Karbon Tetraklorür ile Oluşturulan Deneysel Akciğer Hasarında Kafeik Asit Fenetil Esterin Koruyucu Etkinliği

Işık mikroskobik düzeyde yapılan bu çalışmada, akciğer dokusu üzerindeki karbon tetraklorür (CCl₄) toksisitesinin incelenmesi amaçlandı. Bu toksisiteye karşı kafeik asit fenetil ester (CAPE)'in muhtemel koruyucu etkileri de değerlendirildi.

Çalışmamızda kullanılan toplam 24 adet Wistar-albino cinsi erkek sıçanlar üç eşit gruba ayrıldı. Kontrol grubu sıçanlara saf zeytinyağı derialtı olarak uygulanırken, grup II'deki hayvanlara gün aşırı olarak CCl₄ derialtı yolla enjekte edildi. Grup III'deki sıçanlara ise CCl₄ enjeksiyonu ile birlikte yine gün aşırı olarak ve de intraperitoneal yolla CAPE verildi. Dört haftalık deney süresi sonunda bütün sıçanlar dekapite edilerek akciğerleri çıkartıldı. Mikroskobik incelemeler için, doku örnekleri rutin histolojik prosedürlerden geçirilerek parafine gömüldü. Elde edilen parafin bloklardan alınan kesitler hematoksilen-eozin ile boyanarak araştırma mikroskobunda incelendi.

Kontrol grubu sıçanlarına ait akciğer doku yapısının normal olduğu görüldü. CCl₄ uygulanan sıçanlarda ise bronş ve bronşiol epitellerinde dökülme, pulmoner interstisyumda hemoraji, polimorf çekirdekli lökosit ve makrofaj infiltrasyonunun olduğu belirlendi. CCl₄ toksisitesi ile birlikte CAPE verilen grupta ise, küçük hemorajik alanlar dışında bu histopatolojik değişikliklerin kaybolduğu gözlendi.

Mikroskobik düzeyde gerçekleştirilen bu çalışma bulgularına göre, deneysel CCl₄ toksisitesi sonucu akciğer dokusunda oluşan histopatolojik değişikliklerin CAPE uygulaması ile önlenebildiği tespit edildi.

In this study, it was aimed to investigate the toxic effects of carbon tetrachloride (CCl₄) on the lung tissue using light microscopy. Furthermore, potential protective effects of caffeic acid phenethyl ester (CAPE) against this toxicity were evaluated.

A total of 24 adult male Wistar-albino rats used in our study were divided into three equal groups. The control rats received pure olive oil subcutaneously (sc), rats in the second group were injected with CCl₄ (sc) and rats in the third group were injected with CCl₄ plus CAPE (intraperitoneally, ip) every other day. At the end of four weeks of experimental period, all animals were killed by decapitation and their lungs were removed. For light microscopic examination, tissue specimens were embedded in paraffin blocks following routine histological procedures. Sections obtained from paraffin blocks were stained with hematoxylen-eosin and examined under a light microscope.

The evaluation of the lung sections of control rats showed normal structural integrity. Epithelial desquamation in the bronchi and bronchioli, interstitial pulmonary hemorrhage, leucocytes with polymorphic nuclei and macrophage infiltration were observed in the lung specimens of rats exposed to CCl₄ alone. With exception of small hemorrhagic areas, these histopathological changes were disappeared in rats treated with CCl₄ plus CAPE.

In view of the findings of the present microscopic study, it was determined that histopathological changes in the lung tissue resulting from experimental CCl₄ toxicity could be prevented by CAPE administration.

