Electrocardiographic and Biochemical Evidence for the Cardioprotective Effect of Vitamin E in Doxorubicin-Induced Acute Cardiotoxicity in Rats

Abstract

Background/Aims: Cardiotoxicity is a major side effect limiting the use of doxorubicin, a potent chemotherapeutic agent, in the treatment of pediatric neoplastic diseases. The effect of vitamin E in doxorubicin-induced cardiotoxicity in rats has been studied. Methods: Eighteen Wistar male rats (age 60 - 100 days, weighing 175 - 260 g) were divided into three groups of six: group A (controls); group B (doxorubicin-treated rats); and group C (pretreatment with a high dose of vitamin E followed by doxorubicin treatment). The weights of the rats were measured daily. The rats were sacrificed seven days after the last dose of doxorubicin injection by an overdose of ether. Electrocardiogram (ECG) tracings were recorded before sacrificing the rats. The ECG tracings were then evaluated for rate and rhythm disorders by assessing the PR, ST, and QT intervals. In group B rats ECG tracings were taken three days after the completion of doxorubicin treatment, while in group C rats they were taken at the end of 2 weeks of vitamin E pretreatment and again 3 days after the completion of doxorubicin treatment. Serum levels of creatine phosphokinase (CPK‐MB), lactic dehydrogenase (LDH), and serum glutamic oxaloacetic transaminase (SGOT) were assessed from an intracardiac blood sample taken at the time of sacrificing the rat. Results: Mean weight ranged from 205 - 226 g. Mean total dose of doxorubicin in groups B and C ranged from 36 - 38 mg. The PR intervals in the three groups were recorded as 0.006, 0.070, 0.057 s for groups A, B, and C, respectively (p = 0.0024) and the QT interval as 0.023, 0.120, 0.088 s in groups A, B, and C, respectively (p = 0.00089). The ST elevation due to doxorubicin toxicity was significantly reversed by vitamin E treatment. The difference in the levels of CPK‐MB and LDH between the three groups was found to be statistically significant. Serum SGOT levels also varied between the three groups but were not statistically significant. Conclusion: Vitamin E pretreatment prevented the PR, QT, and ST segment changes caused by doxorubicin. Vitamin E treatment helped to decrease the levels of CPK‐MB and LDH that were increased due to myocardial damage caused by the doxorubicin. There is sufficient evidence to believe that vitamin E protects the rat myocardium from doxorubicin-induced damage.

Résumé

Buts: La cardiotoxicité est un effet majeur limitant l'utilisation de la Doxorubicine qui est un puissant agent chimiothérapique dans le traitement des néoplasies de l'enfant. Les effets de la vitamine E dans la cardiotoxicité induite par la Doxorubicine a été étudiée chez le rat. Méthodes: 18 rats mâles Wistar (âgés de 60 à 100 jours et pesant de 175 à 260 g) ont été divisés en trois groupes de 6: groupe A (contrôle), groupe B (rats traités par la doxorubicine) et groupe C (prétraitement avec de hautes doses de vitamine E suivi par un traitement par la Doxorubicine). Les poids des rats étaient mesurés chaque jour. Les rats étaient sacrifiés, sept jours après la dernière injection de doxorubicine, par une overdose d'éther. L'électrocardiogramme (ECG) est enregistré avant de sacrifier les rats. Les tracés électrocardiographiques évaluaient pour les désordres de la fréquence et du rythme en précisant les intervalles PR, ST et QT. Dans le groupe B, les tracés électrocardiographiques des rats étaient enregistrés trois jours après le traitement par la doxorubicine alors que dans le groupe C les rats étaient enregistrés après deux semaines de prétraitement par la vitamine E et à nouveau après trois jours de traitement par la Doxorubicine. Les taux sériques de créatine phosphokinases (CPK - MB), d'acide lactique déshydrogénase (LDH) et de sérum glutamique oxaloacétique transaminase (SGOT) était étudiés par un prélèvement de sang intracardiaque prélevé au moment du sacrifice. Résultats: Le poids moyen variait de 205 à 226 g. La dose totale de Doxorubicine dans le groupe B et C atteignait 36 à 38 mg. L'intervalle PR dans les trois groupes était enregistré à 0,006, à 0,070, à 0,057 secondes dans le groupe A, B et C respectivement (p = 0.0024) et l'intervalle QT mesuré à 0,023, 0,120, 0,088 secondes dans les groupes A, B et C respectivement (p = 0,00089). L'élévation de ST due à la toxicité de la doxorubicine était significativement améliorée par le traitement par la vitamine E. Les différences dans les taux de CPK-MB et de LDH entre les trois groupes n'étaient pas trouvées significatives. Le taux de transaminases SGOT variait aussi dans les trois groupes mais n'étaient pas statistiquement significatifs. Conclusion: Le prétraitement par la vitamine E prévient les modifications de PR, QT et ST causées par la doxorubicine. Le traitement par la vitamine E aide à faire décroître le taux de CPK-MB et de LDH qui sont augmentés consécutivement au dommage myocardique causé par la doxorubicine. Ceci est suffisant pour croire que la vitamine E protège le myocarde du rat des dommages induits par la doxorubicine.

