Soğuk stresin mesane düz kası kontraktilitesi üzerine etkisi ve soğuk strese bağlı histomorfolojik değişiklikler

Abstract

ÖZET GİRİŞ: Soğuk etkisinin mesane işlevini ve detrusor kontraktilitesini etkilediği bilinmekle birlikte bu etkileşimde rol oynayan fizyolojik mekanizma yeterince araştırılmamış ve anlaşılmamıştır. Klinik olarak soğuk etkisinin genellikle işemeyi uyarıcı etkisinin sıklıkla gözlenmesine rağmen özellikle pelvik ağrı sendromu ve aşırı aktif mesane sendromunun soğuk ile ilişkisi hakkında yeterince bilgi yoktur. Klinik gözlemlerde, soğuk bu klinik tablolardaki semptomları artırıcı etki gösterebilmektedir. 1957 yılından itibaren, mesane soğuk refleksinin bulunmasıyla bu konuya ilgi artmış ve çeşitli araştırıcılar tarafından bu refleksin afferent ve efferent yollan ayrıca merkezi ve çevresel yollan anlaşılmaya çalışılmıştır. Bununla birlikte tekrarlayıcı buzlu su testi uygulamalan detrusor kasılımım uyarmak amacıyla, medüller şok fazımn tedavisinde bir rehabilitasyon metodu olarak kullanılmış ve bu testin bazı hipo- veya arefleksi durumunda etkili olduğu bildirilmiştir. Vücut soğuması genellikle artmış bir diürezle ilişkilidir. Mesane soğuk refleksi ile düşük ısıya maruz kalma esnasında artmış ani sıkışma hissi arasındaki ilişki aydınlatılamamıştır. Hayvan deneylerinde derinin soğutulmasıyla detrusor cevabım kolaylaştırmak veya uyarmak konusunda başanlı olunamamıştır. Bu durum deri soğuk reseptörlerinin, mesane soğuk refleksine (MSR) giriş yapamadığını düşündürmektedir. Mesanenin ısı algılamasmdaki görüşler değişiktir. Birçok araştıncı mesane mukozasının sıcak ve soğuk sıvı aynmını yapabildiği konusunda hemfikirken diğerleri mesanede termal duyumsama olmadığını rapor etmiştir. Daha sonrakiler ise ısı algılamasının mesanedeki reseptörler tarafından değil, sadece üretral reseptörler tarafından algılanabildiğini rapor etmişlerdir. Bu tezin amacı sıçanlarda akut ve kronik soğuk stresin mesane düz kası kasılımı üzerine etkisini ve soğuk strese bağlı oluşan histomorfolojik değişiklikleri araştırmaktır. Bu tez çalışmasından elde edilecek bilgiler, henüz açıklanamamış soğuk ve mesane uyanmıarasındaki ilişkiye ışık tutabilecek ve aşın aktif mesane sendromu ve ağrılı mesane sendromu gibi hastalıkların etiolojisinde soğuk etkisinin olası rolüne işaret edebilecektir. 111GEREÇ VE YÖNTEM: Her biri 6 adet erişkin erkek Sprague-Dawley sıçanlardan oluşan 3 grup oluşturuldu. İlk grup olan kontrol grubu soğuk strese maruz bırakılmadı ve organ banyosu çalışmaları için feda edilmelerine kadar oda sıcaklığında beslendi. Akut soğuk stres (ASS) grubu olan ikinci grupta sıçanlar, 8 saat süre ile +4° C derecede tutulduktan hemen sonra mesaneleri çıkarılarak feda edildiler. Kronik soğuk stres (KSS) grubu olan üçüncü grupta ise sıçanlar 21 gün süreyle, her gün +4° C derecede, 4 saat tutulduktan sonra mesaneleri çıkarılıp feda edildiler. Her mesaneden iki adet elde edilen mesane şeritleri, dört kanallı organ banyosunda izometrik gerilime getirildi. Kasılma çalışmaları dinlenme geriliminde, gevşeme çalışmaları ise (10`5 M) karbakolle önceden gerilmiş dokularda