Introduction

Karbon tetraklorür (CCl₄) renksiz, berrak, uçucu bir sıvıdır[1]. Önceleri kuru temizleme, yangın söndürme, tahıl dezenfeksiyonu ve böceklerle mücadelede yararlanılan bu kimyasal bileşik; günümüzde petrol ürünleri, çeşitli yağlar, vernik, cila, reçine çözücüsü ve organik bileşiklerin imalatında kullanılmaktadır[1-3]. Çevreden insan vücuduna günlük ortalama 0.1 µg CCl₄ girişi olduğu tahmin edilmektedir[1]. Birleşik Devletler Çevre Koruma Dairesi (EPA) hayvan deneylerinden elde edilen sonuçlara dayanarak, CCl₄'ü insan için olası kanserojen (grup B2) sınıfına dahil etmiştir[1-3].

CCl₄ solunan hava, su, gıda alımı ve deriden temas yoluyla vücuda girer. Karaciğer, beyin, böbrek, kaslar, yağ dokusu ve kanda daha yüksek konsantrasyonlarda olmak üzere tüm vücuda dağılır[1]. CCl₄'ün sitokrom P450 enzimi aracılığıyla serbest radikallere yıkılımı hücre hasarını başlatır[2-5]. Vücuttan atılımı başta solunum yoluyla ve çok az miktarlarda dışkı ve idrar yoluyladır[1]. Deneysel olarak yapılan çalışmalarda, CCl₄ uygulamasına bağlı olarak akciğer dokusunda da oksidatif hasar ve histopatolojik değişikliklerin meydana geldiği bildirilmiştir[6-13]. CCl₄'ün toksik etkilerine karşı melatonin[4], klofibrat[14], kolşisin[15], putresin[16], losartan[17], ginkgo biloba ekstresi[18], siyah çay ekstresi[19], nigella sativa[20], somatostatin ve oktreotid[21] gibi ajanların etkileri araştırılmış ve farklı sonuçlar elde edilmiştir.

Kafeik asit fenetil ester (CAPE), arıların bitkilerden topladığı özütün içerisinde bulunan keskin ve güzel kokulu propolis maddesinin aktif bir bileşenidir. Propolis'in antimikrobik, antienflamatuar, immunmodülatör, antimutajenik ve antioksidan etkileri çeşitli çalışmalarla ortaya konmuş, bu etkilerin çoğunun propolis'in etkin maddelerinden biri olan CAPE'ye bağlı olduğu gösterilmiştir[22-25]. Az sayıdaki deneysel çalışma ile CAPE'nin CCl₄ hasarına karşı etkinliği tespit edilmiştir[26,27].

Bu çalışmada, CCl₄'ün akciğer dokusu üzerindeki toksisitesi ve bu toksisiteye karşı CAPE'nin muhtemel koruyucu etkileri araştırıldı.

Material and Method

Çalışmamızda, ağırlıkları 170-220 gram arasında değişen toplam 24 adet erkek Wistar-albino cinsi sıçan kullanıldı. Üç eşit gruba ayrılan sıçanlar, özel hazırlanmış kafeslerde, ısısı ayarlanmış (22±1ºC), 12 saat ışık alan ve özel havalandırma tertibatı olan ortamda, yeterli miktarda su ve Elazığ Yem Fabrikasından temin edilen sıçan yemi ile beslendi. Kontrol grubu sıçanlara deney boyunca günaşırı subkutan (sc) saf zeytinyağı (1 ml/kg) tatbik edildi. CCl₄ grubu sıçanlara dört hafta süresince günaşırı olarak zeytinyağı içinde CCl₄ (0.5 ml/kg, sc) uygulandı. CCl₄+CAPE grubunda yer alan hayvanlara ise aynı süre ve dozda CCl₄ yanı sıra CAPE (10 μmol/kg) intraperitoneal olarak enjekte edildi. Çalışmada kullanılan CAPE, Grunberger ve arkadaşlarının[28] tekniğine göre kimya laboratuarında sentezlendi.

Deney sonunda tüm sıçanlar dekapitasyon yöntemiyle öldürüldü. Hayvanlardan alınan akciğer doku örnekleri % 10'luk formaldehit ile fikse edildi. Daha sonra doku örnekleri rutin histolojik işlemlerden geçirilerek parafine gömüldü. Parafin bloklardan alınan kesitler hematoksilen-eozin (H.E.) ile boyandı ve preparatlar Olympus BH-2 araştırma mikroskobunda incelenerek fotoğrafları çekildi.

