Advances in Clinical and Experimental Medicine

Title abbreviation: Adv Clin Exp Med
JCR Impact Factor (IF) – 1.736
5-Year Impact Factor – 2.135
Index Copernicus  – 168.52
MEiN – 70 pts

ISSN 1899–5276 (print)
ISSN 2451-2680 (online)
Periodicity – monthly

Download original text (EN)

Advances in Clinical and Experimental Medicine

2006, vol. 15, nr 2, March-April, p. 233–240

Publication type: original article

Language: English

Protective Effect of Allopurinol in Intestinal Ischemia−Reperfusion Injury in Rats

Ochronny wpływ allopurynolu w urazie niedokrwiennym jelita cienkiego u szczurów

Wanda Tyran1,, Tomasz Dawiskiba2,, Grzegorz Terlecki1,, Elżbieta Czapińska1,, Kamila Stach1,, Katarzyna Rogozik1,, Danuta Kwiatkowska1,, Janusz Dawiskiba3,

1 Department of Medical Biochemistry, Silesian Piasts University of Medicine in Wrocław, Poland

2 Department of Vascular, General and Transplantation Surgery, Silesian Piasts University of Medicine in Wrocław, Poland

3 First Clinic of General, Gastroenterological and Endocrine Surgery, Silesian Piasts University of Medicine in Wrocław, Poland

Abstract

Background. Acute intestinal ischemia of various origin may lead to tissue anoxia followed by morphological changes (even necrosis) and disorders of cellular metabolism. These changes may be reversible if duration of ischemia is not too long. Restoration of blood circulation is accompanied by synthesis and release of reactive forms of oxygen in significant amounts. Reaction of xanthine oxidase is one of the main sources of this phenomenon. Allopurinol – a competitive inhibitor of xanthine oxidase may show a protective effect on cellular oxidative stress.
Objectives. Evaluation of the influence of intestinal ischemia−reperfusion injury on intensity of histopathological changes and some biochemical parameters in rats on allopurinol therapy vs the control group.
Material and Methods. All experiments were performed on inbred male Buffalo rats, 14 individuals in each studied group. Intensity of mucosal ischaemic changes in small intestine was diagnosed by 6−degree point scale according to Chiu et al. [12]. Activity of the xanthine oxidase, superoxide dismutase, β−glucuronidase and malonyldialdehyde concentration were determined in supernatants of small intestine homogenates.
Results. Deep mucosal changes were observed in small intestine wall of the rats after 50−minute ischemia. However, reperfusion caused partial withdrawal of the changes. Small intestines of rats treated with allopurinol were damaged to a considerably lesser extent. Xanthine oxidase activity was not influenced by 50−minute ischemia and 60−minute reperfusion, although it was strongly inhibited by allopurinol. Superoxide dismutase activity was increased in ischemia and reperfusion and presence of allopurinol amplified this rise. β−glucuronidase activity and malondialdehyde concentration were unchanged in comparison with the control group (p−value > 0.05).
Conclusion. It was found that allopurinol had protective role in intestinal ischemia−reperfusion injury in rats. In response to oxidative stress, caused by temporary ischemia and reperfusion, activity of antioxidative enzyme – superoxide dismutase rose and allopurinol amplified this increase.

