+ All Categories
Home > Documents > vol_53_2010-1

vol_53_2010-1

Date post: 05-Aug-2015
Category:
Upload: otilia-nechifor
View: 160 times
Download: 4 times
Share this document with a friend
206
UNIVERSITATEA DE ȘTIINȚE AGRICOLE ȘI MEDICINĂ VETERINARĂ “ION IONESCU DE LA BRAD” IAȘI LUCRĂRI ȘTIINȚIFICE VOL. 53 (12) MEDICINĂ VETERINARĂ PARTEA 1 EDITURA “ION IONESCU DE LA BRAD” IAȘI 2010
Transcript
Page 1: vol_53_2010-1

UNIVERSITATEA DE ȘTIINȚE AGRICOLE ȘI MEDICINĂ VETERINARĂ 

“ION IONESCU DE LA BRAD” IAȘI    

 

LUCRĂRI ȘTIINȚIFICE VOL. 53 (12) 

 

MEDICINĂ VETERINARĂ PARTEA 1 

           

EDITURA “ION IONESCU DE LA BRAD” IAȘI 2010 

 

Page 2: vol_53_2010-1

COLEGIUL DE REDACȚIE  Redactor responsabil: Prof. univ. dr. Gheorghe SOLCAN  Redactor adjunct: Prof. univ. dr. Octavian Zaharie OPREAN  Membri: Prof. univ.  dr. Corneliu COTEA Prof. univ. dr. Vasile VULPE Prof. univ. dr. Mihai CARP‐CĂRARE Prof. univ. dr. Dan DRUGOCIU 

  

COMISIA DE REFERENȚI ȘTIINȚIFICI Prof. univ. dr. Octavian Zaharie OPREAN Prof. univ. dr. Abdelfatah NOUR – Universitatea  Pudue, SUA Prof. univ. dr. H.C. Francois  CRESPEAU – ENV Alfort, France Prof. univ. dr. Gheorghe SOLCAN Prof. univ. dr. Liviu MIRON Prof. univ. dr. Gheorghe SĂVUȚA Prof. univ. dr. Gabriel PREDOI – FMV București Prof. univ. dr. Ioan Ștefan GROZA – FMV Cluj Napoca Prof. univ. dr. Gheorghe DĂRĂBUȘ ‐ FMV Timișoara Prof. univ. dr. Corneliu COTEA Prof. univ. dr. Mihai CARP‐CĂRARE Conf. univ. dr. Șerban MOROȘAN – INSERM Paris Prof. univ. dr. H.C. Liviu RUNCEANU Prof. univ. dr. Tudor PERIANU Prof. univ. dr. Ioan COMAN Prof. univ. dr. Elena VELESCU 

  

Volumul a fost editat cu sprijinul financiar al Ministerului Educației, Cercetării, Tineretului și Sportului 

 ISSN: 1454‐7406 

Page 3: vol_53_2010-1

 

CURPINS 

 

PARTEA I  ALINA ANTON, GHEORGHE SOLCAN, VASILE BOGHIAN, NICOLAE HAGIU BIOCHEMICAL AND HAEMATOLOGICAL PROFILE IN THE ADVANCED GESTATION PERIOD OF COPPER DEFICIENT HOLSTEIN AND BROWN SWISS CATTLE  ATTIA, H.F AND MAZHER, K  HISTOLOGICAL AND IMMUNOHISTOCHEMICAL STUDIES OF THE BUCK'S PINEAL GLAND DURING LIGHT AND DARK PERIODS  S. BESCHEA‐CHIRIAC COMPARATIVE STUDY OF VASCULAR ARTERIAL REACTIVITY AT SEVERAL MAMMAL SPECIES:  . THE REACTIVITY OF ARTERIAL SMOOTH MUSCLES AT THE VASOCONSTRICTOR AGENTS ANTIDIURETIC HORMONE (VASOPRESSIN)  BOGHIAN V., MĂLĂNCUŞ R.N., ACATRINEI D., PAȘCA S., ANTON ALINA, SOLCAN GH. MORPHOCLINICAL ASPECTS OF BABESIOSIS IN HORSES  IOANA BURCOVEANU, I. BURTAN, ROXANA TOPALĂ,  L.C. BURTAN, M. FÂNTÂNARIU KERATOPATHIES IN CARNIVORES: CLINICAL SIGNS AND LOCAL PATHOLOGIC RESPONSES   HÉLÈNE HUET  , DELPHINE FRANKO  , CHAKIB DJEDIAT, EVA PEREZ , FRANÇOIS CRESPEAU  , AMAURY DE LUZE  PATHOLOGICAL EFFECTS AND TISSUE DISTRIBUTION OF MICROCYSTIN‐LR (MC‐LR) AFTER 48 HOURS NON INVASIVE EXPOSITION OF NEWLY HATCHED MEDAKA  (ORYZIAS LATIPES) ELEUTHERO‐EMBRYOS   GH. DĂRĂBUŞ , V. COZMA , K. IMRE , A. BEJAN , M.S.ILIE , MIRELA IMRE  

PREVALENCE OF CRYPTOSPORIDIUM SPP. AND OTHER ENTEROPATHOGENS INFECTIONS AT CALVES IN WESTERN, CENTRAL AND NORTH‐WESTERN ROMANIA  GAL A.F. , CATOI C. , BABA AI , MICLAUS V. , BOLFA P. ,  TAULESCU M , TABARAN F. , NAGY A. , MOUSSA R. , COSMINA CUC ASPECTS REGARDING VASCULOGENIC MIMICRY IN CANINE MAMMARY CANCER   GRECU MARIANA , NĂSTASĂ V. , MAREŞ M. , MORARU RAMONA, HRIȚCU LUMINIȚA DIANA , ILIE CORNELIA  ASSESSMENT OF THE ANTI‐INFLAMMATORY ACTION OF THE CARPROFEN‐BETA CYCLODEXTRINS COMPLEX ON EXPERIMENTAL INFLAMMATION MODEL IN RATS  

 7    13    20     26   30     36     44     49    60     

Page 4: vol_53_2010-1

GROZA I.Ș, GROZA DARIA, PALL EMOKE, CENARIU M., CIUPE SIMONA, LAURA PARLAPAN EVALUATION OF DEGREE OF ENGRAFTMENT IN MOUSE MODEL OF STEM CELLS HARVESTED FROM HUMAN PLACENTA  IONELA HOTEA, GH. DARABUS, C. PACURAR, TATIANA RUGEA, P. MUNTEAN, M.S. ILIE, K. IMRE, MIRELA IMRE, DENISA SORESCU, ADRIAN BALINT, DINU INDRE PRELIMINARY STUDY ON THE PREVALENCE OF TOXOPLASMA GONDII INFECTION IN WILD BOARS FROM TIMIS COUNTY   OLIMPIA C. IACOB,  B.C. ŞÎŞCĂ EPIDEMIOLOGICAL INVESTIGATIONS ON DIGESTIVE PARASITOSIS  IN RACING PIGEONS AND THE RISK OF RELEASING PARASITIC ELEMENTS IN FREE AREAS   MARIANA IONITA  , D.K. HOWE , I.L. MITREA , B. STEVENSON , MICHELLE YEARGAN  PRELIMINARY DATA CONCERNING OPTIMIZATION OF A PCR‐BASED METHOD FOR MOLECULAR DETECTION OF TICK‐BORNE PATHOGENS  ISMAIL, S.F ; ABD AL‐GALIL, A.S.A AND GEHAN, B.A.YOUSSEF PROPOFOL ANAESTHESIA IN DONKEYS IN COMBINATION WITH CHLORAL HYDRATE  ADINA MARIA MANEA, S. E. GEORGESCU, STELIANA KEVORKIAN, SORINA DINESCU, MARIETA COSTACHE GENOTYPING ESTROGEN RECEPTOR POLYMORPHISM IN PIGS, USING THE PCR‐RFLP METHOD  MICLĂUŞ V ., ANNE CLAUDIA ŞTEFĂNUȚ , ADRIANA MUREŞAN ,  C. OBER , V. RUS  

COMPARATIVE TESTING OF SOME EXPERIMENTAL MODELS OF OXYGEN INDUCED RETINOPATHY IN YOUNG RATS. HISTOLOGICAL STUDY.  MOUSSA RAOUAD.,C CATOI., B SEVASTRE., M TAULESCU., P BOLFĂ., A GAL., ,F.A TABARAN., A.L NAGY.,C CUC.  EXPRESSION OF THE VIMENTIN MARKER IN DOG MELANIC CUTANEOUS TUMORS  S.OANCEA , G.PAVEL , A.V.OANCEA   ON THE SHAPE OF THE ERYTHROCYTES FROM SOME HERBIVORE MAMMALS  S.OANCEA , S.PADUREANU , A.V.OANCEA  

IDENTIFICATION OF PATHOLOGICAL STATES BASED ON RED BLOOD CELL AGGREGATION  

 OPREAN O.Z.  , GHEBAN DIANA  , FORNA NORINA CONSUELA , ŞINDILAR E.V. ,    GRĂMADĂ S.  

STRUCTURAL MODIFICATIONS OF THE ORAL MUCOSA AND THE DENTAL APPARATUS INDUCED BY  SOME DRUGS IN LABORATORY MICE 

 EMOKE PALL , GROZA I. , CENARIU M. , CRISTINA ILEA , OLGA SORITAU , CIPRIAN T ., BERCE C . ISOLATION, CHARACTERIZATION, PHENOTYPIZATION AND DIFFERENTIATION OF STEM CELLS FROM RAT PLACENTA 

65    70     74    87    96   

103     

107    

115    

121   

127    

131     

141    

Page 5: vol_53_2010-1

 DUMITRIȚA RUGINA, ADELA PINTEA, ANDREA BUNEA, RALUCA POP, SANDA ANDREI LUTEIN PREVENTS HIGH GLUCOSE INDUCED OXIDATIVE STRESS IN HUMAN RPE CELLS 

 TRIF ALEXANDRA , DUMITRESCU EUGENIA  , PETROVICI SNEJANA  ALUMINIUM SULPHATE IMPACT ON FUNDAMENTAL BIOMARKERS OF REPRODUCTIVE FUNCTIONALITY IN FEMALE RATS (SUCKLING PERIOD EXPOSURE)   WAEL M. EL‐DEEB, S.M. EL‐BAHR IMPROVEMENT OF GLUCOSE CONCENTRATION, LIPOPROTEIN PROFILE AND ANTIOXIDANT BIOMARKERS IN BLOOD OF NATURALLY DIABETIC BITCHES ADMINISTERED INSULIN WITH VITAMIN C OR VITAMIN E  WAEL M. EL‐DEEB,  ABD EL‐AZIZ ALMUJALLI,  S. M. EL‐BAHR 

INVESTIGATION OF SELECTED BIOCHEMICAL INDICATORS OF EXERTIONAL HABDOMYOLYSIS IN ARABIAN HORSES: PRO‐INFLAMMATORY CYTOKINES AND OXIDATIVE STRESS MARKERS 

 IHAB EL_ZOGHBY, AHMED KASSAB  THE PARS DISTALIS (ANTERIOR PITUITARY) IN ONE‐HUMPED CAMEL (CAMELUS DROMEDARIUS ) : A MORPHOLOGICAL STUDY  IHAB M. EL‐ZOGHBY LIGHT AND ELECTRON MICROSCOPE STUDIES OF THE ADRENAL GLANDS OF THE EGYPTIAN GEESE (ALOPOCHEN AEGYPTIACUS)    PARTEA II  GEHAN SAID AHMED AFIFY DETERMINATION OF SOME ANTIMICROBIAL RESIDUES IN CHICKEN MEAT AND GIBLETS.  ADRIANA ANIȚĂ, DRAGOȘ ANIȚĂ, GHEORGHE SAVUȚA RESEARCHES REGARDING THE SEROPREVALENCE OF SWINE HEPATITIS E VIRUS INFECTION IN THE EAST OF ROMANIA  DRAGOȘ CONSTANTIN ANIȚĂ, ADRIANA ANIȚĂ, GHEORGHE SAVUȚA SEROEPIDEMIOLOGICAL STUDY REGARDING INFECTIOUS BOVINE RHINOTRACHEITIS IN COUNTIES FROM NORTH OF MOLDOVA REGION  CRISTINA BULBAŞA (PANAITE), D. DRUGOCIU, DANA DRUGOCIU, PANAITE C.G. USING SOMATIC CELLS COUNT AND BACTERIAL COUNT TO EVALUATE MILK PRODUCTION IN ONE DAIRY FARM IN IASSY COUNTRY  PRIMIANI EDIANINGSIH, JAN ALEX SIWI SELECTION RESPONSES OF ALABIO DUCK (ANAS PLATIRINCHOS BORNEO) PRODUCTION IN INTENSIVE MAINTENANCE SYSTEM 

145    

153    

158     

170     

183    

195        

213    

219    

222    

226    

230   

Page 6: vol_53_2010-1

EL‐ KOMY. A.A.A, EL‐ZOGHBY. R.R,  ABD‐EL‐AZEM .M.A.TERATOLOGICAL AND PATHOLOGICAL STUDIES OF CEFOPERAZONE IN FEMALE ALBINO RATS  SERGIU EMIL GEORGESCU, MARIA ADINA MANEA, STELIANA KEVORKIAN, MARIETA COSTACHE A NEW METHOD FOR ANALYZING THE AGOUTI LOCUS INVOLVED IN THE COAT COLOUR OF HORSES  CRISTINA HORHOGEA, IVONA LAIU, CRISTINA RÎMBU, MIHAI CARP – CĂRARE FELINE INFECTIOUS PERITONITIS – CASE PRESENTATION  STELIANA ELVIRA MARIA KEVORKIAN, S. E. GEORGESCU, MARIA ADINA MANEA,  MARIA GEORGIANA GAVRILA, G. HRINCA, MARIETA COSTACHE THE SPIDER LAMB SYNDROME ABSENCE IN FIVE ROMANIAN SHEEP BREEDS  HENDRONOTO ARNOLDUS WALEWANGKO LENGKEY, LOVITA ADRIANI IMPLICATION EFFECT OF PROBIOTIC BACTERIA TO YOGHURT QUALITY AND ENZYME ACTIVITIES  LOVITA ADRIANI, HENDRONOTO A.W. LENGKEY PROBIOTIC BACTERIA AS YOGHURT STARTER AND ITS IMPLICATION EFFECT TO THE PATHOGENIC AND NON PATHOGENIC BACTERIA IN MICE GASTROINTESTINAL  INA IULIANA MACOVEI, S. MANOLESCU, CRISTINA RÎMBU, S. PASCA, G. DRAGAN, GH.SAVUȚA STUDY OF AN OUTBREAK OF FOWL TYPHOID  IN PHEASANTS  CRISTINA RÎMBU, ELEONORA GUGUIANU, GH. SOLCAN, CRISTINA HORHOGEA, E.V. ȘINDILAR, C‐TIN. PAVLI, C. CARP‐CĂRARE CONSIDERATIONS ON THE ASSOCIATION OF PERIODONTAL DISEASE WITH OTHER ORGANIC DISEASES IN DOGS AND CATS  ROOSTITA L. B., CISSY R. P., ERIC F.S., SRI M., HENDRONOTO A. W. L. THE INFLUENCE OF SEASONAL CHANGE TOWARDS THE NUMBER OF OUTBREAKS AND POULTRY DEATH RATE CAUSED BY AVIAN INFLUENZA AT BANDUNG DISTRICT  GH.SAVUȚA , IULIANA ONIȚĂ, ADRIANA ANIȚĂ, D. ANIȚĂ, LUANDA LUDU, BEJANARIU ANA EPIDEMIOLOGICAL INVESTIGATIONS IN THE EAST OF ROMANIA REGARDING THE SEROPREVALENCE OF INFLUENTZA A TYPE VIRUSES IN DIFFERENT SPECIES OF ANIMALS   JAN ALEX  SIWI, PRIMIANI EDIANINGSIH AND DUDUNG MULLIADI PERFORMANS GENETIC QUALITATIVE AND QUANTITATIVE OF THIN TAIL SHEEP AND PRIANGAN SHEEP  N. STARCIUC., NATALIA OSADCI., I. SCUTARU., T. SPATARU. THE OUTBREAKS OF INFECTIOUS BRONCHITIS OF CHICKENS IN PRIVATE POULTRY FARM 

236   

246     

249   

254    

259    

262    

267   

271     

278     

282     

286     

294   

Page 7: vol_53_2010-1

OANA  RALUCA STRUGARU, FILIPPO  TURRINI, ALESSANDRA SCAGLIARINI, ELENA VELESCU THE DETECTION OF ORF VIRUS BY PCR AT THE RUMINANS OF ROMANIA  ALINA VLAD SABIE, VIOREL FLORIŞTEAN, CARMEN CREȚU, MIHAI OBADĂ, CĂTĂLIN CARP‐ CĂRARE, MIHAI CARP‐ CĂRARE DETECTION AND QUANTIFICATION OF SALMONELLA SPP. AND CAMPYLOBACTER JEJUNI ON POULTRY CARCASSES BY REAL‐TIME PCR  MOHAMED YOUSEF RAMADAN AND ABLA DESOKY ABDEL‐MAGEID EPIDEMIOLOGICAL STUDY OF ECTOPARASITES IN STRAY DOGS IN  KALUBYIA GOVERNORATE OF EGYPT WITH A SPECIAL REFERENCE TO ITS CONTROL IN PUPPIES BY DELTAMETHRIN AND IVERMECTIN  MARIA ZAMORNEA, D. ERHAN, Ş.RUSU, NINA TĂLĂMBUȚĂ, O.CHIHAI, VIORICA COADĂ ESTIMATION OF VEGETAL EXTRACTS EFFICIENCY IN DOMESTIC BIRDS ECTOPARASITOSES TREATMENT AND PROPHYLAXIS 

 

297    

300      

307     

318        

 

Page 8: vol_53_2010-1
Page 9: vol_53_2010-1

 

 

BIOCHEMICAL AND HAEMATOLOGICAL PROFILE IN THE ADVANCED GESTATION PERIOD OF COPPER DEFICIENT HOLSTEIN 

AND BROWN SWISS CATTLE 

Alina ANTON, Gheorghe SOLCAN, Vasile BOGHIAN, Nicolae HAGIU Faculty of Veterinary Medicine Iasi 

Alley Mihail Sadoveanu nr.8; Iasi – 700489, Romania; [email protected] 

10 Holstein and 10 Brown  Swiss  cattle  in advanced gestation period,  clinically healthy,  from a farm from Romania were divided into 2 groups according to breed (group 1 = Holstein, group 2 = Brown  Swiss) with  the  aim  of  evaluating  the  copper  status  and  correlating  these  status with haematological  and  biochemical  profiles.Ceruloplasmin  concentrations  (the  primary  Cu‐containing  component  of  the  blood)  have  been  considered  as  reliable  indicators  to  copper status.During the protocol, no statistically significant differences were noted in the hematological and  biochemical  parameters  in  Holstein  versus  Brown  Swiss  cattle,  remaining  within  their physiological  adult  reference  range,  except  plasma  ceruloplasmin.These  were  below  cattle reference range for all 20 cattles. In our study, the values of plasma ceruloplasmin were significantly increased (P < 0,05) in Brown Swiss  cattle  (54.97  ±  15.62 mg/L)  than  Holstein  cattle  (40.60  ±  5.18 mg/L),  probably  due  to genetic predisposition.  Keywords: ceruloplasmin, copper, haematology, blood biochemistry, cattle 

 Copper is the rate – limiting element in the synyhesis of ceruloplasmin, a glycoprotein that is synthetized in the liver. Ceruloplasmin concentrations (the primary Cu‐containing component of the blood) have been considered as reliable  indicators to copper status (Jain, 1993). Close correlation between plasma ceruloplasmine and copper concentration have been reported in many animal species in cluding sheep, cattle and horses (Arthington et al., 1996; Cerone et al., 1998). The aim of the present study was to determine the copper status and the correlation between these status and haematological and biochemical profiles.   MATERIAL AND METHODS  The present study was carried out on a private farm from Nord‐East of Romania.  Blood  samples were  collected  from  20  cattle  in  the  advanced  gestation period  grouped by breeds  (group 1 = Holstein, group 2 = Brown Swiss). The animals were clinically normal and free  from any external, and  internal parasites. They were  fed with corn silage, concentrates and hay. The animals were supplemented with 250 g/day of a commercial mineral and vitamin mix. The basal diet was analyzed to contain 9 mg of copper/kg dry matter intake. Blood samples were collected from the coccygeal vein into heparinized vacutainers for plasma and uncoated vacutainers  for  serum. The  samples were analysed  for glucose, urea nitrogen (BUN),  β‐hydroxybutyrate  (β‐OHB),  cholesterol,  calcium  (Ca),  phosphorus  (P),  magnesium (Mg),  alkaline  phosphatase  (PA),  total  protein  (Pt),  albumin  (Alb),  globulin  (Gb),  plasma ceruloplasmin (Cerlp) and plasma haptoglobin (Hapt). Serum  levels analysis and plasma were performed in an automatic biochemical Cormay Accent 200.  