Results

Kontrol grubuna ait akciğer doku kesitleri incelendiğinde, bronş, bronşiol, alveol ve pulmoner interstisyum yapılarının normal olduğu görüldü (Şekil 1). CCl₄ uygulanan sıçanlarda ise bronş ve bronşiollerin epitellerinde dökülme (Şekil 2), pulmoner interstisyumda hemoraji tespit edildi (Şekil 3). Ayrıca, yine bu grupta polimorf çekirdekli lökosit ve makrofaj infiltrasyonunun olduğu gözlendi (Şekil 4 ve 5). CCl₄ toksisitesi ile birlikte CAPE verilen sıçanlarda ise hafif hemorajik alanlar dışında akciğer doku yapısının normal bir görünüme sahip olduğu ve kontrol grubuna benzediği belirlendi (Şekil 6 ve 7).

Discussion

Karbon tetraklorür (CCl₄), karaciğer ve böbrek başta olmak üzere birçok organda doku hasarına neden olmaktadır[2,4,5,14,16]. Dokularda hasar oluşturma mekanizması, CCl₄'ün sitokrom P450 enzimi aracılığıyla oldukça toksik triklorometil (CCl₃) ve triklorometil peroksil (CCl₃O₂) serbest radikallerine dönüşümü sonrası başlayan lipit peroksidasyonu ile ortaya çıkan oksidatif hasar olarak açıklanmıştır[2-5].

Daha önce yapılmış olan deneysel çalışmalarda, CCl₄ toksisitesine bağlı olarak akciğer dokusunda da histopatolojik değişikliklerin meydana geldiği ortaya konmuştur. Abraham ve ark.[6], 12 hafta boyunca CCl₄ soluyan sıçanların akciğerlerinde oksidatif doku hasarının ve lipit peroksidasyonunun oluştuğunu ifade etmişlerdir. Paakko ve ark.[7,8] sıçanlar üzerinde yapmış oldukları benzer çalışmalarda, intraperitoneal yolla uygulanan CCl₄'ün, akciğerde interstisyel fibrozis, alveolar dejenerasyon, hemoraji ve ödeme yol açtığını göstermişlerdir. Miyamoto[9] CCl₄ toksisitesi sonucu akciğerde fibrozise bağlı olarak ağırlık artışının ve pneumoninin meydana geldiğini bildirmiştir. Frukawa ve ark.[10] ise sıçanlarda derialtı yolla verilen CCl₄'ün akciğerde lenfosit infiltrasyonuna neden olduğunu tespit etmişlerdir. Chen ve ark.[11] da, sıçanlar üzerinde gerçekleştirmiş oldukları çalışmalarında, CCl₄ uygulamasının akciğer tip II pneumositlerinde hasara yol açtığını bildirmişlerdir. Elde edilen bu histopatolojik bulgular daha sonra yine deneysel olarak yapılmış olan diğer araştırmalarla desteklenmiştir[12,13].

Yapmış olduğumuz bu çalışmada da, deneysel CCl₄ uygulamasının akciğerlerde önemli ölçüde doku hasarına yol açtığı ve belirgin histopatoloijk değişikler sergilediği belirlendi. CCl₄ uygulanan sıçanların akciğer doku örneklerinde; bronş ve bronşiol epitellerinde dökülme, pulmoner interstisyumda hemoraji, polimorf çekirdekli lökosit ve makrofaj infiltrasyonu göze çarpan bulgulardı. CCl₄'ün akciğerlerde oluşturduğu toksisite yönüyle, yapmış olduğumuz bu çalışmanın bulguları daha önce yapılmış olan araştırmaların sonuçları ile uyum göstermektedir.

