Yazd?r

Sigara Duman?na Maruz Kalan S??anlarda Aortan?n Histopatolojik De?i?iklikleri ve Element ??erikleri 

Mustafa Cihat AVUNDUK*, Serdar YARDIMCI**, Kadirhan SUNGURLUO?LU***, Levent KURNAZ****,
Cem KO?KAR*****, Tuncay DEL?BA?I*****


        * Sel?uk ?niversitesi T?p Fak?ltesi, Patoloji Anabilim Dal?, KONYA

      ** Ankara ?niversitesi T?p Fak?ltesi, Fizyoloji Anabilim Dal?,

    *** Ankara ?niversitesi T?p Fak?ltesi, Biyokimya Anabilim Dal?,

  **** G?lhane Askeri T?p Akademisi, Biyokimya Anabilim Dal?,

***** Ankara Numune Hastanesi, ?? Hastal?klar? Klini?i, ANKARA

?ZET

Sigara duman?n?n s??an aortalar?nda olu?turdu?u histopatolojik de?i?iklikleri ve element i?eri?ini ara?t?rmak i?in deney grubu hayvanlara 90 g?n boyunca, g?nde bir saat 1/9 oran?nda sigara duman?/hava solutuldu. Bu s?rada kontrol grubundaki s??anlara da oda havas? solutuldu. Solutma i?leminin sonunda aortalar histopatolojik olarak incelendi. Element i?eri?i atomik absorbsiyon spektrofotometresi ile ?l??ld?. Histopatolojik olarak kontrol grubu aortalar?nda herhangi bir patoloji g?zlenilmedi. Sigara solutulan s??anlar?n aortalar?nda ise grade I ve II d?zeyinde aterosklerotik bulgular saptan?ld?. Sigara solutulan hayvanlar?n aortalar?nda, kontrol grubuna g?re demir ve kalsiyum d?zeyleri anlaml? derecede y?ksek bulunurken (p<0.05), magnezyum i?eri?i ise d???k bulundu (p<0.05). Arter duvar? demir ve kalsiyum i?eri?indeki art?? ile birlikte magnezyum i?eri?indeki azalman?n lipid peroksidasyonu art?rarak aterogenezi h?zland?rabilece?i d???n?ld?.

Anahtar Kelimeler: Sigara duman?, ateroskleroz, demir, kalsiyum, magnezyum, lipid peroksidasyon

SUMMARY

Element Contents and Histopathological Changes of Aorta in Smoke-Exposed Rats  

To investigate possible histopathological damage and changes in trace element concentrations in aorta following cigarette smoke exposure, we exposed experimental group of rats to 10% concentration of cigarette smoke 1 hour each day for 90 consecutive days. Sham-exposed control rats were inhaled room-air under similar condition. At the end of the experiment, specimens prepared from aorta were examined histopathologically. The iron, calcium and magnesium contents of aorta were determined by using atomic absorption spectrophotometty technique. Although there was no pathological finding in sham exposed control group, grade I to II atherosclerotic degeneration was observed in all smoke-exposed animals. The iron and calcium contents of aorta were found to be significantly higher in smoke exposed rats than those of the sham exposed control (p<0.05). Magnesium contents of aorta were lower in experimental group compared to the control animals (p<0.05). It is suggested that, enhanced iron and calcium together with decreased magnesium content of artery wall following smoke exposure can promote atherogenesis by increasing lipid peroxidation.

Key Words: Cigarette smoke, atherosclerosis, iron, calcium, magnesium, lipid peroxidation

G?R??

Sigara duman?n?n etkisinde kalan arteriyel endotelde ?e?itli morfolojik de?i?ikliklerin meydana geldi?i bildirilmektedir (1). Sigara i?imi ile koroner arter hastal?klar?n?n yak?n ili?kisinin bulundu?u da bilinen bir ger?ektir (2). Son ara?t?rmalarda endotel h?cre hasar? ile aterosklerotik hastal?klar?n direkt ili?kili oldu?u ?ne s?r?lm??t?r. Endotelial ge?irgenlik art??? aterosklerotik hastal?klar?n geli?iminde ?nc? rol oynamaktad?r. Bunda da hipertansiyon, hipoksi, imm?n kompleksler, karbonmonoksit ve plazma kolesterol d?zeyi art??? kadar sigara i?imi de etkili olmaktad?r (3-5).

