alınan puan değerleri + 1 ile + 3 arasındaydı.

Bu değerlere göre hesaplanan 2. grubun hasar skor puanı 2.6 olarak bulundu. Kontrol grubu ile 2. grup karşılaştırıldıklarında aralarında istatistiksel olarak anlamlı fark görüldü (p < 0.05). Üçüncü grubun hasar skor puanı 2.16 olarak hesaplandı. Kontrol grubu ile 3. grup, hasar skor puanları yönünden karşılaştırıldıkları zaman aralarında istatistiksel olarak anlamlı fark vardı (p < 0.05). İkinci ve üçüncü gruptaki ratlar kendi aralarında karşılaştırıldıklarında, askorbik asit verilen 3. grubun hasar skoru puanı iskemi reperfüzyon uygulanan 2. gruba göre düşük bulundu. Bu iki grup arasında istatistiksel olarak anlamlı fark bulundu (p < 0.05).

Karnitin verilen 4. grubun hasar skor puanı 2.28 olarak bulundu, bu rakam tedavi verilen gruplar arasındaki en yüksek puandı. Hasar skor puanının bu grupta yüksek çıkmasına karşın, İ/R grubu ile karşılaştırıldığı zaman anlamlı olarak düşük olduğu görüldü (p < 0.05). Pentoksifilin verilen 5. grubun hasar skor puanı ise 1.83 olarak hesaplandı, bu değer kontrol grubu dışındaki en düşük değerdi. Bu değer 2., 3., 4. gruplarla karşılaştırıldığı zaman arada anlamlı fark olduğu görüldü (p < 0.05). İlaç verilen gruplar arasında hasar skor puanı en yüksek 4. grupta bulundu ve bunu sırasıyla 3. ve 5. gruplar takip ettiler.

,

Normal akciğer dokusu (HE x 150)
Akciğerlerde yoğun ödem ve monoküler hücre infiltrasyonu (HE x 300)
Akciğerlerde hafif derecede interstisiyel ödem, iltihabi hücre infiltrasyonu ve serbest eritrositler (HE x 150)

Discussion

Alt ekstremitelerde oluşan geçici İ/R hasarı sonucunda diğerhedef organlarda olduğu gibi, akciğerlerde de önemli ölçüdepatolojik değişikliklerin oluştuğu çeşitli çalışmalarlagösterilmiştir [1-3]. Akciğerlerde oluşan bu patolojikdeğişikliklere reperfüzyona bağlı olarak lipid peroksidasyonusonrası gelişen toksik maddelerin neden oldukları ilerisürülmektedir [1,7]. Bu toksik maddelerin ortadankaldırılmasını da içeren bir çok tedavi yöntemi İ/R’ye bağlıdoku hasarını önlemek için kullanılmaktadır [6,8]. Buçalışmada histolojik doku örnekleri incelenerek, distal aortoklüzyonuna bağlı olarak oluşan geçici İ/R sonrasındameydana gelen akciğerlerdeki hasar ve bu hasarı önlemedeaskorbik asidin, karnitinin ve pentoksifilinin koruyucu etkileriaraştırılmıştır.

Akut I/R hasarı sonrasında kompleks bir inflamatuvardöngünün başlaması ile ortaya çıkan inflamatuvar yanıtsonucunda nötrofil aktivasyonu ve sekestrasyonugelişmektedir [3,9,10]. Akciğerlerde reperfüzyonun yaptığıetkinin ortaya çıkmasında nötrofillerin aktive olmaları önemlirol oynamakta, endotele yapışan nötrofiller, serbest oksijenradikallerinin (SOR) ve proteolitik enzimlerin ortayaçıkmasına neden olmaktadırlar [1,7,11]. Artmış PMNLaktivitesi, kemoatraksiyonu ve infiltrasyonu PMNLdegranülasyonuna neden olmaktadır [11,12]. Degranülasyonsonrasında artan SOR ve proteazlar akciğer endotel hasarına vebuna bağlı olarak artmış pulmoner kapiller permiabiliteyesebep olmaktadırlar [7,9].

Antioksidan maddelerin, pulmoner mikrovasküler permeabiliteartışını ve nötrofil akümülasyonunu önleyerek, I/R sonrasındaortaya çıkan uzak doku ve organ hasarını önledikleribilinmektedir [12,13]. Askorbik asit membran içindeki veekstraselüler sıvılardaki lipid peroksidasyonunu önler,süperoksit ve hidroksil radikali ile kolayca reaksiyona girerekonları ortamdan temizler, böylece hücre içi Ca birikimini veSOR hasarını baskılayarak reperfüzyon hasarını azaltır [6,13-15]. Çalışmamızda, akciğer hasarı kontrol grubuna göreaskorbik asit verilen grupta anlamlı olarak yüksek çıktı(p < 0.05). Ancak İ/R uygulanan gruba göre akciğer hasarıdüşük bulundu ve bu değerler istatistiksel olarak anlamlıydı(p < 0.05). Askorbik asidin yararlı etkisini gösteren bu sonuçlarliteratürdeki bilgilerle uyumluydu.

