ASSESSMENT OF SOME BIOCHEMICAL CHANGES IN BLOOD AND HISTOPATHOLOGICAL CHANGES IN HEART OF RATS IRRADIATED AND/OR TREATED WITH SOME CARDIOVASCULAR DRUGS *
El-SAYED, H.I.(1),
El-BATRAWY, F.A.(1), ABDEL-GAWAD, E.I.(2)
and SOUROUR, D.A.(3)
(1) Pharmacology Department,
Faculty of Medicine, Cairo University,
(2) Radioisotopes Department, Atomic Energy Authority
and (3) Nuclear Materials Authority, Egypt.
Key words:
Cardiovascular drugs, Irradiated rats, Radioprotectors,
Carvedilol, Metoprolol and Diltiazem.
تقدير بعض التغيرات البيوكيميائية فى الدم والتغيرات الهستوباثولوجية فى قلب
الفئران المشععة و/أو المعالجة ببعض عقاقيرالأوعية القلبية
هانم ابراهيم السيد و فاطمة أحمد البطراوى و ايمان اسماعيل عبد الجواد و دعاء عبدالله سرور
خلاصـــة
أجريت هذه الدراسة لمقارنة التأثير الواقى لعقارالكارفيديلول وعقار الميتوبرولول و عقار الديلتيازيم التى تعطى عن طريق الفم على مستوى بعض انزيمات القلب فى الدم و الأنسجة القلبية فى الفئران الطبيعية والأخرى المشععة.
أجرى هذا البحث على 96 فأرا ذكر، قسموا الى ثمانى مجموعات؛ المجموعة الأولى استخدمت كمجموعة ضابطة، أما المجموعات الثانية والثالثة و الرابعة فقد تم اعطاؤهم العقاقير عن طريق الفم لمدة أسبوعين بالجرعات 5 مجم/كجم للكارفيديلول و20مجم/كجم للميتوبرولول و20مجم/كجم للديلتيازيم، على التوالى، يومياً لمدة أسبوعين أما المجموعة الخامسة فتعرضت كلياً لأشعة جاما بجرعة 6 جراى والمجموعة السادسة والسابعة والثامنة فقد تم إعطاؤهم العقاقير بنفس الجرعات السابقة لمدة أسبوعين ثم تم تعريضهم كلياً للإشعاع (6 جراى) فى اليوم التالى لآخر جرعة من العقار. تم تجميع العينات وريدياً من كل المجاميع السابقة بعد 24 ساعة و72 ساعة و أسبوع و حللت كيميائياً لقياس مستوى انزيم الكرياتين كيناز والكرياتين كيناز م ب ايزوانزيم وانزيم الاسبرتات امينوترانسفيراز و انزيم اللكتات دهيدروجيناز. وبعد أسبوعين تم ذبح 4 فئران من كل مجموعة لإجراء دراسات هستوباثولوجية على قطاعات القلب لمزيد من توضيح تأثير هذه العقاقير على الفئران الطبيعية أو المشععة.
أوضحت هذه الدراسة أن عقار الكارفيديلول وعقار الديلتيازيم فى الفئران الطبيعية أديا الى ارتفاع ملحوظ فى مستوى انزيم الكرياتين كيناز والكرياتين كيناز م ب ايزوانزيم بعد 24و 72 ساعة وانخفضت انخفاضا معنوياً مع عقار الكارفيدلول فقط وأدى هذا العقار أيضا الى ارتفاع فى مستوى انزيم الاسبرتات امينوترانسفيراز بعد أسبوع وارتفاع ملحوظ فى مستوى انزيم اللكتات دهيدروجيناز فى كل فترات التجربة. وقد أدى حقن عقار الديلتيازم الى ارتفاع معنوى فى مستوى انزيم الاسبرتات امينوترانسفيراز فى كل فترات التجربة ولم يحدث تغير فى مستوى انزيم اللكتات دهيدروجيناز، كما وجد أن عقار الميتوبرولول أدى الى ارتفاع معنوى بعد 72 ساعة وأسبوع فى مستوى انزيم الكرياتين كيناز وارتفاع مؤثر فى مستوى كلا من انزيم الكرياتين كيناز م ب ايزوانزيم بعد أسبوع وانزيم اللكتات دهيدروجيناز فى كل فترات التجربة.