Sigara duman? i?inde bulunan serbest radikaller endotel hasar?n?n en b?y?k sorumlusudur (6). Sigara duman? ile birlikte metal iyonlar? da inhale edilir (7, 8). Demir ve bak?r gibi ge?i? metal iyonlar? oksijen radikallerinin ?retimine arac?l?k ederek endotel hasar?n? art?r?rlar (6). Oksidatif zedelenme sonucu h?cre i?inde serbest kalsiyum konsantrasyonunun artt??? bilinmektedir. H?cre i?inde konsantrasyonu artan kalsiyum iyonu kalsiyuma ba??ml? proteazlar? aktive ederek h?cre hasar?n?n artmas?na arac?l?k eder. Bu nedenle serbest radikaller, metal iyonlar? ve h?cre i?inde serbestle?en kalsiyum iyonlar? birlikte zararl? etkiler olu?turmaktad?r (9). Dola??mda bulunan oksidan ajanlar artt??? zaman damar duvar? endotel hasar? olu?arak/ilerleyerek aterosklerozu h?zland?rmaktad?r (6).

Biz bu ?al??mam?zda uzun s?re sigara duman?na maruz b?rakt???m?z s??anlar?n aortalar?ndaki histopatolojik de?i?iklikleri ve element i?eri?ini incelemek istedik.

MATERYAL ve METOD

10-12 haftal?k 24 adet erkek Wistar s??an rasgele iki gruba ayr?ld?. ?elik kafeslerde su ve kuru haz?r yem ile beslendiler. E?it ko?ullarda g?n ????? alabilen temiz haval? ortamda bir hafta g?zlem alt?nda tutuldular. Yap?lan g?zlem sonucunda s??anlar?n hi?birisinde d?? muayene ile bir patoloji saptanmad?.

Deney grubundaki hayvanlara 1/9 oran?nda sigara duman?/oda havas? kar???m? g?nde bir saat olmak ?zere 90 g?n boyunca solutuldu. Deneysel ?al??mada filtresiz sigara kullan?ld? ve solutma i?lemi Chen ve ark.?n?n tarif etti?i d?zenek yard?m? ile yap?ld? (10). Kontrol grubuna da ayn? solutma i?lemi normal oda havas?yla ayn? ko?ullar alt?nda uyguland?.

Doksan g?n?n sonunda her iki gruptaki toplam 24 s??an eter anestezisi ile uyutulup, paslanmaz ?elik cerrahi aletlerle, sterilizasyon kurallar?na uymak ko?uluyla diseke edildi ve aortalar? ??kar?ld?. Her aortadan bir par?a patolojik inceleme i?in ayr?l?rken, kalan aorta par?alar?ndan element analizi yap?ld?.

Patolojik inceleme i?in ayr?lan doku par?alar? hemen %10?luk formaldehid ile tespit edildi. Daha sonra ototeknikon yard?m? ile doku takibine al?nd?. Takip edilen dokular parafine g?m?lerek blokland?. Mikrotom ile kesildi ve Hematoksilen Eozin ile boyanarak ???k mikroskopunda incelendi.

Element analizi i?in ayr?lan doku par?alar? ise 80˚C?de 24 saat kurutuldu. Kuruyan dokular 0.1 mikrogram d?zeyinde hassas elektronik terazide tart?ld? (Sartorius Basic Electrobalance, Model BA 1105, Almanya). ?rnekler iyondan ar?nd?r?lm?? k???k cam t?plere al?nd?. Elementten ar?nd?r?lm?? HNO3 ile ?n y?kama yap?ld?. Sonra distile su ile y?kand?. 5/1 oran?nda konsantre nitrik asit/perklorik asit kar???m? i?ine nakledildi. 140˚C?ye kadar ?s?t?larak organik k?s?mlar? sindirildi. Distile su ile standart bir vol?m olu?turulan t?plerin a?z? parafin film ile kapat?ld?. Element incelemesi yap?lana kadar +4˚C?de sakland?. Kalsiyum, magnezyum ve demir i?erikleri atomik absorbsiyon spektrofotometri tekni?i ile ?l??ld?. Doku element i?eri?i mikrogram/gram kuru doku a??rl??? olarak verildi (11).