L-Karnitin (L-b-hidroroxi-4-N tirimetil aminobutrik asid)miyokard ve kas dokularında yüksek oranda olmaküzere vücutta bulunan ve yağ asitlerinin mitokondrialB-oxidasyonunda yer alan esansiyel bir maddedir [16,17].Memelilerin L-karnitini sentezleye bildikleri halde, günlükihtiyacı karşılayabilmek için de eksojen olarak karnitinalmaları gerekmektedir [18]. Vücut karnitin deposunun %75’idiyetle karşılanır. Geri kalan %25 karnitin miktarınınsağlanması karaciğer ve böbrekte karnitin prekursörü olana -betaine’den sentezlenerek gerçekleştirilir. Karnitinmitokondrial uzun zincirli yağ asid oksidasyonu vemitokondrial acil KoA/KoA bileşiklerinin tamponlanmasınısağlar [16,19]. Ayrıca karnitin acil gruplarını ortamdantemizlenmesine, dallı zincirli aminoasit metabolizmasınındüzenlenmesine ve membran stabilizasyonuna katkı sağlar[16,17]. Çalışmamızda karnitin verilen grupta hasar skor puanı,tedavi verilen gruplar arasındaki en yüksek puandı. Ancak, İ/Rgrubu ile karşılaştırıldığı zaman bu grupta görülen akciğerhasarının anlamlı olarak düşük olduğu görüldü (p < 0.05). Bubulgulara göre karnitin İ/R’ye karşı oluşan akciğer hasarınıönlemede katkı sağlamaktadır. Ancak bu katkı diğerilaçlarınkine göre daha azdı.

Bir metilksantin derivesi olan pentoksifilin, plateletagregasyonunu azaltmakta, yükselmiş fibrinojen seviyelerini,eritrosit akıcılığını ve viskoziteyi azaltmaktadır. Pentoksifilin,fibrinolitik aktivitenin artmasına, kanın antifibrinolitikkapasitesini de azalmasına neden olmaktadır. Pentoksifilin, buhemoreolojik ve hemostatik etkisi ile iskemi ve reperfüzyonsonucunda ortaya çıkan patolojik değişiklikler üzerinde olumluyönde etki etmektedir [20]. Ayrıca damar duvarındanprostosiklinin sentez ve salınımı ile birlikte platelet c-AMPseviyelerini artırmakta ve böylece artmış olan platelet c-AMPagregatör tromboxan A2 sentezini önlemektedir [21,22].Çalışmamızda pentoksifilin verilen grubun hasar skor puanıkontrol grubu dışındaki en düşük değerdi ve 2., 3., 4. gruplarlakarşılaştırıldığı zaman da aralarında anlamlı istatistiksel farkolduğu görüldü (p < 0.05). Literatürde pentoksifilinin akciğerhasarını azalttığını gösteren değişik çalışmalar bulunmaktadır[22-24]. Bu çalışmada ortaya çıkan İ/R’ye karşı akciğerhasarını korumada pentoksifilinin yararlı etkisi olduğu sonuculiteratürdeki çalışmalarla paralellik göstermektedir.

Histopatolojik verilerin değerlendirilmesi sonucunda, distalaortada ortaya çıkan geçici iskemi ve reperfüzyonun akciğerdokusu üzerinde yaptığı hasarı önlemede askorbik asidin,karnitinin ve pentoksifilinin yararlı etkileri olduğu sonucunaulaşıldı. Bu gruplar arasında pentoksifilinin etkisinin dahabelirgin olduğu gözlendi.

References

1) Nelson K, Herndon B, Reisz G. Pulmonary effects of ischemic limb reperfusion: Evidence for a role for oxygenderived radicals. Crit Care Med 1991;19:360-3.

2) İşbir S, Akgün S, Ak K, ve ark. Akut alt ekstremite iskemi/reperfüzyon hasarının akciğer serbest oksijen radikalleri üzerine olan etkisi. Türk Göğüs Kalp Damar Cer Derg 2000;8:629-31.

3) Tassiopoulos AK, Hakim TS, Finck CM et al. Neutrophil sequestration in the lung following acute aortic occlusion starts during ischaemia and can be attenuated by tumour necrosis factor and nitric oxide blockade. Eur J Vasc Endovasc Surg 1998;16:36-42.

