Incorporation of pharmaceutical drug (Gabapentin), natural products (Resveratrol) and lifestyle modification (exercise) in management of diabetic neuropathy in adult male albino rats /
Reem Esam Abdel-Rahman Ghoweba,
Incorporation of pharmaceutical drug (Gabapentin), natural products (Resveratrol) and lifestyle modification (exercise) in management of diabetic neuropathy in adult male albino rats / دراسة تأثير العلاج الدوائي (جابابنتين) والمنتجات الطبيعية (ريسفيراترول) والرياضة في علاج الاعتلال العصبي في ذكور فئران الألبينو البالغين المصابين بمرض السكري / By Reem Esam Abdel-Rahman Ghoweba ; Supervised by Prof. Dr.Akef Abdel-Halim Khowiled,Dr. Laila Ahmed Rashed, Dr. Basma Emad Abul-Huda, Dr. Asmaa Selmy Mohammed - 198 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2022.
Bibliography: pages 162-198.
Objectives: To investigate the mechanism of gabapentin, resveratrol, and exercise and their combination in managing DN, and their effect on thermal hyperalgesia, mechanical allodynia, motor coordination, and in-vitro NCV. We also investigated their effect on blood glucose level and their effect on pain-transmitting peptides in the plantar surface of the hind paw skin. we also examined their effect on the mRNA expression of growth-associated proteins (VEGF-a & VEGF-b) and their receptors growth-associated proteins (Rab13, GAP43) and anti-apoptotic Bcl-2 protein, antioxidant activity (SOD), SIRT-1. In addition, the protein level of phosphorylation of P300, Akt pathway, NGF, PARP-1, laminin-1, Na /K ATPase pump activity was measured in the lumbar segment of the spinal cord. Finally, our work was supported by different histopathology which included: count of degenerated nerve axons by assessment of toluidine blue and electron microscopy of the sciatic nerve, immunohistochemistry expression of caspase 3, as an apoptotic marker, and TNF alpha, as an inflammatory marker) in spinal cord and muscle and finally, Myofibril degeneration and inflammation Score of Gastrocnemius muscle by assessing hematoxylin/eosin sections.
Methods: A total of 80 male albino rats 180-220 gm were designated randomly into the following ten groups (8 rats in each group); group 1: control (normal), group II: (diabetic group without neuropathy) (sacrificed 1 week after diabetic inductions), group III: diabetic neuropathy (DN) (without any intervention for 8 weeks), group IV: DN + Gabapentin (100 mg/kg orally by gavage once daily for 4 weeks after 4 weeks of induction of DN), group V: DN + Resveratrol (20 mg/kg IP injection once daily for 4 weeks after 4 weeks of induction of DN), group VI: DN+ Exercise (swimming for 1 hour/ day, 5 days/week, for 4 weeks after 4 weeks of induction of DN), group VII: DN+ Gabapentin + Resveratrol, group VIII: DN+ Gabapentin + Exercise, group IX: Resveratrol + Exercise, group X: DN+ Resveratrol + Gabapentin + Exercise.
DN+
Results: Diabetic rats presented with severe thermal hyperalgesia, impaired pinprick response score, motor incoordination and increased number of slips, impaired nerve conduction velocity as compared to the normal control group. Diabetic rats presented the highest blood glucose level and increased pain-transmitting or pain-modulating peptides in the plantar surface of the hind paw skin as compared to the normal control group. In addition, diabetic rats presented increased levels of VEGF- a & VEGF-b and decreased levels of their receptors VEGFRI & VEGFR2. Also, diabetic rats presented decreased levels of growth-associated proteins (Rab13, Gap 43), bcl-2 protein, decreased SOD, decreased level of SIRT-1. By assessing the protein level of different intracellular pathways, the results implicated that the diabetic group showed a decreased level of phosphorylated-p300, decreased level of Akt, PARP-1, impaired Na'/k' ATPase activity, decreased level of NGF and on contrary, showed an increased level of Laminin-1. The administration of Gabapentin, resveratrol, exercise, or their different combinations reversed this impaired level of different parameters. All these results were supported by histopathology results, as cell apoptosis and expressions of inflammation increased in different tissues of diabetic rats which improved in treated groups. Conclusion: Gabapentin, resveratrol, and exercise improved the DN at different aspects; as they had hypoglycemic, anti-apoptotic, anti-inflammatory, and antioxidant effects. More research is recommended to prove the effectiveness of their combination in higher animal and human studies.
