DEMİR YÜKLEMESİNİN PLAZMA BAKIR VE ÇİNKO DÜZEYLERİNE ETKİSİ*

Hakkı Oktay SEYMEN, Murat MENGİ, Derviş ÖZÇELİK, Tevfik GÜLYAŞAR, Pınar SEYMEN, Günnur YİĞİT

Background and design.- The harmful effects of acute and chronic iron loading are well documented. Increased lipid peroxidation is an important expression of both chronic and acute iron toxicity. In the structure of some antioxidant enzymes such as SOD, the copper and the zinc are irıvolved. Our aim was to study the effect of iron overloading on the plasma copper and zinc levels.
Results.- Adult male Wistar albino rats weighing 200-205g were used. The animals were divided into 2 weight-matched groups. Group 1: Control group (n=6) and Group 2: Iron overloading group (n=7). The rats of group 2 received intraperitoneal iron (Ferro III hydroxide polymaltose) at a dose of 250 mg/kg/day for 10 days. At the end of the administration period, the rats were killed under ketamine ariesthesia (50 mg/kg). Heparinized blood samples were obtained from aorta abdominalis. The plasma iron, copper and ziric levels were mesaured by atomic absorbtion spectrophotometer. The plasma free iron values for rats receiving iron were significantly (p<0.001) higher. This finding confirmed the establishment of the iron overloading state. The plasma free copper levels of iron overloading group were higher (p<0.01) than those of control rats. There was no significant difference between the plasma zinc levels of two groups (P>0.05).
Conclusion.- We concluded that the trace elements such as copper and zinc have very important effects on the oxidant/antioxidant status of the organism.
These are:
1- High iron levels of the plasma under iron overloading condition indicate the oxidant status in the organism.
2- The plasma Cu+ levels increase iron overloading condition. This contributes to the metabolic activation of the antioxidant enzymes such as SOD.
3- The plasma Zn+ concentrations of two groups are almost the same levels. This impact may be due to overutilization of zinc ions in iron overloading group.

Seymen HO, Mengi M, Özçelik D, Gülyaşar T, Seymen P, Yiğit G. Effect of iron overloading on the plasma copper and the zinc levels. Cerrahpaşa J Med 1999; 30 (2): 155-158.

Bazı anemilerin tedavisi, doğumsal hemokromatozis ve kan nakilleri gibi durumlarda plazma demir konsantrasyonu yükselmektedir. Demir yüklemesi kısa süreli bir uygulama da olsa, aşırı konsantrasyonlarda lipid peroksidasyonunun arttığı kanıtlanmıştır.1,2 Bu etki in vivo sıçan deneyleri, in vitro hepatik mikrozomlan ve insan lipozomlarında malondialdehit (MDA) artışıyla gösterilmiştir. Ayrıca demir yüklenen hayvanlarda solunumsal penton atımı ile dokularda konjuge dienlerin artışı belirlenmiştir.3

Demir, Fenton Reaksiyonu yoluyla en güçlü serbest radikal olan hidroksil (OH') radikallerinin oluşmasını sağlarken, stabil lipid hidroperoksitlerinin peroksi ve alkoksi radikallerine dönüşümünü hızlandırır. Benzer etki bakırın (Cu+2) girdiği indirgen transizyon metallerinin otooksidasyonu reaksiyonlannda da görülmektedir. Cu+ + O2 --> Cu++ + O2 -. Membran lipidlerinde peroksidasyon işlevi hidrosil, alkoksi ve peroksi radikalleri gibi reaktif maddelerin bir metilen grubundan hidrojen atomunu çıkarması ile gerçekleşir.4 Çoklu doymamış yağ asitleri membran lipidlerinde bulunur ve peroksidasyona duyarlıdırlar.

Bakırın yukarıdaki reaksiyondan başka, insan vücudunda önemli fonksiyonları vardır. Hücreleri lipid peroksidasyonundan koruyan enzimlerden süperoksit dismutaz (SOD) enziminin yapısında bulunurlar. Mitokondrial sitokrom oksidazlann önemli elementidir. Bakırın plazmada taşınmasında rol oynayan seıüloplazminin yapısında da bakır bulunmaktadır. Hemoglobin sentezinin değişik evrelerinde bakır kullanılmaktadır. Serbest bakır organizmada hücre membranlan üzerine prooksidan bir ajan olarak rol oynamaktadır. Ancak toplumda bakır eksikliği çok nadir göıülür ve tedavi amacıyla bakır supplementasyonu da yapılmamaktadır.