أوضحت نتائج هذه الدراسة أن التعرض لأشعة جاما أدى الى ارتفاع ملحوظ فى مستوى انزيم الكرياتين كيناز والكرياتين كيناز م ب ايزوانزيم و انزيم السبرتات امينوترانسفيراز فى الدم بعد 24 و72 ساعة و أسبوع من التعرض للاشعاع. أما عن مستوى انزيم اللكتات دهيدروجيناز فقد أوضحت النتائج ارتفاعا ملحوظا فى اليوم الأول ثم انخفاضا معنويا فى اليوم الثالث وبعد أسبوع من التعرض للاشعاع مقارنة بالمجموعة الضابطة.
وقد أظهرت النتائج أن استخدام عقار الكارفيديلول لمدة أسبوعين قبل التعرض للإشعاع أدى الى انخفاض معنوى فى مستوى انزيم الكرياتين كيناز و الكرياتين كيناز م ب ايزوانزيم فى الدم مع نسبة حماية بعد 24 ساعة و 72 ساعة و أسبوع من التعرض للاشعاع. أما انزيم الاسبرتات أمينوتراسفيراز فقد ارتفع بعد أسبوع بينما لم يتأثر مستوى اللكتات دهيدروجيناز فى كل فترات التجربة.
وقد أظهرت النتائج أن استخدام عقار الميتوبرولول لمدة أسبوعين قبل الاشعاع أدى الى ارتفاع فى مستوى كلا من انزيم الكرياتين كيناز والكرياتين كيناز م ب ايزوانزيم وانزيم اللكتات دهيدروجيناز فى الدم بعد 24و 72 ساعة وأسبوع، أما انزيم الاسبرتات امينوترانسفيراز فقد انخفض معنويا.
أما حقن عقار الديلتيازيم فقد أدى الى انخفاض معنوى فى مستوى انزيم الكرياتين كيناز و الكرياتين كيناز م ب ايزوانزيم مع نسبة حماية بعد 24 و 72 ساعة وارتفع مستوى انزيم اللكتات دهيدروجيناز بعد 24 و 72 ساعة وأسبوع من التعرض للاشعاع.
أظهرت نتائج الفحص الهستوباثولوجى لقطاعات قلب الفئران المعالجة بالثلاث عقاقير فقط أن عضلة القلب طبيعية مع وجود انفصال بسيط داخل النسيج العضلى للفئران المعالجة بعقار الميتوبرولول. وأظهرت الدراسة الهستوباثولوجية أيضا فى قطاعات القلب التالفة بالاشعاع احتقان وتمدد الأوعية الدموية الموجودة بين عضلة القلب واحتقان وتمدد الأوعية الليمفاوية فى بطين وأذين القلب مع وجود نضج وانفصال واسع داخل النسيج العضلى . أما بالنسبة للنسيج العضلى فى القلب فهناك تغييرات مختلفة, بعض المناطق أظهرت حويصلات عديدة ومناطق أخرى أظهرت انفصال واسع وتكثيف هيالينى فى مناطق أخرى. هذا النسيج الهيالينى يحتوى على بروتوبلازما داكنة مع اختفاء الخطوط الموجودة فى العضلة وتكون النواة فى هذا النسيج الهيالينى فى السطح أو غير منتظمة. أما تغييرات النواة فتتضمن حويصلات كبيرة مع اضاعة شكل النواة أو ظهور الكروماتين على حافة النواة. وقد انخفضت كل هذه التغيرات الهستوباثولوجية بنسبة مؤثرة مع العلاج بعقار الكارفيديلول وعقار الميتوبرولول مما يوضح التأثير الواقى لهذين العقارين، أما عقار الديلتيازيم فلم يحدث أى تحسن فى التغييرات الهستوباثولوجية فى قطاعات القلب المشععة.