Streszczenie

Wprowadzenie. Ostre niedokrwienie jelita cienkiego, wywołane różnymi przyczynami, powoduje niedotlenienie tkanki, w następstwie czego są m.in. zmiany martwicze oraz zaburzenia metabolizmu komórkowego. Odwracalność tych zmian jest uzależniona od czasu trwania niedokrwienia, a przywróceniu krążenia naczyniowego towarzyszy synteza i uwalnianie znacznych ilości reaktywnych form tlenu (RFT). Za jedną z głównych przyczyn wydzielania RFT uważa się reakcję oksydazy ksantynowej. Allopurynol – inhibitor kompetycyjny oksydazy – może więc wykazywać ochronny wpływ na komórkę w warunkach stresu oksydacyjnego.
Cel pracy. Ocena wpływu niedotlenienia i reperfuzji na głębokość zmian histologicznych w śluzówce jelita oraz na niektóre wskaźniki biochemiczne komórek jelitowych szczurów leczonych i nieleczonych allopurynolem.
Materiał i metody. Do badań przeznaczono wsobny szczep samców szczurów rasy Buffalo w liczbie 14 osobników w każdej z badanych grup. Ostre niedokrwienie jelita cienkiego wywoływano zaciśnięciem pnia tętnicy krezkowej. Stopień zmian niedokrwiennych śluzówki jelita cienkiego oznaczano sześciostopniową skalą punktową. W supernatantach homogenatów jelitowych oznaczano aktywności oksydazy ksantynowej, dysmutazy ponadtlenkowej, β−glukuronidazy oraz ilości dialdehydu malonowego.
Wyniki. Po zaciśnięciu tętnicy krezkowej stwierdzono istotne niedokrwienne zmiany patologiczne w śluzówce jelit, a reperfuzja powodowała częściowe wycofywanie się tych zmian. Jelita szczurów leczonych allopurynolem w znacznie mniejszym stopniu ulegały uszkodzeniu. 50−minutowe niedokrwienie i późniejsza reperfuzja nie wpływały na aktywność oksydazy ksantynowej, allopurynol natomiast silnie ją hamował. Aktywność dysmutazy ponadtlenkowej zwiększała się w wyniku niedotlenienia i reperfuzji. Wzrost ten potęgowała obecność allopurynolu. Aktywność β−glukuronidazy oraz zawartość dialdehydu malonowego nie wykazywały zmian istotnych statystycznie w porównaniu z wynikami uzyskanymi w grupie kontrolnej.
Wnioski. Stwierdzono ochronny wpływ allopurynolu na stopień zaawansowania zmian histologicznych śluzówki jelit. W odpowiedzi na stres oksydacyjny, wywołany przejściowym niedokrwieniem i reperfuzją, aktywność enzymu antyoksydacyjnego – dysmutazy ponadtlenkowej – zwiększała się, a allopurynol ją wzmagał.

Key words

ischemia−reperfusion intestinal injury, xanthine oxidase, superoxide dismutase

Słowa kluczowe

uraz niedokrwienny jelita, oksydaza ksantynowa, dysmutaza ponadtlenkowa

References (23)

