Abdominal cerrahi modeli oluşturulan sıçanlarda aydınlık-karanlık döngüsünün ve melatonin reseptörlerinin postoperatif iyileşme sürecindeki rolü
The role of the light-dark cycle and melatonin receptors on the postoperative recovery after abdominal surgery in rats
Yazar: AHMET AKMERCAN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA ÜMİT UĞURLU
Marmara Üniversitesi / Tıp Fakültesi / Cerrahi Hastalıklar Ana Bilim Dalı
Derece: Tıpta Uzmanlık, 2023
Konu: Genel Cerrahi = General Surgery

Özet:
Giriş ve Amaç: Gelişen cerrahi tekniklere rağmen, postoperatif iyileşme sürecinde komplikasyonlar yaygındır. Sirkadiyen ritmi bozan yapay ışıkla aydınlatılmış hastane odalarında bakım verildiği göz önüne alındığında, sürekli ışık maruziyetinin ve melatonin tedavisinin postoperatif iyileşme periyodu üzerine etkilerini incelemeyi amaçladık.

Gereç ve Yöntem: Ketamin anestezisi altında, yetişkin erkek Sprague-Dawley sıçanlara (n=56) sham-operasyonu (kontrol) veya 20 dakika boyunca superior mezenterik arter klemplenerek intestinal iskemi (abdominal cerrahi) uygulandı. Ameliyatı takiben, iskemik gruplar normal ışık döngüsü (12/12 cerrahi) veya 24 saat-sürekli ışık (24/0 cerrahi) altında takip edildi. "12/12 ve 24/0 cerrahi" gruplarındaki sıçanlara melatonin (10 mg/kg/gün), melatonin+luzindol (melatonin antagonisti, 0.25 mg/kg/gün) veya taşıyıcı enjekte edildi. Sıçanlar 4. günde dekapite edilmeden önce takip eden günlerde davranış testleri yapıldı. Serumda pro-inflamatuar sitokinler (TNF-α, IL-1B ve IL-6) ölçüldü. Bağırsak dokularında mikroskobik hasar skorları, oksidan-antioksidan parametreler ve BMAL1 gen ekspresyonu değerlendirildi.  Feçes örneklerinde Proteobacteria, Bacteroidetes ve Actinobacteria filumları ölçüldü. İstatistiksel analizler için tek yönlü ANOVA kullanıldı ve p<0.05 istatistiksel anlamlı kabul edildi.

Bulgular: Ağırlık değişimi, gıda tüketimi, bağırsak hareketliliği ve histolojik hasar skorları tüm gruplarda benzerdi. Lokomotor aktivite, kontrol grubu ile karşılaştırıldığında, taşıyıcı ve melatonin+luzindol ile tedavi edilen "12/12 ve 24/0 cerrahi" gruplarında azalmış (p<0.05-0.01), ancak sadece melatonin ile tedavi edilen gruplarda azalmamıştır. Taşıyıcı ve melatonin+luzindol ile tedavi edilen "12/12 ve 24/0 cerrahi" gruplarında delikli levha testi donma süresinde (anksiyete göstergesi) artış gözlenirken (p<0.05-0.01), melatonin anksiyeteyi ortadan kaldırmıştır. IL-6 seviyeleri taşıyıcı ve melatonin+luzindol ile tedavi edilen "12/12 cerrahi" gruplarında yükselmiş (p<0.05), ancak melatonin ile tedavi edilen gruplarda yükselmemiştir. Bağırsaklardaki reaktif oksijen türleri (ROS) seviyeleri taşıyıcı ve melatonin+luzindol ile tedavi edilen gruplarda yükselmiş (p<0.05-0.001), ancak melatonin ile tedavi edilen gruplarda yükselmemiştir. Taşıyıcı ile tedavi edilen "24 cerrahi" grubunda yükselen bağırsak miyeloperoksidaz aktivitesi melatonin tarafından baskılanmış (p<0.05), ancak luzindol tarafından tersine çevrilmemiştir. 5 günlük sürekli ışığa maruz kalma protokolü BMAL1 gen ifadesini değiştirmiş, ancak sürekli ışık sırasında melatonin reseptörünün bloke edilmesi bağırsak BMAL1 gen ifadesini azaltmıştır. Melatonin tedavisi, ışık siklusundan bağımsız olarak taşıyıcı gruplarında meydana gelen Proteobacteria artışını geri çevirmiştir. Tüm cerrahi gruplarında Bacteroidetes filumunda artış izlenmiş ve melatonin reseptörlerinin bloke edilmesi artan Bacteroidetes filumunu azaltmıştır.

