Sıçanda LPS ile indüklenen akut akciğer hasarı modelinde ibuprofenin pulmoner renin-anjiyotensin sistemi üzerine etkisi
Effect of ibuprofen on pulmonary renin-angiotensin system in LPS-induced acute lung injury model in rats
Yazar: MERT DENİZ DEĞERLİ
Danışman: PROF. DR. SİBEL GÖKSEL
Ege Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Tıbbi Farmakoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2024
Konu: Eczacılık ve Farmakoloji = Pharmacy and Pharmacology
Dizin: Akciğer = Lung ; Akciğer hastalıkları = Lung diseases ; COVID 19 = COVID 19 ; Lipopolisakkaritler = Lipopolysaccharides ; Renin anjiotensin sistemi = Renin angiotensin system ; Solunum sıkıntı sendromu = Respiratory distress syndrome ; İbuprofen = Ibuprofen

Özet:
ARDS yoğun bakım ünitelerindeki tüm hastaların ~%10'unda, yoğun bakım ünitesinde mekanik ventilasyon uygulanan hastaların ~%23'ünde görülen bir hastalıktır. Berlin tanımına göre: Solunum semptomları, bilinen bir klinik hasardan sonraki bir hafta içinde başlamış olmalı veya hasta önceki hafta yeni veya kötüleşen semptomlara sahip olmalıdır. Direkt grafi veya bilgisayarlı tomografi (BT) taramasında iki taraflı opasiteler mevcut olmalı ve bu opasiteler plevral efüzyon, lober kollaps, akciğer kollapsı veya pulmoner nodüller ile açıklanamamalıdır. Akut Akciğer Hasarı (AAH) tanımı bazı çalışmalarda ARDS ile sinonim olarak kullanılmakta, bazı sınıflandırmalarda ise hafif/orta ARDS'ye karşılık gelmektedir. 
Lipopolisakkarit (LPS) gram negatif bakterilerin hücre duvarında bulunan önemli bir bileşendir. Polar lipid baş grubu (lipit A) ve tekrarlayan disakkaritlerin zincirinden oluşan gram negatif bakterilerin dış zarında bulunan bir glikolipittir. LPS İnsanlara ve hayvanlara uygulandığında akciğer dokusuna lökosit birikimi, pulmoner ödem, akciğer dokusunun inflamasyonu ve mortalite gibi mikrovasküler akciğer hasarının önemli komponentlerinin oluşumunu sağlar. Direkt (pnömoni vb.) ve indirekt akciğer hasarının (sepsis vb.) önemli bir nedenidir. Akut akciğer hasarı, sıçanlarda intranazal, intratrakeal, intraperitoneal veya intravenöz LPS uygulamasıyla veya LPS iki vuruş yöntemiyle indüklenebilir.
İbuprofen propiyonik asit derivelerinin ilk üyesidir. Nonsteroidal Antiinflamatuar İlaçlar (NSAİİ) grubundandır. Günümüzde en yaygın kullanılan analjezik, antipiretik, antiinflamatuar tezgah üstü ilaçlardan (OTC) birisidir. İlacın yarılanma ömrü yaklaşık 2 saattir. Oral ilaç uygulamasında pik serum konsantrasyonlarına 1-2 saat sonra ulaşılmaktadır. Siklooksijenaz-1 (COX-1) ve Siklooksijenaz-2'nin (COX-2) nonselektif inhibitörüdür. Bir çalışmanın sonucunda ibuprofenin ACE2 kardiyak seviyelerini etkilemesi ve ACE2'nin aynı zamanda SARS-CoV-2 viral giriş reseptörü olması ibuprofenin COVID-19 enfeksiyonunda kullanımında soru işaretleri yaratmıştır. Bunun yanında NSAİ ilaçların pulmoner RAS akslarına (ACE-AngII-AT1R ve ACE2-Ang-(1-7)-Mas) etkileri yeterince aydınlatılamamıştır.