7

Page 10: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 

About 2 ml blood was sampled into small vacutainers containing a dried anticoagulant (EDTA‐K) and gently mixed for hematological parameter determinations. Haematological analyses included red blood cells (RBC), haematocrit (Htc), haemoglobin (Hb), mean cell volume (VEM), mean cell haemoglobin (HEM), mean cell haemoglobin concentration (CHEM), white blood cells  (WBC) and number of platelets. The samples were analysed  in an automated  cell  counter  (Animal  Blood  Counter  Vet)  for  complete  blood  count. Differential leukocyte count was performed microscopically on Giemsa stained blood film.  Statistical  analysis was  conducted  using  SPSS  16  for windows. Breeds  effect was  examined using Student`s t‐Test. Mean values and standard deviations were calculated  from  individual values.  The  relationship  between  ceruloplasmin  and  haematological  and  biochemical parameters was calculated through Pearson correlation test.  RESULTS AND DISCUSSION  The values are discussed  in relation with the published reference ranges for adult cattle. The mean (SE) values of RBC, Hb, Htc, VEM, HEM and CHEM at Holstein and Brown Swiss cattle in advanced  gestation  are  shown  in  table 1. Regarding RBC, Hb, Htc, VEM,  the most elevated values  were  observed  in  Brown  Swiss  cattle,  but  the  differences  were  not  statistically significant  (P > 0.05). Pregnancy  causes minor  changes  in RBC  and WBC  concentrations. As pregnancy advanced, erythrocyte number increased slightly (Wood and Quiroz‐Rocha, 2010). The lowest values of HEM (16,12 ± 1,23 pg) and CHEM (32,06 ± 1,39 %) have been observed in Brown Swiss cattle but  the differences were not statistically significant  (P > 0.05). The same situation was observed at number of platelets when Holstein cattle showed elevated values (315 ± 118,21 x 10³/µL) compared with Brown Swiss cattle  (227,4 ± 91,84 x 10³/µL) but  the differences were not statistically significant. During  the entire  study,  the RBC  , Hb, Htc, VEM, HEM, CHEM and platelets at Holstein and Brown Swiss cattle were placed in physiological limits for adult cattle. In the present study, Pearson correlation test did not show an association (P > 0.05) between ceruloplasmin values and RBC, Hb, Htc, VEM, HEM and CHEM.  

Table 1. Mean (SE) values of RBC, Hb, Htc, VEM, HEM and CHEM at Holstein and Brown Swiss cattle  

in advanced gestation  

Cattle RBC 

(x 106/µL) Hb

(g/dL) Htc(%) 

VEM(fL) 

HEM (pg) 

CHEM(%) 

Holstein  6,12±0,65  9,98±0,40 29,5±1,47 48,4±3,20 16,38±1,12  33,82±0,85Brown Swiss  6,53±0,63  10,42±0,3 32,64±1,39 50,2±3,34 16,12±1,23  32,06±1,39Normal values 

for cattle (after Kramer, 

2000) 

5‐10  8‐15  24‐46  40‐60  11‐17  30‐36 

 The  mean  (SE)  values  of  WBC,  Lymph  (lymphocytes),  Mon  (monocytes),  Neutroph (neutrophils), Eos (eosinophils) at Holstein and Brown Swiss cattle  in advanced gestation are shown in figure1.  In  the  present  study, mean  values  of WBC were within  the  adult  reference  range  (4‐12  x 10³/µL) (Kramer, 2000). 

8

Page 11: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 

Regarding the number of monocytes there were observed higher values (0,38 ± 0,14 x 10³/μL) in Holstein cattle, compared with Brown Swiss cattle (0,26 ± 0,08 x 10³/μL), but the differences were not statistically significant. In the present study, the mean values of lymphocites were below cattle reference range 2,5‐7,5 x 10³/μL (Kramer, 2000) for the 2 groups, and the mean values of neutrophils were higher than  cattle  reference  range  0,6‐4,12  x  10³/μL  (Kramer,  2000).  In  the  periparturient  period, cows  typically  have  an  stress  leukogram  characterized  by  a  neutrophilia,  lymphopenia, eosinopenia, and monocytosis. Several  studies have  shown shifts  in proportions of different lymphocyte populations at  the  time of parturition.  These  changes may be partly  related  to nutritional status and other health parameters, but pregnancy and  lactation appear  to have the primary effect (Torquist and Rigas, 2010) Pearson correlation  test did not show an association between ceruloplasmin values and  the values of leukogram. 

 Figure 1. Mean (SE) values of WBC, lymphocytes, monocytes, neutrophils and eosinophils at  

Holstein and Brown Swiss cattle in advanced gestation  

Table 2.  Mean (SE) values of GGT, AST, PA, glucose, β‐OHB, BUN and cholesterol at  

Holstein and Brown Swiss cattle in advanced gestation  

Cattle GGT UI/L 

AST UI/L 

PAUI/L 

Glucosemg/dL 

β‐OHBmmol/L 

BUN mg/dL 

Cholesterolmg/dL 

Holstein 

42,12±12,39 

81,07±07  32,4±17,43  51,28±6,33 0,82±0,1

8 13,48±3,0

7 138,98±27,2

3 Brown Swiss 

30,38±11,30 

57,20±6,56 

25,04±10,23 

55,16±10,01 

0,98±0,28 

8,73±3,31 118,12±32,5

Normal values for 

cattle  

15‐38 (after Smith, 2009) 

43‐127 (after Smith, 2009) 

0‐500 (after 

Radostits, 2007) 

45‐75 (after 

Radostits, 2007) 

0,35‐0,47 (after Smith, 2009) 

6‐27 (after 

Radostits, 2007) 

65‐220 (after 

Radostits, 2007) 

 In the present study the levels of AST, PA, glucose, BUN and cholesterol were consistent with the amounts in cattle and the differences between breeds were not statistically significant (P > 0.05). The mean (SE) values of GGT, AST, PA, glucose, β‐OHB, BUN and cholesterol at Holstein and Brown Swiss cattle in advanced gestation are shown in table 2. The higher values of GGT 

9

Page 12: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 

in Holstein cattle indicated cholestasis. The higher values of β‐OHB in Holstein cattle and lower values of glucose may suggest a subclinical ketosis. In the present study, Pearson correlation test did not show an association (P > 0.05) between ceruloplasmin values and GGT, AST, PA, glucose, β‐OHB, BUN and cholesterol.   During  the  entire  study,  the  total  protein,  albumin  and  globulin  (figure  2)  at Holstein  and Brown  Swiss  cattle were  placed  in  physiological  limits  for  adult  cattle  and  the  differences between breeds were not statistically significant (P > 0.05). In the present study, Pearson correlation test did not show an association (P > 0.05) between ceruloplasmin values and Pt, Alb and Gb.  

 

Figure 2. Mean (SE) values of total protein (Pt), albumin (Alb) ang globulin (Gb) at  Holstein and Brown Swiss cattle in advanced gestation 

The mean (SE) values of Ca, P and Mg at Holstein and Brown Swiss cattle in advanced gestation are shown in figure 3. In the present study phosphorus and magnesium at Holstein and Brown Swiss cattle were placed in physiological limits for adult cattle. The mean (SE) values of calcium were  lower  for Holstein  and Brown  Swiss  cattle,  than  reference  values  and  the differences between  breeds were  not  statistically  significant  (P  >  0.05).It  has  been  shown  that  plasma calcium of 5 mg/dL reduce abomasal motility by 70 % and the strength of the contraction by 50 %  (Daniel, 1983). Clearly a reduction  in muscle contractility will  lead to a decrease  in dry matter intakes as rumen function decrease, leading to a severe negative energy balance. As a consequence, there  is an  increase  in  fat mobilisation  that may result  in  fatty  liver syndrome and ketosis. An excess of ketone bodies can further suppress appetite (Grummer, 1996). Thin cattle  in a negative energy balance are unable  to perform at maximum capacity  in  the herd (Anton  and  Solcan, 2008). Hypocalcaemia occurs when  the  rate of  calcium uptake  into  the mammary gland  for milk production  is greater  than  that which  is absorbed  from  the diet or resorbed from bone (Wilde, 2006) In the present study, Pearson correlation test did not show an association (P > 0.05) between ceruloplasmin values and Ca, P and Mg. Haptoglobin  (protein  that  increases  in  acute  inflammation)  (figure  4) was within  the  adult reference range 0‐0,4 g/L (Radostits, 2007). Plasma haptoglobin showed the similar values at Holstein and Brown Swiss cattle. Pearson correlation test did not show an association between ceruloplasmin and haptoglobin values.  

10

Page 13: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 

 

Figure 3. Mean (SE) values of calcium (Ca), phosphorus (P) and magnesium (Mg) at  Holstein and Brown Swiss cattle in advanced gestation 

 

Figure 4. Mean (SE) values of haptoglobine (Hapt) at  Holstein and Brown Swiss cattle in advanced gestation 

 In the present study, plasma ceruloplasmin (figure 5) were below cattle reference range 120‐200 mg/L (Radostits, 2007) for all 20 cattle. The diet containing 9 mg of Cu/kg of DM, was near by the inferior copper limits for adult dairy cattle (9‐18 ppm) (NRC, 2001). The improvement in nutritional status should improve milk production of the cattle as well as health performance of the animals (Anton and Solcan, 2008).   

 

*Significant difference with Holstein cattle sampling. Figure 5. Mean (SE) values of ceruloplasmin (Cerlp) at  Holstein and Brown Swiss cattle in advanced gestation Dashed lines represent reference values for adult cattle 

 Plasma  ceruloplasmin activity  is decreased by  copper deficiency,  the  relative activity of  this enzyme increases during infection and inflammation (Neve et al. 1988). Large quantities of Cu are deposited in the fetus during late gestation, and this can decrease Cu status of the dam if dietary  Cu  is  low  (Gooneratne  and  Christensen,  1989).  The  lowest  levels  of  plasma ceruloplasmin were  found  in Holstein cattle 40,60 ± 5,18 mg/L but  the differences were not 

11

Page 14: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 

statistically significant  (P > 0.05) compared to Brown Swiss cattle. The reduction of digestive capacity in advanced gestation may limit copper intake for the cattle and fetus needs. Plasma  ceruloplasmin  may  show  a  genetic  difference  in  Cu  absorption  and  metabolism postabsorption  between  Holstein  and  Brown  Swiss  breeds.  The  genetic  difference may  be related to the efficiency of dietary Cu absorption, the excretion of endogenous Cu, or amount of feed intake (Du et al., 1996).  

 CONCLUSIONS  1)  Pearson  correlation  test  did  not  show  an  association  between  ceruloplasmin  and biochemical and haematological measurements in the advanced gestation. 2)  Copper  deficiency  in  Holstein  and  Brown  Swiss  cattle  was  not  sufficient  to  cause hypochromic and microcytic anemia. 3) The diet containing 9 mg of Cu/kg of DM, did not meet the requirements of Holstein and Brown Swiss cattle in advanced gestation. 4) Plasma ceruloplasmin were below cattle reference range 120‐200 mg/L for all 20 cattle, but the lowest levels of plasma ceruloplasmin were at Holstein group 40,60 ± 5,18 mg/L.  

REFERENCES 1. Anton A.,Solcan G., 2008 ‐ Body condition scoring with Romanian Black Pie dairy cow, Scientific 

works, Univ. of Agr. Sci. And Vet. Med. Bucharest, C series, Veterinary Medicine, 53, p. 12‐15. 2. Arthington  J.D.,  Corah  L.R.,  Blecha  F.,  1996  ‐  The  effect  of  molybdenum  induced  copper 

deficiency  on  acute  phase  protein  concentrations,  superoxide  dismutase  activity,  leukocyte numbers and  lymphocyte proliferation  în beef heifers  inoculated with bovine herpes virus 1, J. Anim. Sci., vol. 74, p. 211‐217. 

3. Cerone S.I., Sansinanea A.S.,  Streitenberger S.A., Garcia M.C., Auza N.J., 1998  ‐ The effect of copper deficiency on the peripheral blood cells of cattle, Vet. Res. Commun, 22, p. 47‐57. 

4. Du Z., Hemken R.W., Harmon R.J., 1996 – Copper metabolism of Holstein and Jersey cows and heifers fed diets high in cupric sulfate or copper proteinate, J. Dairy Sci., vol. 79, p. 1873‐1880. 

5. Gooneratne S.R., Christensen D.A., 1989 – A survey of maternal copper status and fetal tissue copper concentrations in Saskatchewan bovine, Can. J. Anim., vol. 69, p. 141‐150. 

6. Grummer R.R., 1996 – Close‐up dry period:  feeding management  for a smooth  transition.  In: Proceedings WCDS, Red Deer, Alberta. 

7. Jain N.C., 1993 – Essentials of veterinary hematology, Ed. Lea and Febiger, Philadelphia, p. 173‐175. 

8. Kramer  J.W.,  2000  ‐ Normal  hematology  of  cattle,  sheep  and  goats.  In:  Schalm’s  veterinary hematology. 5th ed. Philadelphia: Lippincott Williams and Wilkins, p. 075‐84.  

9. National Research Council, 2001 ‐ Nutrient requirements of dairy cattle. 7th rev. ed. Natl. Acad. Sci. Washington, D.C., p. 236‐267 

10. Radostits O.M., Gay C.C., Blood D.C., Hinchcliff K.W., 2007 ‐ Veterinary Medicine. A textbook of the diseases of cattle, sheep, pigs, goats and horses, Ed. Saunders W.B. Co.,Philadelphia, 10th ed., p. 1707‐1732. 

11. Smith B.P., 2002 ‐ Large animal internal medicine 3th. ed. Mosby, London, Philadelphia, Sydney, Toronto, p. 783‐786. 

12. Wilde D., 2006 – Influence of macro and micro minerals in the peri‐parturient period on fertility in dairy cattle, Animal Reproduction Science, vol. 96, p. 240‐249. 

13. Wood  D.,  Quiroz‐Rocha  G.F.,  2010  –  Normal  hematology  of  cattle,  In:  Schalm’s  veterinary hematology. 6th edition, Blackwell Publishing, Iowa, p. 829‐835. 

14. Tornquist  S.,  Rigas  J.,  2010  –  Interpretation  of  ruminant  leukocyte  responses,  In:  Schalm’s veterinary hematology. 6th edition, Blackwell Publishing, Iowa, p. 307‐320. 

12

Page 15: vol_53_2010-1

 HISTOLOGICAL AND IMMUNOHISTOCHEMICAL STUDIES OF THE BUCK'S PINEAL GLAND DURING LIGHT AND DARK PERIODS 

Attia, H.F and Mazher, K  Department of Histology and Cytology, Faculty of Veterinary Medicine,  

Benha and Beni‐Suef Universities Corresponding author: Hossam Attia, Benha University. Egypt.P.O. 13736  

Abstract: the present investigation was conducted on the pineal organs of 12 healthy bucks. Sixth samples  collected  during  dark  period  (at mid  night) while  the  other  six  collected  during  light period  (at noon).The  samples were processed and prepared  for  light and electron microscopic examination. The pineal organ of bucks was surrounded by a thin fibrous capsule, the pia matter, while  the  parenchyma was  supported  by  extensive  reticular  network.The  parenchyma  of  the gland was formed of clusters or groups of pinealocytes intermingled with astroglia cells. Bundles of  unmyelinated  nerve  fibers were  noticed  in  the  organ. During  dark  period  the  pinealocytes were  large  in  size with  finely granular  cytoplasm  containing well developed  rER, mitochondria and many secretory granules. Long branched cytoplasmic processes arised from the pinealocytes to terminate near blood vessels or synapse with a nerve. The pinealocytes reacted positively with antimelatonin antibodies. During the light period the pinealocytes appeared smaller in size with clear  non  granular    cytoplasm.  The  pinealocytes  ahowed  a  very  slight  reaction  to  the antimelatonin antibodies.     

 INTRODUCTION During  the  last  few  years,  the  study  of  the  pineal  gland  (epiphysis  cerebri)  attracts  the attention of many authors at different aspects of biological sciences specially the histologists and the physiologists. Historically, the  location of the pineal gland deep  in the brain suggested to the philosophers that  it  is a mystery gland with myth,  superstition and metaphysical  theories  surrounding  its perceived function. Descartes (2002&2003) called it the seat of the soul. He believed that the gland is the point of connection between the intellect and the body. The pineal gland is occasionally associated with the sixth chakra (also called Ajna or third eye chakra  in yoga) or sometimes  seventh chakra  (crown).  It  is believed  to be a dormant organ that can be awakened to enable telepathic communications (Uz, et al , 2003). Arendt and Skene (2005) discovered that melatonin, the most potent compound then known to lighten frog skin, was present in highest concentration in the pineal body and its production is stimulated by darkness and inhibited by light. Histologically, the pineal gland of rat, pig, fish, bird, rabbit and hamster is thoroughly studied by Ferreira‐Medeiros, et al (2007), Przyblyska‐Gornowicz and Lewczuk (1997), Hafeez (2005), Ueck  (1973), Romijn  (1973) and matsushima, et al  (1990) respectively while that of goat not yet investigated. Our study aimed to elucidate the light and electron microscopic pictures of pineal gland of the buck beside the  immunohistochemical  localization of melatonin  in the gland during dark and light periods. 

 MATERIALS AND METHODS Twelve healthy bucks aging 10‐12 months‐old were subjected to the present investigation. The animals were subjected to a photoperiod of 12 hours dark and 12 hours light from rearing up to the time of slaughtering. Six animals were sacrificed at midnight  (at 12 O'clock) while  the 

13

Keywords: buck, pineal gland, histology, immunostochemistry 

Page 16: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 other six were sacrificed at noon (at 12 O'clock). The skull  is opened carefully and the whole brain  is  taken,  then  the cerebral hemispheres were gently  removed and excluded while  the remained  part was  sagitally  sectioned  through  the  pineal  body  then  quickly  put  into  20% neutral buffered formalin. After fixation the specimens were processed to obtain histological sections of about 4‐6 micrometers‐thick  to be  stained with hematoxylin  and eosin, Gomori reticulin  method,  silver  impregnation  technique  and  indirect  immunoperoxidase antiperoxidase  PAP  unlabelled  antibody method  using  STAT  polyclonal  kits  from  diagnostic Products  Corporation,  Los  Angelos,  USA.  The  above mentioned methods  were  applied  as outlined by Drury and Wallington (1980) and Bancroft and Steven (1995). 

For  electron microscopic  examination,  small  pieces  1mmX1mm  of  the  collected  specimens were fixed in 3% glutraldhyde in 1M phosphate buffer (pH=7.3) for 24 hours then post fixed in 1M cold phosphate buffered 1% osmium tetroxide (pH=7.3) for 3 hours, rinsed  in phosphate buffer  then  dehydrated  (Hayat,1986).  Ultra  thin  sections  were  obtained  and mounted  on cupper  grids  then  stained  with  uranyl  acetate  and  lead  citrate  (Reynolds,  1965)  to  be examined by Joel 100 CX transmission electron microscope in the unit of electron microscopy, Assuit University. 

RESULTS The pineal gland was covered by a thin fibrous capsule, the pia matter, from which very short septa  penetrate  the  gland.  Extensive  network  of  reticular  fibers were  noticed  among  the parenchymatous elements (Fig.1). The parenchymal cells were arranged  in clusters, columns, rows or  irregular  groups permeated by many blood  capillaries  (Fig.2). Pineal  sands,  a  small calcified dark patches, also noticed in the pineal parenchyma. Bundles of unmyelinated nerve fibers  run  in  different  directions  in  the  parenchyma  of  the  gland  supported  by  glia  cells (Figs.3&4).  The parenchymal cells took different characteristic features according to light or dark periods.  During dark period (at midnight) The gland appeared highly vascularized and  the blood vessels became engorged with blood. The  pinealocytes  appeared  large  polyhedral  cells  with  faintly  stained  and  finely  granular cytoplasm  (Fig.5). The nuclei appeared  large spherical, vesicular and somewhat eccentrically situated with a prominent nucleolus. The  pinealocyte  showed  multiple  (4‐6)  branched  cytoplasmic  processes  which  either terminated in flattened dilatations adjacent to blood capillaries or synapses with nerve fibers (Fig.6).  The pinealocyte appeared large and slightly electron dense cell containing a large euchromatic nucleus  with  a  prominent  nucleolus.  The  cytoplasm  contained  a  well  developed  rough endoplasmic  reticulum,  Golgi  complex,  many  rounded  and  filamentous  mitochondria  and numerous  free  ribosomes.  Secretory  granules  of  variable  shapes  and  sizes  as  well  as  fat droplets were also noticed (Fig.7). By  using  indirect  immunoperoxidase  technique  the  pinealocytes  showed  a  strong  positive reaction to the antimelatonin antibodies (Fig.8). The  astroglial  cells  appeared  elongated  or  oval  cells  irregularly  distributed  between  the pinealocytes. They had oval darkly stained centrally situated nuclei in a scant cytoplasm (Fig.5). These cells possessed numerous short and branched cytoplasmic processes (Fig.6).  

14

Page 17: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 During the light period (at noon)   The  pinealocytes  became  smaller  in  size  ,  polyhedral  in  shape  and  the  cytoplasm  became lighter  in stain and non granular  (Fig.9). The nuclei  remain spherical, vesicular and eccentric with a prominent nucleolus. The blood vessels became  smaller  in  caliper and not engorged with blood. The pinealocytes appeared more electron lucent, free from secretory granules and the nucleus became  slightly  irregular  in  outline.  The  profiles  of  the  other  organelles  remained  as  the previous stage (Fig.10). By using the indirect immunohistochemical technique the pinealocytes showed a very faint or slight reaction to the antimelatonin antibodies (Fig.11). 