إن مرض الاعتلال العصبي السكري يعد إحدى المضاعفات الخطيرة لمرض السكري والذي يؤثر سلباً علي حياة المرضي إن كيفية حدوث المرض وكيفية معالجته ما زال قيد البحث العلمي لسنوات طويلة إن الاعتلال العصبي السكري ممكن أن يتخذ أشكال عديدة ويؤثر على الأعصاب الحسية والأعصاب الحركية والأعصاب اللاإرادية
أثبتت العديد من الدراسات أن من مسببات مرض الاعتلال العصبي السكري؛ الالتهاب والأكسدة و عوامل تنشيط موت الخلايا الميرمج وتشوهات الأوعية الدقيقة ونقص عوامل التغذية العصبية واضطرابات المناعة الذاتية. كل هذه العوامل قد تؤدي إلى الاعتلال العصبي السكري، بالإضافة إلى إصابة كلاً من الألياف العصبية النخاعية واللانخاعية.
إن الاعتلال العصبي السكري يؤدي إلى العديد من الأعراض الحسية سواء أعراض إيجابية أو أعراض سلبية؛ فالأعراض الإيجابية تشمل الألم التلقائي الغير مسبب وزيادة الحساسية للمنبهات غير المؤلمة أو زيادة التألم. أما الأعراض السلبية فتشمل نقص الحس ونقص التألم. من الممكن أن نجد مزيج من هذه الأعراض تظهر على المريض مما يعكس مدي تعقد اضطرابات الأعلال العصبي السكري المزمن.
إننا بحاجة ملحة لاكتشاف أدوية جديدة وطرق جديدة لعلاج الاعتلال العصبي السكري. الدراسات السابقة أظهرت الدور الفعال ل (الجابابنتين) والذي يقوم بتعديل وضبط قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي والتي تسمح للكالسيوم بدخول الخلية وبالتالي تحرير الناقلات العصبية في الجهاز العصبي المركزي والحبل الشوكي.
محور هذا البحث هو دراسة تأثير الجابابنتين كمادة) (دوائية) وتأثير الريسفيراترول (كمادة طبيعية) والتمارين الرياضية ( كنمط حياة سواء دراستها كلاً على حدي أو مجتمعين على الاعتلال العصبي السكري في ذكور الفئران المصابة.
تم دراسة تأثير هذه الأدوية على كلا من فرط التألم الحراري، وتحسن الإحساس، والاتزان الحركي، وسرعة عة توصيل الألياف العصبية. كما تم قياس مستوى السكر في الدم في المجموعات المختلفة، وقياس المستوي الجيني للبيبتيدات المعدلة أو الناقلة للألم في جلد المخلب الخلفي للفئران.
تم أخذ عينة من الجزء القطني من الحبل الشوكي وتم دراسة تأثير الجابابنتين والريسفيراترول والرياضة على المستوى الجينى للبروتينات المرتبطة بالنمو ومستقبلاتها وهي ) -VEGFa R1- VEGFR2- RAB13-GAP43) بالإضافة إلى قياس المستوي الجيني المضاد موت الخلايا المبرمج (2-bel) وانزيم مضاد الأكسدة (SOD) والسيرتوين (SIRTUINS) وهي بروتينات بداخل النواة مسئولة عن العديد من العمليات الحيوية بداخل الخلايا.
