Karbondioksit ve karbonmonoksite maruz bırakılan sıçanlarda biyokimyasal ve moleküler genetik parametrelerin değişimi
Variation of biochemical and molecular genetic parameters in rats exposed to carbon monoxide and carbon dioxide
Yazar: MUSTAFA DOĞAN
Danışman: PROF. DR. OSMAN CELBİŞ
İnönü Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Adli Tıp Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2015
Konu: Adli Tıp = Forensic Medicine
Dizin: Asfiksi = Asphyxia ; Biyokimya = Biochemistry ; Genetik = Genetics ; Karbon dioksit = Carbon dioxide ; Karbonmonoksit = Carbon monoxide ; Karbonmonoksit zehirlenmesi = Carbon monoxide poisoning ; Moleküler genetik = Molecular genetic ; Sıçanlar = Rats ; Toksisite = Toxicity

Özet:
Toksikolojik analizlerin objektif kriterler sağlayarak, herhangi bir kuşkuya yer vermeden sonuçlanması analizlerin adli olayların aydınlatımasındaki önemini göstermektedir. Örneğin; otopsi esnasında soğuğa bağlı gelişen bir ölü lekesinin karbonmonoksit zehirlenmesinde de benzer şekilde görülebileceği Adli Tıp pratiğinde karşılaşılan bir durumdur. Aynı zaman da açık bir alanda yanan bir cesetten bakılan kanda karboksihemoglobin (COHb) seviyesinin ölümcül sınırlar içerisinde olmaması tanı ve ayırıcı tanılarda problemlere yol açabilmektedir. Gelişen analiz yöntemi ve bu yöntemlerin uygulandığı cihazları adli toksikoloji alanında kullanmak daha az metaryal ile daha net sonuçlar vermek Adli Toksikoloji ve Adli Tıbbın teknoloji ile birlikte ilerlemesine katkıda bulunacaktır. Biyokimyasal ve Genetik Toksikolojinin gelişimi ile ölçümü yapılabilen genotoksisite reaksiyonları, Adli Toksikolojinin sağlayacağı interdisipliner yaklaşımlarla Adli Tıbbın gelişimi ve kriminal olayların daha etkin bir şekilde aydınlatılmasına katkıda bulunacaktır.
Karbonmonoksitin neden olduğu asfiksilerde, karboksihemoglobin (CO-Hb) düzeyi kullanılmakla birlikte, oluşan toksisite durumunun her insanda farklılık göstermesi ve ağırlık derecesinin her zaman için COHb düzeyi ile korale olmaması nedeniyle farklı mekanizmaların da toksisitede yer aldığı düşünülmektedir. Bu durumun açıklanması için karboksihemoglobinden daha spesipik belirteçler bulmaya yönelik çalışmalar gün geçtikçe artmaktadır. 
Asfiksi olgularının ayrımında klasik bilgi olarak globin türevi olan hemoglobin ve miyoglobin üzerinden teoriler öne sürülmektedir. Neuroglobin (Nöroglobin) ise globin türevleri içerisinde bulunan yeni tanımlanmış bir monomerik globin türevidir.  Nöro-endokrin dokularda nöroprotektif rolü olduğu yönünde çalışmalar yapılan ve nöroglobin, 2000'li yılların başında tanımlanmıştır. Nöroglobinin; hemoglobin ve myoglobin gibi hem- türevi içeren, insan ve omurgalılarda bulunan solunumsal bir protein olduğu belirtilmektedir. Çalışmalarda Merkezi sinir sisteminde (MSS) ve Çevresel Sinir Sistemi (ÇSS) en yüksek ifade düzeyine sahip olduğu, retinada yüksek olmakla birlikte esas olarak beyinde sentezlendiği bildirilmiştir. Adenohipofiz, böbrek üstü bezi, testisler gibi endokrin dokularda sentezlendiği yönünde görüşler mevcuttur. Beyinde hasar nedeniyle oluşan durumlarda, arsenik gibi nörotoksik ajanlara bağlı oluşan durumlarda nöroglobin sentezi ile ilgili çalışmalar yapılmıştır. 