 DISCUSSION  The  epiphysis  cerebri  has  a  very  interesting  histological  structure  based  on  its  unique anatomical  position.  It  is  generally  accepted  that  the  pineal  body  develop  as  an  upward growth from the diencephalon to which it is connected by a short stalk (Ferreira‐Medeiros et al. 2007 and Borregon et al. 1997). The  gland under  investigation was  covered  by  a  thin  fibrous  capsule,  the  pia matter,  from which short septa penetrate the gland as mentioned by Hafeez  (2005); Kus et al. (2004) and Reus et al. (1990). The parenchymatous elements of the gland were supported by an extensive network  of  reticular  fibers  (Borregon  et  al.  1997).  Beside  its  role  as  a  protective  coat,  the fibrous stroma carry blood vessels, lymph and nerve supply of the gland (Kus etal. 2004).  There  is a general agreement  that  the histological picture of  the pineal parenchyma differs according  to  light  or  dark  period  to  which  the  individual  exposed  (Ferreira‐Medeiros  et al.2007;  Kus  et  al.  2004  and Matsushima  et  al  1990).  The  authors  stated  that  the  gland becomes well developed with a pronounced proliferation and activity of its parenchymal cells during dark period while during  light,  the  activity of  the  gland  is  greatly decreased.  In  this respect, our study revealed  that  the pinealocytes of  the glands collected during dark period showed a marked proliferation as  they become  larger  in size with  finely granular cytoplasm together  with  a  marked  congestion  of  the  pineal  blood  vessels.  The  above  mentioned histological signs  indicate a higher activity of the organ  (Macchi and Bruce 2004). Moreover, the  pinealocytes  showed  a well  developed  rough  endoplasmic  reticulum, Golgi  complex  as well as many mitochondria as mentioned by Ueck (1973) and Oksche et al. (1972). The authors explained the role of each of these organelles in the secretory activity of the cell. The presence of electron dense secretory granules as well as lipid droplets in the cytoplasm of pinealocytes of buck at dark periods  is an absolute sign of the  increased secretory activity of the gland as explained by Uria et al.  (1992) and Owman and Rudeberg  (1970). The pinealocytes of buck showed  long and branched cytoplasmic processes which either  terminate  in a  flat dilatation adjacent to blood capillaries or synapses with unmyelinated nerve. Similar observations were also reported by Reuss et al. (1990) and Oksche et al. (1972). The latter explained the role of cytoplasmic processes in the secretion on the other hand Mutsushima et al. (1990) explained them  as  stimuli  receivers.  Both  opinions  could  be  met  in  the  buck  pineal  where  the cytoplasmic processes joining blood capillaries play a role in secretion while that synapses with nerve act as stimuli receivers. The  immunohistochemical  reaction  in our study augments  the electron microscopic  findings and  indicates  that  the buck pinealocytes produce  considerable amount of melatonin during darkness as stated by most researchers studying the pineal gland. Alexandr (1970) and Moore et al. (1967) mentioned that the production of melatonin by the pineal gland is stimulated by 

15

Page 18: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 darkness and inhibited by light. Photosensitive cells in the retina detect light and directly signal the suprachiasmatic nucleus and extending  it  to  the 24 hours clock. Fibers  from SCN  to  the paraventricular  nucleus  which  relay  the  circadian  signals  to  the  spinal  cord  and  out  via sympathetic  system  to  the  superior  cervical  ganglia  and  from  these  to  the  pineal  gland. Barrenefxe et al.  (2004) and Ekstron and Meissl  (2003)  stated  that melatonin  is  synthesized from  amino  acid  tryptophan within  the pinealocytes during darkness  and  it  is  said  to have neurological properties for resynchronization of sleep and circadian rhythms disturbances.  In the  periphery,  melatonin  is  also  involved  in  the  regulation  of  several  complex  cycles  as seasonal  reproduction, body weight  and  energy balance. Arendt  and  Skene  (2005) decided that  exogenous  melatonin  has  sleeping‐inducing  and  temperature‐lowering  effects  during biological daytime and when  suitably  timed  it will  shift  the phase of human  circadian  clock (sleep, endogenous melatonin, core body temperature and cortisol) to earlier (advance phase shift) or later (delay phase shift) times. As mentioned by Borregon et al.  (1993)  the astroglial cells appeared oval or elongated with short and branched cytoplasmic processes. The authors suggest a supportive role of the glial cells while Ekstron and Meissl (2003) explained the role of these cells in transmission of nerve impulses between pinealocytes. The presence of calcified dark patches of variable quantities  is also recorded  in most species especially at the age of puberty till senility and called corpora arenacea (Baconnier et al. 2002). Chemical  analysis  of  these  patches  shows  that  they  are  composed  of  calcium  phosphate, calcium  carbonate,  magnesium  phosphate  and  ammonium  phosphate  (Bocchi  and  Valdre 1993). The pinealocytes of the samples collected during  light periods showed a marked decrease  in cell  size  and  absence  of  secretory  granules  which  reflected  on  the  very  weak immunohistochemical reaction as stated by Barrenefxe et al. (2004), Ekstron and Meissl (2003) and Alexandr  (1970).  The  latter  refers  to  the pineal  gland during  light as a  gland  in  resting stage. The similarity of the cytoplasmic organelles between the pinealocyte of dark and  light samples  indicate  that  the pinealocyte  in  light  is  an  active  cell but wait a nerve  stimulus  to synthesize and secrete melatonin (Matsushima et al. 1990).     

 REFERENCES  Alexandr,J., 1970: The pineal gland. Endeavour. 29(108): 144‐148. Arendt,J. and D.Skene, 2005: Melatonin as a chronobiotic. Sleep Med. Rev. 9(1): 25‐39 Baconnier,S.,  S.  Lang,  M.  Polomska,  B.  Hilczer,  G.  Bekcovic  and  G.  Meshulam,  2002:  Calcite microcrystals in the pineal gland of the human brain (physical and chemical studies). Bioelectromagneticc 23(7): 488‐495. Bancroft and Steven, 1996: Theory and practice of histological techniques. 4th Ed., Churchill‐Livingstone, Edinburgh, London, Melborne, New York Barrenefxe,J., P. Delagorange and J.Martinez, 2004: Physiological and metabolic functions of melatonin. J. Physiol. Biochem. 60(1): 61‐72 Bocchi,G.  and  G.Valdre,  1993:  Physical,  chemical  and  mineralogical  characterization  of  carbonate‐hydroxyapatite concretions of the human pineal gland. J. Inorg.. Biochem. 49(3): 209‐220. Borregon,A.,  J. Boya,  L. Calvo and F.  Lopez‐Munoz, 1993:  Immunohistochemical  studies of  the pineal glial cells in the postnatal development of the rat pineal gland. J. Pineal Res. 14(2): 78‐83 Descartes, R., 2002: The Passion of The Soul" excerpted  from  "Philosophy of The Mind" Chalmers, D. New York: Oxford University Press, Inc. Descartes, R., 2003: Treatise of Man. New York, Prometheus books.ISBN. Drury R. and E. Wallington, 1980:Carleton's histological technique. 4th Ed. Oxford Univ. Press. London, New York and Toronto. 

16

Page 19: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 Ekstrom,P.  and  H.  Meissl,  2003:  Evolution  of  photosensory  pineal  organs  in  new  light:  the fateneuroendocrine photosensors.Philos.trans.Soc. Lond. Biol.Sci. 358(1438): 1679‐1700.  Ferreira‐Medeiros,M., C. Mandarim  and E. Correa‐Gillieron, 2007: Pineal gland postnatal growth in rat revisited. Anat. Histol. Embryol. 36(4): 284‐289. Hafeez,M., 2005: Light microscopic studies on the pineal organ in teleost fishes with special regard to its function. J. Morph. 134(3): 281‐313 Hayat, M,  1986:  Basic  techniques  for  transmission  electron microscopy.  1st  Ed.  Academic  press,  Inc. Florida Kus,I., M.   Sarsilmaz, O. Ozen, A. Turkoglu, H. Pekmez, A. Songur and H. Kelestimur, 2004: Light and electron microscopic examination of pineal gland in rats exposed to constant light and constant darkness. Neuroendocrinol. Lett. 25(2). Macchi,M. and J. Bruce, 2004: Human pineal physiology and functional significance of melatonin. Front. Neuroendocrinol. 25 (3‐4): 177‐195 Matsushima,S.,  Y.    Sakia  and  Y.  Hira,  1990:  Effect  of  photoperiod  on  pineal  gland  volume  and pinealocyte size in the chinease hamster (cricetulus griseus). Am. J. Anat. 187(1): 32‐38 Moore,R., A. Heller, R. Wurtman  and  J. Axelrod  1967: Visual  pathway mediating pineal  response  to environmental llight. Science, 155(759): 220‐223. Osche,A.,  H.  Kirschstein,  H.  kobayashi  and  D.  Farner,  1972:  Electron microscopic  and  experimental studies  on  the  pineal  organ  of  white  crowned  sparrow,  Zonotrichia  leucophrys  gambelii. Z.Zellforsch.Mikrosk. Anat. 124(2): 247‐274 Owman,C. and C. Rrudeberg, 1970:  light,  fluorescence and electron microscopic studies on  the pineal gland  of  pike,  Esox  lucius  L,  with  special  regard  to  5‐hydroxytryptaminase.  Z.Zellforsch.Mikrosk. Anat.107(4): 522‐550. Przyblyska‐Gornowicz,B.  and  B.  Lewezuk,  1997:  cytoplasmic  dense  bodies  in  pig  pinealocyte  during postnatal development: Quantitative and ultrastructural study.Folia Morphol. (Warsz). 56(1): 13‐21. Reus,S.,  C.  Spies, H.  Shroder    and  L.  Vollrath,  1990:  The  aged  pineal  gland:  reduction  in  pinealcyte number and adrenergic innervation in male rats. Exp. Gerontol. 25(2): 183‐188 Reynolds, E., 1965: The use of  lead citrate at high pH as an electron opaque  in electron microscopy. J. Cell Biol., 26: 208‐215 Romijn,H., 1973: Structure and  innervation of  the pineal gland of  the  rabbit, An electron microscopic investigation. Z.Zellforsch.Mikrosk. Anat. 141(4): 545‐560. Ueck,M., 1973: fluorescence and electron microscopic studies of the pineal body in different species of birds. Z.Zellforsch.Mikrosk. Anat. 137(1): 37‐62 Uria,H.,  I. Antolin, D. Tolivia, M. Rodrigues   and P. Menendes, 1992: the pineal gland of the trumpet‐tailed rat (Octodon degus).J. pineal Res. 13(4): 174‐183. Uz,T., M. Akhisaroglu, R. Ahmed  and H. Manev, 2003: The pineal gland is critical for circadian period 1‐expression in striatum and for circadian cocaine sensitization in mice. Neuropsychopharmacology 28(12): 2117‐23.  LIST OF FIGURES Figure  (1)  : A photomicrograph of the pineal gland of a buck showing   a  thin capsule © and extensive network of reticular fibers supporting the pineal parenchyma. Gomori reticulin method, X 400 Figure (2) : A photomicrograph of the pineal gland of a buck showing  pinealocytes arranged in clusters or irregular groups permeated by blood vessels (V). Note, the pineal sand (arrow). Hx&E stain, X, 200 Figure (3) : A photomicrograph of the pineal gland of a buck showing  bundles of unmyelinated fibers (F) run in different directions. Hx&E stain, X,200 Figure (4) :An electron micrograph of the pineal gland of a buck showing cross sections of unmelinated axons (F). Uranyl acetate and lead citrate stain, X10000 Figure (5) : A higher magnification  of the pineal gland of a buck during dark period showing pinealocyte (arrow)  is  large  polyhedral  cells  containing  large  oval  to  spherical  nucleus.  The  gland  contains  blood vessels (V) engorged with blood. Hx&E stain, X1000 Figure (6) : A photomicrograph of the pineal gland of a buck during dark period showing  pinealocyte (P) with its long and branched cytoplasmic processes which terminate in blood vessel (V) or synapsed with a 

17

Page 20: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 nerve  (N). Note astroglia  (A) with  its  short processes. Silver  impregnation  technique  (Cajal's method). X1000 Figure (7) : An electron micrograph of the pinealocyte of a buck during dark period showing numerous endoplasmic  reticulum  ®, mitochondria  (M),  secretory  granules  of  variable  shapes  (arrow)  and  lipid droplets (V). Uranyl acetate and lead citrate stain, X10000 Figure (8) : A photomicrograph of the pineal gland of adult a buck dark period showing  a strong reaction (dark brown) in the pinealocytes. Indirect   immunoperoxidase technique. X400  Figure (9) : A photomicrograph of the pineal gland of a buck during  light period showing   pinealocytes (arrow) with clear non granular cytoplasm. Hx&E stain, X1000 Figure  (10)  :An electron micrograph   of  the pinealocyte of a buck during  light period  showing   many mitochondria  (M),  endoplasmic  reticulum  ®,  and  lipid  vacuoles  (V).Note  the  absence  of  secretory granules. Uranyl acetate and lead citrate stain, X10000 Figure  (11)  : A photomicrograph of  the pineal  gland of  a buck during  light period  showing  very  faint reaction in the pinealocyte. In direct   immunoperoxidase technique. X400 

   

   

18

Page 21: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 

 

   

   

   

19

Page 22: vol_53_2010-1

 COMPARATIVE STUDY OF VASCULAR ARTERIAL REACTIVITY AT 

SEVERAL MAMMAL SPECIES:  1. THE REACTIVITY OF ARTERIAL SMOOTH MUSCLES AT THE VASOCONSTRICTOR AGENTS ANTIDIURETIC HORMONE 

(VASOPRESSIN)  

S. Beschea‐Chiriac University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine, Iasi 

Faculty of Veterinary Medicine 

  Vascular  reactivity  is one of  the three pillars on which  lies  the  regulation of arterial pressure  in living organisms. Arterial pressure is one of the main determinants of the activity state of various organs and systems both  in healthy and  in pathologically‐altered states. The present study aims toward  identifying  similarities  and  differences  between  the  resistance  arteries  belonging  from various mammal species that are most involved in veterinary practice: rats, cats, dogs and horses. The  arterial  fragments  prelevated  from  animals  dead  due  to  various  clinical  and  traumatic conditions unrelated to vascular pathology were normalized using a newly‐introduced system of quantification, the force index system. This has been calculated using the wet‐weight parameter and  the  force  generated  after  administration  of  various  pharmacological  agents  that  cause vasoconstriction.  The  artery  fragments  were  fitted  in  organ  baths  using  the  Krebs‐Henseleit saline,  thermostated  at  37°  C  and  bubbled  with  a  mixture  of  95%  O2  and  5%CO2.  Vascular endothelium was either kept or removed using gentle rubbing with moist filter paper. Control of endothelial  removal  was  made  both  functionally,  using  carbachol  (synthetic  derivative  of acetylcholine)  and  microscopically,  after  testing.  The  force  generated  was  measured  using isometric  force  transducers coupled  to a computerized acquisition  system. The pharmacological vasoconstricting  agents  used  were  phenylephrine  (synthetic  derivative  of  epinephrine),  KCl (potassium chloride 40‐80 mM, as depolarizing agent) angiotensin II, and vasopressin. The results were statistically investigated using the t‐test and ANOVA testing. The preliminary results show a dependence of the force generated an the amount of muscle present in the various species from which  the  arteries  were  taken,  a  specifically  increased  response  of  feline‐derived  arteries  to angiotensin and a specifically increased response of canine‐derived arteries to vasopressin. These results  will  be  used  as  controls  for  further  testing  in  various  pathological  conditions  and  for various  other  pharmacological  agents  used  in  the  therapy  of  vascularly‐induced  pathological states. 

  Key words: vascular, reactivity, arterial, vasoconstrictor agent  

The  aim of  this  study  is  to  investigate  the most  common modifications encountered  in  the veterinary practice in the vascular arterial reactivity that could be involved in the pathogenesis of various animal species. We also wish to make a comparative  investigation of  the vascular reactivity  at  the  arterial  segments  collected  from  different mammal  species  the  veterinary pathology has most frequently to deal with, segments which are histologically and functionally similar.  The investigation of the methods that are at the basis of the arterial tonus adjustment and of the metabolism of the arterial smooth muscle fiber relied in the last two decades on the very well known isometric transducers pattern and on that of the annular preparation of different arteries. The arterial duct of election used for these types of investigations is the rat aorta, as 

20

Page 23: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

it  combines  most  of  the  stability,  accessibility,  disposability  and  controllability  conditions required for a trustworthy investigation. The price is also an important criterion in this matter.  Although  the above mentioned pattern  is  so  very well  known,  still,  the  rat  is not a perfect model in what the cardiovascular modeling is concerned; it is not similar with the human being and even less with other mammals. This experimental model was used in studies as from half century ago [3].  Thus  fragments of arteries collected  from dogs, cats and horses were used as subject  to an experimental  comparative  investigation  with  standardized  thoracic  aorta  rings  taken  from Wistar rats.   MATERIALS AND METHOD   The reactivity of the arterial rings was measured in terms of both absolute force, measured as force  index  (the  force  in mN  of  the  preparation  reported  at  its weight  in mg)  and  relative reaction  towards a standardized witness. Also, where possible  (considering  the preparations availability) curves dose/effect were made,  involving the majority of  the known vasorelaxing and vasoconstrictor substances that are pharmacologically well characterized.  The comparative study was made on similar arteries in what their dimensions are concerned, being  part  of  the  resistance  segment,  in  this  situation  branches  from  the  gastric  coronary artery or the superior mesentery which had similar dimensions: maximum length: 2 mm, � = 1 mm, weight 10‐15 mg. The  force of contraction was quantified  in N/mg wet weight.(4) The organ parts were taken from the Medical Clinique and the Surgery Clinique from the Faculty of Veterinary Medicine,  from dead  animals  that were not  subject of  legal  euthanasia nor had affections with vascular implications. [8] After dissection  the  vessels were exsanguinated, washed  in  a  solution of physiological  salt, sectioned  in  fragments  of  5‐10  cm  and  then  put  into  Krebs‐Henseleit  serum  (prepared according  to  the  formula)  and  transported  in  maximum  30  minutes  to  the  place  of  the experiment.  The  aorta  fragments were  fixated  through  a metallic  serfina on  the bottom of  the  isolated organ baths, and the ring tensioned through the verniers of the tensiometrical stamps to an initial tension of 100 mN.    The vascular endothelium was  removed by gentle  rubbing with damp  filter paper whenever the  experimental  characteristics  required  it.  The  presence  of  the  functioning  vascular endothelium was pharmacologically verified using carbachol and through direct microscopy.  The aorta rings were set  in organ baths containing 4 ml of Krebs‐Henseleit physiological salt, (composition (mN): NaCl 118; KCl 4.7; 2.52; MgSO4 1.64; NaHCO3 24.88; KH2PO4 1.18; glucose 5.55),  thermostated at     37°C and bubbled with carbogen  (a mixture of 95% oxygen and 5% carbon dioxide).  Isometric  force  transducers  connected  to  a  computerized  system  for data  acquisition were used for detecting the contractions of the vascular smooth muscles ... The preparations were allowed  to equilibrate  for 60‐90 minutes under a  rest  tension of 100 mN.  The aorta rings were afterwards precontractated with phenylephrine (10‐7 – 10‐6)M and K+ (40‐70 mM)  and  treated with  carbachol  (10‐6M)  for  releasing  endothelial NO  [6].  The  absolute magnitude of the contractions was of 175 ± 25 mN for the phenylephrine (10‐6 M) and K+ (40‐70 mM)   

21

Page 24: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

RESULT AND DISCUTION  The effects of administering antidiuretic hormone  (Vasopressin) on  the contractility of  the arterial preparations The  ADH  hormone,  also  known  as  Vasopressin,  is  an  essential  neuropeptide  for  the cardiovascular  homeostasis.  Vasopressin  was  among  the  first  peptide  hormones  ever described  and  it  is  clinically  used  for more  than  five  decades,  especially  in  treatment  of diabetes  insipidus  and  of  upper  gastrointestinal  bleeding  due  to  esophageal  varices. Vasopressin is also more and more often used in therapeutic management of shock, whether it is septic or vasodilator due to different reasons.  The ADH  is a nonapeptide having a disulfide bridge between  two cysteinic amino acids.  It  is synthesized in the paraventricular and supraoptic nucleuses of the hypothalamus, transported coupled to the neurophysins along the hypothalamohypophyseal tract to the neurohypophysis and stored in granules.  The effect of this hormone is achieved through two types of receptors, V1, found in the blood vessels  (on  the vascular smooth muscle) and which mediates  the vasoconstriction  through a cascade of mediators involving phospholipase C and release of calcium ions from intracellular stores through the inositol‐phosphate system. The V2 receptors are located in the distal renal tubule and kidney collecting tube. Their effect is  to  stimulate  the  expression  of  aquaporines  (water  channel  proteins)  in  the  tubule,  thus allowing re‐uptake of water and antidiuretic effect.  In  normal  conditions, AHA  has  little  effect  on  arterial  pressure  and  the  doses  at which  its vasoconstrictor effect becomes noticeable are at least 10 times higher than normal plasmatic concentrations. However,  in conditions of hypotension,  its plasmatic concentration  increases greatly  and  its  vasoconstrictor  effect  allows  keeping  a  high  arterial  pressure  in  the  initial period.  

15001550160016501700175018001850190019502000

3300 3800 4300 4800 5300

timp (sec)

Fort

a (m

gF)

 Figure no. 1 – Characteristic aspect of vasopressin contraction on the rat aorta 

 But as the ADH neurohypophyseal reserves  lessen,  its plasmatic concentration decreases and its  benefic  effects  –  those  of  keeping  the  arterial  pressure  at  quasi‐physiological  levels  are fading.  

22

Page 25: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

The  administrations  in  isolated  preparations  were  made  using  the  Desmopressin  Acetate (Ferring) preparation in form of ampoules of 4 μg/mL. The preparation is a synthetic analogue of  the  natural  8‐arginine‐vasopressin  hormone,  under  the  form  of  arginine‐vasopressin‐monoacetate‐trihydrate. The doses were administered starting from 10‐12 M to 10‐8 M.  In the rat aorta preparations and  in splanchnic arteries from cat, dog and horse, vasopressin produced a tonic contraction, with the appearance of a descending plateau over a period of 10‐15 minutes (Fig. 1). The force indices obtained at the vasopressin contraction are presented in Table no. 1  

 Table no. 1 

Force index after administration of ADH 10‐8 M 

Animal  FIRat  3,9 ± 1,25Cat  4,1 ± 0,75Dog  6,5 ± 1,5Horse  7,1 ± 0,89

   Regarding  the  force  produced,  this  is  the  most  powerful  of  all  preparations administered, except for the �‐adrenergic agonist phenylephrine. From the dose‐effect curve configuration (Fig. no 32) it can be seen that very low doses (10‐12 M – physiological) produce little  contractile  effects,  while  with  higher  (pharmacological)  doses,  from  10‐10  M,  the contractile  effects  are  close  to maximum,  having  a  curve with  biphasic  aspect.  The  curve aspect suggests the presence of quantum effects at the V1‐type receptors.   

       Figure no. 2 –Vasopressin dose‐effect curve in endothelized preparations 

from various species    Vasopressin contraction has a number of particular features concerning the dynamic. The  contractile  plateau  lasts  for  only  10‐15  minutes  and  after  that  it  ceases  and  a  new administration no longer produces the original effect (possibly tachiphylactic phenomena).  

