Search

Narušavanje crijevnog mikrobioma snažno je povezano s razvojem patofizioloških bolesti posredovanim oksidacijskim stresom (OS) u ljudi i životinja. Temeljem toga, cilj rada bio je dublje razumijevanje odnosa između crijevnog mikrobioma i redoks homeostaze prouzročene prekomjernim unosom teških metala (TM; Fe i Al) te izlaganja inhalacijskim anesteticima (IA) kroz praćenje strukturnih i funkcionalnih promjena crijevnog mikrobioma, crijevne barijere, OS, upale, regulacije hepcidina i feritina, makrofagne polarizacije te funkcionalnih promjena tkiva i organa. Rezultati ukazuju da subakutna, a posebice kronična primjena IA (sevoflurana i izoflurana) uz prekomjerni unos TM narušava stanični metabolizam, vodi poremećaju esencijalnih i nakupljanju TM, povećanju OS, upale, makrofagne polarizacije, imunosne supresije i disbioze povezane s narušenom brojnošću i raznolikošću crijevnog mikrobioma, upalom, promjenjenom razinom zonulina, serotonina, enzima mikrobiote i apsorpcije važnih mikronutrijenata. Razina hepcidina usko je povezana s makrofagnom polarizacijom, OS, upalom i reorganizacijom oštećenog tkiva, dok je feritin kao upalni biljeg povećan u prisutnosti metala i/ili IA. Izofluran sam ili u prisutnosti TM izaziva veća oštećenja tkiva od sevoflurana. Naši podatci naglašavaju molekularno biološku osnovu razumijevanja uloge povezanosti između IA, TM, crijevnog mikrobioma i makrofagne polarizacije u cilju poduzimanja boljih terapijskih ili preventivnih mogućnosti zaštite pacijenta od mogućih štetnih posljedica izazvanih prekomjernim unosom IA, TM i OS. Altered gut microbiome is strongly associated with the development of pathophysiological diseases mediated by oxidative stress (OS) in humans and animals. Hence, the aim of this thesis is to get a deeper understanding of the relationship between the gut microbiota and redox homeostasis caused by excessive intake of heavy metals (HM, Fe and Al) and exposure to inhalation anesthetics (IA) through monitoring of structural and functional changes of the gut microbiome, the intestinal barrier, OS, inflammation, regulation of hepcidin and ferritin, macrophage polarization and functional changes in tissues and organs. The results indicate that subacute and especially chronic administration of IA (sevoflurane/isoflurane) with excessive HM intake disrupts cellular metabolism. It further leads to disruption of essential metals and accumulation of HM, increased OS, inflammation, macrophage polarization, immune suppression, and dysbiosis associated with altered abundance and diversity of the gut microbiome, inflammation, altered levels of zonulin, serotonin, microbiota enzymes and absorption of micronutrients. Hepcidin level is closely related to macrophage polarization, OS, inflammation, and reorganization of damaged tissue, while ferritin as an inflammatory marker is increased in the presence of HM and/or IA. Isoflurane alone or in the presence of HM causes greater tissue damage compared to sevoflurane. Our data emphasize the molecular biological basis of understanding of the connection between IA, HM, gut microbiome, and macrophage polarization in order to undertake better therapeutic or preventive options to protect the patient from possible adverse consequences caused by excessive intake of IA, HM, and OS.