4) Gianello P, Saliez A, Bufkenz X, et al. EUK 134, a synthetic superoxide dismutase and catalase mimetic protects rat kidneys from ischemia-reperfusion-induced damage. Transplantation 1996;62:1664-6.

5) Hirose J, Yamaga M, Takagi K. Reduced reperfusion injury in muscle. A comparison of the timing of EPC-K1 administration in rats. Acta Orthop Scand 1999;70:207-11.

6) Kearns SR, Kelly CJ, Barry M, et al. Vitamin C reduces ischaemia-reperfusion-induced acute lung injury. Eur J Vasc Endovasc Surg 1999;17:533-6.

7) Welbourn CR, Goldman G, Paterson IS, Valeri CR, Shepro D, Hechtman HB. Neutrophil elastase and oxygen radicals: Synergism in lung injury after hindlimb ischemia. Am J Physiol 1991;260:1852-6.

8) Soncul H, Oz E, Kalaycioglu S. Role of ischemic preconditioning on ischemia-reperfusion injury of the lung chest. 1999;115:1672-7.

9) Anner H, Kaufman RP, Kobzik L, Valeri CR, Shepro D, Hechtman HB. Pulmonary leukosequestration induced by hind limb ischemia. Ann Surg 1987;206:162-7.

10) Greame MR. Ischemia /reperfusion inflamatory responses and acute lung injury. Thorax 1997;52:841-2.

11) Seekamp A, Mulligan MS, Till GO, et al. Role of beta 2 integrins and ICAM-1 in lung injury following ischemiareperfusion of rat hind limbs. Am J Pathol 1993;143:464-72. 12 . Cohen SM, Siddiqi FA, Darakchiev B, Fantini GA, Hariri RJ, Barie PS. Attenuation of acute lung injury caused by hindlimb ischemia-reperfusion injury by butyrolactone anti-inflammatory agent FL1003. J Trauma 1997;43:247-52.

13) Beyer RE. The role of ascorbate in antioxidant protection of biomembranes: Interaction with vitamin E and coenzyme Q. J Bioenerg Biomembr 1994;26:349-58.

14) Lagerwall K, Madhu B, Daneryd P, Schersten T, Soussi B. Purine nucleotides and phospholipids in ischemic and reperfused rat skeletal muscle: Effect of ascorbate. Am J Physiol 1997;272:83-90.

15) Sağdıç K, Ener S, Gür E, ve ark. İskelet kası iskemi reperfüzyon hasarının azaltılmasında sodyum askorbat. Dam Cer Derg 1996;2:51-7.

16) Pepine DJ. The therapeutic potential of carnitine in cardiovascular disorders. Clin Ther 1991;13:2-21.

17) Bhuiyan AK, Jackson S, Turnbull DM, et al. The measurement of carnitine and acyl-carnitines: Application to the investigation of patients with suspected inherited disorders of mitochondrial fatty acid oxidation. Clin Chim Acta 1992;207:185-204.

18) Helms RA, Mauer EC, Hay WW Jr, Christensen ML, Storm MC. Effect of intravenous L-carnitine on growth parameters and fat metabolism during parenteral nutrition in neonates. JPEN J Parenter Enteral Nutr 1990;14:448-53.

19) Furuno T, Kanno T, Arita K, et al. Roles of long chain fatty acids and carnitine in mitochondrial membrane permeability transition. Biochem Pharmacol 2001;62:1037-46.

20) Kishi M, Tanaka H, Seiyama A, et al. Pentoxifylline attenuates reperfusion injury in skeletal muscle after partial ischemia. Am J Physiol 1998;274:435-42.

21) Poggesi L, Scarti L, Boddi M, Masotti G, Serneri GG. Pentoxifylline treatment in patients with occlusive peripheral arterial disease. Circulatory changes and effects on prostaglandin synthesis. Angiology 1985;36:628-37.

22) Coe DA, Freischlag JA, Johnson D, et al. Pentoxifylline prevents endothelial damage due to ischemia and reperfusion injury. J Surg Res 1997;67:21-5.

23) Sheridan BC, Mc Intyre RC, Meldrum DR, Fullerton DA. Pentoxifylline treatment attenuates pulmonary vasomotor dysfunction in acute lung injury. J Surg Res 1997;71:150-4.

24) Shen CY, Hsu K, Wang D, Yan HC. Pentoxifylline attenuates acute lung injury induced by microemboli. Experientia 1995;51:956-60.

Keywords : Ischemia/reperfusion, lung injury, pentoxifylline, carnitine, ascorbic acid
Viewed : 11273
Downloaded : 1913