?statistiksel analiz i?in Mann-Whitney U testi kullan?ld?. Sonu?lar ortalama ? standart sapma olarak verildi. p de?eri <0.05 olanlar istatistiksel olarak anlaml? kabul edildi.

BULGULAR

Aortan?n histopatolojik incelemesinde deney grubundaki s??anlarda l?menin yer yer duvar kal?nla?mas? nedeniyle darald??? g?zlendi (?ekil 1). Kal?nla?man?n izlendi?i alanlarda boyanman?n daha soluk oldu?u dikkat ?ekti. Tariflenen b?lgede lipid y?kl? makrofajlar g?zlendi ve hafif derecede fibrotik reaksiyon izlendi (?ekil 2). Ayn? ?artlar alt?nda sadece oda havas? solutulan s??anlar?n aortalar?nda ise herhangi bir histopatolajik de?i?iklik saptanmad?.

Aortan?n demir ve kalsiyum i?eri?i incelendi?inde, sigara duman? solutulan hayvanlarda kontrol grubu hayvanlar?na g?re ?nemli derecede y?kseklik bulundu (p<0.05). Aortan?n magnezyum i?eri?i ise sigara solutulan s??anlarda daha d???kt? (p<0.05) (Tablo 1 ).

TARTI?MA

Aterosklerotik kalp ve damar hastal?klar? bat? d?nyas?nda ?nde gelen mortalite ve morbidite nedenleri aras?nda yer ald??? i?in, ?a??m?z?n en ?nemli hastal?klar? aras?nda bulunmaktad?r. Hastal???n etyolojisinde yer alan bask?n risk fakt?rleri aras?nda her ya? ve cins grubunda pop?laritesini koruyan sigara i?iminin de yer almas? dikkat ?ekicidir (4).

Aterosklerozda karakteristik lezyon bir endotel tabakas? ile kapl? d?z kas h?creleri ve fibr?z dokudan bir kep ile birlikte, sar?mt?rak renkte lipit i?eren bir g?bekten olu?mu? fibr?z bir plakt?r (4,12). Bu genel histopatolojik tarif esas olmak ?zere, aterosklerotik lezyon hastal???n ?iddetine g?re de?i?ik seviyelerde kar??m?za ??kabilir. Aterosklerotik lezyonun 5 grade?e ayr?larak de?erlendirilmesi olay?n ?iddetini a??klamas? bak?m?ndan daha de?erlidir (13-15). Bu ?al??mada sigara duman? solutulan s??anlar?n aortalar? histopatolojik olarak inceledi?inde aterosklerotik lezyonun, 6 olguda grade I seyiyesinde oldu?u g?zlenirken, 6 olguda ise grade I?i a??p %25?den az l?men daralmas? ve median?n 1/3?l?k k?sm?nda gev?ek ba? dokusu olu?turmas? ile grade II seviyesine ula?t??? tespit edildi. Normal oda havas? solutulan s??anlar?n aortas? ise lezyon izlenmeyen grade 0 seviyesindeydi. B?ylelikle 90 g?nde ve g?nde bir saat gibi az bir s?re sigara duman? solutulan s??anlar?n aortalar?nda grade I ve II d?zeyinde aterosklerotik lezyon geli?ti?i histopatolojik olarak belirlendi. Etkinin devam etmesi ve ?iddetinin artmas? halinde daha ileri grade?lerde lezyon izlenebilece?i d???n?ld?.

Sigara duman? solutulan s??anlar?n aortalar?nda ?ok say?da lipit y?kl? makrofajlar g?zlendi (?ekil 2) Aterosklerotik lezyonun geli?im a?amalar?nda lipid y?kl? makrofajlar?n erken d?nemlerden itibaren ortaya ??kt?klar? bilinmektedir. Bu ?al??mada tarif edilen lezyon alanlar?nda ortaya ??kan lipid y?kl? makrofajlar sigara duman?n?n ateroskleroz geli?imini uyar?c? etkisine kan?t olu?turmaktad?r (16-18).