Çalışmamızda sıçanlar 4 gruba ayrılmıştır: Kontrol grubu (7 gün oral gavaj ile salin ve 7. günde i.p. salin uygulananlar, n:8), İbuprofen grubu (7 gün oral gavaj ile 40 mg/kg ibuprofen ve 7. günde i.p. salin uygulananlar uygulananlar, n:8), LPS grubu (7 gün oral gavaj ile salin ve 7. günde i.p. 10 mg/kg LPS uygulananlar, n:9), LPS+İbuprofen grubu (7 gün oral gavaj ile 40 mg/kg ibuprofen ve 7. günde i.p. 10 mg/kg LPS uygulananlar, n:9). İntraperitoneal salin veya LPS uygulamasını takiben 8. saatte hayvanların cerrahi olarak toraks boşluğu açıldı. İntrakardiyak kan alımı ve akciğer doku örneklerinin eldesi gerçekleştirildi. Kan örneklerinden WBC, NEU, LYM, MONO, EOS, BASO, PLT, RBC, Hb ve HTC parametreleri çalışıldı. Akciğer homojenatlarında ACE, ACE2, Ang II, Ang (1-7), Mas ve IL1 beta çalışıldı. Bunun yanında akciğer dokusu histopatolojik ve immünkimyasal boyamalar değerlendirildi. Akciğer Yaş/kuru ağırlık testi gerçekleştirildi.
Çalışmamızda ibuprofenin sağlıklı sıçanlara 7 gün boyunca 40 mg/kg dozda uygulandığında akciğer homojenatlarında Mas reseptör düzeyini değiştirmemekle birlikte ACE 2, Ang II ve Ang (1-7) düzeyini azalttığı, ayrıca önemli inflamatuvar bir mediyatör olan IL-1β düzeyini azalttığı saptandı, ancak bu esnada akciğer dokusunda herhangi bir histopatolojik değişikliğe neden olmadığı dikkati çekti. Sıçanlara 10 mg/kg dozda LPS uygulamasının 8 saat sonra akciğerin yaş/kuru ağırlığı arttırdığı, dolayısıyla akciğer ödemine neden olduğu saptandı. Bu makroskobik bulgu, akciğerin histopatolojik incelemesinde parankimal inflamasyon, interalveoler kalınlaşma, perivasküler/interstisyel ödem ve alveol duvar kalınlığında bariz bir artış; alveolar boşluklarda ve interstisyel alanda oldukça yoğun biçimde nötrofil infiltrasyonu ve hava boşluklarında debris materyelleri varlığı ile mikroskobik olarak da teyit edildi. İbuprofen uygulaması LPS ile indüklenen akciğer ödemini ve akciğer hasarı skorlamasını belirgin bir şekilde azalttı, ancak tamamen normal düzeylere döndüremedi. İbuprofenin bu etkisinde akciğer hasarı modelinde artmış olan COX2 ve NFkappaB protein düzeylerini baskılamasının aracılık ettiği gözlendi. 
LPS uygulaması sistemik olarak sıçanlarda NEU sayısında artışa, diğer taraftan lenfopeni ve trombositopeniye neden oldu, ibuprofen ön tedavisi hemogramdaki bu parametreleri değiştirmedi. LPS uygulaması akciğer dokusunda ACE/AngII/AT1-R ve ACE2/Ang(1–7)/Mas-R ekseni üstünde herhangi bir değişikliğe neden olmadı ve LPS ile indüklenen akciğer hasarı modelinde ibuprofen tedavisi de bu eksenler üstünde anlamlı bir etki oluşturmadı.

Abstract:
ARDS occurs in ~10% of all patients in intensive care units and in ~23% of mechanically ventilated patients in intensive care units. According to the Berlin definition: Respiratory symptoms must have started within one week of a known clinical injury or the patient must have new or worsening symptoms in the previous week. Bilateral opacities must be present on direct radiography or computed tomography (CT) scan and cannot be explained by pleural effusion, lobar collapse, lung collapse or pulmonary nodules. The definition of Acute Lung Injury (ALI) is used synonymously with ARDS in some studies and corresponds to mild/moderate ARDS in some classifications.