gerçekleştirildi. Karbakol (10`9 - 10`4 M arasında doz yanıtı) ve elektriksel alan uyarımı (EAU) (1, 5, 15, 40 Hz, 10 V, lms, 15 saniye) ile kasılma ve izoproterenol (10`9 - 10`4 M arasında doz yanıtı) ve EAU'ya gevşeme yanıtları test edildi. Doku ağırlığına göre normalize edilen verilerin istatistiksel değerlendirmesi 'SPSS 10.0 for Windows' tıbbi istatistik programı kullanılarak, 'one way ANOVA' ile ve grafikler ise 'Jandel scientific, Sigma Plot 3.0' programı kullanılarak yapıldı. İstatistiksel anlam p=0,05 sınırında kabul edildi. BULGULAR: 120 mM K ile elde edilen maksimum kasılma yanıtları kontrol grubunda, ASS ve KSS gruplarına oranla istatistiksel olarak yüksek bulundu. Gerek karbakol gerekse de EAU ile elde edilen kuru ve yaş ağırlıklara göre normalize edilen kasılma yanıtları kontrol grubunda ASS ve KSS gruplarına göre yine istatistiksel olarak yüksek bulundu. Elde edilen kasılma yanıtları mesane şeritlerinin ağırlığından bağımsız olarak maksimum kasılma güçlerine göre normalize edildiğinde ise karbakol yanıtları, kontrol grubu ve KSS grubunda, ASS grubuna göre istatistiksel olarak yüksek bulunurken EAU ile elde edilen kasılma yanıtlarında gruplar arasında istatistiksel fark saptanmadı. Gevşeme çalışmalarında gruplar arasında maksimum gevşeme yanıtlan açısından fark izlenmedi. İzoproteranole karşı oluşan gevşeme yanıtlarında, kuru ve yaş ağırlıklara ve maksimum gevşemeye göre normalize edilen değerler karşılaştırıldığında, gruplar arasında istatistiksel olarak fark saptanmadı. EAU ile elde edilen kasılma yanıtlarında ise doku ağırlıklarına göre normalize edilen değerlerde gruplar arasında fark bulunmazken maksimum gevşemeye göre normalize edilen değerlerde, ASS ve KSS gruplarında kontrol grubuna göre istatistiksel olarak daha az gevşeme saptandı. IVHematoksilen & Eozin ve PAS (Periodic Asid Schiff) ile gerçekleştirilen histolojik çalışmalarda kontrol grubunda ürotelyum ve lamina proprianın morfolojisinin düzgün, GAG (glikozaminoglikan) tabakasının sürekli olduğu saptandı. ASS ve KSS uygulanan gruplarda, ürotelyumun yer yer dejenere olduğu görülürken, lamina propriada inflamatuar hücre infiltrasyonu ve bazı bölgelerde GAG tabakasının sürekliliğinin bozulduğu bulundu. Ayrıca, KSS uygulanan grupta yer yer mast hücreleri görüldü. ASS ve KSS uygulanmış gruplardaki bulgular benzerlik göstermekle beraber, ASS uygulanmış gruptaki mukozal hasarın daha yoğun düzeyde olduğu saptandı. SONUÇ: Bu çalışmada dışardan vücut soğutulmasıyla oluşturulan akut ve kronik soğuk stresin, mesane düz kas kasılımı ve gevşemesi üzerine olan etkisi gösterilmiştir. Buna göre akut veya kronik soğuk stres mesane düz kasında kasılma yanıtlarım zayıflatmaktadır. Ayrıca, mesane düz kasının nörojenik uyarıya gevşeme yanıtı da soğuk stres ile azalmaktadır. Bu hayvan modelinde soğuk stres mesane epiteli ve lamina propriada histopatolojik değişikliklere yol açmıştır. Soğuk stresin sıçan mesanesindeki bu etkilerinin oluşmasında rol oynayan hücresel mekanizmaların ve aynı patofizyolojik nedenlerin insanda çeşitli mesane hastalıklarının etioloj isindeki olası rolünün araştırılması gereklidir.