Sonuç: Postoperatif dönemde aydınlık-karanlık döngüsünden bağımsız olarak, melatonin tedavisi anksiyeteyi azaltır, lokomotor aktiviteyi artırır ve reseptöre bağlı bir mekanizma ile ROS oluşumunu ve inflamatuar yanıtı inhibe eder. Melatonin, postoperatif dönemde meydana gelen disbiyozis için potansiyel bir düzenleyici olabilir.

Abstract:
Introduction: Despite developing surgical techniques, complications are common during post-surgical recovery. Regarding that care is given in hospital rooms illuminated with artificial light, which disrupts circadian rhythm, our aim was to evaluate impact of continuous light exposure and effect of melatonin treatment on impaired functions during postoperative recovery.

Material and Method: Under ketamine anesthesia, adult male Sprague-Dawley rats (n=56) underwent sham-operation or intestinal ischemia by clamping superior mesenteric artery for 20 min. Following surgery, ischemic groups were placed in normal cycle (NC,12h/12h-dark/light) or 24h-continuous-light (CL) exposure. Rats in NC/CL ischemic groups were subcutaneously injected with either melatonin (10 mg/kg/day), melatonin+luzindole (melatonin antagonist, 0.25 mg/kg/day) or vehicle. Behavioral tests were made on following days before rats were decapitated on 4 th day. Pro-inflamatory cytokines (TNF-α, IL-1 ve IL-6) were measured in serum. Microscopic damage scores, oxidant-antioxidant parameters and BMAL1 gene expression were determined in intestinal tissues. Proteobacteria, Bacteroidetes and Actinobacteria phyla were measured in fecal samples as indicators of microbiota. One-way ANOVA was used for statistical analyses.

Results: Weight change, food consumption, intestinal motility and histological damage scores were similar in all groups. When compared to sham group, locomotor activity was decreased in vehicle- and melatonin+luzindole-treated NC/CL groups (p<0.05-0.01), but not in only-melatonin-treated groups. Increased freezing time on hole-board (indicating anxiety) was observed in vehicle- and melatonin+luzindole-treated NC/CL groups (p<0.05-0.01), while melatonin abolished anxiety. IL-6 levels were elevated in vehicle- and melatonin+luzindole-treated NC-groups (p<0.05), but not in melatonin-treated groups. Levels of reactive oxygen species (ROS) in intestines were elevated in vehicle- and melatonin+luzindole-treated groups (p<0.05-0.001), but not in melatonin-treated groups. Elevated intestinal myeloperoxidase activity in vehicle-treated CL-group was depressed by melatonin (p<0.05), which was not reversed by luzindole. The 5-day protocol of continuous light exposure does not alter BMAL1 gene expression, but blockade of melatonin receptor during continuous light downregulates intestinal BMAL1 gene expression. Melatonin treatment reduced the increase in Proteobacteria in vehicle groups, regardless of the light cycle. Bacteroidetes phylum was increased in all surgery groups, and blocking melatonin receptors reduced the Bacteroidetes phylum.

Conclusion: Independent of light-dark cycle, melatonin treatment reduces anxiety, increases locomotor activity and inhibits ROS generation and inflamatory response during postoperative period by a receptor-dependent mechanism. Melatonin could serve as as potential regülatör for dysbiosis that occurs during the postoperative period.