Bir başka eser element olan çinko (Zn+2), insan organizmasındaki birçok enzimin işleyişinde görev almaktadır. SOD enziminin yapısında bakır oranında çinko da bulunmaktadır. Plazmada serbest halde bnlunan çinko, hücrelerde membran stabilizatörü olarak fonksiyon görmektedir.5 Çeşitli biyolojik moleküllere bağlanarak demir ve bakınn bağlanmasını ve dolayısıyla bunlann yapacakları oksidatif hasarı önlemektedir. Bu nedenle çinko antiperoksidatif etkiye sahip bir element olarak tanımlanır. Özetle, Fe, Cu ve Zn oksidan/antioksidan sistemlerde reaksiyonlann etkileşiminde değişime uğrayan önemli elementler olmalıdır.

Daha önce demir uygulaması ile ilgili çalışmalarımızda, demirin oksidan stres faktörü olduğu, plazmada MDA'in çok anlamlı yükselmesiyle gösterilmiştir.1 Aynı deney serisinde, eritrosit içi enzim tayinleri de yapılmış, Cu, Zn-SOD, Glutatyon peroksidaz gibi antioksidan enzimlerın eritrositlerde arttığı belirlenmiştir. Sunduğumuz çalışma oksidatif olayların arttığı demir yüklemesi durumunda, plazma bakır ve çinko eser elementlerinin değişimlerinin incelenmesi amacıyla planlanmıştır.

YÖNTEM VE GEREÇLER

Çalışmada Wistar -Albino tipi 13 erkek sıçan kullanıldı. Çalışmada kullanılan hayvanlar standart laboratuar sıçan yemiyle ve çeşme suyuyla beslendi. Sıçanlar l. Kontrol grubu ve 2. Demir yüklemesi yapılan grup (n=7) olarak ikiye ayrıldı. 2. Gruptaki sıçanlara 10 gün süreyle intraperitoneal Ferro III polimaltaz (250 mg/kg/ gün) enjekte edildi 6 Bu sürenin sonunda sıçanlara ketamin (50 mg/kg) anestezisi uygulandı. Abdominal bölgeden yapılan diseksiyonla periton içindeki organlar incelendi. Abdominal aortadan tüm sistemik kan (yaklaşık 5 ml) alındı. Karaciğer, dalak ve pankreas morfolojik inceleme amacıyla çıkarılarak fikse edildi. Heparinize tüplere alınan kan örnekleri santrifüje edilerek (3000 rpm) plazma süpernatantı ayrıldı. Ayrılan süpernatantlar ölçüm yapılana kadar -20o C de saklandı. Atomik absorbsiyon spektrofotometresi ile plazma bakır ve çinko düzeyleri ile, oksidan stres göstergesi olarak demir düzeyleri ölçüldü.

Her bir elementin ölçümü için Titrosol 1000±0.002 mg (Merck) standard stok solusyonundan demir ve bakır için 1 ve 2, çinko için 0.5 ve 1 ml/ml'lik standart çözeltiler hazırlandı. Kör olarak bidistile su kullanıldı. Alette her elemente ait özel dalga boyunda ışık veren HCL (Hollow Cathod Lamp) lambaları ile yine her elemente uygun hava-asetilen gaz karışımı, silit aralığı HCL ve BGC (Back Ground Correction) modları seçildi. Bu şartlarda kör ve standart çözeltiler alete (Shimadzu AA-680) verilerek kalibrasyon eğrileri çizdirildi. Alınan örneklerin ölçümü yapıldı.

Bulgularımızın istatistiksel değerlendirmesi, SPSS istatistik programı ile Student-t testi kullanılarak yapıldı. İstatistiksel olarak p<0,05 anlamlılık sınırı olarak kabul edildi.

BULGULAR

Bulgularımız Tablo I'de topluca gösterilmektedir. Deney gruplarındaki bulguların grafikleri ise Şekil 1, 2, 3'te görülmektedir.


Şekil 1. Kontrol ve deney gruplarında plazma demir düzeyleri
Şekil 2. Kontrol ve deney gruplarında plazma bakır düzeyleri
Şekil 3. Kontrol ve deney gruplarında plazma çinko düzeyleri

Bulgularımıza göre; plazma serbest demir düzeyi oksidan stres grubunda kontrol grubuna göre çok anlamlı olarak yüksek (p<0,001) bulundu. Bakır düzeyi, aynı şekilde deney grubunda istatistiksel olarak anlamlı (p<0,01) yüksek bulundu. Plazma serbest çinko düzeyi ise demir yüklenen grupta yüksek bulunmasına karşın, iki grup arasında istatistiksel olarak anlamlı farklılık saptanmadı (p>0,05).