Anestetici su vrste lijekova u plinovitom, tekućem ili drugom obliku, čija je funkcija uvođenje i/ili održavanje anestezije s ciljem olakšavanja kirurških i drugih bolnih zahvata. Izofluran ima brzo farmakološko djelovanje i apsorbanciju, te potiče brz oporavak nakon anestezije. Međutim, dugotrajno izlaganje anesteticima djeluje negativno na periferne organe i tkiva, te potiče upalu, oksidacijski stres, nekrozu i apoptozu vodeći pojavnosti neurodegenerativnih bolesti poput Alzheimerove i Parkinsonove bolesti. Željezo je neizostavni dio živućeg organizma i poremećajem njegove homeostaze nastaje redoks aktivno željezo koje utječe na stvaranje ROS-a, ozljeda tkiva, poremećaja rasta stanica, te u konačnici na pojavu oksidacijskog stresa. Temeljem navedenog, cilj rada jest istražiti utjecaj primjene anestetika izoflurana samog i/ili združenog sa željezo dekstranom na razinu oksidacijskog stresa i posljedične upale na uzorcima tkiva jetre, slezene i bubrega. Dobiveni rezultati ukazuju da dugotrajna primjena izoflurana i željezo-dekstrana samog ili u kombinaciji povećava razinu oksidacijskog stresa i upale u stanicama jetre, bubrega i slezene te vodi njihovom oštećenju na što ukazuje povećanje biokemijskih parametara u serumu te hemoliza eritrocita. Anesthetics are types of medicines in a gaseous, liquid or other form, whose function is the introduction and/or maintenance of anesthesia with the aim of facilitating surgical and other painful interventions. Isoflurane has rapid pharmacological activity and absorbance, and stimulates rapid recovery after anesthesia. Long-term exposure to anesthetic acts negatively on peripheral organs and tissues, stimulates inflammation, oxidative stress, necrosis, and apoptosis leading to neurodegenerative diseases such as Alzheimer's and Parkinson's disease. Iron is an indispensable part of the living organism and the disorder of its homeostasis produces redox active iron that affects the formation of ROS, tissue injury, cell growth disorder, and ultimately the appearance of oxidative stress. The aim of the study was to investigate the effect of isoflurane itself and/or the combination of iron dextran on the level of oxidative stress and consequent inflammation on liver, spleen and kidney tissues. The obtained results indicate that long-term use of isoflurane and iron-dextran alone or in combination increases the level of oxidative stress and inflammation in the liver, kidney and spleen cells and leads to their impairment, indicating an increase in biochemical parameters in serum and hemolysis of erythrocyte.

Inhalacijski anestetici su lako hlapljive tekućine, a služe za uvođenje ili održavanje anestezije pri operativnim zahvatima nepredvidljivog trajanja. U ovom radu proučavan je utjecaj sevoflurana, samog ili združenog s željezo-dekstranom, na nastanak i razvoj neurodegenerativnih promjena na tkivu mozga štakora. Neurodegeneracija je mjerena: (i) promjenama oksidacijskog statusa mjerenjem razine malondialdehida (MDA), glutationa (GSH), te enzimatske aktivnosti katalaze (CAT) i superoksid dismutaze (SOD); (ii) (anti)genotoksičnog odgovora u limfocitima štakora, pokazujući razinu oštećenja DNA; (iii) procjenom razine neuroupale prema relativnoj težini mozga u odnosu na zdravu kontrolu; (iv) procjenom toksičnog učinka na hematološke i biokemijske odrednice u krvi, te osmotsku fragilnost eritrocita. Rezultati pokazuju da željezo-dekstran uzrokuje značajnu neuroupalu, te povećanu razinu oksidacijskog stresa: povećava razinu MDA, mijenja aktivnosti antioksidativnih enzima (SOD, CAT) i snižava GSH. Sevofluran u kombinaciji sa Fe-dekstranom pokazuje izraženi gubitak moždanih stanica i prividno niske razine MDA te antioksidansa, kao i značajne toksične učinke na krvne odrednice. Comet test pokazuje najveća oštećenja DNA limfocita pri izlaganju sevofluranu združenim sa željezo-dekstranom. Temeljem rezultata može se zaključiti kako jaka neuroupala i pojava lipidne peroksidacije u mozgu životinja obrađenih Fe-dekstranom ukazuju na neurotoksičnost, dok kombinacija sa sevofluranom uzrokuje najteža oštećenja mozga i trajno narušava homeostazu organizma. Inhalation anaesthetics, such as sevoflurane, are commonly used in modern medicine. They are volatile gases that easily diffuse through cell membranes, used as the introduction to anaesthesia or for maintaining it in procedures of unpredictable duration. Aim of this study was to study the effects of sevoflurane, alone or in combination with Fe-dextran, on development of neurodegenerative changes in the rat brain tissue. Neurodegeneration was evaluated by: (i) (anti)oxidative status of brain tissue, by measuring the malondialdehyde (MDA) and glutathione (GSH) concentrations, catalase (CAT) and superoxide dismutase (SOD) enzymatic activities; (ii) (anti)genotoxic response in rat lymphocytes, indicating extent of DNA damage; (iii) neuroinflammation, evaluated with relative brain weight compared to healthy control; (iv) toxic effects on haematological and biochemical blood parameters, and osmotic fragility of erythrocytes. Results show that Fe-dextran causes neuroinflammation and oxidative stress: it increases MDA concentration, SOD and CAT activity and decreases GSH. Sevoflurane combined with Fe-dextran causes extensive neuroapoptosis and seemingly low MDA and antioxidant concentrations, with the highest blood toxicity and DNA damage. In summary, severe neuroinflammation and lipid peroxidation in brain of Fe-dextran treated animals indicate neurotoxicity, whereas combination with sevoflurane causes severe neurodegeneration and permanently affects whole body homeostasis.