Propolisin aktif bileşenlerinden olan CAPE'nin, hidroksil ve serbest oksijen radikallerinin yanı sıra büyük olasılıkla da peroksil radikali ve süperoksit anyonunun toksik etkilerini önleme yeteneğine sahip serbest radikal giderici bir ajan olduğu bildirilmiştir. Antioksidan aktivite sergileyen CAPE, çekirdek DNA'sı, membran lipitleri ve sitosolik proteinleri oksidatif hasara karşı korumada oldukça etkilidir[22]. CCl₄'ün oluşturduğu doku hasarına karşı antioksidan tedavilerin olumlu etkilerini gösteren sayısız çalışmaya karşın, CAPE'nin CCl₄ toksisitesine karşı etkinliğini inceleyen çalışma sayısı çok azdır. Bu çalışmalarda, CCl₄ toksisitesi sonucu karaciğer ve böbreklerde meydana gelen oksidatif doku hasarının CAPE tarafından önlendiği hem biyokimyasal hem de histolojik olarak gösterilmiştir[26,27]. Bu çalışmanın bulguları ile de, CCl₄ uygulamasına bağlı olarak akciğerlerde meydana gelen histopatolojik değişikliklerin önemli ölçüde düzeldiği ortaya kondu. Bir başka ifadeyle, CCl₄ toksisitesi ile birlikte CAPE verilen sıçanlardan alınan akciğer doku kesitlerinin hafif kanama odakları haricinde görünüm özelliklerinin kontrol grubuna benzediği belirlendi.

Işık mikroskobik düzeyde gerçekleştirmiş olduğumuz bu çalışma sonucunda, CCl₄ toksisitesine bağlı olarak akciğerlerde histopatolojik değişikliklerin meydana geldiği, meydana gelen bu mikroskobik değişikliklerin ise CAPE tarafından önlendiği belirlenmiştir.