TARTIŞMA

Demir plazmada yüksek konsantrasyonda bulunduğunda, çeşitli dokularda birikim yapabilen bir elementtir. Bu birikim dokuların fizyolojik fonksiyonlarında bozulmalara neden olur. Bunun yanında, plazmadaki serbest demirin hücre membranları üzerinde doğrudan ya da dolaylı olarak oksidan stres etkisi de bulunmaktadır.6-8 Oksidan stress reaksiyonlarının şiddeti, son ürün olan malondi aldehitin (MDA) plazmadaki konsantrasyonu ile belirlenmektedir. Konuyla ilgili bir araştırmamızda MDA düzeyi ile plazma serbest demir konsantrasyonu arasında ilişki bulunmuştur.1,6 Bu bağlamda oksidan stres koşulu oluşturulmak istenen deneysel modellerde, serum demir düzeyi oksidan stres kriteri olarak alınabilir. Araştırmamızda kontrol ve deney gruplarının plazma demir düzeylerindeki çok anlamlı farklılık (p<0,001) oksidan stres koşulunun sağlandığını göstermektedir.

Organizmada eser elementler plazmada serbest halde bulundukları gibi çok farklı enzimlerin yapısında, bağlı olarak da yer alırlar.9 Gereksinim durumunda serbest halden bağlı, bağlı halden serbest duruma geçerler. Plazmada demirin yüksek olduğu deney grubumuzda, plazma Cu+2 düzeyinde de artış saptanmıştır (p<0,01). Bu bulgu oksidan stres koşulunun oluşumuyla, antioksidan aktivitenin artışıyla ilgili olabilir.

Konuyu şu şekilde açıklayabiliriz; hücrelerde oksijen radikallerinden korunmak amacıyla intrasellüler savunma sistemleri gelişmektedir. Antioksidanlar adı verilen bu sistemler oksijen radikallerinin oluşumunu bloke ya da oluşmuş radikal inaktive eden enzimlerden oluşur. Günümüzde savunma sistemleri içinde SOD, katalaz ve glutatyon peroksidaz enzimleri üzerinde fazlaca çalışma bulunmaktadır.4,6,9 Süperoksid dismutaz (SOD) O2'nin H2O2'e indirgenmesini sağlayan katalizör bir metalloproteindir. Bu protein, Fe, Mn, Cu ve Zn içeren yapılar olarak farklılık gösterebilir. Çeşitli memeli türlerinde bu enzim mitokondri, endeplazmik retikulum ve sitoplazmada bulunmuştur.6,9,10 Fe yüklemesi yapılan deney grubumuzda plazmada serbest demir düzeyinin artmasına bağlı olarak oksidan ortam oluşmuştur. Bu ortam demirin serbest dağılımını gösterdiği plazma ile demir birikiminin olduğu doku ya da hücrelerdir. Oksidan stres oksidan/antioksidan dengenin korunması için hücrelerde SOD üretimi ve tüketimi çok fazla artar. Çünkü, serbest oksijen radikalleri membran fosfolipidleri proteinleri ve nükleik asidleri etkileyerek doku haraplanmasına neden olmaktadır.

Radikal toksikasyonunu engelleyen SOD enziminin, plazma demir artışıyla paralellik gösterebileceği ileri sürülmektedir. Demir yüklemesi yapılan bir çalışmamızda, eritrosit içi SOD artışı da bu görüşü kanıtlamıştır. Cu, Zn-SOD enziminin, oksidan olaylara karşı artışı, beraberinde enzim yıkımının artmasına neden olacaktır. Plazmada serbest Cu++'un yüksek bulunması, enzimin yıkım ürünü olarak açıklanabilir.

Antioksidan özellikli Zn+ düzeyleri incelendiğinde, deney grubunun plazma Zn+ su kontrole göre biraz yüksek bulunmuştur. Ancak bu farkın anlamlı olmaması, Zn+ nun membranlar üzerinde antiperoksidatif koruyucu etkisini düşündünnektedir. Yüksek demir içeren ortamlarda membranlann Zn+ kullanımı hızlanır. Serbest oksijen radikallerinin neden olduğu lipid peroksidasyonu, protein hasarı, membran permeabilitesinin bozulması, Na+ ve Ca+ pompalarının bozulması fizyolojik fonksiyonlar açısından çok önemlidir. Zn+ özellikle protein sentezinin hızlanması ve membran onarımı - stabilitesini, koruyan enzimlerle yoğun bir aktiviteye katılmaktadır. Özetle Fe yüklenmesiyle oluşan oksidasyon olayları antiooksidan sistemlerin tetiklenmesine neden olmaktadır. Sistem enzimlerinin aktivasyon ve yıkımı (Cu, Zn-SOD) yapısında bulunan Cu++ ve Zn+ gibi elementlerin plazmada artmasına neden olur. Zn+, membran onarımına yeniden katılımı ya da elementin yeniden kullanımı söz konusudur. Bu nedenle plazmada Zn+ düzeyinin değişmediği görülür.

ÖZET

Demir yüklemesinde kısa süreli bir uygulama da olsa plazmada, aşırı konsantrasyonlarda demir artması durumunda lipid peroksidasyonun arttığı bildirilmektedir. Araştırmamız oksidatif olayların arttığı demir yüklemesi durumunda, plazma bakır ve çinko eser elementlerin değişimlerinin incelenmesi amacıyla planlandı.