0

1

2

3

4

5

6

7

8

12 11 10 9 8

Vasopressin log dose

FI (m

N/m

g)

Rat Cat Dog Horse

23

Page 26: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 Figure no. 3 –Vasopressin contraction force after administration of 10‐10 M desmopresin. The differences between endothelized and de‐endothelized preparations do not exhibit statistic 

significance It also should be said that  in dog’s case, the effect was significantly stronger, considering the fact that the thickness of the muscular layer was smaller than that of the horse’s, which leads to the assumption that dogs have a particular reactivity  in what the vasopressin mediation  is concerned (Fig. no 3).  

CONCLUSION 1. Vasopressin reactivity produces the highest force, except for the �‐adrenergic agonist 

phenylephrine. 2. From the dose‐effect curve configuration it can be seen that very low doses (10‐12 M 

– physiological) produce little contractile effects, while with higher (pharmacological) doses, from 10‐10 M, the contractile effects are close to maximum, having a curve with biphasic aspect. The  curve aspect  suggests  the presence of quantum effects at  the V1‐type receptors. 

3. In  dog’s  case  the  effect  was  significantly  stronger,  considering  the  fact  that  the thickness of the muscular  layer was smaller than that of the horse’s, which  leads to the  assumption  that  dogs  have  a  particular  reactivity  in  what  the  vasopressin mediation is concerned.  

BIBLIOGRAPHY 1. Armstead WM, Lippton HL, Hyman AL, Kadowitz PJ., 1984 ‐ Analysis of adrenergic responses 

in the mesenteric vascular bed of the cat; evidence that vascular beta 2‐adrenoceptors are innervated. Can J Physiol Pharmacol. 62(12):1470‐8. 

2. Beşchea Chiriac Sorin, Serban DN., 2001 ‐ Mechanisms involved in the vascular action of phenamyl, Lucr. St. vol. 44., USAMV Iaşi, p. 151‐159; 

3. Beznak M., 1956 ‐ Hemodynamic changes following aortic constriction in normal and in hypophysectomized rats. ‐ Can J Biochem Physiol., 34(4):791‐8. 

4. Guimarães S. Moura D., 2001 ‐ Vascular Adrenoceptors: An Update ‐ Pharmacol Rev. 53: 319‐356. 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 2 3 4

FI

Rat Cat Dog Horse

24

Page 27: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

5. Haulica I, Bild W, Mihaila CN, Ionita T, Boisteanu CP, Neagu B., 2003 ‐ Biphasic effects of 

angiotensin (1‐7) and its interactions with angiotensin II in rat aorta. ‐ J Renin Angiotensin Aldosterone Syst. 4(2):124‐8 

6. Jiang H, Halayko AJ, Rao K, Cunningham P, Stephens NL., 1991 ‐ Normalization of force generated by canine airway smooth muscles. ‐ Am J Physiol. 260(6 Pt 1):L522‐9. 

7. Moncada S., Palmer R.M.J., Higgs E.A., 1991 ‐ Nitric oxide: physiology, pathophysiology, and pharmacology. Pharmacol. Rev., 43: 109‐142 

8. Rozenfeld V, Cheng JW., 2000 ‐ The role of vasopressin in the treatment of vasodilation in shock states ‐ Ann Pharmacother. 34(2):250‐4. 

9. * * * LEGE nr.471 din 9 iulie 2002 – Buletinul Oficial al României, privind aprobarea Ordonantei Guvernului nr. 37/2002 pentru protectia animalelor folosite în scopuri stiintifice sau în alte scopuri experimentale. 

10. Holmes Cheryl, Patel B. M., Russell J. A. Walley K.R., 2001 ‐ Physiology of Vasopressin Relevant to Management of Septic Shock – Chest. 120;989‐1002  

 

25

Page 28: vol_53_2010-1

 MORPHOCLINICAL ASPECTS OF BABESIOSIS IN HORSES 

 Boghian V., Mălăncuş R.N., Acatrinei D., Pașca S.,  

Anton Alina, Solcan Gh. Faculty of Veterinary Medicine Iasi 

Alley M. Sadoveanu no. 8 [email protected] 

 Abstract:  In 7 horses with clinical signs of cortical syndrome in the inhibition phase, subicter and dark urine were  performed  blood  counts  (HLG),  cytomorphological  examination  of  the  blood  smear  (May Grunwald  Giemsa  stained),  biochemical  profile  and  macroscopic  examination  of  the  internal organs. Blood count revealed normochromic normocytic regenerative anemia with a low number of  red  blood  cells  (5.3  x103/mm3).  Blood  biochemical  examination  revealed  hepato‐biliary insufficiency (ALT = 88.9 IU / L, ALP = 222.7 IU / L) and renal  insufficiency (BUN = 35.7 mg / dl = 2.8 mg CRTN / dL). Disease  has  been  confirmed  by  observing  endoglobular  merozoits  of  B.  equi  and  in  morphopathological examination were found bleeding points in the heart and splenomegaly. 

Keywords: babesiosis, equine, B. equi  Babesiosis  is  a  hemosporidiosis  also  called  piroplasmosis  produced  by  sborozoa  from Babesiidae family disseminated by hematophagous mites from Ixodidae family, also known as tick. Each species of Babesia species corresponds to a tick. In horses the disease is caused by B. equi,  B.  cabali,  Nutallia  equi  and  newer  by  B.  canis.  The  disease  is  characterized  by  the modified general  condition, anemia and nervous manifestations predominantly  represented by cortical inhibition, which leads to death unless etiological treatment is applied. (3, 4).  In this paper we present some morphoclinical  aspects of babesiosis in horses that are useful to guide diagnosis, so etiotropic treatment can be applied.  

 MATERIAL AND METHOD Observations were made on seven horses (4 stallions, two mares and a horse) aged between two and eight years presented to the Medical Clinic of the Faculty of Veterinary Science from Iași. Diagnosis was established by  collating data obtained at  clinical examination with  some laboratory  data.  Such  was  performed  blood  counts  (CBC),  biochemical  profile,  and cytomorphological blood smear examination using May Grunwald Giemsa staining. After the performed  treatment,  6  animals  were  cured  and  one  died  because  of  complications (pulmonary edema). In this animal was performed a macroscopic examination of the internal organs.  RESULTS AND DISCUSSION Guideline  the diagnosis  to babesiosis started  from a similar clinical environment  in all seven cases: loss of appetite, signs of cortical inhibition (tolerance, adynamie, drowsiness) and rectal temperature exceeding the upper limit of reference (39.50 C). The mucous membranes had a subicteric character, cyanotic appearance and the urine was brown (fig. 1) 

26

Page 29: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 

 Fig. 1. 

The subicteric mucous membrane and brown urine Haematological examination results are shown in Table 1 and 2. 

Table 1. 

Haematological parameters in horses with babesiosis 

Blood Paramet

ers 

Erythrocytes 

Hb  Ht 

Leuco‐cytes 

Blood smear Mature neutro‐phils 

Young neutro‐phils 

Eosino‐phils 

Bazo‐phils 

Monocyte 

Limphocyte 

Measurement units 

mil/μl g/dl 

% mii/μl 

%  %  %  %  %  % 

Reference 

6‐12 10‐18 

32‐48 

6‐12 

30‐75 

0‐1  1‐10  0‐3  1‐8  25‐60 

Horses with 

babesiosis (n=7) 

5,3 20,4 

49,2 

5,0  76,0  2,0  4,0  1,0  2,7  21,3 

 Table 2. 

Derived blood constant in horses with babesiosis Blood 

parameters VEM  HEM  CHEM 

Measurement units 

μ3  picograme (pg)  g/dl 

Reference  34‐58  13‐19 31‐37 Horses with babesiosis 

(n=7) 47,0  16,6  35,2 

 Haematological examination  revealed  the existence of an  anemic  syndrome, normochromic normocytic regenerative anemia with a low number of red blood cells (5,3 mil/μl). 

27

Page 30: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 We also observed a low number of  leucocytes (5.0 thousand / ml). Increased hemoglobin (Hb = 20.4 g / dL) and hematocrit (Ht = 49.2%) showed the presence of dehydration. Biochemical profile results are presented in Table 3. 

Table 3. 

Biochemical profile in horses with babesiosis 

Biochemical Profile 

Hepatic profile Renal profile

 TP  AST  ALT ALP GGT TBIL DBIL BUN  CRTN

Measurement units 

g/dl 

UI/L  UI/L  UI/L  UI/L mg/dl 

mg/dl 

mg/dl 

mg/dl 

Reference 5,7‐7,9 

116‐

287 

2,7‐21 

70‐227 

2,7‐22 

0,3‐3,0 

‐ 10,4‐25,0 

0,9‐2,0 

Horses with babesiosis 

(n=7) 6,3  31,3 

88,9 

222,7 

23,9 

3,3  0,5  35,7  2,8 

 As seen  in Table 3 there exists an hepatobiliary failure: ALT (alanine amino transferase)=88.9 IU/L,  ALP  (alkaline  phosphatase)=222.7  IU/L,  GGT  (gamma‐glutamyl‐transferase)=23.9  IU/L, TBIL  (total  bilirubin)=3.3 mg/dL  and  renal  failure:  BUN  (blood  urea  nitrogen)=35.7 mg/dL, CRTN (creatinine) = 2.8 mg/dL. Cytomorphological examination of  the blood  smear  stained May Grunwald Giemsa  revealed the existence of Babesia equi endoglobular merozoits and intense hemolysis (fig. 2). 

 Fig. 2.Babesia equi merozoits and hemolysis 

 Fig. 3.Splenomegaly and bleeding points in the heart base 

28

Page 31: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 Macroscopic  examination  of  internal  organs  from  an  animal  died  due  to  complications revealed splenomegaly and bleeding points in the heart base (Fig. 3).  Cause of death was acute pulmonary edema and hemolytic anemia due  to heavy parasitism (Fig. 4.)  

   Fig. 4.Acute pulmonary edema and tick parasitism 

From the peripheral blood smear stained May Grunwald Giemsa were identified endoglobular parasites in all cases fact that confirmed the diagnosis. The treatment with Berenil in a dose of 0.0035 g/kg 7% extemporaneus prepared solution or Imizol  in a dose of 4 ml/100 kg  led to remission of clinical signs starting with the second day and  clinical  cure  in  6  cases  after  about  3  days  in which  symptomatic  treatment was  also performed.  CONCLUSIONS  1.  Diagnosis  of  babesiosis  has  gone  from  a  common  hemosporidiosis  clinical  framework: cortical syndrome cortical in inhibition phase, subicter and dark urine. 2. Blood count revealed normochromic normocytic regenerative anemia, with a low number of red blood cells (5.3 x103/mm3). 3. Blood biochemical examination revealed hepato‐biliary insufficiency (ALT = 88.9 IU / L, ALP = 222.7 IU / L) and renal insufficiency (BUN = 35.7 mg / dl = 2.8 mg CRTN / dL). 4. Morphopatological were found bleeding points in the heart and splenomegaly. 5.  The  diagnosis  of  babesiosis  was  confirmed  by  eidentification  of  B.  Equi  endoglobular merozoits.  BIBLIOGRAPHY  1. BOGHIAN V.,  SOLCAN GHE.,  LUMINIȚA DIANA HRIȚCU, BEŞCHEA‐CHIRIAC S.  I., 2003, Particularități morfoclinice ale babesiozei  canine, al  IX‐lea Congres Național de Medicină Veterinară,  Iaşi, Rev. Rom. Med. Vet., vol. 13, nr. 3‐4, p.288 şi Lucr. Şt. USAMV  Iasi, Medicina Veterinara, vol. 46, p. 362‐364,  ISSN 1454‐7406. 2. MORAILLON R., FOURRIER P., LEGEAY Y., LAPEIRE C., 1997, Dictionnaire pretique de  therapeutique canine et feline, 4e ed, Masson, Paris. 3. DULCEANU N., CRISTINA TERINTE, MITREA L.I., CARMEN POLCOVNICU, 2000, Dicționar enciclopedic de parazitologie, Ed. Academiei Române, Bucureşti. 4. DULCEANU N., CRISTINA TERINTE, 1994, Parazitologie veterinară, vol. 1, Ed. Moldova, Iaşi. 5. THE MERCK VETERINARY MANUAL, 1998, eighth edition, Merck & Co.,  Inc. Whitehouse Station, NJ USA. 

29

Page 32: vol_53_2010-1

 

 KERATOPATHIES IN CARNIVORES: CLINICAL SIGNS AND LOCAL 

PATHOLOGIC RESPONSES   

IOANA BURCOVEANU, I. BURTAN, ROXANA TOPALĂ,  L.C. BURTAN, M. FÂNTÂNARIU 

[email protected]  

The cornea  is  the perfectly  transparent, avascular, anterior component of  the  fibrous, outer coat of the eye, along with the opaque, posterior sclera. Corneal pathology varies from  congenital  disorders  to  tumors,  primary  or  by  extension.  Keratitis  define  the inflammation of the cornea, that may have numerous causes, like trauma, noninfectious (physical,  chemical)  or  infectious  (bacterial,  viral,  fungal,  parasitic)  agents,  immune reactions.  Acquired  corneal  pathology  may  be  categorized  as  ulcerative  or nonulcerative, infectious or noninfectious, or by cause, topography, depth, etc. Clinical signs can also vary greatly. Generally, we observe blepharospasm, photophobia, hyperemic conjunctiva, epiphora,  serous or mucopurulent discharge  that clings  to  the ocular surface. Because of its compact construction, pathologic reactions in the cornea tend to evolve differently, regarding their speed of onset and recovery. The majority of clinically  important  keratopathies  develop  one  or more  of  the  following  local  signs: edema,  vascularisation,  pigmentation,  cellular  infiltrates,  accumulation  of  lipid  or mineral material in the stroma and corneal fibrosis, with scar formation.  Optimal aetiologic diagnosis and clinical management require knowledge of the clinical signs listed above. 

Key words: cornea, keratopathies, symptoms, carnivores   The cornea  is the perfectly transparent, anterior component of the eye, playing the role of a convex ‐concave  lens.  It  has  no  blood  vessels  or  pigments,  its  thickness  varying  in  animals from 0,56 to 1 mm (0.5 – 0.8 mm) (5), becoming  less thicker at the perifery  in dogs and cats (4). The posterior part of the outer, fibrous coat of the eye is the sclera. The point at which the cornea and sclera merge is called the limbus (1, 3, 4, 5). The cornea plays many roles, such as: mechanical, optical, immunological and tissue healing. (4) From  outside  to  inside,  the  cornea  has  5  layers:  epithelium,  its  basement  membrane (Bowman), stroma, Descemet’s membrane, endothelium (posterior epithelium). It is avascular and it has no pigments, but it has a sensitive innervation, provided by nasociliary nerves of the ophthalmic branch of  the  trigeminal nerve  (cranial nerve V)  (3,  5).  The density of  terminal nerves is higher in the center and lesser at the periphery of the cornea.  The cornea  is  the  first barrier of  the globe, being exposed  to exogenous disorders  (trauma), endogenous factors (corneal dystrophies, which are inherited) or to the extension from other ocular tissues (anterior lens luxation, uveitis, neoplasia). The  present  paper  resumes  the  symptoms  of  clinically  important  keratopathies: blepharospasm, epiphora, conjunctival hyperaemia, as well as the major pathologic responses: corneal  edema,  vascularisation,  fibrosis  (scar  formation),  melanosis,  accumulation  of  an abnormal substance within the cornea (lipid, mineral), stromal malacia. 

 

30

University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine, Iasi 

Page 33: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 

 MATERIAL AND METHOD  Research has been achieved on the number of cases presented for ophthalmic examination at the Faculty of Veterinary Medicine in Iasi, the Surgical Clinic, throughout the years 2007‐2010 and  at  the  Alfort  Veterinary  University  Hospital  Centre  (Centre  Hospitalier  Universitaire Vétérinaire Alfort – Ecole Nationale Vétérinaire Alfort (CHUVA‐ENVA), Maisons‐Alfort, France), in mars‐april 2010.  From the total number of carnivores, we collected those presented for an ophthalmic disorder, especially that of the cornea. A relevant and thorough history, completed by an orderly and extended ocular examination, give a correct diagnosis and the possibility of  successful clinical results.   RESULTS AND DISCUSSIONS   The general symptoms of keratopathies, that first draw the owner’s attention and after that of the veterinarian, are the ocular pain, translated by the blepharospasm, photofobia, epiphora, ocular discharge. Blepharospasm can be present at one eye or at both eyes, depending on the nature of the aetiological agent  (virus, bacteria,  immune complexes)  (photos 1‐3). Discharge that accompany different corneal diseases can be serous or mucopurulent (photos 4‐6).  

                   1. Bilateral blepharospasm    2. Right blepharospasm         3. Right blepharospasm 

                                

                4.  Unilateral epiphora    5.  Mucopurulent discharge           6. Diffuse conjunctival hiperaemia,                                       mucopurulent discharge    The healthy cornea  is completley  transparent, due  to  the  lack of blood vessels or pigments, but when pathologic disorders appear, we can observe some local pathologic changes that are important for the clinician. Clinically, the  loss of corneal transparency  is translated by corneal edema. Normally, corneal structures  fight  against  water  entry,  especially  the  endothelium  and  the  epithelium.  The endothelium extracts water form the stroma, maintaining a relative dehydration. Any lesion of those two components of the cornea results in edema. Accumulation of water between the stromal colagen fibers gives the cornea a blue coloration, which becomes opaque. Corneal edema can be  localized or diffuse, epithelial or endothelial, the latter being more intense and diffuse. (photos 7, 8). 

CHUVA‐ENVA

CHUVA‐ENVA 

31

Page 34: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 

                                              7. Diffuse corneal edema                                         8. Localized corneal edema                         When  it  appears,  corneal  vascularization  is  always  pathological.  Blood  vessels  can  be superficial, deep or both. Superficial neovascularisation are „treelike” vesseles, originating  in conjunctival  circulation.  They  occur  whenever  there  is  a  lesion  in  the  epithelium  or  the anterior  stroma.  Deep  vessels  are  short,  parallel,  „hedgelike”,  originating  in  the  cilliary circulation. The depth of new formed vessels is a good indicator of the depth of the initiating lesion.  In  cases  of  persistent  or  complicated  lesions,  a  granulation  tissue  can  occur.  The dinamic of corneal neovascularisation is presented in photos 9‐14.   

          9.Superficial neovascularisation, cat.   10.Superficial vessels, cat.  11. Superficial vessels, dog.  

          12. Granulation tissue, dog.    13. Granulation tissue, cat           14.Deep vascularisation, dog.     Corneal  vascularisation  is generally beneficial  in  stromal  repair. Blood vessels advance  from the  limbus, until  they  invade  the  lesion, corneal healing and  regain of  transparency  starting from  the  limbus, as  it can be  seen  in photo 9. Keeping  in mind  those  facts, although blood vessels can result in influx of pigments and inflammatory cells, easing corneal fibrosis, control if neovascularisation with the use of steroids is not always indicated.   Corneal pigmentation is also called pigmentary keratitis. These terms ignore the possibility of other  pigments,  like  hemoglobin  or  the  soluble  pigment  in  corneal  sequestra  in  cats,  than melanin to cause corneal opacity. Nevertheless, it must not be used as a diagnosis, for it is only a  sign  of  chronic,  persistent  corneal  irritation,  that  may  have  many  causes,  each  with  a different treatment. Melanin is deposited in the epithelium and the anterior stroma, migrating along with blood vessels, during the inflammatory process. Corneal melanosis is a sign of chronic irritation, as seen in cases of eye exposure due to facial nerve paralysis, lagophtalmos, frictional irritation (distichiasis, entropion) (photo. 15), tear film 

CHUVA‐ENVA 

CHUVA‐ENVA 

CHUVA‐ENVA

CHUVA‐ENVA CHUVA‐ENVA 

CHUVA‐ENVA

CHUVA‐ENVA 32

Page 35: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 

abnormalities (keratocojunctivitis sicca) (photo 16), chronic immunologic stimulation (pannus) (photos 17, 18).  

                                                 15.Ventral corneal pigmentation, dog.               16.Diffuse corneal pigmentation, dog. 

                                            17.Lateral corneal pigmentation, dog.  18. Ventral and lateral corneal melanosis, dog.                      Corneal fibrosis appears as a consequence of the stromal repair process, when collagen fibrils don’t  order  themselves  in  a  parrallel manner,  thus  interfering with  light  transmission.  The opacity  is  localised  in  the stroma,  the epithelium being  intact, with  some new vessels being able to persist. Meanwhile, the scar can become clear, but will not disappear completely. The tendency to clear is greater in young animals and more often in cats. Scar melanosis and lipid accumulation often occurs  in dogs. As  it develops, the scar can be named nubecula, macula, albugo and leukoma. If iris fibers are attached to the corneal endothelium, the scar is named an adherent leukome, with an anterior synechia (photos 19‐23).  

 

                           19.Macula, dog.                        20, 21.Adherent leukoma, cat – profile, face.              

             22, 23.Adherent leukoma, cat, profile and face. 

 Lipid  or mineral  accumulations  appear  as  sparkly,  white  deposits  in  the  corneal  stroma, situated underneath the epithelium. This type of lesion can be a primary disease in breeds like Beagle, Boxer, Airedale Terrier, Caniche, Cocker, Doberman (photos 24‐26).  

CHUVA‐ENVA 

CHUVA‐ENVA 

CHUVA‐ENVA 

CHUVA‐ENVA 

CHUVA‐ENVA 

33

Page 36: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 

                        24.Corneal lipid dystrophy    25.Lipid‐calcium degeneration,   26.Lipid‐calcium              in a Beagle.         dog.             degeneration, dog.    Lipid dystrophy evolves bilaterally, it is not painful, with minimum implications on the animal’s sight and requires no treatment. Lipid degeneration  is associated with signs of  inflammation (keratitis, scleritis, uveitis), having the possibility to be the result of corneal ulcers or corneal traumatisms  having  scarred with  lipid  accumulation.  In  some  animals, we may  notice  high levels  of  cholesterol  in  the  blood,  or  other metabolic  disorders,  such  as  diabetes mellitus, hypothyroidism, hyperadrenocorticism or primaryhyperlipidemia.   Stromal  malacia  or  „melting”  occurs  when  collagenase,  the  enzyme  responsible  of collagenolysis, is liberated by cells, especially neutrophils. The cornea becomes soft, due to its loss of rigidity (loss of collagen structure). The process is followed by developement of a deep corneal ulcer or descemetocele (photo 27).  