Resumen

Antecedentes: La cardiotoxicidad es el efecto colateral mayor que limita el uso de la doxorrubicina, un potente agente quimioterápico que se usa en el tratamiento de las neoplasias infantiles. Hemos estudiado el efecto de la vitamina E sobre la cardiotoxicidad inducida por la doxorrubicina en ratas. Métodos: Se formaron 3 grupos de 6 ratas Wistar macho (edad 60 - 100 días, peso 175 - 260 g.): grupo A (controles), grupo B (ratas tratadas con doxorrubicina) y grupo C (tratadas con dosis altas de vitamina E seguidas de doxorrubicina). Se midieron los pesos diariamente. Se sacrificaron las ratas 7 días tras la última dosis de doxorrubicina con una sobredosis de éter. Se realizaron electrocardiogramas (ECG) antes de sacrificar a las ratas. Los trazados se evaluaron con atención a la frecuencia y trastornos del ritmo midiendo los intervalos PR, ST y QT. En las ratas del grupo B se hicieron ECG tras dos semanas de tratamiento con vitamina E y tres días después de completar el de doxorrubicina. Los niveles séricos de creatinfosfoquinasa (CPK-MB), láctico deshidrogenasa (LDH) y transaminasa glutámico oxalacética (SGOT) fueron medidos en muestras de sangre intracardiaca tomadas en el momento del sacrificio de la rata. Resultados: El peso medio osciló entre 205 y 226 g. La dosis media total de doxorrubicina en los grupos B y C osciló entre 36 y 38 mg. El intervalo PR en los 3 grupos fue de 0,006, 0,070, 0,57 seg. en los grupos A, B y C respectivamente (p = 0,0024) y el intervalo QT fue de 0,023, 0,120, 0,088 seg. (p = 0,00089). La elevación del segmento ST debida a la toxicidad por doxorrubicina se revertió significativamente con el tratamiento con vitamina E. Las diferencias en los niveles de CPK-MB y LDH entre los tres grupos fueron estadísticamente significativas. Los niveles de SGOT variaron también entre los tres grupos pero no de forma significativa. Conclusión: El pretratamiento con vitamina E evitó los cambios de los segmentos PR, QT y ST causados por la doxorrubicina. El tratamiento con vitamina E ayudó a disminuir los niveles de CPK-MB y LDH que estaban aumentados debido al daño miocárdico causado por la doxorrubicina. Hay evidencia suficiente para creer que la vitamina E protege al miocardio de la rata del daño inducido por la doxorrubicina.

Zusammenfassung

Der Effekt von Doxorubicin ist durch eine Kardiotoxizität eingeschränkt. Sonst ist Doxorubicin ein sehr potentes Medikament, um neoplastische Erkrankungen im Kindesalter zu behandeln. In der vorliegenden Studie wird der Effekt von Vitamin E auf die Doxorubicin-Kardiotoxizität bei Ratten untersucht. Methodik: 18 männliche Wistar-Ratten im Alter von 60 - 100 Tagen, Gewicht 175 - 260 g, wurden in 3 Gruppen à 6 Tiere unterteilt: Gruppe A: Kontrolltiere, Gruppe B: Doxorubicin-behandelte Ratten und Gruppe C: Mit Vitamin E vorbehandelte Tiere, die später mit Doxorubicin behandelt wurden. Das Gewicht der Tiere wurde täglich gemessen. Die Ratten wurden nach Gabe der letzten Dosis von Doxorubicin mit einer Überdosis Äther getötet. Vor Sakrifizierung der Ratten wurde ein EKG durchgeführt, welches auf Rhythmusstörungen, PR-, ST‐ und QT-Intervalle überprüft wurde. Bei den Tieren der Gruppe B wurde das EKG 3 Tage nach Beendigung der Doxorubicin-Behandlung durchgeführt, bei den Tieren der Gruppe C am Ende von 2 Wochen Vitamin-E-Vorbehandlung und erneut 3 Tage nach Abschluss der Doxorubicin-Therapie. Außerdem wurden die Blutspiegel der Kreatininphosphokinase (CPK‐MB), der Laktat-Dehydrogenase (LDH) und die Serumglutaminoxaloacetattransaminase (SGOT) in intrakardialen Blutproben zum Zeitpunkt des Todes der Tiere untersucht. Ergebnisse: Das Durchschnittsgewicht der Tiere schwankte zwischen 205 und 226 g. Die Gesamtdosis von Doxorubicin in den Gruppen B und C lag zwischen 36 und 38 mg. Die PR-Intervalle in den 3 Tiergruppen lagen bei 0,006, 0,070 und 0,057 s, in den Gruppen A, B und C respektive (p = 0,0024). Die QT-Intervalle in den Gruppen A, B, C betrugen 0,023, 0,120 und 0,088 s (p = 0,00089). Die ST-Anhebung - bedingt durch die Toxizität des Doxorubicins - konnte signifikant durch Vitamin-E-Gabe verringert werden. Die Unterschiede der CPK‐MB‐ und LDH-Werte in den 3 Gruppen waren statistisch signifikant. Die Serum-SGOT-Spiegel variierten ebenfalls in den 3 Gruppen, waren jedoch nicht statistisch signifikant. Schlussfolgerung: Eine Vitamin-E-Vorbehandlung verhindert PR-, QT- und ST-Veränderungen im EKG, wie sie sonst durch Doxorubicin verursacht werden. Die Vitamin-E-Vorbehandlung hilft auch, die Werte von CPK‐MB und LDH zu senken, als Hinweis, dass auf diese Weise der Myokardschaden, der sonst durch Doxorubicin verursacht werden könnte, verringert wird. Die vorliegende Arbeit gibt daher ausreichende Hinweise dafür, dass Vitamin E Myokardschäden bei der Ratte, die in Folge einer Doxorubicinbehandlung entstehen könnten, zu verhindern vermag.