Bu araştırmada karbondioksit ve karbonmonoksite maruz kalan ratların beyin ve kan dokusunda biyokimyasal parametrelerin değişimi, beyin dokusunda nöroglobin gen ifade seviyeleri ve histopatolojik olarak beyin dokusundaki değişimlerin belirlenmesi amaçlandı. Nöroglobin sentezinin karbonmonoksitin etkisi ile karbondioksitin etkisinden farklı miktarda oluşacağı hipotezi kuruldu.
Yapılan çalışmadan çıkan sonuçlara göre; sıçanlardan alınan kan gazlarında maruz kontrol grubuna göre karbondioksit grubunda pCO2, karbonmonoksit grubunda pHCO yüksekliği kontrol grubuna göre yüksek bulunmuştur. pH ve HCO3 değerleri arasındaki farklılığa bağlı oksidan streste artış olduğu düşünülmüştür.
Histopatolojik analizlere bakıldığında, karbonmonoksit grubunda olan nöronal hasarın karbonmonoksit grubuna göre daha ciddi seviyelerde olduğu anlaşılmaktadır. Karbonmonksit ve karbondioksidin oluşturduğu asfiksi mekanizmalarının farklılığı bu duruma neden olabilir. Karbondioksitin globüler affinitesinin karbonmonoksite göre düşük olması ve oksijene tersinir bağlanmanın kolaylıkla sağlanması, karbondiokisit maruzyetindeki hasarın göreceli olarak hafif olmasını açıklayabilir.
Biyokimyasal analizlerde kontrol grubuna göre her iki grupta da oksidan/antioksidan dengesizlik olduğu ve oksidan aktivitenin artmış olduğu görülmüştür. Oksidan stresin artmış olmasının organizmada çeşitli metabolik düzensizliklere neden olacağı bilinmektedir. Her iki maruziyet arasında farklılıklar bulunması literatür bilgilerini doğrulamaktadır.
Genetik toksikoloji açısından Türkiye'de ilk kez yaptığımız çalışmamızın hipotezinde ön gördüğümüz nöroglobin mRNA seviyesi ile ilgili değişikliklerin olduğu, ancak gruplar arası istatistiksel olarak anlamlı bir farklılığın bu dozlar ve sürede gerçekleşmediği görülmüştür. Grupların ortalaması düşünüldüğünde her iki grubun ortalamasının da kontrol grubundan yüksek olduğu görülmektedir. Nöroprotektif etkisi olan ve hipokside sentezlendiği belirtilen nöroglobin mRNA'sının sentezlenme düzeyi, verilen gazların maruziyet süresi ve maruz bırakılan dozların değişimi sağlandığında, bu çalışmadan farklı sonuçlar alınabilmesini sağlayabilir. Ayrıca bir mRNA'nın sadece bir adet protein sentezi ile sınırlı kalmaması, birden fazla veya ortam koşullarına göre değişken miktarda protein sentezi sağladığı bilinmektedir. Bu nedenle nöroglobinin protein seviyesi ile nöroglobin mRNA düzeyinin birbirinden farklı olabileceğini unutmamak gerekir. Çalışmamızın, genetik toksikolojiyi ilgilendiren bu tür deneysel hayvan çalışmalarının yapılmasına örnek olacağını düşünmekteyiz. Ayrıca adli toksikoloji açısından henüz ülkemizde gelişmemiş olan interdisipliner bir yaklaşıma da öncülük etmiş olmanın gururunu yaşamaktayız.