  1. Newman T, Magnuson TH, Ahrendt SA, Smith−Meek MA, Bender JS: The changing face of mesenteric infraction. Am Surg 1998, 64, 611–616.
  2. Oldenburg WA, Lau LL, Rodenberg TJ, Edmonds HJ, Burger CD: Acute mesenteric ischemia: a clinical review. Arch Intern Med 2004, 164, 1054–1062.
  3. Mallick IH, Yang W, Winslet MC, Seifalian AM: Ischemia−reperfusion injury of the intestine and protective strategies against injury. Dig Dis Sci 2004, 49, 1359–1377.
  4. Sola A, Hotter G, Prats N, Xaus C, Gelpi E Rosello−Catafau J: Modification of oxidative stress in response to intestinal preconditioning. Transplantation 2000, 69, 767–772.
  5. Ceran C, Sonmez K, Turkyllmaz Z, Demirogullari B, Dursun A, Duzgun E, Basaklar AC, Kale N: Effect of bilirubin in ischemia/reperfusion injury on rat small intestine. J Pediatr Surg 2001, 36, 1764–1767.
  6. Cuzzocrea S, Mazzon E, Costantino G, Serraino I, De Sarro A, Caputi AP: Effects of n−acetylcysteine in rat model of ischemia and reperfusion injury. Cardiovasc Res 2000, 47, 537–548.
  7. Sener G, Akgun U, Satiroglu H, Topaloglu U, Keyer−Uysal M: The effect of pentoxifylline on intestinal ischemia/reperfusion injury. Fundam Clin Pharmacol 2001, 15, 19–22.
  8. Kacmaz M, Ozturk HS, Karaayvaz M, Guven C, Durak I: Enzymatic antioxidant defence mechanism in rat intestinal tissue is changed after ischemia−reperfusion. Can J Surg 1999, 42, 427–431.
  9. Terzi C, Kuzu A, Aslar AK, Kale IT, Tanik A, Koksoy C: Prevention of deleterious effects of reperfusion injury using one−week high−dose allopurinol. Dig Dis Sci 2001, 46, 430–437.
  10. Ciz M, Cizova H, Lojek A, Kubala L, Papezikova I: Ischemia/reperfusion injury of rat small intestine: the effect of allopurinol dosage. Transplant Proc 2001, 33, 2871–2873.
  11. Kulah B, Besler HT, Akdag M, Oruc T, Altinok G, Kulacoglu H, Ozmen MM, Coskun F: The effect of verapamil vs. allopurinol on intestinal ischemia/reperfusion injury in rats. Hepatogastroenterology 2004, 51, 401–407.
  12. Chiu CJ, McArdle AH, Brown R, Scott HJ, Gurd FN: Intestinal mucosal lesion in low−flow states. Arch Surg 1970, 101, 478–483.
  13. Sato A, Kuwabara Y, Sugiura M, Seo Y, Fujii Y: Intestinal energy metabolism during ischemia and reperfusion. J Surg Res 1999, 82, 261–267.
  14. Vejchapipat P, Williams SP, Spitz L, Pierro A: Intestinal metabolism after ischemia−reperfusion. Pediatr Surg 2000, 35, 759–764.
  15. Jacob T, Ascher E, Hingorani A, Kallakuri S: Glicine prevents the induction of apoptosis attributed to mesenteric ischemia/reperfusion injury in rat model. Surgery 2003, 134, 457–466.
  16. Guo−Hao W, Hao W, Yan−Wei Z, Zhao−Han W, Zhao Guang W: Glutamine supplemented parenteral nutrition prevents intestinal ischemia−reperfusion injury in rats. World J Gastroenerol 2004, 10, 2592–2594.
  17. Sukhotnik I, Helou H, Mogilner J, Lurie M, Bernsteyn A, Coran AG, Shiloni E: Oral arginine improves intestinal recovery following ischemia−reperfusion injury in rat. Pediatr Surg Int 2005, 21, 191–196.
  18. Byrka−Owczarek K, Steplewska−Mazur K, Krason M, Bohosiewicz J, Koszutski T, Wojtynek G: The evaluation of the protective action of antioxidants on small intestine of rabbits experimentally injured by ischemia and reperfusion. J Pediatr Surg 2004, 39, 1226–1229.
  19. Ates B, Yilmaz I, Gecki H, Iraz M, Birincioglu M, Fiskin K: Protective role of melatonin given either before ischemia or prior to reperfusion on intestinal ischemia−reperfusion damage. J Pineal Res 2004, 37, 149–152.
  20. Vatistas NJ, Snyder JR, Nieto J, Hildebrand SV, Woliner MJ, Harmon FA, Barry SJ, Drake C: Morphologic changes and xanthine oxidase activity in the equine jejunum during flow ischemia and reperfusion. Am J Vet Res 1998, 59, 772–776.
  21. Bianciardi P, Scorza R, Ghilardi G, Samaja M: Xanthine oxido−reductase activity in ischemic human and rat intestine. Free Radic Res 2004, 38, 919–925
  22. Li CY, Jackson RM: Reactive species mechanism of cellular hypoxia−reoksygenation injury. Am J Physiol Cell Physiol 2002, 282, 227–241.
  23. Riaz AA, Wan MX, Schafer T, Dawson P, Menger MD, Jeppsson B, Thoriacius H: Allopurinol and superoxide dismutase protect against leucocyte−endothelium interaction in a novel model colonic ischaemia−reperfusion. Br J Surg 2002, 89, 1572–1580.