References

1. Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR). Toxicological Profile for Carbon Tetrachloride. Atlanta: U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service, 2005.
2. Weber LW, Boll M, Stampfl A. Hepatotoxicity and mechanism of action of haloalkanes: carbon tetrachloride as a toxicological model. Crit Rev Toxicol 2003; 33: 105-136.
3. Thrall KD, Vucelick ME, Gies RA, et al. Comparative metabolism of carbon tetrachloride in rats, mice, and hamsters using gas uptake and PBPK modeling. J Toxicol Environ Health A 2000; 60: 531-548.
4. Ogeturk M, Kus I, Pekmez H, et al. Inhibition of carbon tetrachloride-mediated apoptosis and oxidative stress by melatonin in experimental liver fibrosis. Toxicol Ind Health 2008; 24: 201-208.
5. Rao PS, Mangipudy RS, Mehendale HM. Tissue injury and repair as parallel and opposing responses to CCl₄ hepatotoxicity: a novel dose-response. Toxicology 1997; 118: 181-193.
6. Abraham P, Wilfred G, Cathrine SP. Oxidative damage to the lipids and proteins pf the lungs, testis and kidney of rats during carbon tetrachloride intoxication. Clin Chim Acta 1999; 289: 177-179.
7. Paakko P, Ala-Kokko L, Ryhanen L. A light microscopic and biochemical study of carbon tetrachloride-induced pulmonary fibrosis in rats: the preventive effect of malotilate. Eur J Clin Invest 1987; 17: 340-346.
8. Paakko P, Anttila S, Sormunen R, et al. Biochemical and morphological characterization of carbon tetrachloride-induced lung fibrosis in rats. Arch Toxicol 1996; 70: 540-552.
9. Miyamoto K. Experimental study on changes of the pulmonary vessels in the cirrhotic rats. Nippon Geka Gakkai Zasshi 1995; 96: 44-53.
10. Furukawa T, Yasumoto K, Inokuchi K. Pulmonary interstitial edema in experimental cirrhosis of the liver in rats. Eur Surg Res 1984; 16: 366-371.
11. Chen WJ, Chi EY, Smuckler EA. Carbon tetrachloride-induced changes in mixed function oxidases and microsomal cytochromes in the rat lung. Lab Invest. 1977; 36: 388-394.
12. Zhang HQ, Yau YF, Szeto KY, et al. Therapeutic effect of Chinese medicine formula DSQRL on experimental pulmonary fibrosis. J Ethnopharmacol 2007; 109: 543-546.
13. Nagano K, Sasaki T, Umeda Y, et al. Inhalation carcinogenicity and chronic toxicity of carbon tetrachloride in rats and mice. Inhal Toxicol 2007; 19: 1089-1103.
14. Manautou JE, Silva VM, Hennig GE, Whiteley HE. Repeated dosing with the peroxisome proliferator clofibrate decreases the toxicity of model hepatotoxic agents in male mice. Toxicology 1998; 127: 1-10.
15. Das D, Pemberton PW, Burrows PC, et al. Antioxidant properties of colchicine in acute carbon tetrachloride induced rat liver injury and its role in the resolution of established cirrhosis. Biochim Biophys Acta 2000; 1502: 351-362.
16. Mbonifor JN, Chigbo FE, Mehendale HM. Polyamine protection against chemically induced hepatotoxicity. Int J Toxicol 2000; 19: 391-400.
17. Croquet V, Moal F, Veal N, et al. Hemodynamic and antifibrotic effects of losartan in rats with liver fibrosis and/or portal hypertension. Hepatol 2002; 37: 773-780.
18. Bahcecioglu IH, Ustundag B, Ozercan I, et al. Protective effect of ginkgo biloba extract on CCl₄-induced liver damage. Hepatol Res 1999; 15: 215-224.
19. Fadhel ZA, Amran S. Effects of black tea extract on carbon tetrachloride-induced lipid peroxidation in liver, kidneys, and testes of rats. Phytother Res 2002; 16: 28-32.
20. İlhan N, Seçkin D. Protective effect of Nigella sativa seeds on CCl₄-induced hepatotoxicity. Fırat Üniversitesi Sağlık Bilimleri Dergisi 2005; 19: 175-179.
21. Chao TC, Chao HH, Lin JD, Chen MF. Somatostatin and octreotide modulate the function of Kupffer cells in liver cirrhosis. Regul Pept 1999; 79: 117-124.
22. Ates B, Dogru MI, Gul M, et al. Protective role of caffeic acid phenethyl ester in the liver of rats exposed to cold stress. Fundam Clin Pharmacol 2006; 20: 283-289.
23. Banskota, AH, Tezuka Y, Kadota S. Recent progress in pharmacological research of propolis. Phytother Res 2001; 15: 561-571.
24. Özdem Türkoğlu A, Sarsılmaz M, Kuş İ, et al. Caffeic acid phenethyl ester (CAPE) prevents formaldehyde-induced neuronal damage in hippocampus of rats. Neuroanatomy 2007; 6: 66-71.
25. Pekmez H, Kuş İ, Çolakoğlu N, ve ark. Sıçanlarda sigara inhalasyonu sonucu prefrontal kortekste oluşan yapısal değişiklikler üzerine kafeik asit fenetil ester (CAPE)'in etkisi. Erciyes Üniversitesi Sağlık Bilimleri Dergisi 2004; 13: 18-25.
26. Kus I, Colakoglu N, Pekmez H, et al. Protective effects of caffeic acid phenethyl ester (CAPE) on carbon tetrachloride-induced hepatotoxicity in rats. Acta Histochem 2004; 106: 289-297.
27. Ogeturk M, Kus I, Colakoglu N, et al. Caffeic acid phenethyl ester protects kidneys against carbon tetrachloride toxicity in rats. J Ethnopharmacol 2005; 97: 273-280.
28. Grunberger D, Banerjee R, Eisinger K, et al. Preferential cytotoxicity on tumor cells by caffeic acid phenethyl ester isolated from propolis. Experientia 1988; 44: 230-232.