 27.Stromal melting, dog. 

  CONCLUSIONS 1. The cornea is the perfectly transparent, anterior component of the eye, playing the role of 

a convex ‐concave   lens, having no blood vessels or pigments. 2. The general  symptoms of  keratopathies,  that  first draw  the owner’s attention and after 

that of the veterinarian, are the ocular pain, translated by the blepharospasm, photofobia, epiphora, ocular discharge. 

3. The majority of  keratopathies develop one or more of  the  following  local  signs:  corneal edema, vascularisation, pigmentation, cellular  infiltrates, accumulation of  lipid or mineral material in the stroma and corneal fibrosis, with scar formation. 

4. Clinically,  the  loss  of  corneal  transparency  is  translated by  corneal  edema, when water accumulates in the corneal stroma. Edema can be diffuse or localised. 

5. Corneal  vascularization  is  always  pathological.  Blood  vessels  can  be  superficial,  deep  or both. It has caracteristic aspects, indicating the depth of the initial lesion. 

6. Corneal melanosis  is not a diagnosis, but a  sign of  chronic  irritation. Although  it doesn’t require  a  treatment,  we  must  determine  the  cause  of  irritation,  to  prevent  further extension of pigmentation. 

CHUVA‐ENVA CHUVA‐ENVA 

34

Page 37: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 

7. Lipid or calcium can accumulate in the superficial part of the stroma, without affecting the corneal epithelium.  

8. Corneal  fibrosis appears as a  consequence of  the  stromal  repair process, when collagen fibrils don’t order themselves in a parrallel manner, thus interfering with light transmission. Corneal scars are called: nubecula, macula, albugo and leukoma (simple or adherent, with iris participation). 

 REFFERENCES 

 1. Burtan I., 2000 – Chirurgie veterinară regională, ed. Ion Ionescu de la Brad, Iaşi; 2. Cernea P., Dumitrache L., 1986 – Fiziologie oculară, ed. Medicală, Bucureşti; 3. Cotea C., 2003 – Histologie specială, ed. Tehnopress, Iaşi; 4. Ionaşcu Iuliana, Miclăuş I., 2009 – Oftalmologie veterinară din Tratat de Medicină Veterinară, vol. V., coordonator Constantin N., ed. Tehnică, Bucureşti; 

5. Maggs D.J., Miller  P.E., Ofri  R.,  2008  –  Slatter’s  Fundamentals  of  Veterinary Ophthalmology,  4th edition, ed. Saunders Elsevier, Missouri; 

 

35

Page 38: vol_53_2010-1

PATHOLOGICAL EFFECTS AND TISSUE DISTRIBUTION OF MICROCYSTIN‐LR (MC‐LR) AFTER 48 HOURS NON INVASIVE 

EXPOSITION OF NEWLY HATCHED MEDAKA  (ORYZIAS LATIPES) ELEUTHERO‐EMBRYOS  

 Hélène Huet 1, Delphine Franko 2, Chakib Djediat 2,  Eva Perez2, François Crespeau1 , Amaury de Luze2 

  1 Ecole Nationale Vétérinaire d’Alfort (France)   2 Muséum National d’Histoire Naturelle de Paris (France) 

 Abstract Medaka  fishes  eulethero‐embryos were  submitted  at  48 hours period of  immersion  in MC‐LR containing media at 1, 5, 10, 15 and 20 µg/ml concentration. Significant mortality (>10%) is only observed for higher MCLR concentration (20µg/ml) in medium.  Microscopic pathological effects after 48 hours  immersion  in MC‐LR solution were searched on transverse  sections  of  paraffin  embedded  embryos  fixed  in  formaldehyde.  Histopathologic studies of paraffin embedded embryos shows, from 10 µg/ml MC‐LR concentration, with variable intensity, vacuolization of enterocytes and hepatocytes, degenerative and necrotic changes. On same material, immuno‐labeling with specific monoclonal antibodies against MC‐LR was also performed and appeared  constantly and  strongly positive  in  intestine  (enterocytes and  lamina propria),  liver  (hepatocytes  and  probably  macrophagic  cells  along  sinusoids  border).  A  faint labeling was  also  characterized  in  kidneys  epithelial  cells,  pancreas  and  yolk  vesicle  epithelial border. No  labeling was observed  in skin, gills, oral epithelium, esophagus and  stomach, heart and vascular system, muscles, nervous central system…  Ultramicroscopic  pathological  effects  after  48  hours  immersion  in  MCLR  solution  were  also searched on ultrathin  sections of  embryos  fixed  in paraformaldehyde  and embedded  in  resin. From 10 µg/ml MC‐LR concentration, transmission electronic microscopy clearly shows disruption of  intercellular  junctions  in  enterocytes  and  hepatocytes,  some  cytoplasmic  vacuolation  of enterocytes, alteration of hepatocytes membrane with regression of microvillous cell border with reduction of Disse space length and abnormal biliary canaliculi border. 

 INTRODUCTION  Microcystins  (MCs)  are  a  family  of  hepatotoxic  cyclic  heptapeptides  comprising  at  least  80 variants and congeners. All toxic microcystin variants contain a unique hydrophobic amino acid 3‐amino‐9‐methoxy‐10‐phenyl‐2,6,8‐trimethyl‐deca‐4(E)‐dienoic  acid  (ADDA)  (kongsuwan  et al., 1988). The prototype compound  is MC‐LR, which have Leucine (L) and arginine (R) at the two  hypervariable  positions  in  the  ring  structure  (Rinehart  et  al.,  1988;  Carmichael,  1992). These toxins are produced by a wide variety of planktonic cyanobacteria, which are one of the most primitive and worldwide distributed families of photosynthetic organisms (Brock, 1973, Ueno et al., 1998).  MCs  represent potential environmental  fresh water  toxins, mainly when  climatic  conditions promote blooms of cyanobacteria in pools, pond or lakes. The primary toxic effect of microcystins  is  inhibitory reversible binding at the catalytic site of protein  phosphatases  1  and  2A.  This  interaction  involved  principally  the  ADDA  group.  The presence of the methyl‐dehydro‐alanine (Mdha) inducted an irreversible inhibition by covalent linkage  to  the cystein  sulphur on  the phosphatases PP1 and PP2A  (MacKintosh et al., 1995; Runnegar et al., 1995). Direct  injection of MCLR  in mammals  induced protein phosphatases 

36

Page 39: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

inhibition, hyperphosphorylation of membrane  cellular proteins  including  the hepatocellular cytoskeleton and  loss of cell‐cell contacts  in  intrahepatic necrosis and hemorrhage. Death  is due to hypovolemic shock (Hooser et al., 2000, Beasley et al., 2000). After administration, MCs cellular  uptake  is  performed  via  specific  organic  anion  transport  proteins  (Runnegar  et  al., 1991, 1995). MCs exhibit a predominantly hepatic organotropism, althought mesenteric and even dermal effects have been demonstrated. In  fish  as  in  mammals,  gavage,  intraperitoneal,  intravascular  or  intravitellin  injection  of purified MC‐LR are all  invasive approaches corresponding  to acute exposure and  lethal  toxic effects  (Phillips  et  al.,  1985,  Raberg  et  al.,  1991,  Tencalla  et  al.,  1994,  Bury  et  al.,  1997). However there are few indications of whether and how fish are sensitive to purified MC‐LR by in vivo immersion (Oberemm et al., 1999).  Our studies were designed  in view to develop a rapid sub‐lethal bioassay allowing not only a general assessment on uptake and tissue distribution of MC‐LR, but also  indicating potential whole  body  external MC‐LR‐induced  developmental  abnormalities.  Thus,  our  experimental studies was mainly realized  in view to set up a  low cost, sensitive and reproducible bioassay with some degree of the certainty on the absorption, distribution and effects of MC‐LR in fish after natural exposure. In these animals, the less invasive experimental approach to study MC‐LR  effects  is  after  natural  immersion  and  the  duration  of  our  experimental  procedure correspond to a short and acute exposure of two days.  Medaka  fish  eleuthero‐embryos  (Balon,  1975)  could  be  contaminated  by  MC‐LR  only  via environmental water  intake or by absorption of the purified toxin by skin or gills.  Immersion also  represents  the most  current way  of  exposure  among  human  and  animal  populations having contact with cyanobacterial contaminated water (Funari and Testai, 2008).  MATERIAL AND METHODS  Products According  to  the  recommendation  of  the manufacturer  (Alexis,  Switzerland),  dissolution  of purified MC‐LR  in water  is  always  incomplete;  in  absolute  ethanol  dissolution  of MC‐LR  is complete. A mixed procedure was used in our study: MC‐LR was first dissolved in four volume absolute ethanol, followed by addition of 1 volume of water. Ethanol was totally evaporated in a  speedvac  (37°C) during 4 hours and  the mixture  completed with water at  the end of  the procedure  to  a  final  concentration  of  0.2  µg/ml  (stock  solution).  A  control  solvent  stock solution was performed using the same procedure.  Medaka breeding and experimental procedure Medaka (Oryzias latipes) progenitors of the inbred cab strain were kept in 8‐L glass aquaria at 26‐28°C under artificial  reproductive  cycle  (14h  Light‐10h Dark  cycle). Fertilized egg  clusters were carefully removed from the  female progenitors and 100‐200 post‐fertilized  (pf) eggs of medaka  fishes were  collected  and  gathered  in  Petri  dishes  containing  Yamamoto’s  embryo rearing medium  (Yamamoto, 1975). The embryos were maintained  in an  incubator  (XBR125, France  Etuve) at 25°C with  a photoperiod  (L:12h‐D:12h).  The  rearing medium was  changed every day until the hatching period, beginning at the tenth day.  Eleuthero‐embryo exposures and assessment All  embryos  hatching  during  the  24  hours  interval  of  the  tenth  and  eleventh  day  post fertilization were termed J0 embryo and used for experimental purpose in our acute eleuthero fish embryo test. During this interval of time and under our rearing condition, the percentage 

37

Page 40: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

of hatched embryos  represented approximately 60%  (45  to 75%) of  the  collected eggs. The vesiculated eleuthero‐embryos were transferred in 12 wells microplates (5 eleuthero‐embryos in  2ml medium/well). Negative  controls  and MCLR media were  not  changed during  the  48 hours experimental procedure. The vesiculated fish larvae being fully autotrophic, no food was given during  the  time  course of  the 48h experimental period. Non‐invasive observations of eleuthero‐embryos  behavior  were  performed  and  eleuthero‐embryos  were  handled  in accordance  with  European  Union  regulations  concerning  the  protection  of  experimental animals.  Histopathology process At the end of the  immersion experiment, surviving hatched embryos treated or not (control) with MC‐LR were  fixed  in buffered  formaldehyde solution 10%  (v/v)  for 24h. Fixed embryos were then clarified and dehydrated in successive baths of ethanol (70% and 95%) and butanol, and finally transferred into baths of liquid paraffin at 56°C. They were individually oriented and embedded into blocks of paraffin wax. Transverse sections (3,5µm thickness) were hydrated in successive baths of ethanol (100% and 95%) and routinely stained with Hematoxyline‐Eosine‐Saffron (HES, Sigma‐Aldrich, France). Microphotograph observations of histological transverse sections were carried out with an Axio‐Imager Z1 Zeiss microscope at various magnifications. The all embryo being cut, an constant anatomical level was chosen in the pectoral fin region to perform observations on intestine and liver.  Immunohistochemistry process  Sections of paraffin‐embedded tissues were deparaffined in toluene and hydrated gradually in ethanol  (100%  and 95%), washed  in distilled water  and  then  in 10mM phosphate buffered saline (PBS, Sigma‐Aldrich, France). Tissue sections were microwaved  in 10mM citrate buffer, pH  6.0  for  30min  (350w  microwave  oven).  Two  different  primary  anti‐MCLR  monoclonal antibodies  (Alexis  Biochemicals,  Switzerland)  were  tested:  AD4G2  which  recognizes  all microcystins  because  of  its  Adda  specification  and  MC10E7  which  recognizes  all  4‐Arg microcystins.  The  immunoassay was  routinely  performed with  the NexES  system  (Ventana, Tucson, USA). As positive control, we choose an adult medaka fish liver, which proceeded from a  gavage  experiment  with MCLR  (Mezhoud  and  al,  2008),  and  tissue  sections  proceeded without primary antibody were chosen as negative control.  Transmission electron microscopy Embryos  were  preserved  in  0.5%  glutaraldehyde  in  2%  paraformaldehyde  solution  for transmission  electron microscopy  study  during  24  hours  and  then, washed  three  times  in Sorensen phosphate buffer  (0.1M, pH 7.4)  in  three  successive 10min baths;  finally embryos were dehydrated in ethanol (50°, 70°, 90° and 100°) by three baths at each step of dehydration and the embedded in a epoxy mixture (Spur). Medium and ultrathin sections were sliced with diamond knives  (Diatome) on a Reichert‐Jung Ultracut microtome. Ultrathin sections on grid were  then observed by  transmission  electronic microscope  (Hitachi H  700S) with  a  camera (LCD, Hamamatsu) at various magnifications.       

38

Page 41: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

RESULTS  1) Pathological effects of MCLR in eleuthero‐embryos medaka after 48 hours toxic exposure by immersion The  intestine wall  of  control  eleuthero‐embryo medaka  fish  is  organized  in  folds  lined  by simple  columnar  epithelium  composed  of  enterocytes  and  not  associated with  any  kind  of mucosal or submucosal glands; MC‐LR treatment appears to  induce a slight reduction of the intestinal folds associated with a moderate enlargement of the  intestinal  lumen and variable degree of vacuolization of enterocytes with,  sometimes,  focal  cleavage between epithelium and lamina propria. In  liver,  the  normally  dense  network  of  hepatocytes  and  vascular  sinuses  is  observed  in control.  In  treated  embryos,  degenerative  more  or  less  megalocytic  hepatocytes  with sometimes anisocytosis, anisocaryosis and nucleus pycnosis are clearly observed; furthermore some necrotic hepatocytes are also apparent in 20µg MC‐LR/ml treated embryos. In  some  embryos,  vacuolization  of  kidney  epithelial  is  sometimes  observed.  Another happening modification concerns yolk vesicle  seeming  to have  late  regression without  clear lesions of syncytial epithelial cells at photonic microscopic observation level. No significant  lesions are observed  in other  tissues or organs: skin, gills, oral and esophagus mucous membrane, nervous system  tissue, muscle, spleen, cardiovascular system, pancreas, esophagus…  1) Immuno‐localization of MCLR Using MCLR specific antibodies as described supra, a strong labeling is observed at 48 hours in eleuthero‐embryos treated by MCLR in intestinal mucous membrane (enterocytes and lamina propria)  and  liver  (hepatocytes  and  probably  sinusoidal  border  associated  macrophages). Labeling  is more  intense  in  20µg  than  in  10µg MCLR/ml  treated  embryos.  No  labeling  is observed  in  other  organic  structures  (nervous  tissue,  other  mucous  membranes,  spleen, muscle, skin and gills, cardiovascular organs….) but in yolk vesicle epithelial membrane where very light labeling is sometimes observed.  2) Ultra structural observation Ultrastructural  analysis  performed  on  surviving  eleuthero‐embryos  indicated  in  enterocytes and hepatocytes of treated animals, a complex set of changes on cytoskeletal structures with no  clear  changes  of  nuclear  chromatin,  Golgi  apparatus  or  mitochondria.  In  the  liver, endothelial cells appeared normal but a  reduction of  length of Disse's  space was noticed  in treated  fishes,  due  to  reduction  of  the microvillus  border  of  hepatocyte  vascular  faces.  A reduction of microvillus hepatocyte border was also noticed at the biliary surface of these cells (in  biliary  canaliculi).  Disjunction  between  hepatocytes  was  also  observed  and  some vacuolization  of  the  cytoplasm.  In  enterocytes,  a  clear  dissociation  of  the  apical  junction complex was noticed, associated to vacuolization of the cytoplasm. 

39

Page 42: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 DISCUSSION  Immersion  in elevated MC‐LR concentrations had apparently no significant external effect  in fish  and  amphibian,  in  contrast  to  the  lethal  observations  performed  after  intra‐peritoneal injection  and oral  application  (gavage) of MC‐LR  (Phillips  et  al., 1995,  Tencella et  al., 1994, Oberemm, 1999).  However,  in  fish eleuthero‐embryos species  transferred  in  toxin‐free media after embryonic development  and hatching pre‐exposure  to MCs, usually malformations,  embryonic  growth inhibition and hepatocellular toxicity occurred (Zhang et al., 2008, El Ghazali et al., 2009) with apparently weak desire for food (Zhang et bal., 2008). Medaka fish at the eleuthero‐embryo stage are fully autotroph during the first four days after hatching.  In  our  experience,  these  vesiculated  larvae  expressed  no  significant  external  and histopathological effects when exposed by immersion during 48 hours in medium containing 1 to 10 µg MC‐LR/ml.  Significant mortality  (>10%)  during  the  experimental  period  (48  hours) was  only  observed when vesiculated embryos were immersed at the highest concentration of MC‐LR (20µg/ml). Our observation agrees Oberemm et al. data (1999) who did not observed any effect of MCLR at concentration as high than 0.1, 1 and 5 µg/ml in zebrafish eleuthero‐embryos (Danio rerio) after 48 hours exposure. However, the same embryos showed, at the dose of 10µg MCLR/ml, pectoral edema and enlarged and opaque yolk after 24 hours exposure. Similarly, no effect on morphological development or  survival during 10 days exposure were noticed during  larval development (tailbud stage) in the toad (Bufo arenarum) at concentrations of 1‐20mg MC‐LR /l (Chernoff et al., 2002). Nevertheless, one study showed during embryonic and larval stages of  loach  (Misgursuns  mizolepis)  a  very  high  sensitivity  to  MC‐LR  exposure,  resulting  in pericardial edema and  tubular heart, bradycardia, poor yolk absorption,  small head,  curved body and tail, and abnormal hatching. Heart and liver were found to be primary targets of MC‐LR in this later study (Liu et al., 2002). Therefore, the loach (Misguruns mizolepsis) appears the most sensitive fish species tested. In  our  medaka  eleuthero‐embryos  toxic  test,  using  available  commercially  monoclonal antibodies, we  could  clearly  immunolocalize MC‐LR, mainly  in  intestine  and  liver whereas some faint localization of MC‐LR was also detected in pancreas, kidney and yolk vesicle. At  histological  examination  (paraffin  embedded  tissue  with  trichromic  stain),  lesions  of enterocytes and hepatocytes were clearly detected; mainly vacuolization but also variation of size  cells  with  anisocytosis  and  anisocaryosis  and  necrotic  changes  with  pycnosis  in hepatocytes.  At  ultrastructural  level,  one  of  the main  observed  effects  of MC‐LR was  the rupture  of  the  junction  systems  on  the  latero‐apical  side  of  the  enterocytes  and  between hepatocytes; these observations are in good agreement with Wang’s publication (Wang et al., 2005) describing loss of blastomere coherence by interfering the distributions of β‐catenin and cadherines in zebrafish embryo after MC‐LR microinjection.  During our 48 hours  toxic assay,  immunolocalization of MC‐LR  could be obtained mainly  in intestine and  liver,  likely  indicating uptake and binding of MC‐LR by enterocytes and transfer and bioaccumulation into the liver (hepatocytes and probably local macrophages). MCLR was also labeled with lighter intensity in pancreas and kidneys epithelial cells.  In contrast, oral, esophagus and stomach mucosa did not show any sign of MC‐LR fixation or accumulation. No other labeling was observed in skin, gills, heart and vascular system, central nervous tissue or muscle. Furthermore, no rupture of  intercellular  junction complex or other significant lesions were observed in these organs and tissues.  

40

Page 43: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

Nevertheless, we  are  interested  in  tracing MC‐LR  in  epithelial  syncytia  cells  of  yolk  vesicle (data not shown) and some further studies are required during the early time of immersion to precise the toxico‐dynamic of MCLR uptake. Normal  liver  tissue  in  fish  is  organized  in  a  tubulo‐sinusoidal  pattern  and  differs  from  the lobular  pattern  characteristic  of  mammalian  liver.  Medaka  liver  consists  of  sheet‐like arrangements of parenchymal cells with  interlacing sinusoids and  few bile ducts and caniculi (Hinton  and Couch, 1998; Boorman et  al., 1997). The  fenestrated endothelium of  sinusoids acts as a sieve, preventing passage of blood cells in the Disse’s space, but allowing some blood proteins and  small  lipoproteins  to pass  through.  Indeed, microvilli of hepatocyte membrane increase the exchange surface of these cells along the Disse’s space border and also along the bile  canaliculi  border. Ultrathin  sections  observations  using microscopy  approach  indicated that medaka  fish  embryos  exposed  to  10  or  20µg MC‐LR/ml  showed  a  clear  reduction  of membrane hepatocyte microvilli on  the Disse’s  space  and on  the biliary  canaliculi  surfaces. These  clear  ultrastructure  changes  certainly  results  in  a  reduced  exchange  efficiency  in hepatocyte of MC‐LR‐treated medaka eleuthero‐embryos. Microcystin is known to cause liver damages in fish (Philipps et al., 1985, Rabergh et al., 1991, Tencalla and Dietrich, 1997) and to affect the bile acid transport system  involved  in MC‐LR transport  in hepatocyte (Runnegar et al., 1995).  Controversial  data  are  found  depending  of  the  species  in  the  literature  concerning  the bioaccumulation of MC in the liver following gill membrane absorption of MC (Casenave et al., 2005,  Xie  et  al.,  2005)  whereas  others  studies  suggest  that  epithelia  of  gills  and  skin  of freshwater  fish  form  a barrier  to MC  transport  (Tencalla  et  al.,  1994, Bury  et  al.,  1995).  In contrast to others studies (Gaete et al., 1994, Bury et al., 1995, Zambrano and Canelo, 1996) no  gills  damaging  was  observed  in  our  study  whatever  was MC‐LR  concentrations  of  the medium.  Finally,  histopathological  and  immuno‐histopathological  studies  permit  to  have  better comprehension  of  MCs  toxicity  and  better  knowledge  about  ways  of  penetration,  tissue repartition and pathological effect of this important class of natural environmental toxins.   Bibliography  

1. Azevedo  SM,  Carmichael WW,  Jochimsen  EM,  Rinehart  KL,  Lau  S,  Shaw  GR,  Eaglesham  GK (2002). Human  intoxication by microcystins during  renal dialysis  treatment  in Caruaru‐Brazil. Toxicology. 181‐182:441‐6. 