Kontrol grubundaki s??anlarda bu t?r de?i?ikliklerin g?r?lmemesi, izlenilen patolojik de?i?ikliklerin sigara duman? solumaya ba?l? olarak geli?ti?ine i?aret etmektedir.

Bu ?al??mada sigara duman? solutulan s??anlar?n aortalar?nda demir ve kalsiyum i?eri?i, kontrol grubuna g?re daha y?ksek de?erlerde bulunmu?tur. Deney grubundaki s??anlar?n aortalar?ndaki magnezyum i?eri?i ise kontrol grubuna g?re daha d???kt?r (Tablo 1). Sigara duman? ?inko, bak?r, demir gibi eser elementler kur?un, kadmiyum gibi a??r metalleri y?ksek konsantrasyonlarda i?ermektedir (8). Sigaralar?n filtre k?sm? inhale edilen metal iyonlar?n? ?nemli miktarda tutarlar. Ancak sigara ile a???a ??kan yan dumanda bu etki g?r?lmedi?i i?in, filtresiz sigara i?imi ile veya pasif sigara i?ici durumundakilerde, bu metal iyonlar?n?n solunum yolu ile organizmaya giri?i ?ok daha fazla olmaktad?r (8). ?al??mam?zda deney grubundaki s??anlar?n filtresi ??kar?lm?? sigara duman?n? pasif olarak solumalar? sa?lanm??t?r. Bu nedenle sigara duman? solutulan s??anlar?n aortalar?ndaki konsantrasyonlar? artan demirin en ?nemli kaynaklar?ndan biri, inhalasyon yolu ile dola??ma kat?lan serbest demir iyonlar? olabilir.

Sigara duman? metal iyonlar?n?n yan?s?ra oksijen serbest radikalleri, aromatik hidrokarbonlar, pestisidler gibi pek?ok toksik irritan ve h?cre zedelenmesine arac?l?k eden madde de i?ermektedir. Sigara duman?na maruz kalan s??anlarda g?r?len endotel zedelenmesi aterosklerotik lezyonlar?n geli?iminde anahtar rol oynamaktad?r (6). Sigara duman? solutulan s??anlar?n aortalar?nda tesbit edilen y?ksek kalsiyum i?eri?i bu endotel zedelenmesinin sonucu olabilir. Zira zedelenmi? endotelin h?cre d???nda y?ksek konsantrasyonda bulunan kalsiyuma kar?? ge?irgenli?inin artt??? d???n?lmektedir (9).

Magnezyum h?cre i?erisinde daha y?ksek konsantrasyonlarda bulunan bir elementtir (19). Sigara solumaya ba?l? damar duvar? zedelenmesi h?cre i?inden magnezyumun h?cre d???na ??k???na yol a?abilir. Bizim sigara duman? solutulan s??anlar?n aortalar?nda tespit etti?imiz daha d???k magnezyum d?zeyi bu hipotezi do?rular niteliktedir. Zira magnezyum eksikli?i ?eken ki?ilerde aterosklerotik s?recin h?zland??? tespit edilmi?tir (19).

Demir iyonu gibi ge?i? metalleri oksijen radikallerinin ?retimini uyararak h?cre zedelenmesini art?rmaktad?r. Bu nedenle sigara duman? solutulan s??anlarda damar duvar?nda konsantrasyonu artan demir iyonlar? serbest oksijen radikalleri ile birlikte damar endotel hasar? olu?umuna katk?da bulunmaktad?r (6). H?cre membran?ndaki zedelenmeyi takiben damar duvar?nda konsantrasyonu artan kalsiyum, kalsiyuma ba??ml? proteolitik enzimlerin aktivite kazanmas?na yol a?arak aterosklerotik s?re?te etkili olmaktad?r. Magnezyum ise fizyolojik bir kalsiyum antagonistidir. H?cre i?i magnezyum konsantrasyonundaki azalma da kalsiyumun etkisini uyararak, kalsiyum ba??ml? proteazlar?n aktivitesinde ve bu yolla h?cre zedelenmesinde art??a arac?l?k etmektedir (19).