Çalışma Wistar - Albino tipi 13 erkek sıçanda yapıldı. Sıçanlar 1. Kontrol grubu (n=6) ve 2. Demir yüklemesi yapilan grup (n=7) olarak ikiye aynldı. 2. Grup sıçanlara 10 gün süreyle, intraperitoneal Ferro III polimaltoz (250 mg/kg/gün) enjekte edildi. Süre sonunda sıçanlardan ketamin (50 mg/kg) anestezisi altında abdominal aortadan kan örnekleri alındı. Kan örneklerinde atomik absorbsiyon spektrofotometresi ile plazma bakır ve çinko düzeyleri ile, oksidan stres göstergesi olarak demir düzeyleri ölçüldü.

Bulgularımıza göre plazma serbest demir düzeyi oksidan stres grubunda çok anlamlı olarak yüksek bulundu (p<0,001). Bakır düzeyi, deney grubunda istatistiksel olarak anlamlı bir yükseklik gösterdi (p<0,01). Plazma serbest çinko düzeyi demir yüklenen grupta yüksek bulunmasına karşın, istatistiksel olarak iki grup arasında anlamlı farklılık saptanmadı (p>0,05).

Organizmadaki oksidan/antioksidan dengenin korunmasında bakır ve çinkonun önemi konusunda şu sonuca varıldı;

1- Plazmada demir düzeyinin yüksek olması oksidan statünün göstergesidir.

2- Cu+ artışı oksidan stresle antioksidan enzimlerin (SOD) metabolik aktivasyonuna bağlandı.

3- Belirtilen koşullarda çinko tüketiminin aşırı artışı nedeniyle, plazmada Zn+ düzeyinin değişmediği düşünüldü.

KAYNAKLAR

  1. Seymen O, Seven A, Hatemi S, Hatemi H, Candan G, Yiğit G. Lipid peroxidation in experimental hyperthyroidism: effects of iron supplemention. Med Sci Res 1995; 23: 695-696.
  2. Gutteridge J. Ferrous-salt-promoted damage to deoxyribose and benzoate. Biochem J 1987; 243: 709-714.
  3. Hershko C. Mechanism of iron toxicity and its possible role in red cell membrane damage. Seminars in Hematology,1989; 26: 277-285.
  4. Halliwell B. Free radicals, antioxidants and human disease: curiosity, cause, or consequance. Lancet 1994; 334: 721-724.
  5. Tanakol R. Antioksidan vitaminler: Hastalıkta ve sağlıkta önemleri. Klinik Gelişim.1998; 11: 347-357.
  6. Seymen O, Seven A, Candan G, Yiğit G, Hatemi S, Hameti H. The effect of iron supplemehtation on GSH levels, GSH-Px, and SOD activities of erythrocytes in L-Thyroxine administration. Acta Med Okayama 1997; 51: 129-133.
  7. Agil A, Fuller CJ, Jialal I. Susceptibility of plasma to ferrous iron/hydrojen peroxide-mediated oxidation: demonstration of a possible Fenton Reaction. Clin Chem 1995; 41: 220-225.
  8. Sempos CT, Looker AC, Gillum RF, Makuc DM. Body iron stores and the risk of coronary heart disease. N Eng J Med 1994; 30: 1119-1124.
  9. Barutçu UB, Akyolcu MC, Kiziler AR, Oke N, Toplan S, Karakoc Y, Onen S. Effects of coronary artery diseases on haemorheological parameters and trace elements. J Basic Clin Physiol Pharmacol 1995; 6: 289-294.
  10. Rosario Z, Hidalgo FJ, Tappel AL. Comparative antioxidant effectiveness of dietary b-carotene, vitamin E, Selenium and Coenzyme Q 10 in rat erythrocytes and plasma. J Nutr 1991; 121: 50-56.

  • Anahtar Kelimeler: Oksidan stres, demir, bakır, çinko; Key Words: Oxidant stress, iron, copper, zinc; Alındığı Tarih: 28 Eylül 1998; Doç. Dr. Hakkı Oktay Seymen, Bio. Murat Mengi, Prof. Dr. Günnur Yiğit: İ.Ü. Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Fizyoloji Anabilim Dalı; Dr. Derviş Özçelik, Dı-. Tevfik Gülyaşar: İ.Ü. Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Biyofizik Anabilim Dalı; Dr. Pınar Seymen: T.C. Haydarpaşa Numune Hastanesi 2. Dahiliye Kliniği. Yazışma Adresi (Address): Dr. H.O. Seymen, İ.Ü. Cerrahpaşa Tıp Fakültesi, Fizyoloji Anabilim Dalı, 34303, Cerrahpaşa, İstanbul.