2. Balon, E. K. J Fish Res Board Canad 1975, 32, 1663  1670 3. Beasley VR, Lovell RA, Holmes KR, Walcott HE, Schaeffer DJ, Hoffmann WE, Carmichael WW. 

2000.  MCLR  decreases  hepatic  and  renal  perfusion,  and  causes  circulatory  shock,  severe hypoglycemia,  and  terminal  hyperkalemia  in  intravascularly  dosed  swine.  J  Toxicol  Environ Health A. 61(4):281‐303 

4. Brock TD. 1973. Lower pH limit for the existence of blue‐green algae: evolutionary and 5. ecological implications. Science. 179(72):480‐3. 6. Bury, N. R.; McGeer, J. C.; Eddy, F. B.; Codd, G. A. J Fish  Diseases 1997, 20, 209  215. 7. Carbis, CR, Rawlin, GT, Grant, P, Mitchell, GF, Anderson, JW, McCauley, I (1997) A study of feral 

carp,  Cyprinus  carpio  L.,  exposed  to Microcystis  aeruginosaat  Lake Mokoan,  Australia,  and possible implications for fish health. JFish Dis 20: 81‐91 

8. Carmichael  WW.  1992.  Cyanobacteria  secondary  metabolites—the  cyanotoxins.  J  Appl Bacteriol. 72: 445–59 

9. Carmichael WW, Azevedo SM, An  JS, Molica RJ,  Jochimsen EM, Lau S, Rinehart KL, Shaw GR, Eaglesham GK. 2001. Human  fatalities  from  cyanobacteria: Chemical and biological evidence for cyanotoxins. Environ Health Perspect. 109:663‐68 

41

Page 44: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

10. Chernoff N, Hunter ES 3rd, Hall LL, Rosen MB, Brownie CF, Malarkey D, Marr M, 11. Herkovits J. 2002. Lack of teratogenicity of microcystin‐LR in the mouse and 12. toad. J Appl Toxicol. 22(1):13‐7 13. Donnan GA, Fisher M, Macleod M, Davis SM (2008). "Stroke". Lancet 371 (9624): 1612–23.  14. Funari E, Testai E.   (2008) Human health risk assessment related to cyanotoxins exposure. Crit 

Rev Toxicol.. :38(2):97‐125 15. Hindman SH, Favero MS, Carson LA, Petersen NJ, Schonberger LB, Solano  JT. 1975. Pyrogenic 

reactions during haemodialysis caused by extramural endotoxin. Lancet. 2: 732–34 16. Hooser  SB.  2000.  Fulminant  hepatocyte  apoptosis  in  vivo  following  microcystin‐LR 

administration to rats. Toxicol Pathol. 28(5):726‐33 17. Kungsuwan  A,  Noguchi  T,  Matsunaga  S,  Watanabe  MF,  Watabe  S,  Hashimoto  K.  (1988) 

Properties  of  two  toxins  isolated  from  the  blue‐green  alga Microcystis  aeruginosa.  Toxicon. 26(2):119‐25. 

18. Liu Y, Song L, Li X, Liu T. 2002. The toxic effects of microcystin‐LR on embryo‐larval and juvenile development of loach, Misguruns mizolepis Gunthe. Toxicon. 40(4):395‐9 

19. Magalhães VF,  Soares RM, Azevedo  SM.  (2001)‐ Microcystin  contamination  in  fish  from  the Jacarepaguá  Lagoon  (Rio  de  Janeiro,  Brazil):  ecological  implication  and  human  health  risk. Toxicon, 39(7):1077‐85 

20. MacKintosh  RW,  Dalby  KN,  Campbell  DG,  Cohen  PT,  Cohen  P,  MacKintosh  C.  1995.  The cyanobacterial  toxin microcystin binds  covalently  to  cysteine‐273 on protein phosphatase  1. FEBS Lett. 371(3):236‐40. 

21. Mezhoud K, Bauchet AL, Château‐Joubert S, Praseuth D, Marie A, François JC, Fontaine JJ, Jaeg JP, Cravedi  JP, Puiseux‐Dao S, Edery M.  (2008)‐ Proteomic and phosphoproteomic analysis of cellular  responses  in medaka  fish  (Oryzias  latipes)  following oral gavage with microcystin‐LR  . Toxicon.;51(8):1431‐9 

22. Mezhoud  K,  Praseuth  D,  Puiseux‐Dao  S,  François  JC,  Bernard  C,  Edery  M.  (2008)‐  Global quantitative  analysis  of  protein  expression  and  phosphorylation  status  in  the  liver  of  the medaka  fish  (Oryzias  latipes)  exposed  to microcystin‐LR  I.  Balneation  study.  Aquat  Toxicol.; 86(2):166‐75. 

23. Mezhoud K, Praseuth D, Francois JC, Bernard C, Edery M. (2008)Global quantitative analysis of protein phosphorylation status in fish exposed to microcystin.  Adv Exp Med Biol; 617:419‐26 

24. Phillips, M. J.; Roberts, R. J.; Stewart, J. A.; Codd, G. A. J. Fish Diseases 1985, 8, 339  344. 25. Rabergh, C. M. I.; Bylund, G.; Eriksson, J. E. Aquat Toxicol ̊ 1991, 20, 131‐146 26. Rinehart  KL,  Harada  K‐I,  Namikoshi M,  Chen  G,  Harvis  C, Munro MHG,  Blunt  JW, Mulligan 

PE,Beasley  VR,  Dahlem  AM,  Carmichael  WW.  1988.  Nodularin,  microcystin  and  the configuration of ADDA. J Am Chem Soc 110:8557‐58 

27. Runnegar M,  Berndt N,  Kong  SM,  Lee  EY,  Zhang  L.  (1995a).  In  vivo  and  in  vitro  binding  of microcystin to protein phosphatases 1 and 2A. Biochem Biophys Res Commun. 216(1):162‐9  

28. M.T. Runnegar, R.G. Gerdes and  I.R. Falconer, The uptake of  the  cyanobacterial hepatotoxin microcystin by isolated rat hepatocytes, Toxicon 29 (1991), pp. 43–51.  

29. M. Runnegar, N. Berndt and N. Kaplowitz, (1995b) Microcystin uptake and inhibition of protein phosphatases:  effects  of  chemoprotectants  and  self‐inhibition  in  relation  to  known  hepatic transporters, Toxicology and Applied Pharmacology 134 (1995), pp. 264–272 

30. Soares  RM,  Yuan M,  Servaites  JC,  Delgado  A, Magalhães  VF,  Hilborn  ED,  Carmichael WW, Azevedo SM (2006). Sublethal exposure from microcystins to renal insufficiency patients in Rio de Janeiro, Brazil. Environ Toxicol. 21(2):95‐103 

31. Tencalla, F. G., Dietrich, D. R. and Schlatter, C. (1994) Toxicity of Microc~stis aeruginosa peptide toxin to rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Aquatic toxic. 30, 215‐224.  

32. Tencalla,  F.  and  Dietrich,  D.,  1997.  Biochemical  characterization  of  microcystin  toxicity  in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss). Toxicon 35, pp. 583–595. 

33. Ueno Y, Nagata S, Suttajit M, Mebs D and Visconcelos V.1998. Immunochemical survey 34. of microcystins in environmental water in various countries. Eds.M Miragala, H van Egmond, C 

Brera and J Gilbert.  In. Mycotoxins and Phycotoxinsdevelopments  in chemistry, toxicology and 

42

Page 45: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

food safety. Alaken Inc. Fort Collins, Colorado. 35. Watanabe MF, Oishi S. 1985 Effects of environmental factors on toxicity of a 36. cyanobacterium (Microcystis aeruginosa) under culture conditions. App Environ 37. Microbiol. 49: 1342‐44 38. Wiegand, C., Pflugmacher,  S., Oberemm, A., Meems, N., Beattie, K.A.,  Steinberg, C.E.W.  and 

Codd, G.A., 1999. Uptake and effects of microcystin‐LR on detoxication enzymes of early  life stages of zebrafish (Danio rerio). Environ. 

 

43

Page 46: vol_53_2010-1

 PREVALENCE OF CRYPTOSPORIDIUM SPP. AND OTHER 

ENTEROPATHOGENS INFECTIONS AT CALVES IN WESTERN, CENTRAL AND NORTH‐WESTERN ROMANIA 

 Gh. DĂRĂBUŞ1, V. COZMA2, K. IMRE1, A. BEJAN2, M.S.ILIE1, MIRELA IMRE1 

1 – Faculty of Veterinary Medicine Timişoara, Calea Aradului, nr. 119 2 ‐ Faculty of Veterinary Medicine Cluj‐Napoca, Calea Mănăştur, nr. 3‐5 

e‐mail: [email protected]  

Summary: The aim of the research was to reveal the most  important enteropathogen agents  in calves in the first months of life and to establish their prevalence in Western, Central and North‐Western Romania. The  study was carried out on 370 calves, with or without diarrhea,  in seven Counties. Based  on  the  copro‐ELISA  test,  infections  with  Cryptosporidium  (41.4%),  rotavirus  (16.2%), coronavirus  (10.3%) and Escherichia  coli F5  (K99) enteropathogen  (1.08%), were  identified. The most common association was semnalated between Cryptosporidium spp. and coronavirus (5.9%) followed by Cryptosporidium spp. ‐ rotavirus (5.4%) mixed infection. Higher  prevalence  observed  in  monoinfections  (38.4%)  compared  with  associated  infections (14.3%), may suggest a possible competition for the same biotope.  

Key words: Cryptosporidium spp; rotavirus; coronavirus; Escherichia coli F5.  Discovered  in  1907  by  Tyzzer  in  the  gastric  glands  of  mice,  protozoans  to  the  genus Cryptosporidium are present in many domestic animals, humans and other vertebrates, having large host  specificity.  In  the  last decades,  given  the pathological  and  zoonotic  implications, interest  in  studying  this  parasite  has  increased  enormously,  many  knowledge  being accumulated on biology, epidemiology, diagnosis and control of this parasitosis (3, 4, 10, 11, 12, 17, 18, 19, 31). In  mammals,  especially  in  calves,  in  uncomplicated  infections  with  microbial  agents, cryptosporidiosis causes an increased morbidity but generally, low mortality. Calves, especially during the first month of life, are most frequently affected by Cryptosporidium, which is one of the major enteropathogens involved in neonatal diarrhea. Infection with Cryptosporidium spp. is often associated with coronavirus, rotavirus and Escherichia coli F5 (K99) (1, 8, 9, 13, 14, 27, 30). As the diarrheal disease syndrome in calves is very important, conventional diagnosis methods were  improved  with  immunological  methods,  for  detection  of  oocysts  and  other enteropathogens in faeces (22, 28). The sensitivity and specificity of immunological methods is undoubtedly (21, 22, 26). The  aim  of  this  study  was  to  determine  the  prevalence  of  cryptosporidiosis  and  other infections with three enteropathogen agents,  in calves,  in the first month of  life, using ELISA test in Western, Central and North ‐ Western Romania.  MATERIALS AND METHODS  The study was carried out in Western, Central and North‐Western Romania in seven Counties (Arad, Bihor, Caraş‐Severin, Timiş, Cluj, Mureş and Satu Mare). A number of 370 calves, aged 

44

Page 47: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

between  1‐30  days, with  or without  diarrhea, were  examined  between  January  2008  and December  2009.  Faecal  samples were  collected  directly  from  the  rectum  in  sterile  plastic bottles. Recipients were stored at 4°C and the samples were processed using a coproantigen‐ELISA test within 24 hours. The ELISA kit used were: BioX Easy‐Digest (BIO K 151) and BioX Duo Digestive ELISA Kit (BIO K 083) according to the manufacturer’s instructions. 

 RESULTS AND DISCUSSIONS  The prevalence of infection with Cryptosporidium and other enteropathogens in calves, in the first month of life, in investigated areas from Romania, are summarized in table 1.  

Table 1 Infections with enteropathogens in calves, in the first months of life, in Western, Central and 

North‐Western Romania 

Infection with 

Investigated areas

Total (n=370) 

Western Romania (n=315) 

Central and North‐Western Romania 

(n=55) 

number of positive samples (%) Cryptosporidium spp.  140 (44.4) 13 (23.6) 153 (41.4)Rotavirus  52 (16.5) 8 (14.5) 60 (16.2)Coronavirus  33 (10.5) 5 (10) 38 (10.3)

E. coli F5 (K99)  4 (1.3)  0  4 (1.08) 

Negative  86 (27,3)  29 (52.7)  115 (31.08) 

Legend: n = number of animals investigated.  On the whole, the prevalence of Cryptosporidium spp. infections was 41.4%. The investigations carried  out  in  Western  Romania  revealed  a  significant  higher  prevalence  (p<0,05)  for Cryptosporidium infection compared with Central and North‐Western Romania.  Rotavirus  infections  were  located  in  the  second  place,  as  weight  (16.2%).  Infections  with coronavirus had a prevalence of 10.3% and E. coli F5 (K99) was found in 1.08 percent. On the whole,  in  the  investigated areas, 31.08%  from  the processed samples were negative  for  the enteropathogens tested. In the table 2 the prevalence of Cryptosporidium spp. and other enteropathogens, unique or associated/concurrent infections is presented. Overall, infections diagnosed (with Cryptosporidium, rotavirus, coronavirus and E. coli F5 (K99) had  a  prevalence  of  52.7%. Monoinfections  ordered  by  prevalence  were  Cryptosporidium (27.8%), rotavirus (8.4%), coronavirus (1.9%) and E. coli F5 (K99) (0.3%). Cryptosporidium was found  in associated  infections  in a proportion relatively close, with rotavirus and coronavirus although prevalence was higher as a single pathogen. The aim of the research was to find the most important intestinal pathogens from calves aged between one day and 30 days, and to determine their prevalence. It was concluded that, in Western, Central and North‐Western Romania, the calves aged up to one  month,  the  most  important  pathogen  is  Cryptosporidium  followed  by  rotavirus, coronavirus  and  E.  coli  F5  (K99).  The  prevalence  of  infection with  Cryptosporidium  (41.4%) 

45

Page 48: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

found  in  calves  in  this  study  is  close  to  that  obtained  from De  la  Fuente  et  al.  (1998b)  in Central Spain  (52.3%) which also made epidemiological  investigations  in young  cattle  in  the first month of life. Similarly,  in Germany, Otto et al. (1995), found  in calves,  in the first three weeks of life, a prevalence of Cryptosporidium infection of 52.5%.  

Table 2 Prevalence of infection with enteropathogens in calves in the first months of life in 

investigated areas of Romania Infection(s) with  Positive samples (%) (n=370)

Cryptosporidium alone 103 (27.8) Rotavirus alone  31 (8.4) Coronavirus alone  7 (1.9) E. coli F5 (K99) alone  1 (0.3) Cryptosporidium + Coronavirus  22 (5.9) Cryptosporidium + Rotavirus  20 (5.4) Cryptosporidium +E. coli F5 (K99  2 (0.5) Coronavirus + Rotavirus  3 (0.8) Cryptosporidium + Rotavirus + Coronavirus 5 (1.3) Cryptosporidium + Rotavirus + Coronavirus+E. coli F5 (K99) 

1 (0.3) 

Total  195 (52.7) Legend: n = number of animals investigated  The  second enteropathogen  agent,  as prevalence  (16.2%), was  rotavirus.  It  is however  less prevalent than reported by other authors  in  Israel (41.4%), Spain (42.7%),  Ireland (38.9%) (6, 15,  16).  Values  close  to  those  reported  by  us were  reported  by  Abraham  et  al.  (1992)  in Ethiopia (16.7%), Garcia et al. (2000) in Spain (20.4%) and Pérez et al (1997) in Costa Rica (7%). Coronavirus  infection  prevalence  in  calves  (10.3%)  found  in  the  investigated  areas  are comparable to that found by Akam et al. (2004) in Algeria (7.5%). Lower prevalence of E.  coli F5  (K99)  infection  found  in our  study may be a  consequence of reduced  sensitivity  of  tetravalent  ELISA‐kit,  fact  reported  in  a  paper  by  de  Fuente  et  al. (1998a). Mixed  infections  were  found  in  14.3%  of  the  investigated  calves.  The  most  common association  observed  was  between  Cryptosporidium  and  coronaviruses  (5.9%)  followed  by Cryptosporidium – coronavirus association (5.4%). This fact is in contradiction with the results published  in the majority of studies worldwide, who sustained that the most common mixed infection is with Cryptosporidium and rotaviruses (6, 13, 16, 20). The  four  pathogen  agents  identified  by  ELISA,  evoluated  as  unique  infections  and  lass  as associated  infections.  This  may  suggest  a  competition  between  different  enteropathogen agents for the same biotope. 

 CONCLUSIONS 

  The  epidemiological  screening  carried  out  using  ELISA  double‐sandwich  technique  at 

young  calves,  in  the  first month of  life,  from Western, Central and North‐Western Romania revealed  a  prevalence  of  41.4%  for  cryptosporidiosis,  10.3  for  coronavirosis,  16.2%  for rotavirosis and 1.08% for enterotoxigen E. coli F5 infection. 

46

Page 49: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

The  most  common  association  was  semnalated  between  Cryptosporidium  spp.  and 

coronavirus (5.9%) followed by Cryptosporidium spp. ‐ rotavirus (5.4%) mixed infection.  Higher  prevalence  observed  in  monoinfections  (38.4%)  compared  with  associated 

infections (14.3%), may suggest a possible competition for the same biotope.  

ACKNOWLEDGEMENTS  

The current research was based on grant (51‐034/2007 PN II ‐ Parteneriate) obtained by Prof. Dărăbus from CNMP. 

 REFERENCES 

 1. ABRAHAM,  G.,  ROEDER,  P.L.,  ROMAN,  ZEWDU,  1992.  Agents  associated  with  neonatal 

diarrhoea in Ethiopian dairy calves. J. Trop. Animal Health and Production., 24: 1573‐1589. 2. AKAM  A.,  KHELEF,  D.,  KAIDI  R.,  LAFRI,  M.,  RAHAL,  KH.,  CHIRILA,  F.,  COZMA  V.,  2004. 

Frequency of Cryptosporidium parvum, Escherichia coli K99 and Salmonella spp.  isolated from calves in six breeding farms from Mitidja, Algeria, Bull. USAMV Cluj Napoca, Seria. Med Vet. 61: 287‐290. 

3. AKIYOSHI, D.E., FENG, X., BUCKHOLT, M.A., WIDMER, G., TZIPORI, S., 2002. Genetic analysis of a Cryptosporidium parvum human genotype 1 isolate passaged through different host species. Infect. Immun., 70: 5670‐5675. 

4. AL‐BRIKAN, F.A., SALEM, H.S., BEECHING, N., HILAL, N., 2008. Multilocus genetic analysis of Cryptosporidium isolates from Saudi Arabia. J. of Egyptian Society of Parasitol., 38: 645‐658. 

5. ANGUS, K.W., 1987. Cryptosporidiosis  in domestic animals and humans.  In Practice, March., 47‐49  

6. BRENNER,  J.,  ELAD, D., MARKOVICS, A., GRINBERG,  A.,  TRAININ,  Z.,  1993.  Epidemiological study of neonatal calf diarrhoea in Israel‐a one‐year survey of faecal samples. Isr. J. Vet. Med., 48: 113‐116. 

7. CHERMETTE,  R.,  BOUFASSA,  S.,  1988.  Cryptosporidiose:  une  maladie  animale  et  humaine cosmopolite, O.I.E., Série Technique, Nr. 5  

8. CHINSANGARAM, J., SCHORE, C.E., GUTERBOCK, W., 1995. Prevalence of group A and group B rotaviruses  in  the  feces  of  neonatal  dairy  calves  from  California.  Com.  Immunol. Microbiol. Infect. Dis., 18: 93–103. 

9. CLARK, M.A., 1993. Bovine coronavirus. Br. Vet. J., 149: 51–70. 10. CURRENT, W.L., 1988. The biology of Cryptosporidium. A. S. M. News., 54: 605‐611. 11. DĂRĂBUŞ, GH., 1996. Criptosporidioza:  cercetări privind  etiologia, epidemiologia, patogenia, 

diagnosticul şi tratamentul în infecțiile naturale şi experimentale. Teză de doctorat, Facultatea de Medicină Veterinară ‐Timişoara. 

12. DĂRĂBUŞ, GH., 1997. Criptosporidioza la om şi animale. Ed. Brumar, Timişoara. 13. DE  GRAAF,  C.D.,  VANOPDENBOSCH,  E.,  ORTEGA‐MORA,  L.M.,  ABBASSI,  H.,  PEETERS,  J.E., 

1999. A  review of  the  importance of  cryptosporidiosis  in  farm  animals.  Int.  J. Parasitol.,  29: 1269‐1287. 

14. DE LA FUENTE, R., GARCIA, A., RUIZ‐SANTA‐QUITERIA,  J.A., LUZON, M., CID, D., GARCIA, S., ORDEN,  J.A., GOMEZ‐BAUTISTA, M., 1998. Proportional morbidity  rates of  enteropathogens among diarrheic dairy calves in central Spain. Prev. Vet. Med., 36: 145‐152. 

15. DE LA FUENTE, R., LUZON, M., RUIZ‐SANTA‐QUITERIA, J.A. GARCIA, A., CID, D., ORDEN, J.A., GARCIA, S., SANZ, R., GOMEZ‐BAUTISTA, M., 1998. Cryptosporidium and concurrent infections with other major enteropathogens in 1 to 30‐Zile‐old diarrheic dairy calves in central Spain. Vet. Parasitol., 80: 179‐185. 

16. FAGAN,  J.G.,  DWYER,  P.J., QUINLAN,  J.G.,  1995.  Factors  that may  affect  the  occurence  of enteropathogens in the faeces of diarrhoeic calves in Ireland. Irish Vet. J., 48: 17‐21. 