مما سبق من نتائج هذه الدراسة يتبين أن العقاقير الثلاثة لها تأثير واقى ضد التأثيرات الضارة لأشعة جاماعلى القلب بدرجات مختلفة, فعقار الكارفيديلول أظهر أعلى وقاية ثم عقار الميتوبرولول وعقار الديلتيازيم بدرجة أقل.
ABSTRACT
The present study was designed to compare the effects of carvedilol,
metoprolol and diltiazem on some serum enzyme levels and cardiac tissue in
rats in irradiated with gamma rays and to detect any possible
radioprotective effect offered by these drugs. Ninety six male rats were
divided into 8 groups, 12 rats each. The first group served as control.
The second, third and fourth groups were received carvedilol (5mg/kg),
metoprolol (20mg/kg) and diltiazem hydeochloride (20mg/kg), respectively,
for two weeks. The fifth group was irradiated with a single dose
(6 Gy) of gamma rays. The sixth, seventh and eighth groups were received
the previous mentioned doses of drugs for two weeks before exposing the
rats
to gamma irradiation. The blood samples were collected at fixed time
intervals of 24 hr, 72hr and 1 week after stopping drug administration
(treated groups) or after irradiation (irradiated and treated-irradiated
groups).
The results of the present study showed that a single dose (6 Gy) of whole body gamma radiation in rats induced cardiac damage which was manifested histopathologically and biochemically. Significant elevations in serum creatine kinase (CK) enzyme, creatine kinase MB (CK MB) isoenzyme and aspartate aminotransferase (AST) enzyme levels were observed in the irradiated group after 24 hour, 72 hour and one week post-irradiation as compared to the control group. Regarding the level of lactate dehydrogenase (LDH) enzyme, it showed significant increase on the first day (24 hour), while there was significant decrease on the third (72 hour) and seventh day (1 week) post-irradiation relative to the control value. Histopathological examination of gamma irradiated group revealed marked congestion and dilatation of the vessels between myocardial muscle fibres and lymphatic vessels. Regarding the myofibres, their changes varied from minimal changes in the form of separation of myofibrils to massive changes in the form of loss of striations. The nuclear changes include pyknosis, vacuolations, large vacuoles with loss of outline and margination of chromatin.
The biochemical and histopathological results reflected a possible cardioprotective effect for carvedilol (5mg/kg) against γ-radiation-induced cardiac damage in rats. This was evidenced by significant decrease in serum creatine kinase enzyme and creatine kinase MB isoenzyme levels in groups receiving the drug prior to γ-irradiation. However, carvedilol produced non-significant change in the serum aspartate aminotransferase enzyme and lactate dehydrogenase enzyme levels after 24 hour, 72 hour and one week post-irradiation. It is clear that, metoprolol administration (20mg/kg) for two weeks prior to γ-irradiation significantly increased the serum creatine kinase enzyme, creatine kinase MB isoenzyme and lactate dehydrogenase enzyme after 24 hour, 72 hour and one week post-γ-irradiation. On the other hand, it significantly decreased the serum aspartate aminotransferase enzyme in the irradiated group. Histopathological changes induced by γ-irradiation were less observed in hearts of rats treated pre-irradiated by carvedilol and metoprolol reflecting a possible cardioprotective effect of these two drugs against γ-radiation-induced cardiac damage. Lastly, diltiazem therapy (20mg/kg) produced beneficial initial protective effect on serum creatine kinase enzyme and creatine kinase MB isoenzyme levels which were transient lasting only for 72 hour and disappeared after one week post-irradiation as the concentration of the drug declined. Moreover, diltiazem did not alter the high serum levels of aspartate aminotransferase enzyme observed in the irradiated group. It significantly increased the serum lactate dehydrogenase enzyme level after 24 hour, 72 hour and one week post-irradiation. Also, diltiazem administration did not prevent or improve the histopathological changes observed in hearts of irradiated rats.
It could be concluded from the results of the present study that, carvedilol, metoprolol and diltiazem had cardioprotective effects against cardiac damage produced by gamma radiation but with different degrees. Carvedilol showed highest protective effect followed by metoprolol and then diltiazem to a lesser extent.