بالإضافة إلى دراسة تأثير الأدوية على المستوي البروتيني للعديد من البروتينات المهمة والمسئولة عن حماية الخلايا مثل P300) Akt- NGF- PARP-1- Laminin-1- Nak pump) وتم قياس هذه البروتينات في الجزء القطني من النخاع الشوكي.
كما تم اثبات هذه النتائج بأخذ عينات باثولوجيه من العصب الوركي (sciatic nerve) و الجزء القطني من الحبل الشوكي و عينة من عضلات الساق الخلفية (gastrocnemius muscle)؛ حيث تم فحص عينة العصب الوركي تحت الميكروسكوب الإلكتروني وتقييم عدد الألياف العصبية المصابة، وتم فحص عينة الحبل الشوكي والعضلات بتقنية الكيمياء النسيجية المناعية (immunohistochemistry expression) لكل من 3-caspase كبروتين مضاد لموت الخلايا المبرمج) و TNF-alpha (احدي) عوامل (الالتهاب ، وأخيرا تم تقييم الألياف العضلية تحت الميكروسكوب بصبغة H&E و عمل تقييم لعدد الألياف العضلية المتحللة وتقييم اخر للألياف العضلية
الملتهبة.
هذه الدراسة أثبتت أن الجابابنتين قام بتحسين فرط التألم الحراري وتحسين الإحساس، ولكن لم يحسن من الاتزان الحركي، وكذلك الريسفيراترول قام بتحسين فرط التألم الحراري وتحسين الإحساس وقام أيضا بتحسين الاتزان الحركي نسبيا، أما الرياضة فقد حسنت بشكل كبير الاتزان الحركي في الفئران المصابة. كما تم اثبات ان الجابابنتين والريسفيراترول والرياضة لهم أثار إيجابية ومضادة للإلتهاب ومضادة لموت الخلايا المبرمج ومضادة للأكسدة؛ وكانت النتائج والتحسن أفضل ما تكون عند دمج الثلاثة معا الجابابنتين والريسفيراترول (والرياضة وحسنت بشكل كبير مرض الاعتلال العصبي السكري.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Medical physiology
Gabapentin Resveratrol exercise CGRP VEGFa
612
Incorporation of pharmaceutical drug (Gabapentin), natural products (Resveratrol) and lifestyle modification (exercise) in management of diabetic neuropathy in adult male albino rats / دراسة تأثير العلاج الدوائي (جابابنتين) والمنتجات الطبيعية (ريسفيراترول) والرياضة في علاج الاعتلال العصبي في ذكور فئران الألبينو البالغين المصابين بمرض السكري / By Reem Esam Abdel-Rahman Ghoweba ; Supervised by Prof. Dr.Akef Abdel-Halim Khowiled,Dr. Laila Ahmed Rashed, Dr. Basma Emad Abul-Huda, Dr. Asmaa Selmy Mohammed - 198 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2022.
Bibliography: pages 162-198.
Objectives: To investigate the mechanism of gabapentin, resveratrol, and exercise and their combination in managing DN, and their effect on thermal hyperalgesia, mechanical allodynia, motor coordination, and in-vitro NCV. We also investigated their effect on blood glucose level and their effect on pain-transmitting peptides in the plantar surface of the hind paw skin. we also examined their effect on the mRNA expression of growth-associated proteins (VEGF-a & VEGF-b) and their receptors growth-associated proteins (Rab13, GAP43) and anti-apoptotic Bcl-2 protein, antioxidant activity (SOD), SIRT-1. In addition, the protein level of phosphorylation of P300, Akt pathway, NGF, PARP-1, laminin-1, Na /K ATPase pump activity was measured in the lumbar segment of the spinal cord. Finally, our work was supported by different histopathology which included: count of degenerated nerve axons by assessment of toluidine blue and electron microscopy of the sciatic nerve, immunohistochemistry expression of caspase 3, as an apoptotic marker, and TNF alpha, as an inflammatory marker) in spinal cord and muscle and finally, Myofibril degeneration and inflammation Score of Gastrocnemius muscle by assessing hematoxylin/eosin sections.