Plućni surfaktant čiji sastav čine fosfolipidi i četiri proteina specifična za surfaktant, jedna je od prvih struktura izloženih utjecaju inhalacijskih anestetika. Promjene uzrokovane utjecajem anestetika mogle bi biti jedan od mehanizama nastanka respiratornih komplikacija nakon dugotrajnih anestezioloških postupaka. U ovom je radu uporabom infracrvene spektroskopije s Fourierovom transformacijom (FTIR) istraživan utjecaj anestetika izoflurana i sevoflurana na plućni surfaktant. Snimljeni spektri su analizirani metodom analize glavnih komponenti, a proveden je i Studentov t-test. Najizraženiji učinak opažen je u području polarnih glava molekula fosfolipida gdje uslijed djelovanja anestetika dolazi do prekidanja vodikovih veza, dok promjene intenziteta vibracijskih vrpci istezanja CH2 skupine govore u prilog porastu nereda u području hidrofobnih repova fosfolipida. Naposlijetku, rezultati istraživanja pokazuju da se FTIR spektroskopija može s uspjehom primjenjivati u istraživanjima utjecaja anestetika na plućni surfaktant. Pulmonary surfactant, consisting of phospholipids and four surfactant specific proteins is among the first structures exposed to inhalational anesthetics. Changes due to this exposure could be one of the reasons for respiratory complications after long anesthetic procedures. In this doctoral thesis, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) was used to explore the effects of isoflurane and sevoflurane on pulmonary surfactant. Recorded spectra were analysed using Principal Component Analysis and an additional Student's t-test was performed. The most pronounced effect was to the polar head group of phospholipids, which is in agreement with the disruption of the hydrogen bond, caused by the anesthetics. A change in the band intensities of the CH2 stretching vibrations, indicative of a disordering effect of anesthetics on the hydrophobic tails of phospholipids was also observed. Furthermore, our results suggest that FTIR spectroscopy is a promising tool in research of anesthetic effect on pulmonary surfactant.

U radu je istraživano oštećenje DNA stanica bubrega miša Swiss albino nakon višestrukog izlaganja inhalacijskim anesteticima sevofluranu i izofluranu. Za procjenu oštećenja DNA upotrijebljen je alkalni komet test, a praćena su 3 parametra: duljina repa (TL), repni moment (TM) i intenzitet repa (TI). Stupanj oštećenja DNA određivan je neposredno nakon izlaganja sevofluranu, odnosno izofluranu, te nakon 2 h, 6 h i 24 h. Srednje vrijednosti sva 3 parametra bile su statistički značajno više u eksperimentalnim skupinama u odnosu na kontrolne skupine, s tim da je kod miševa izloženih sevofluranu utvrđen kontinuiran porast oštećenja DNA unutar 24 h nakon izlaganja, dok je kod izoflurana najveće oštećenje opaženo 2 sata nakon izlaganja, nakon čega je došlo do popravka. DNA damage of kidney cells in Swiss Albino mice after repeated exposure to inhalation anesthetics sevoflurane and isoflurane has been investigated. For evaluation of DNA damage alkaline comet assay has been used. Three parameters have been measured – tail length (TL), tail moment (TM) and tail intensity (TI), immediately after exposure to sevoflurane and isoflurane, as well as 2 h, 6 h and 24 h after exposure. Mean values of all three parameters have been significantly higher in experimental groups compared to the control groups. DNA damage in mice exposed to sevoflurane increased continuously within 24 h after exposure, while isoflurane induced highest DNA damage 2 h after exposure and afterwards DNA repair was observed.