Anahtar kelimeler: Karbonmonoksit Zehirlenmesi, Karbondioksit Maruziyeti, Asfiksi, Nöroglobin, CO-Hb

Abstract:
By providing objective criteria of the toxicological analysis and the conclusion which takes place mostly without any doubt demonstrates the importance of the analysis. For instance, cold-induced dead spots during an autopsy can be seen in a similar way of  carbon monoxide poisoning and this is a situation encountered in forensic science practice. At the same time, if the carboxyhemoglobin (COHb) level from blood sample taken from a corpse which was burnt in an open area is not in lethal boundaries may lead to problems in diagnosis and differential diagnosis. Developing methods of analysis and using the devices that apply these methods in the field of forensic toxicology and using less materials to get clearer results will contribute the development toxicology and forensic medicine along with the technology. The genotoxicity reactions which can be measured by the development of Biochemical and Genetic Toxicology along with interdisciplinary approach provided by Forensic Toxicology will contribute the development of Forensic Science and enlightenment of criminal cases more effectively. 
	In asphyxia caused by carbon monoxide, although using carboxyhemoglobin (CO-Hb) level, the resulting toxicity condition differs in each man. Besides, the severity of the case is not all the time correlated with the COHb level, therefore different mechanisms are thought to be involved in toxicity. In order to explain this situation the studies on more specific indicators than carboxyhemoglobin is increasing day by day. In the differentiation of asphyxia cases, some theories have been proposed as a classical information on the derivative of hemoglobin and myoglobin. Neuroglobin is a newly defined derivative of monomeric globin derivatives. Neuroglobin, which assumed to have neuroprotective role in neuroendocrine tissues from the conducted studies, was defined at the beginning of 2000s. The neuroglobin is reported to be a respiratory protein, which contains Hem- derivatives like hemoglobin and myoglobin, is found in human and vertebrates. In the studies stated that, the central nervous system (CNS) and Peripheral Nervous System (CSS) have the highest expression level, retina has a high level, however, the mainly it is synthesized in the brain. There are some opinions about some other organs like Anterior pituitary, adrenal gland, the testes and endocrine tissue which may synthesize it. Some studies on Neuroglobin synthesis because of the cases caused by the damage of brain and neurotoxic agents that result in cases such as arsenic were done. 
In this study, the change of parameters in blood and brain tissues of rat which were exposed to carbon monoxide and carbon dioxide, neuroglobin gene expression levels in brain tissues and the histopathological changes in brain tissues aimed to be determined. The hypothesis arose from the idea that neuroglobin synthesis will be in different amounts by the effects of carbon dioxide and carbon monoxide.
According to the results of the study; the gases taken from the blood rats showed that pCO2 was high in carbon dioxide group and pHCO was high in carbon monoxide group when we compare them with the control group. The increase in oxidative stress was due to differences between pH ve HCO3 values. 
When we look at histopathological analysis, it was seen that neuronal damage in the carbon group was in  more serious levels than the carbon monoxide group. The differences in asphyxia mechanisms because of carbon monoxide and carbon dioxide, could cause this situation. 
Globular affinity of carbon dioxide is lower than carbon monoxide and the easiness of reversible binding to oxygen may relatively explain why the exposure to carbon dioxide is less. In biochemical analysis, oxidant / antioxidant imbalance has been observed in both groups when compared to the control group and an increase in oxidant activity has also been seen. It is known that the increase in oxidant stress may lead to various metabolic disorders in organisms. The determination of the differences between two exposures confirm the literature. In the hypothesis of our genetic toxicology study, which was the first study in Turkey, we anticipated that there was changes related to neuroglobin mRNA level, however, statistically significant differences between groups during this time and dose was not observed. When the average of the groups considered, the average of the two groups appear to be higher than the control group. 
If the level of neuroglobin mRNA, synthesized in hypoxia and is mentioned to have neuroprotective effect, provided and the change of the exposure time and doses of the given gases are achieved, this study may get different results. Besides, it is known that an mRNA is not limited with only one protein synthesis, it could synthesize more than one or a different number of proteins depending on the environmental conditions. Therefore, we need to remember that the protein level of neuroglobin and neuroglobin mRNA's might be different from each other. We think that our study will be an example to experimental animal studies which involves genetic toxicology.
In addition, we  are proud to have pioneered to an undeveloped interdisciplinary approach in terms of forensic toxicology in our country.
Keywords: Carbon monoxide poisoning, exposure to carbon dioxide, asphyxia, neuroglobin, CO-Hb