Lipopolysaccharide (LPS) is an important component of the cell wall of gram-negative bacteria. It is a glycolipid in the outer membrane of gram-negative bacteria consisting of a polar lipid head group (lipid A) and a chain of repetitive disaccharides. When administered to humans and animals, LPS induces important components of microvascular lung injury such as leukocyte accumulation in lung tissue, pulmonary edema, inflammation of lung tissue and mortality. It is an important cause of direct (pneumonia, etc.) and indirect lung injury (sepsis, etc.). Acute lung injury can be induced in rats by intranasal, intratracheal, intraperitoneal or intravenous administration of LPS or by the LPS two-hit method.
Ibuprofen is the first member of the propionic acid derivatives. It belongs to the Nonsteroidal Anti-inflammatory Drugs (NSAIDs) group. It is one of the most widely used analgesic, antipyretic, anti-inflammatory over-the-counter (OTC) drugs. The half-life of the drug is approximately 2 hours. In oral administration, peak serum concentrations are reached after 1-2 hours. It is a nonselective inhibitor of Cyclooxygenase-1 (COX-1) and Cyclooxygenase-2 (COX-2). As a result of a study, ibuprofen's effect on ACE2 cardiac levels and the fact that ACE2 is also the SARS-CoV-2 viral entry receptor raised questions about the use of ibuprofen in COVID-19 infection. In addition, the effects of NSAIDs on pulmonary RAS axes (ACE-AngII-AT1R and ACE2-Ang-(1-7)-Mas) have not been sufficiently elucidated.
In our study, rats were divided into 4 groups: Control group (7 days saline by oral gavage and 7th day i.p. saline, n:8), Ibuprofen group (7 days 40 mg/kg ibuprofen by oral gavage and 7th day i.p. saline on day 7, n:8), LPS group (saline by oral gavage for 7 days and 10 mg/kg LPS i.p. on day 7th, n:9), LPS+Ibuprofen group (40 mg/kg ibuprofen by oral gavage for 7 days and 10 mg/kg LPS i.p. on day 7th, n:9). The thoracic cavity of the animals was surgically opened at the 8th hour following intraperitoneal saline or LPS administration. Intracardiac blood sampling and lung tissue samples were obtained. Blood samples were analyzed for WBC, NEU, LYM, MONO, EOS, BASO, PLT, RBC, Hb and HTC parameters. ACE, ACE2, Ang II, Ang (1-7), Mas and IL1 beta were analyzed in lung homogenates. In addition, histopathologic and immunochemical staining of lung tissue was evaluated. Lung wet/dry weight test was performed.
In our study, ibuprofen administered to healthy rats at a dose of 40 mg/kg for 7 days decreased the levels of ACE 2, Ang II and Ang (1-7) in lung homogenates without changing the Mas receptor level, and also decreased the level of IL-1β, an important inflammatory mediator, but did not cause any histopathological changes in the lung tissue. LPS administration to rats at a dose of 10 mg/kg increased the wet/dry weight of the lung after 8 hours, thus causing pulmonary edema. This macroscopic finding was confirmed microscopically by histopathologic examination of the lung which showed parenchymal inflammation, interalveolar thickening, perivascular/interstitial edema and a significant increase in alveolar wall thickness; neutrophil infiltration in the alveolar spaces and interstitial space and the presence of debris materials in the air spaces. Ibuprofen administration markedly reduced LPS-induced pulmonary edema and lung injury scoring, but did not completely restore it to normal levels. This effect of ibuprofen was mediated by its suppression of COX2 and NFkappaB protein levels, which were increased in the lung injury model.
LPS administration systemically caused an increase in NEU count in rats, as well as lymphopenia and thrombocytopenia, whereas ibuprofen pretreatment did not alter these hemogram parameters. LPS administration did not cause any changes on ACE/AngII/AT1-R and ACE2/Ang(1-7)/Mas-R axis in lung tissue and ibuprofen treatment had no significant effect on these axes in the LPS-induced lung injury model.