The Role of Recombinant Human Erythropoietin in Lipid Peroxidation and Platelet-Activating Factor Generation in a Rat Model of Necrotizing Enterocolitis

Summary

In the present study we examined the effect of recombinant human erythropoietin (rhEPO) on intestinal malondialdehyde (MDA) as an index of lipid peroxidation, related to iron-catalysed free radical reaction and platelet-activating factor (PAF) synthesis in the experimental model of necrotizing enterocolitis (NEC).

Three groups, each consisting of eight 1-day-old Wistar albino rat pups, were studied; Group 1, hypoxia-reoxygenation; Group 2, hypoxia-reoxygenation and rhEPO pretreatment; Group 3, control. rhEPO was given 750 U/kg/week by intraperitoneal injection three times a week for 2 weeks. On day 15th of life, hypoxia was induced by placing rat pups in a 100 % CO₂ chamber for 5 min. After hypoxia, the rat pups were reoxygenated for 10 min with 100 % oxygen and returned to their mothers. All pups were killed at 4 h following hypoxia-reoxygenation. The abdomen was opened and representative samples of injured areas were taken for histopathologic examination. MDA and PAF levels were determined in the intestine. Significantly increased intestinal MDA content was found in Group 1 rat pups compared to Group 2 and Group 3 pups (p < 0.001 and p < 0.001, respectively). However, PAF concentrations were highly elevated in the intestine of Group 1 and Group 2 pups (p > 0.05) when compared to the intestine of Group 3 pups (p < 0.001 and p < 0.001, respectively). Histopathologic findings did not differ between Groups 1 and 2.

The present study demonstrates that oxygen-derived free radicals and PAF are involved in the pathophysiological mechanism of the development of NEC. This study also shows that administration of rhEPO significantly decreases lipid peroxidation; however, PAF generation was not inhibited in hypoxia-induced bowel necrosis.

Résumé

Dans ce travail, les auteurs étudient l'effet de l'érythropoïétine humaine recombinante (rhEPO) sur la malondialdehyde (MDA) comme un indice de la per oxydation lipidique en rapport avec la synthèse des facteurs d'activation des plaquettes (PAF) dans un modèle expérimental d'entérocolite nécrosante (NEC). Trois groupes de 8 rats nouveau-nés Wistar albinos sont étudiés. Groupe 1: hypoxie-oxygénation, Groupe 2: hypoxie-oxygénation et pré traitement par rhEPO, Groupe 3: contrôle. RhEPO est donnée par injection intra péritonéale trois fois par semaine pendant deux semaines à la dose de 750 unités/kg/semaine. Au 15 ^e jour de vie, l'hypoxie est induite en plaçant les rats pendant 5 minutes sous 100 % de CO₂. Après l'hypoxie, les rats sont re-oxygénés pendant 10 minutes sous 100 % d'oxygène et replacés auprès de leur mère. Tous les animaux sont tués 4 heures après l'hypoxie-oxygénation. L'abdomen est ouvert et des biopsies intestinales sont prélevées. MDA et PAF sont dosées dans l'intestin. Une élévation significative est trouvée dans le Groupe 1 comparé au Groupe 2 et 3 (p < 0,001 et p < 0,001 respectivement).

Malgré que les concentrations en PAF soient très élevées dans l'intestin des Groupes 1 et 2 (p > 0,05) par comparaison à l'intestin du Groupe 3 (p < 0,001 et p < 0,001 respectivement), les constatations histopathologiques ne diffèrent pas dans les Groupes 1 et 2. Cette étude démontre que les radicaux libres dérivés de l'oxygène et le PAF sont concernés dans les mécanismes physiopathologiques de NEC. Cette étude montre aussi que l'administration de rhEPO diminue signicativement la per oxydation lipidique bien qu'elle inhibe pas la production de PAF dans la nécrose hypoxique de l'intestin.