Bu ?al??mada deney hayvanlar?na sigara duman? solutman?n aortadaki demir ve kalsiyum i?eri?ini art?r?rken, magnezyum i?eri?ini azaltt??? tespit edilmi?tir. Damar duvar?nda tespit etti?imiz iyon de?i?ikliklerinin hepsi h?cresel hasara neden olarak aterosklerotik lezyonun geli?iminde temel olu?turabilir. Nitekim damar duvar?ndaki iyon de?i?ikliklerinin, sigara solumaya ba?l? damar duvar? hasar?n? ortaya koymadaki etkinli?ini ara?t?rmak i?in daha ileri d?zeyde ?al??malara ihtiya? duyulmaktad?r.

KAYNAKLAR

  1. Zimmerman M, McGeachie J. The effect of nicotine on aortic endothelium: a quantitative ultrastructural study. Atherosclerosis 1987; 63: 33-41.
  2. Pittilo RM, Bull HA, Gualati S, et al. Nicotine and cigarette smoking: effect on the ultrastructure of aortic endothelium. Int J Exp Path 1990; 74: 573-586.
  3. Roberge S, Bazin M, Bauter M. Endothelial cell coat modifications in rat thoracic aorta. Effect of ovariectomy and cigarette smoke. Experientia 1983; 39: 72-74.
  4. Cotran RS, Kumar V, Robbins SL. Robbins Pathologic Basis of Disease. Philadelphia, WB Saunders Comp, 1994: 473-476.
  5. Pittilo RM. Cigarette smoking and endothelial injury: a review. Adv Exp Med Biol 1991; 273: 61-78.
  6. Halliwell B. Free radicals, reactive oxygen species and human disease: a critical eveluation with special referenceto atherosclerosis. Br J Exp Pathol 1989; 70: 737-757.
  7. Church DF, Pryor WA. Free radical chemistry of cigarette smoke and its toxicological implications. Environ Healt Perspect 1985; 64: 111-126.
  8. Mussalo-Rauhamaa H, Salmela SS, Leppanen A, Pyysalo H. Cigarette as a source of some trace and heavy metals and pesticides in man. Arch Environ Health 1986; 41: 49-55.
  9. Orrenius S, McConkey DJ, Nicotera P. Role of calcium in toxic and programmed cell death. Biol React Intermed 1991; 283: 419-425.
  10. Chen BT, Weber RE, Yeh HC, et al. Deposition of cigarette smoke particles in the rat. Fundam Appl Toxicol 1989; 13: 429-438.
  11. Kirkbright GF. Atomic absorptions spectroscopy in elemental analysis of biological materials. Technical Report Series 197. IAEA, Vienna, 1980: 41-45.
  12. Pearson TA, Kramer EC, Soles K, Heptinstal RH. The human atherosclerotic plaque. Am J Pathol 1987; 86: 657-664.
  13. Avunduk MC, Bilge Y. 100 otopsi vakas?nda ateroskleroz bulgular?. Optimal T?p Dergisi 1994; 7: 23-29.
  14. Cheung FMF, Pang SW, Loke SL, Lau SH: Coronary atherosclerosis among HongKong Chinese. A histological and morphometric study using electronic digitizer. Pathology 1984; 16: 381-386.
  15. Fawal M, Berg GA, Wheatley DJ, Harland WA. Sudden coronary death in Glasgow. Nature and frequency of acute coronary lesions. Br Heart J 1987; 57: 329-335.
  16. Hoff HF, O?Neil J. Lesion-derived low density lipoprotein and oxidized low density lipoprotein share ability for aggregation, leading to enhanced macrophage degradation. Arterioscler Thromb 1991; 11: 1209-1222.
  17. Liu SQ, Fung YC. Changes in the structure and mechanical properties of pulmonary arteries of rats exposed to cigarette smoke. Am Rev Respir Dis 1993; 148: 768-777.
  18. Mahlberg FH, Giick JM, Jerome WG, Rothblat GH. Metabolism of cholestery ester lipid droplets in a J774 macrophage foam cell model. Biochem Biophys Acta 1990; 1045: 291-298.
  19. Dauban S, Bronsky MA, Whang DD, Whang R. Significance of magnesium in congestive heart failure. Am Heart failure. Am Heart J 1996; 132: 664-671.

YAZI?MA ADRES?:

Dr. Serdar YARDIMCI

Y?ksel Cad. No: 33/14

K?z?lay, ANKARA

Yazd?r