47

Page 50: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

17. FAYER, R.,  2008.  The  general biology  of  Cryptosporidium, p.  1‐41.  In R.  Fayer,  L.  Xiao,  (ed), 

Cryptosporidium and cryptosporidiosis. CRC Press, Inc., Boca Raton, Fla. 18. FAYER, R., MORGAN, U., UPTON, S. J., 2000. Epidemiology of Cryptosporidium: transmission, 

detection and identification. Int. J. Parasitology., 30: 1305‐1322. 19. FAYER, R., UNGAR, B.L.P., 1986. Cryptosporidium spp. and Cryptosporidiosis. Microbiol. Rev., 

50: 458‐483. 20. GARCIA, A., RUIZ‐SANTA‐QUITERIA,  J.A., ORDEN,  J.A., CID, D., SANZ, R., GOMEZ‐BAUTISTA, 

M.,  FUENTE,  R.,  2000.  Rotavirus  and  concurrent  infections  with  other  enteropathogens  in neonatal diarrheic dairy calves  in Spain. Comp.  Immun. Microbiology & inf. Diseases., 23: 175‐183. 

21. GRACZYK,  T.K.,  CRANFIELD,  M.R.,  FAYER,  R.,  1996.  Evaluation  of  commercial  enzyme immunoassay  (EIA)  and  immunofluorescent  antibody  (IFA)  test  kits  for  detection  of Cryptosporidium  oocysts  of  species  other  than  Cryptosporidium  parvum.  Am.  J.  Trop. Med. Hyg., 54: 274‐279. 

22. IMRE, K., DĂRĂBUŞ, GH.,  ILIE, M.S., MIRELA  PALCA,  TAMASY  L.,  2008.  Evaluation  of  some diagnosis methods  in  cryptosporidiosis.  Scientific Works  ‐  Veterinary Medicine  C  Series.,  53: 269‐276. 

23. IMRE, K., MATOS OLGA, DĂRĂBUŞ, GH., NARCISA MEDERLE, OPRESCU, I., MORARIU, S., ILIE, M., IONELA HOTEA, MIRELA IMRE, 2009. First genetic identification of Cryptosporidium spp. in cattle in Romania. Lucrări Ştiințifice Medicină Veterinară, 52:26‐30. 

24. OTTO, V.P., ELSCHNER, M., GÜNTHNER, H., SCHULZE, F., 1995. Vergleichende Untersuchungen yum nachweis  von Rotaviren, Coronaviren, Kryptosporidien und enterotoxigen E.  coli  im Kot durchfallkranker Kälber. Tierärztl Umschau., 50: 80‐86. 

25. PÉREZ, E., KUMMELING, A., JANSSEN, M.M.H., JIMÉNEZ, C., ALVARADO, R., CABALLERO, M., DONADO, P., DWINGER, R.H., 1997.  Infectious agents associated with diarrhoea of  calves  in the canton of Tilárán, Costa Rica. Prev. Vet. Med., 33: 195‐205. 

26. RODAK,  L.,  BABIUK,  L.A.,  ACRES,  S.D.,  1982.  Detection  by  radioimmunoassay  and enzymelinked  immunosorbent  assay  of  coronavirus  antibodies  in  bovine  serum  andlacteal secretions. J Clin Microbiol., 16: 34–40. 

27. SCHLAFER, D.H., SCOTT, F.W., 1979. Prevalence of neutralizing antibody to the calf rotavirus in New York cattle. Cornell. Vet., 69: 262–71. 

28. SMITH, H.V.,  2007. Diagnostics  p.  173‐203.  In  Fayer,  R.,  Xiao,  L.  (ed.),  Cryptosporidium  and cryptosporidiosis. Second Edition. CRC Press and IWA Publishing., Boca Raton, Fla. 

29. SNODGRASS, D.R., TERZOLO, H.R., SHERWOOD, D., CAMPBELL, I., MENZIES, J.D., SYNGE B.A., 1986. Aetiology of diarrhoea in young calves. The Veter. Record., 119: 31‐34. 

30. TORRES‐MEDINA, A., SCHLAFER, D.H., MEBUS, C.A., 1985. Rotaviral and coronaviral diarrhea. Vet. Clin. North. Am. Food. Anim. Pract., 1:471–93. 

31. XIAO, L., FENG, Y., 2008. Zoonotic cryptosporidiosis. FEMS Immunology and Medical Microbiol., 52: 309‐323. 

48

Page 51: vol_53_2010-1

 ASPECTS REGARDING VASCULOGENIC MIMICRY IN CANINE 

MAMMARY CANCER   

GAL A.F.1, CATOI C.1, BABA AI1, MICLAUS V.2, BOLFA P.1,  TAULESCU M1, TABARAN F.1, NAGY A.1, MOUSSA R.1, Cosmina CUC 

1Department of Pathology, Necropsy and Forensic Medicine 2Department of Histology 

Faculty of Veterinary Medicine Cluj‐Napoca, 3‐5 Mănăştur Street, Romania, [email protected].  

 Abstract:  This  article  describes  and  investigates  intratumor  angiogenesis  in  canine mammary  tumors,  respectively  the  presence  of  vasculogenic  mimicry  pattern  of angiogenesis in canine mammary cancer. Vasculogenic mimicry suppose the forming of blood  flowing  channels  in  continuation  of  existing  vessels  especially  in  fast  growing tumors with extended hypoxic areas. The channels are  lined directly by  tumoral cells that  generate  a  PAS  positive  material  to  the  inner  part  of  the”vessel”.  Mammary tumors had been provided by  corps or  tumor biopsies originated  from different dog breeds and age. Detection and monitoring of intratumor angiogenesis and especially of blood  flowing  channels  was  evaluated  using  immunohistochemical  LSAB  reaction or/and  double  reaction,  respectively  immunohistochemical  and  PAS  reactions. Elaborated work analyzed eight canine mammary tumors, respectively one benign and seven malign tumors. The occurrence of blood flowing channels was higher in vicinity of intratumor necrotic areas, knowing  that hypoxia stimulate angiogenesis. Vasculogenic mimicry was  notified more  frequent  in  tumors with  reduced  stroma  and  numerous cancerous  cells  (compact  mammary  cancer),  and  in  poorly  differentiated  canine mammary cancers. Some peculiarities of some blood flowing channels was represented by discreet immunohistochemical reaction that often was restricted only to a region of vascular wall not to all vessel’s circumference.   Key words: angiogenesis, immunohistochemistry, PAS reaction, vasculogenic mimicry. 

 INTRODUCTION  Vasculogenesis  is  a  complex multistage  process  characterized  by  formation  of  new  vessels from preexisting ones (1, 5, 7). Angiogenesis  is essential for tumoral growing and metastasis, that’s why  in more  aggressive  tumors  the  angiogenesis  is more  intense  due  to  increased demands  for  newly  formed  structure.  There  are  three main  theories  regarding  intratumor angiogenesis, respectively (I) The theory of multistage angiogenesis, (II) The theory of cooption of preexisting vessels by the tumor, and (III) The theory of vasculogenic mimicry (1).  Angiogenesis is a complex process that leads to generation of new capillaries from preexisting vascular network (multistage angiogenesis), or by forming of blood flowing channels delimited directly by  tumoral  cells  (vasculogenic mimicry).  Endothelial  cell proliferation  is  30‐40  folds higher in tumor structure comparing from normal tissues. Multistage angiogenesis begin with degrading of the basal membrane, followed by proliferation and migration of endothelial cells outside from the vessel structure. These cells are organizing into a tubular structure that forms 

49

Page 52: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

some vascular buds originated in existing vessels. Finally, there it is formed a new blood vessel that supply a  territory  from  tumor. Regarding  the second  theory of angiogenesis,  the  tumor entity subdue preexisting vessels, especially that ones from the periphery of tumor (1).  The  vasculogenic  mimicry  pattern  of  angiogenesis  shows  the  plasticity  and  increased adaptability  of  tumoral  cells  to  some  injurious  conditions  such  as  hypoxia.  This model  is characterized by the  formation of some PAS positive channels  lined directly by tumoral cells not by endothelial cells, contributing  in  this manner  to  intratumor blood  flow. Vasculogenic mimicry  was  firstly  described  in  uveal  melanoma,  malignant  astrocytoma,  breast  cancer, osteosarcoma, etc (21).  There  are many  reports  concerning  intratumor  angiogenesis  and  its  importance  in  cancer progression and development. The vasculogenic mimicry pattern of  tumor angiogenesis was and  is an  interesting  idea that suggests the abilities of tumoral cells to avoid necrosis due to hypoxia.  Vasculogenic mimicry was  noticed  also  in  cell  cultures  originated  from  aggressive melanomas; the cells had the abilities to form PAS positive channels without endothelium (4). Furthermore,  some  studies  proved  that  presence  of  vasculogenic mimicry  is  related  with unfavorable  prognosis.  Initially was  thought  that  blood  flowing  channels  are  generated  by stromal cells originated  in fibrovascular septa (3, 6, 18), but subsequent was noticed that the channels are bordered directly by tumoral cells, which generate PAS positive material to the channel’s lumen (19).  

 MATERIAL AND METHODS  

Mammary tumor formations had been provided by corps or tumor biopsies reached to Pathology department  from  the University of Agricultural  Science and Veterinary Medicine, Faculty  of  Veterinary Medicine  Cluj‐Napoca,  Romania.  There were  utilized  7 malign  and  1 benign  tumors  provided  by  different  bitch  breeds,  such  as:  Cocker  (3  subjects),  Teckel  (2 subjects), Amstaff (1 subject), German Sheppard (1 subject) and Mioritic Sheppard (1 subject). The mammary tumors are from 8 bitches, with the age of 2‐13 years.  

Had been  recorded  several dates  from anamnesis and  tumoral characteristics  (tumor size, consistence, gross section aspect, lymph nodes state). From the tumors and lymph nodes were  harvested  samples  for  histological  exam  avoiding  tumoral  necrotic  or  cystic  areas, samples being  immersed  in buffered 10%  formalin, and  then process by paraffin  technique. Slides were stained by usual techniques, respectively tricrom Masson and hematoxylin eosin. Mammary  tumors were  framed  conformal  to WHO  classification  for mammary  tumors  and graded  into  three  types  (from  grade  I‐less  aggressive,  to  grade  III‐high  aggressivity).  To establish histological grading was quantified  the  following: nuclear grade, mitotic  index and extending of tubular structures in tumoral mass.  

Detection and monitoring of  intratumor angiogenesis and especially of blood  flowing channels was  evaluated  using  immunohistochemical  LSAB  reaction  or/and  double  reaction, respectively  immunohistochemical  and  PAS  reactions.  Immunohistochemical  reaction  used CD31 monoclonal antibody  (Dako –  clone  JC70A,  izotype  IgG1 kappa). Histological  slides had about  5  μm  thicknesses  and were  fixed on  silanized  slides  (Dako) during  24 hours  in  37°C, followed by  deparaffination  in  xylen. Antigen  retriever  had been made  using  a pressurized cooker  in  citrate  solution,  pH=6.0  (Dako);  endogenous  peroxidase  was  inactivated  by peroxidase blocking reagent (Dako ‐ Peroxidase and PA blocking reagent 3%) during 5 minutes at  the  room  temperature.  Primary  monoclonal  antibodies  (anti‐CD31)  were  maintained overnight,  during  18  hours  at  4°C,  using  a  dilution  of  1:30  (Dako  antibody  diluent).  The visualization  of  immunological  reaction  was  performed  using  Universal  LSAB+Kit/HRP, 

50

Page 53: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

Rb/Mo/Goat  (DAB+)  system  (Dako);  the  counterstaining  was  performed  by  Mayer hematoxylin. To evaluate  the antibody  specificity were used negative  control  (replacing  the primary antibody with antibody diluent) and  internal positive tissue control  (immunolabel of large vessels). Using PAS reaction may be highlighted mucopolysaccharides, which are present toward  the  inner  part  of  the  blood  flowing  channels.  Double  staining  procedure (immunohistochemical  and  PAS  reactions)  had  been  realized  at  the  end  of immunohistochemical  staining,  before  staining  with  Mayer  hematoxylin.  The  slides  were immersed  in  periodic  acid  (aqueous  solution  0,5%)  and  Schiff  reactive  (30 minutes).  Slides were rinsed with tap water and counterstained with Mayer hematoxylin.  

To  evaluate  the microvessel  number,  perimeter  and  aria, we  used  a  semiautomatic computerized analysis technique (Olympus Soft imaging solutions Cell B). There were analyzed 5  microscopic  fields  on  every  tumor,  magnified  of  200x.  The  microscopic  images  were obtained by Olympus BX51 microscope, connected to a photo digital camera (Olympus DP‐25). Total  vascular aria  (total  intratumor area expressed  in µm2/image area, and  its percentage; average vessel area for each tumor), total vascular perimeter (average perimeter expressed in µm/image  area),  and  the  microvessel  number  were  related  to  microscopic  image  area (144352,00  μm2).  Any  isolated  but  immunohistochemically  labeled  endothelial  cell  (vessels without lumen) was quantified as distinct microvessel.  

PAS positive blood flowing channels from different canine mammary tumor types were examined  by monitoring  all  clear  spaces  bordered  PAS positive material  and/or  directly  by tumoral  cells.  The  occurrence  of  vasculogenic  mimicry  pattern  was  evaluated  as  follow: relatively frequent encountered (++), rarely met but present (+), and absent (‐). 

 RESULTS AND DISCUSSIONS 

 In 1948 in human pathology Willis et al. (1948) showed that some tumors with a fast 

growing  rate  presents  some  channels  similarly  in  structure with  blood  vessels  but without endothelium (20). The author mentions the bordering of the channel directly by tumoral cells. Later this feature was termed vasculogenic mimicry, being encountered  in several aggressive tumors  (1,  3,  4,  6,  14,  19,  21).  Nasu  et  al.  (1999)  describe  a  similar  type  of  intratumor angiogenesis, describing some non‐endothelial channels where endothelial cells are scattered and  without  PAS  positive  material.  The  author  considers  these  non‐endothelial  channels something different  from vasculogenic mimicry  (15). Elaborated work analyzed eight  canine mammary tumors, respectively one benign and seven malign tumors originated from different dog breeds of different age (2‐13 years). Tumor size varied from 0,35 cm until to 20 cm. There were  elected  several  histologic  types  of  malignant  tumors,  such  as:  more  differentiated mammary  tumors  and  highly  aggressive  mammary  tumors;  it  is  known  that  vasculogenic mimicry is more frequent in poorly differentiated cancers.  

Regarding  intratumor angiogenesis,  there were  studied  the main parameters which indicate angiogenic profile of a  tumor,  such as: microvessel number/microscopic  field  area, total  vascular  area  and  perimeter,  average  vascular  area  and  perimeter,  the  structure  of vascular walls,  intensity of  immunohistochemical  reaction  in vessel’s wall. All of  these were monitored  to detect blood  flowing channels and  to debate  intratumor angiogenesis. Double staining  procedure  (immunohistochemical  and  PAS  reaction)  made  possible  evidence  of aspects regarding vasculogenic mimicry almost  in all poorly differentiated tumors (cases 1, 2, 4, 5, 6, 7). Blood flowing channels were more obvious using this method comparing with the other  CD31‐immunolabeling  method.  There  should  be  mentioned  that  numerous  blood 

51

Page 54: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

flowing  channels without endothelium were noticed  in  vicinity of  intratumor necrotic areas (case 5), being known that hypoxia is a stimulus for angiogenesis.  

The location of blood flowing channels occur in both, connective tissue stroma (cases 2, 4, 7) and between neoplastic cells in the case of compact tumors with scattered sustaining stroma  and  numerous  tumoral  cells  (cases  5,  7).  In  blood  flowing  channels  without endothelium  from  sustentacular  connective  tissue,  the  misinterpretation  of  some  empty spaces  to  be  considered  blood  channels  is minimal  using  double  staining  procedure.  Also, there  can  be  noticed  blood  flowing  channels  in  which  immunohistochemical  reaction  is discreet  or more  often  restricted  to  a  limited  portion  of  the  vessel wall  not  to  all  vessel circumference how  is normal in blood vessels with continuous endothelium (cases 4, 5, 6, 7). This  aspect  was  also  encountered  by  Nasu  et  al.  (15).  The  PAS  reaction  highlights mucopolysaccharidic structure that line these channels, which don’t have endothelium (4, 14, 21). In many situations red blood cells can be seen into the channel’s lumen aiding with their notification. 

  

  

Fig.1. Carcinoma in benign mixed tumor, grade II (case 8); double staining ‐ IHC anti‐CD31 and  PAS reactions, counterstaining with Mayer’s hematoxylin x400. 

 

52

Page 55: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

  

Fig. 2. Compact carcinoma, grade II (case 1.); blood vessel with discreet immunohistochemical reaction (arrow), labeling being not present to all circumference of the vessel; IHC reaction 

anti‐CD31, counterstaining with Mayer’s hematoxylin x400.  

  

Fig. 3. Cystic papillary mammary carcinoma, grade I (case 4) – presence of blood flowing channel (arrow), discreet IHC reaction anti‐CD31 (black arrow); counterstaining with Mayer’s 

hematoxylin x 400.  

53

Page 56: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

  

Fig. 4. Cystic papillary mammary carcinoma, grade I (case 4) – presence of blood flowing channel in continuity of blood vessel positive to IHC anti‐CD31; counterstaining with Mayer’s 

hematoxylin x200.  

  

Fig. 5. Solid anaplastic mammary carcinoma, grade III (case 7) – presence of blood flowing channel with red blood cells in lumen (light arrow) and of blood vessels with intense IHC reaction (black arrows); IHC reaction anti‐CD31; counterstaining with Mayer’s hematoxylin 

x400.     

54

Page 57: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

In  tumors with  reduced  sustaining  connective  tissue,  vasculogenic mimicry pattern may  be  easily  recognized.  In  this  tumor  types,  between  malignant  cells  are  obvious  PAS positive  channels  from which  some  of  them  presents  a  discreet  immunolabel  of  the wall, during some others have only mucopolysaccharides  that  line  the channel  (cases 5, 7). There are scattered fibroblasts (which can also produce these mucopolysaccharides),  indicating this material  is  generated  directly  by  tumoral  cells  lining  the  “sanguine  vessels”  without endothelium. Described aspect  is  known  in  the  literature  as  vasculogenic mimicry,  showing once again the plasticity and adaptability of malignant cells. This feature reveals the ability of malignant tumor to find “solutions” to minimize or to avoid intratumor necrosis.  

The presence or not of  vasculogenic mimicry was  correlated with histologic  grade, and  also with  vascular  parameters  (intratumor microvessel  density,  average microvascular area  and  perimeter).  The  presence  of  blood  flowing  channels  was  directly  related  with histologic  grade,  such  as:  the pattern  is more  frequent encountered  (++)  in  grade  II  and  III canine mammary cancers (cases 5, 6, 7), and less extended in (+) in grade I mammary tumors (cases  2,  4)  and  in  some  of  poorly  differentiated  (grade  II)  mammary  tumors  (case  1); vasculogenic  mimicry  wasn’t  encountered  in  benign  mammary  tumor  (case  3)  and interestingly  in one grade  II malign mammary  cancer  (case 8). Described aspects  show  that vasculogenic mimicry  is more  prevalent  in  poorly  differentiated  canine mammary  cancers (grade  II and III tumors) and  less frequent or absent  in more differentiated ones or  in benign tumors.  

Regarding  the  incidence  of  vasculogenic mimicry  depending  of  histologic  type  of canine mammary tumor, the prevalence  is higher  in solid carcinomas (cases 1, 5, 7 – 37,5%), followed  by  carcinoma  in  benign  mixed  tumor  (case  2  –  12,5%),  simple  tubule‐papillary carcinoma (case 6 – 12,5%), and papillary‐cystic carcinoma (case 4 – 12,5%).  

 

  

Fig. 6. Solid mammary carcinoma, grade III (case 5) – presence of numerous blood flowing channels with PAS positive material toward the lumen missing IHC reaction (light arrow), and 

numerous isolated IHC positive endothelial cells into tumor mass (black arrows); double staining – IHC anti‐CD31 and PAS reactions, counterstaining with Mayer’s hematoxylin x200. 

 

55

Page 58: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

  

Fig. 7. Solid mammary carcinoma, grade III (case 5) – presence of numerous blood flowing channels with PAS positive material toward the lumen missing IHC (arrows); tumoral cells 

border direcly the channels; double staining – IHC anti‐CD31 and PAS reactions, counterstaining with Mayer’s hematoxylin x400. 

  By comparing the relation between vasculogenic mimicry and intratumor microvessel 

density  (IMD), blood flowing channels have a higher occurrence  in tumors with an  increased number of microvessels/microscopic  field  (cases 1, 6). Thus, blood  flowing channels without endothelium were more frequent prevalent in malignant tumors with IMD between 18,2‐49,2 (cases 1, 2, 4, 5, 6, 7). The bibliography rapports indicate an association between an increased intratumor microvessel density and a faster development of the tumor, being also correlated to  a  reduced  survivor  rate  (13,  16,  17). On  the other hand  there  are  some  reports where, statistically, weren’t find correlations between IMD and tumoral aggressivity (8‐11).  

Regarding  the other  vascular parameters  (total microvascular  area  and perimeter), there weren’t established  interrelations with  vasculogenic mimicry. Despite of  that, a quite interesting thing was noticed as follow: in mammary cancers that had numerous vessels with reduced  perimeter  and  area  (average  vascular  perimeter  and  area)  vasculogenic  mimicry occurrence  is  higher.  Also,  it  was  observed  that  mammary  tumors  where  predominate microvessels with small caliber (implicitly with reduced vascular perimeter and area) had the most numerous blood flowing channels without endothelial lining (cases 5, 6, 7). By increasing the  values  of  average  vascular  area  and  perimeter,  the  frequency  of  vasculogenic mimicry pattern  is  rarely  encountered  (cases  1,  2,  4). Domination  of  newly  formed microvessels  of reduced  caliber  indicates  an  increased  intratumor  angiogenesis  and, on  the other hand,  an increased risk for tumoral growing.  