Resumen

En esta investigación examinamos el efecto de la eritropoyetina humana recombinante (rhEPO) sobre el malondialdehido (MDA) intestinal como índice de peroxidación lipídica relacionada con una reacción de radicales libres catalizada por hierro así como la síntesis factor activador de plaquetas (PAF) en un modelo experimental de enterocolitis necrotizante (NEC). Estudiamos tres grupos de 8 ratas Wistar de un día:

Grupo 1, hipoxia-reoxigenación, Grupo 2, hipoxia-reoxigenación y rhEPO, Grupo 3 control. Se administró la rhEPO a una dosis de 750 U/kg/semana por inyección intraperitoneal 3 veces por semana durante 2. En el día 15 de vida se indujo hipoxia colocando las ratas en una cámara al 100 % de CO₂ durante 5 minutos. Tras la hipoxia se reoxigenaron los animales durante 10 minutos con oxígeno al 100 % y se devolvieron a sus madres. Todos los animales fueron sacrificados a las 4 horas después de la hipoxia-reoxigenación. Se abrió el abdomen y se obtuvieron muestras representativas de las áreas afectadas para examen histopatológico. Se determinaron los niveles de MDA y PAF en el intestino y se encontraron incrementos significativos del MDA intestinal en las ratas de del Grupo 1 en comparación con las del 2 y el 3 (p < 0,001 y p < 0,001 respectivamente). Sin embargo, las concentraciones de PAF estaban muy elevadas en el intestino de los animales del Grupo 1 y del 2 (p > 0,05) en comparación con las del Grupo 3 (p < 0,001 y p < 0,001 respectivamente). Los hallazgos histopatológicos no fueron diferentes entre los Grupos 1 y 2.

Este estudio demuestra que los radicales libres derivados de oxígeno y el PAF están implicados en el mecanismo fisiopatológico del desarrollo de NEC. También muestra que la administración de rhEPO disminuyó significativamente la peroxidación lipídica pero que no inhibió la generación de PAF en la necrosis del intestino inducida por hipoxia.

Zusammenfassung

In der vorliegenden Studie wird im experimentellen Modell einer nekrotisierenden Enterokolitis (NEC) der Effekt des rekombinierten Human-Erythropoietins (rhEPO) auf Malondialdehyd des Darmes als Hinweis auf die Lipid-Peroxidation in Relation zur eisen-katalysierten, frei radikalen Reaktion und der Plättchen-Aktivierungsfaktorsynthese (PAF) untersucht. Drei Gruppen von jeweils acht 1-Tag-alten Wistar-Albinorattenbabies wurden untersucht: Gruppe 1, Hypoxie-Reoxygenierung; Gruppe 2, Hypoxie-Reoxygenierung und Vorbehandlung mit rhEPO; Gruppe 3, Kontrollgruppe. RhEPO wurde in einer Dosierung 750 U/kg/Woche intraperitoneal 3 × wöchentlich für die Dauer von 2 Wochen gegeben. Am 15. Lebenstag wurde die Hypoxie induziert, indem man die Ratten-Neugeborenen für 5 Minuten in einer Kammer 100 % CO₂ aussetzte. Nach der Hypoxie wurden die Ratten mit 100 % Sauerstoff reoxygeniert und ihren Müttern zurückgegeben. Vier Stunden nach der Hypoxie-Reoxygenierung wurden alle Rattenbabys getötet. Das Abdomen wurde geöffnet und repräsentative Proben geschädigter Bezirke entnommen. Die MDA (Malondialdehyd) und PAF-Spiegel im Gewebe wurden bestimmt. In der Gruppe 1 der Tiere wurden signifikant erhöhte MDA-Spiegel gefunden im Gegensatz zu den Gruppen 2 und 3 (p < 0,001 und p < 0,001 respektive). Die PAF-Konzentration war jedoch deutlich erhöht im Darm der Tiere von Gruppe 1 und 2 (p < 0,05), im Vergleich zum Darm der Tiere von Gruppe 3 (p < 0,001 und p < 0,001 respektive). Die histopathologischen Befunde der Gruppen 1 und 2 unterschieden sich nicht. Schlussfolgerung: Die vorliegende Studie zeigt, dass sauerstoffabhängige freie Radikale und PAF in den pathophysiologischen Mechanismus der Entwicklung einer nekrotisierenden Enterokolitis einbezogen sind. Die Studie zeigt aber auch, dass die Gabe von rhEPO die Lipidperoxydation signifikant herabsetzt, jedoch die PAF-Entstehung bei einer Hypoxie induzierten Darmnekrose nicht verhindert.

Key words

Antioxidant - Erythropoietin - Lipid peroxidation - Necrotizing enterocolitis - Platelet-activating factor

Mots-clés

Antioxydant - Érythripoïétine - Per oxydation lipidique - Entérocolite nécrosante - Facteur d'activation des plaquettes

Palabras clave

Antioxidante - Eritropoyetina - Peroxidación lipídica - Enteritis necrotizante - Factor activador de plaquetas

Schlüsselwörter

Antioxydantien - Erythropoietin - Lipid-Peroxidation - Nekrotisierende Enterokolitis - Plättchen-aktivierender Faktor

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