Methods: A total of 80 male albino rats 180-220 gm were designated randomly into the following ten groups (8 rats in each group); group 1: control (normal), group II: (diabetic group without neuropathy) (sacrificed 1 week after diabetic inductions), group III: diabetic neuropathy (DN) (without any intervention for 8 weeks), group IV: DN + Gabapentin (100 mg/kg orally by gavage once daily for 4 weeks after 4 weeks of induction of DN), group V: DN + Resveratrol (20 mg/kg IP injection once daily for 4 weeks after 4 weeks of induction of DN), group VI: DN+ Exercise (swimming for 1 hour/ day, 5 days/week, for 4 weeks after 4 weeks of induction of DN), group VII: DN+ Gabapentin + Resveratrol, group VIII: DN+ Gabapentin + Exercise, group IX: Resveratrol + Exercise, group X: DN+ Resveratrol + Gabapentin + Exercise.
DN+
Results: Diabetic rats presented with severe thermal hyperalgesia, impaired pinprick response score, motor incoordination and increased number of slips, impaired nerve conduction velocity as compared to the normal control group. Diabetic rats presented the highest blood glucose level and increased pain-transmitting or pain-modulating peptides in the plantar surface of the hind paw skin as compared to the normal control group. In addition, diabetic rats presented increased levels of VEGF- a & VEGF-b and decreased levels of their receptors VEGFRI & VEGFR2. Also, diabetic rats presented decreased levels of growth-associated proteins (Rab13, Gap 43), bcl-2 protein, decreased SOD, decreased level of SIRT-1. By assessing the protein level of different intracellular pathways, the results implicated that the diabetic group showed a decreased level of phosphorylated-p300, decreased level of Akt, PARP-1, impaired Na'/k' ATPase activity, decreased level of NGF and on contrary, showed an increased level of Laminin-1. The administration of Gabapentin, resveratrol, exercise, or their different combinations reversed this impaired level of different parameters. All these results were supported by histopathology results, as cell apoptosis and expressions of inflammation increased in different tissues of diabetic rats which improved in treated groups. Conclusion: Gabapentin, resveratrol, and exercise improved the DN at different aspects; as they had hypoglycemic, anti-apoptotic, anti-inflammatory, and antioxidant effects. More research is recommended to prove the effectiveness of their combination in higher animal and human studies.
إن مرض الاعتلال العصبي السكري يعد إحدى المضاعفات الخطيرة لمرض السكري والذي يؤثر سلباً علي حياة المرضي إن كيفية حدوث المرض وكيفية معالجته ما زال قيد البحث العلمي لسنوات طويلة إن الاعتلال العصبي السكري ممكن أن يتخذ أشكال عديدة ويؤثر على الأعصاب الحسية والأعصاب الحركية والأعصاب اللاإرادية
أثبتت العديد من الدراسات أن من مسببات مرض الاعتلال العصبي السكري؛ الالتهاب والأكسدة و عوامل تنشيط موت الخلايا الميرمج وتشوهات الأوعية الدقيقة ونقص عوامل التغذية العصبية واضطرابات المناعة الذاتية. كل هذه العوامل قد تؤدي إلى الاعتلال العصبي السكري، بالإضافة إلى إصابة كلاً من الألياف العصبية النخاعية واللانخاعية.
إن الاعتلال العصبي السكري يؤدي إلى العديد من الأعراض الحسية سواء أعراض إيجابية أو أعراض سلبية؛ فالأعراض الإيجابية تشمل الألم التلقائي الغير مسبب وزيادة الحساسية للمنبهات غير المؤلمة أو زيادة التألم. أما الأعراض السلبية فتشمل نقص الحس ونقص التألم. من الممكن أن نجد مزيج من هذه الأعراض تظهر على المريض مما يعكس مدي تعقد اضطرابات الأعلال العصبي السكري المزمن.