SUMMARY INTRODUCTION AND OBJECTIVES Although the effect of cold stress on bladder function is commonly observed there is not enough investigation about the physiological mechanism involved in this relation. Clinically, cold usually provokes micturition, however, the possible etiological role of cold stress in overactive bladder syndrome and pelvic pain syndrome has not been thoroughly investigated. According to common clinical observation the cold stress increases the symptoms of these syndromes. As of 1957, the attention to this matter has been increased by means of discovery of the bladder cold reflex and the afferent and efferent or central or peripheric pathways of this reflex have been investigated by the various investigators. The use of the ice water test as a rehabilitation method to reduce the medullary shock phase was effective in patients with detrusor hypo- or areflexia and helped in restoring normal detrusor contractility. Body cooling is usually associated with an increased diuresis. The relationship between the bladder cooling reflex and the commonly experienced increase in urgency during exposure to low temperature is unclear. In animal experiments the investigators have failed to evoke or facilitate a detrusor response by cooling of the skin, which may suggest that cutaneous cold receptors do not provide an input to the bladder cooling reflex. The ideas about the thermal sensation of the bladder are various. Most investigators have concluded that the bladder mucosa can distinguish between hot and cold fluids but others have reported an absence of thermal sensation in bladder. These latter authors have postulated that thermal sensation is perceived exclusively by urethral receptors and not by receptors in the bladder mucosa. The aim of this study is to investigate the effect of acute and chronic cold stres on the contractility and the histomorphology of rat bladder. We believe that the results of this study will be help us to understand the effect of cold on bladder function and also the possible role of the cold stress in the etiology of various bladder diseases such as over active bladder and painful bladder syndrome. VIMATERIALS AND METHODS We divided the animals into 3 groups each including 6 male Sprague-Dawley rats. The control group was not exposed to cold stress and fed at the room temperature until their bladders were removed under anesthesia and processed for organ bath and histological studies. The rats in the acute cold stress (ACS) group were exposed to acute cold stress at the +4° C degrees for 8 hours. Immediately thereafter their bladders were removed for the same purpose. The rats in the chronic cold stress (CCS) group were exposed to chronic cold stress at +4° C degrees for 4 hours every day for 21 days and thereafter they underwent bladder removal under anesthesia. All animals were sacrified after bladder removal. Two bladder strips were obtained from each bladder and incubated in a four chamber organ bath and stretched to isometric tension. Contraction studies were performed at baseline isometric tension and relaxation studies were performed on pre-contracted tissues by 10`5 M carbachol. In contraction studies, the contraction responses of tissues to carbachol (İO^-IO`4 M cumulative dose response stimulation) and electrical field stimulation (EFS) (1, 5, 15, 40 Hz, 10 V, 1 ms, 15 sec) were measured. In relaxation studies, the relaxation responses of pre contracted tissues to isoproterenol (İO^-IO`4 M, cumulative dose response stimulation) and EFS were measured. All contraction and relaxation results were normalized according to tissue weight and as well as according to maximum contraction or relaxation. Statistical analysis was performed by `one way ANOVA` using `SPSS 10.0 for Windows` and graphics were performed on `Jandel Scientific, Sigma Plot 3.0` program. Statistical significance was determined at p=O.05 level. RESULTS Maximum contraction responses obtained with 120 mM K in the control group were significantly higher compared with the ACS and CCS groups. Carbachol and EFS-induced contractions in the control group were significantly higher than the ACS and CCS groups when normalized according to the weight of bladder strips. However, when normalized according to maximum contractility, carbachol contractions in the control group and CCS group were significantly higher than the ACS group and also, there were no statistically significant difference between groups in the EFS-induced contractions. In relaxation studies, maximum relaxation responses were similar between groups. There was no statistical difference between groups in terms of the relaxation responses to VIIisoproterenol normalized according to tissue weight and maximum relaxation response. EFS- induced relaxation was also similar between groups when results were normalized according to weight. However, EFS-induced relaxation was found to be significantly higher in the control group compared to ACS and CCS groups when data was normalized according to maximal relaxation response. Histological studies on H&E and PAS stained slides revealed normal urothelium with an intact GAG layer and normal lamina propria. In ACS and CCS groups, urothelium was damaged in some parts along with GAG layer and lamina propria was infiltrated by inflammatory cells. Urothelial damage in ACS group seemed to be more severe compared with the CCS group and mast cell infiltration was only observed in the CCS group CONCLUSION In this study, we have shown the effect of acute and chronic cold stress in rats on the function of the bladder in vitro and bladder histology. Our results have revealed that acute or chronic cold stress decreases the contractile responses of bladder tissue in vitro. On the other hand, EFS-induced relaxation is also decreased by acute or chronic cold stress. These changes in the isometric tension studies are found to be associated with urothelial damage and inflammatory reaction in lamina propria. The cellular pathways involved in this process need to be clarified by further studies. Understanding the precise mechanism behind the effect of cold stress on bladder physiology and morphology may help us to better understand the pathophysiology of various bladder diseases in humans. Vlll