Key words

Doxorubicin - vitamin E - cardiotoxicity

Mots-clés

Doxorubicine - vitamine E - cardiotoxicité

Palabras clave

Doxorrubicina - vitamina E - cardiotoxicidad

Schlüsselwörter

Doxorubicin - Vitamin E - Kardiotoxizität

References

• 1 Billingham M E, Masek M A. The pathology of anthrocycline cardiotoxicity in children, adolescents and adults. Politi PM Cardiotoxicity after Treatment for Childhood Cancer. New York, USA; Wiley-Liss, Inc. 1993: 17-24
• 2 Caulfield J B, Bittner V. Cardiac matrix alteration induced by adriamycin.  Am J Pathol. 1988;  133 298-305
• 3 Ghatak A, Brar M J, Agarwala A, Goel N, Rastogi A K. Free radicals in heart failure and therapeutic role of vitamin E.  Int J Cardiol. 1996;  57 119-127
• 4 Goldfarb A H, McIntosh M R, Boyer B T. Vitamin E attenuates myocardial oxidative stress induced by DHEA in rested and exercised rats.  J Appl Physiol. 1996;  80 486-490
• 5 Guarnienic C, Giordanao E, Muscari C, Caldarera C M. Vitamin E can protect against oxidative damage.  Cardiovasc Res. 1995;  30 153-155
• 6 Kvetina J, Grossmann V, Svoboda Z, Sofarova M. Preclinical comparison of bis diketopiperazine ethane on the adriamycin cardiotoxic effect.  Neoplasma. 1997;  44 97-99
• 7 Le C T, Hollar T, van der Valk E J, Franken N A. Protection of myocyte against free radical damage accelerated turnover of glutathione redox cycle.  Eur Heart J. 1995;  16 553-562
• 8 Li R K, Cowan D B, Mickel D A, Weisel R D, Burton C W. Effect of vitamin E on glutathione peroxidase expression in cardiomyocytes.  Free Radic Biol Med. 1996;  21 419-422
• 9 Powell S R, McCay P B. Inhibition of doxorubicin induced membrane damage by thio compounds: toxicological implication of a glutathione dependant microsomal factor.  Free Radic Biol Med. 1995;  18 159-168
• 10 Puri A, Maulik S K, Ray R, Bhatnagar V. Cardioprotective effect of vitamin E in doxorubicin induced acute cardiotixicity in rats.  J Indian Assoc Paediatr Surg. 2001;  6 112-118
• 11 Rajagopalan S, Politi P M, Sinha B K, Myers C E. Adriamycin induced free radical formation in the perfused rat heart: implications for cardiotoxicity.  Cancer Res. 1988;  48 466-469
• 12 Shan K, Lincoff M, Young J M. Anthracycline induced cardiotoxicity.  Ann Intern Med. 1996;  125 47-58
• 13 Vora J, Khaw B A, Narula J, Boroujevdi M. Protective effect of butylated hydroxyanisole on adriamycin induced cardiotoxicity.  J Pharm Pharmacol. 1996;  48 940-944