إننا بحاجة ملحة لاكتشاف أدوية جديدة وطرق جديدة لعلاج الاعتلال العصبي السكري. الدراسات السابقة أظهرت الدور الفعال ل (الجابابنتين) والذي يقوم بتعديل وضبط قنوات الكالسيوم ذات الجهد الكهربائي والتي تسمح للكالسيوم بدخول الخلية وبالتالي تحرير الناقلات العصبية في الجهاز العصبي المركزي والحبل الشوكي.
محور هذا البحث هو دراسة تأثير الجابابنتين كمادة) (دوائية) وتأثير الريسفيراترول (كمادة طبيعية) والتمارين الرياضية ( كنمط حياة سواء دراستها كلاً على حدي أو مجتمعين على الاعتلال العصبي السكري في ذكور الفئران المصابة.
تم دراسة تأثير هذه الأدوية على كلا من فرط التألم الحراري، وتحسن الإحساس، والاتزان الحركي، وسرعة عة توصيل الألياف العصبية. كما تم قياس مستوى السكر في الدم في المجموعات المختلفة، وقياس المستوي الجيني للبيبتيدات المعدلة أو الناقلة للألم في جلد المخلب الخلفي للفئران.
تم أخذ عينة من الجزء القطني من الحبل الشوكي وتم دراسة تأثير الجابابنتين والريسفيراترول والرياضة على المستوى الجينى للبروتينات المرتبطة بالنمو ومستقبلاتها وهي ) -VEGFa R1- VEGFR2- RAB13-GAP43) بالإضافة إلى قياس المستوي الجيني المضاد موت الخلايا المبرمج (2-bel) وانزيم مضاد الأكسدة (SOD) والسيرتوين (SIRTUINS) وهي بروتينات بداخل النواة مسئولة عن العديد من العمليات الحيوية بداخل الخلايا.
بالإضافة إلى دراسة تأثير الأدوية على المستوي البروتيني للعديد من البروتينات المهمة والمسئولة عن حماية الخلايا مثل P300) Akt- NGF- PARP-1- Laminin-1- Nak pump) وتم قياس هذه البروتينات في الجزء القطني من النخاع الشوكي.
كما تم اثبات هذه النتائج بأخذ عينات باثولوجيه من العصب الوركي (sciatic nerve) و الجزء القطني من الحبل الشوكي و عينة من عضلات الساق الخلفية (gastrocnemius muscle)؛ حيث تم فحص عينة العصب الوركي تحت الميكروسكوب الإلكتروني وتقييم عدد الألياف العصبية المصابة، وتم فحص عينة الحبل الشوكي والعضلات بتقنية الكيمياء النسيجية المناعية (immunohistochemistry expression) لكل من 3-caspase كبروتين مضاد لموت الخلايا المبرمج) و TNF-alpha (احدي) عوامل (الالتهاب ، وأخيرا تم تقييم الألياف العضلية تحت الميكروسكوب بصبغة H&E و عمل تقييم لعدد الألياف العضلية المتحللة وتقييم اخر للألياف العضلية
الملتهبة.
هذه الدراسة أثبتت أن الجابابنتين قام بتحسين فرط التألم الحراري وتحسين الإحساس، ولكن لم يحسن من الاتزان الحركي، وكذلك الريسفيراترول قام بتحسين فرط التألم الحراري وتحسين الإحساس وقام أيضا بتحسين الاتزان الحركي نسبيا، أما الرياضة فقد حسنت بشكل كبير الاتزان الحركي في الفئران المصابة. كما تم اثبات ان الجابابنتين والريسفيراترول والرياضة لهم أثار إيجابية ومضادة للإلتهاب ومضادة لموت الخلايا المبرمج ومضادة للأكسدة؛ وكانت النتائج والتحسن أفضل ما تكون عند دمج الثلاثة معا الجابابنتين والريسفيراترول (والرياضة وحسنت بشكل كبير مرض الاعتلال العصبي السكري.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Medical physiology
Gabapentin Resveratrol exercise CGRP VEGFa
612