      

56

Page 59: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

Table 1. General aspects regarding intratumor angiogenesis in different canine mammary tumors.  

Case nr. 

Histologic diagnose 

Histologic grade 

Mitotic index 

Intratumor angiogenesis VM 

IMD TMA (%) 

MP Sum  

Average MA 

Average MP 

1  Solid carcinoma 

II  19 27 5.81 2492.59 

310.93  92.32  +

2  Tubule‐papillary carcinoma  in benign  mixed tumor 

I  5 18.2 5.36 2013.46 

425.89  110.63 +

3  Adenoma  ‐  ‐ 14.8 2.26 1140.75 

221.20  77.08  ‐

4  Cystic‐papillary carcinoma 

I  14 22.6 6.07 2250.75 

388.17  99.59  +

5  Solid carcinoma  

III  24 24.4 2.34 1540.16 

166.76  63.12  ++

6  Tubulopapillary carcinoma  

II  33 49,2 5,40 3085,68 

158,72  62,72  ++

7  Solid anaplastic carcinoma 

III  13 22.33 

3.28 1760.94 

212.56  78.85  ++

8  Carcinoma  in benign  mixed tumor 

II  12 18,8 4,10 1876.28 

314,96  99,80  ‐

IMD: Intratumor microvessel density (microvessel number)/area of microscopic image. TMA:  Total microvascular  area  (%)/area  of microscopic  image  –  average  value  obtained by 

monitoring five microscopic fields magnified of media 200x. MA: Microvascular area (μm2) ‐ average value obtained by monitoring five microscopic fields 

magnified of media 200x. MP:  Intratumor  microvessel  perimeter  (μm)  ‐  average  value  obtained  by  monitoring  five 

microscopic fields magnified of media 200x.  

The new findings regarding angiogenesis deliver some important and useful dates not only about growing rate and prognosis, but also to improve antitumoral therapeutic protocols some of them involving the destruction of blood vessels which supply the neoformation. Anti‐angiogenic  therapies may  be  realized  using  natural  or  synthetic  inhibitors  of  angiogenesis, such  as  angiostatin,  endostatin,  tumtatina,  etc.  Endothelial  cells were  and  are  considered, genetically,  more  stable  structure  than  cancerous  cells.  This  genomic  stability  confers  an advantage  in elaboration of antitumoral therapies that have as target endothelial cells using anti‐angiogenic  agents.  Because  of  that,  endothelial  cells  may  represent  ideal  targets  for antitumor  therapy.  Nevertheless,  antitumor  therapheutic  protocols  using  antiangiogenic agents  (targeting  vascular  endothelium)  may  be  useles  for  cancerous  areas  where  the vascularisation occur using vasculogenic mimicry, which don’t have endothelium.   

57

Page 60: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

CONCLUSIONS   1.  Utilizing  either  double  staining  procedure  (immunohistochemical  anti‐CD31  and  PAS reactions) or single  immunohistochemical anti‐CD31  technique made possible notification of vasculogenic mimicry  in highly  aggressive  tumors,  such  as  grade  II and  III  canine mammary cancer.  Nonendothelial  blood  channels  were  less  extended  to  differentiated  tumors, practically being absent in benign tumor.  2. The occurrence of blood flowing channels was higher in vicinity of intratumor necrotic areas knowing that hypoxia stimulate angiogenesis.  3. Vasculogenic mimicry was notified  less  frequent  in sustaining connective  tissue and more frequent  in  tumors with  reduced  stroma  and  numerous  cancerous  cells,  such  as  compact carcinomas and simple carcinomas.  4.  Some  peculiarities  of  some  blood  flowing  channels  were  represented  by  discreet immunohistochemical reaction that often was restricted only to a region of vascular wall not to all circumference of the vessel. This  indicates that some vessels are  incompletely  lined by endothelial cells, the rest of the vessel’s lumen being bordered by tumoral cells. Furthermore, PAS reaction highlighted mucopolysaccharides which lined the channels without endothelium.  5. Occurrence  of  blood  flowing  channels was  higher  in  tumors with  increased microvessel density/microscopic  field,  and  in  tumors  that  had  numerous  microvessels  with  reduced caliber, both features indicating increased intratumor angiogenesis and alert tumor growth.   BIBLIOGRAPHY  

 1. Baba A.I., Cătoi C., 2007 – Comparative Oncology, Romanian Academy Ed, pg. 423 ‐ 447. 2. Blood  C.H.,  Zetter  B.R.,  1990  ‐  Tumor  interaction  whit  the  vasculature:  angiogenesis  and  tumor 

metastasis. Biochim. Biophys. Acta., 1032, 89‐118. 3. Clarijs R., Otte‐Holler I., Ruiter D.J., de Waal R.M., 2002 ‐ Presence of a fluid‐conducting meshwork in 

xenografted cutaneous and primary human uveal melanoma. Invest Ophthalmol Vis Sd.;43:912‐918. 4. Folberg R., Hendrix M. J. C., Maniotis A. J., 2000 ‐ Vasculogenic Mimicry and Tumor Angiogenesis, Am. 

J. of Pathology, vol. 156, No. 2. 5. Folkman J., 1995 ‐ Angiogenesis in cancer, vascular, rheumatoid and other disease. Nat Med, 1:27‐31. 6. Foss A.J., Alexander R.A., Hungerford  J.L., Harris A.L., Cree  I.A., Lightman S., 1997  ‐ Reassessment of 

the PAS patterns in uveal melanoma. Br J Ophthalmol, 81:240–246. 7. Fox S.B., Gatter K.C., Harris A., 1996 ‐ Tumour angiogenesis. J. Pathol., 179, 232–237. 8. Gal A., C. Cătoi,  I.  Iulia Robu, Baba A.I., Miclaus V., Rus V., Taulescu M., Bolfă P., 2009 – Correlation 

between  intratumor microvessel density  and Ki‐67 malignancy marker  in bitch mammary  cancer, Buletin USAMV‐CN, 66 (1)/2009, ISSN 1843‐5270: 55 ‐ 62. 

9. Gal A., C. Cătoi, I. Rus, M. Taulescu, P. Bolfă, I. Lakatos, A.I. Baba, 2008 – The study of vascularisation in bitch mammary tumors, Buletin USAMV‐CN, 65 (1)/2008, ISSN 1843‐5270: 388 ‐ 394. 

10. Gal A., C. Cătoi, I., A.I. Baba, V. Miclaus, Daniela Cerbu, I. Lakatos, 2009 – Relationship between PCNA proliferating marker and Angiogenesis  in bitch mammary cancer, Buletin USAMV‐CN, 66  (1)/2009, ISSN 1843‐5270: 490. 

11. Gal  A.,  Hener  Adriana,  A.I.  Baba,  C.  Catoi,  I.  Rus,  2007  –  Prognosis  significance  of  intratumor microvessel density in bitch and cat mammary tumors, Bulletin USAMV‐CN, vol. 64 (1‐2): 151, print ISSN 1843‐5270, electronic ISSN 1843‐5378. 

12. Hashizume H.,  Baluk  P., Morikawa  S., McLean  J.W.,  Thurston G.,  Roberge  S.,  Jain  R.K., McDonald D.M.,  2000  ‐ Openings  between  defective  endothelial  cells  explain  tumor  vessel  leakiness. Am  J Pathol, 156:1363‐1380. 

13. Luong  R.H.,  Baer  K.E.,  Craft  D.M.,  Ettinger  S.N.,  Scase  T.J.,  Bergman  P.J.,  2006  ‐  Inttratumoral microvessel density and canine STS, Vet. Pathol., 5‐43. 

58

Page 61: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

14. Maniotis A.J., Folberg R., Hess A, Seftor E.A., Gardner L.M., Pèer J., Trent J.M., Meltzer P.S., Hendrix M.J., 1999 ‐ Vascular channel formation by human melanoma cells in vivo and in vitro: vasculogenic mimicry. Am J Pathol, 155:739‐752. 

15. Nasu R.,  Kimura H., Akagi K., Murata  T.,  Tanaka  Y.,  1999  ‐ Blood  flow  influences  vascular  growth during tumour angiogenesis. Br J Cancer, 79:780–786. 

16. Page D.,  Jensen R.,  1995  ‐ Angiogenesis  in  human  breast  carcinoma; what  is  the  question? Hum. Pathol., 26: 1173‐1174. 

17. Restucci B., De Vico G., Maiolino P., 2000 ‐ Evaluation of angiogenesis in canine mammary tumors by quantitative  platelet  endothelial  cell  adhesion molecule  immunohistochemistry.  Vet.  Pathol.,37: 297‐301. 

18. Ruiter D., Bogenried T., Elder D., Herlyn M., 2002  ‐ Melanoma‐stroma  interactions:  structural and functional aspects. Lancet Oncol.3:35‐43. 

19. Wei‐Ying  Y.,  Zhong‐Ping C., 2005  ‐ Does Vasculogenic Mimicry Exist  in Astrocytoma?,  J Histochem Cytochem 53:997–1002. 

20. Willis R.A., 1948 ‐ Pathology of Tumours. London, Butterworth & Co., Ltd., p 136. 21. Zhenhong  X.;  Yongwei  J.;  Xuansong  C.;  Jiong M.;  Liming  C.;  Guangrong  Y.,    2008  ‐  Vasculogenic 

Mimicry  in  Osteosarcoma  :  Histomorphologic  Studies  in  Vivo  and  in  Vitro;  Tang  Ruyong Bioinformatics and Biomedical Engineering, Page(s): 915 – 918. 

59

Page 62: vol_53_2010-1

 ASSESSMENT OF THE ANTI‐INFLAMMATORY ACTION OF THE 

CARPROFEN‐BETA CYCLODEXTRINS COMPLEX ON EXPERIMENTAL INFLAMMATION MODEL IN RATS 

 GRECU Mariana1, NĂSTASĂ V.1, MAREŞ M.1, MORARU Ramona1,  

HRIȚCU Luminița Diana1, ILIE Cornelia2 1USAMV Iassy, Faculty of Veterinary Medicine 

2Institute of Physical Chemistry “Ilie Murgulescu” Bucharest [email protected] 

 Abstract:The  main  aim  was  the  comparative  testing  of  the  carprofen  and  carprofen‐β cyclodextrin using an experimental  inflammation model  in  rats. The  improvement of carprofen bioavailability  was  tested  by  complexing  it  with  β‐cyclodextrin,  as  carrier  molecules,  in  the conditions  of  dosage  reduction  to  limit  the  side  effects  that  are  common  in  NSAIDs  therapy (dyspepsia,  gastritis,  ulcerations  etc.).  The  obtained  results  sustain  a  higher  therapeutical efficacy/non‐inferiority of carprofen‐beta cyclodextrins over carprofen only.  

Key words: carprofen, β‐cyclodextrin, experimental model, inflammation, rat 

 INTRODUCTION 

 The efficacy of many active ingredients is limited by their capacity to reach the target 

site.  In most of  the  cases, only a  small quantity of  the administered dose  reaches  this  site, while  the  rest of  the dosage  is distributed  throughout  the body, depending on  the physico‐chemical and biochemical properties of the molecule (2).  

Most  of  the  molecules  in  the  active  ingredient,  such  as:  non  ‐  steroidal  anti  ‐ inflammatories  (NSAIDs),  antifungals,  antiparasitic  drugs  etc.,  are  insoluble  in  a  aqueous environment,  which  leads  to  a  major  problem  in  their  conveyance  and  absorption. Furthermore, these molecules are showing a high toxicity degree towards the major structures of  the  body  (especially  towards  the  digestive  system,  liver  and  kidney).  To  avoid  these drawbacks,  the  use  of  some  carrier molecules,  that  can  improve  the  bioavailability  of  the active  ingredients  and  reduce  the  side  effects,  has  been  considered  necessary.  Therefore, during  the  last  years,  there  has  been  a  rise  in  interest  towards  the  interactions  between different active substances and ciclodextrines – natural polymers ( 1, 3, 4), that could enhance the drugs’ therapeutical properties, lowering as much as possible their toxicity and rising their efficiency. 

In this study, we have observed and evaluated the effectiveness of the combination carprofen  –  β  cyclodextrin  compared  to  the  administering  of  carprofen,  in  a  model  of experimental inflammation. 

 

60

Page 63: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

METHODS AND EQUIPMENT  

 The study used 18 young male white rats, Wistar, weighting 200 ± 10 grams, acquired 

from  the Cantacuzino  Institute, Bucharest,  that have been bred  in a germ‐free environment and to whom has been induced a plantar inflammation, in the hind right paw, by injecting an aqueous  suspension  of  kaolin  10%,  intraplantary,  0.15ml  per  rat.  The  animals  were  then divided in 3 groups, with 6 rats in every group (n = 6), group A – the control group, group B, in which  carprofen  has  been  administered  per  os,  in  a  dose  of  5mg/kg,  and  group  C whose individuals were administered, per os, 2.5mg/kg of the carprofen – β cyclodextrine complex, both  substances  being  administered  once  a  day,  with  a  feeding  tube,  for  two  days.  The carprofen  –  β  cyclodextrine  complex  has  been  prepared  at  the Macromolecular  Chemistry Institute „Petru Poni” in Iassy, through lyophillization. 

Before  inducing  the  inflammatory  process,  every  rat’s  hind  right  paw  has  been marked near the point where the paw was completely  immersed  in the measuring cell. After marking,  the  paw  diameter  has  been measured  and  calculated,  using  pletysmography;  the procedure was repeated after inducing the inflammation after 1, 3, 6, 9, 12, 24 and 48 hours, following  the dynamics of the  inflammatory process and evaluating through pletysmography the differences between the groups. 

After 9 – 12 hours since the inducing of the inflammation, blood was collected in vials containing clot activators, for determining the C reactive protein (CRP), an important marker in acute  inflammatory processes. The samples have been placed  in  the centrifuge at 8000  rpm for 2 minutes and then were placed in the refrigerator at a temperature of +4˚C for 48 hours, because the analyze of CRP requires stable serum samples.  

All  the  experimental  procedures  used  in  this  study  have  been  in  accordance  to international  ethical  regulations  regarding  the manipulation  and  use  of  laboratory  animals, using  the  method  recommended  by  OECD  guidelines  for  the  Testing  of  Chemicals 425/17.12.2005. 

 RESULTS  

When measuring the paw diameter, before administering the substances, the values obtained were 1.0 – 1.1 cm3, with minor variations between the rats from the 3 groups. 

The inflammation had a rapid onset and course, so that 9 hours after the exposure to the inflammatory stimulus, considered the peak moment of inflammation, paw diameters had increased greatly  in  the control group rats and those treated with carprofen and  less  in rats treated with carprofen + β cyclodextrin complex (image 1). 

 

61

Page 64: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 Figure 1. Dynamic of the inflammatory process at 9 hours 

 

            a                                            b 

 c 

Figura 2. Diameter of path at 9 hours: a)  control;  b) group treated with carprofen; c) group treated with cu carprofen + β ciclodextrină 

 These values were maintained  in a plateau period of several hours  ‐ between 9 and 

12 hours since the exposure – then the inflammatory edema began regressing with ease, at a slow pace,  in comparison with  its appearance speed,  immediately after  the stimulus  trigger. Clinical symptoms were manifested by marked congestion of the paws, the local temperature and  increased  pain  sensitivity,  keeping  a  suspended  position  of  the  member,  functional impotence,  and were correlated with marked impairment of general status of rats (image 2). 

At 24 hours after  induction of  inflammation  in group C  treated with  carprofen +  β cyclodextrin, when measuring the paw diameter through pletysmography, the result showed a significant regression of the edema and also a decrease  in congestion, the  local temperature and  pain  sensitivity,  animals  resumed  their  daily  activities  ‐  grooming,  food  and  water 

62

Page 65: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

consumption.  In  group  B,  treated  with  carprofen,  the  rate  of  the  edema  reduction  was moderate,  but  significantly  faster  compared  to  the  rats  in  the  control  group,  where  paw edema was prominent and had a slow regression (Figure 2).  

 After  48  hours,  the  inflammation  was  still  present  in  the  control  group,  the pletysmographic measurements showing a 60% decrease of the edema (Figure 2). 

 

  

Figure 2. Dynamic of the inflammatory process at 48 hours  

The results showed a significant difference between control group and groups of rats treated with NSAIDs, especially for the group treated with carprofen + β cyclodextrin, where the  complex  efficacy  was  observed  through  the  rapid  inhibition  of  paw  edema.  Anti‐inflammatory  effect  of  the  complex  was  found  to  be  maximum  at  6‐8  hours  after administration,  producing  an  inhibition  of  the  occurrence  of  the  inflammation  in approximately  40% of  the  individuals,  compared  to  20% of  rats  showing  a  response  in  the group treated with carprofen and no evident response in the control group.  

 For  detecting  C  reactive  protein  (CRP),  the  latex  agglutination  test  was  used. Determination of protein C results  in our study showed positive results  in a small number of animals from the three batches (only eight positive samples from a total of 18 rats), especially in  the  control group where  there was evidence of  serum agglutination  in all  six  rats.  In  the group  treated with  carprofen, positive  results were evident only  in  two  rats,  the  remaining samples  being    negative,  and  in  group  C  which  received  carprofen  complexed  with  β cyclodextrin, in all 12 rats the CRP results were negative.  

 Serum  samples  that  gave  positive  results  in  qualitative  screening  evidencing agglutination  presence  after  two minutes  since  the  homogenization  of  the mixture,  were taken to determine titres, taking the quantitative variant of the test. Thus, in samples from the rats in control group the agglutination was observed as far as the dilution ¼, the titer being 24 mg/l  CRP,  and  the  positive  samples  from  the  rats  in  group  treated  with  carprofen, agglutination was  observed  as  far  as  the  dilution  ½,  value  titer  being  12 mg/l  CRP.  Thus, 

63

Page 66: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

elevated  titres  in  test  ‐  detectable  CRP  is  an  argument  towards  the  presence  of  high concentrations of proteins pertaining the inflammatory process in serum.  

 The pletysmography measurements used  in our experimental studies have allowed, as  much  as  possible,  accurate  and  sensitive  measurements  of  plantar  edema.  Using  this modern  method  has  particularly  proved  the  influence  that  carprofen  complexed  with cyclodextrin have on acropodium edema in rats after intraplantary injections with kaolin, 10% aqueous  suspension. The  results are  consistent with  literature data  (5), which  is considered encouraging  for  using  this  protocol  in  order  to  validate  the  test  method  inflammatory products. 

 CONCLUSIONS  

 1. Experimental models of  inflammation  induction gave significant results  to assess the effectiveness of NSAIDs, both complexed with beta cyclodextrin and simple. 

 2.  It was noted  that  in  this model of plantar  inflammation,  rats have  a  clear  local reaction that is  significant from pharmacokinetic and pharmacodynamic point of view.  

 3.  Experimental  studies  have  confirmed  the  efficacy  of  carprofen  ‐  cyclodextrin complex, even if the dose was lower (2.5 mg) compared with the group that was treated with carprofen at a dose of 5 mg / kgcorp.  

  BIBLIOGRAPHY  

1. Fu‐An  Chen,  An‐Bang Wu  and  Chau‐Yang  Chen,  2003  ‐  Inclusion  Complex  of  Carprofen  with Hydroxypropyl‐β‐cyclodextrin  Journal  of  Inclusion  Phenomena  and Macrocyclic  Chemistry  46: 111–115. 

2. Goodman and Gilman's, 2006 ‐ "The pharmacological Basis of Therapeutics", 11th ed., (Laurence L. Brunton, John S. Lazo, Keith L. Parker); Mc Graw ‐ Hill, New – York, Saint Louis, San Francisco, p. 671‐685,687‐705. 

3. Jicsinszky L., Petrikovics I., Petro M., Horvath G., Szejtli J., Way JL., 2007 ‐ Improved drug delivery by  conjugation  with  cyclodextrins.  Proceedings  of  14th  European  Carbohydrate  Symposium, September 2–7, Lubeck, Germany. 

4. Thorsteinn  Loftsson,  Dominique  Duch,  2007  ‐  Cyclodextrins  and  their  pharmaceutical applications. International Journal of Pharmaceutics 329,  1–11. 

5. Vlase  E.,  Coman  C.,  Szegli  G.,  Lupu  Andreea‐Roxana,  Cremer  Lidia,  Barzu  Natalia  Simona, Badulescu Maria‐Mihaela,  Calugaru  Ana,  Ionescu  G.,  2008  ‐  „Pletismometria  computerizată  – metodă performantă de măsurare a  edemului  inflamator acut  indus  la  şoarece prin  injectarea intraplantară  de  Carrageenan”,  Sepsis  Granada,  Spania,  19‐22  Nov.2008  si  Sesiunea  de Comunicari Stiintifice a INCDMI Cantacuzino, ianuarie 2009. 

64

Page 67: vol_53_2010-1

 EVALUATION OF DEGREE OF ENGRAFTMENT IN MOUSE 

MODEL OF STEM CELLS HARVESTED  FROM HUMAN PLACENTA 

 Groza I.Ș, Groza Daria, Pall Emoke, Cenariu M., Ciupe Simona, Laura 

Parlapan University of Agricultural Science and Veterinary Medicine, 

Cluj‐Napoca, 3‐5 Manastur street, Cluj‐Napoca, [email protected] 

 Abstract: Recent interest in stem cell biology and its therapeutic potential has led to the search for accessible new sources of stem cells. Fetal stem cells from umbilical cord blood and placenta are  less  ethically  contentious  than  embryonic  stem  cells  and  their  differentiation  potential appears  greater  than  adult  stem  cells.  Fetal  stem  cells  represent  powerful  tools  for  exploring many  aspects  of  cell  biology  and  hold  considerable  promise  as  therapeutic  tools  for  cell transplantation.  In  this  study, we  established  a mouse model  for  in  utero  transplantation  of human placental mesenchymal stem cells (hPMCs) to investigate if these cells would affect long‐term, organ‐specific engraftment.  

KEYWORDS:  placenta, mesenchymal stem cells, engraftment, prenatal diagnosis  Early  prenatal  diagnosis  and  in  utero  therapy  of  certain  fetal  diseases  have  the 

potential  to  reduce  fetal morbidity  and mortality.  The  intrauterine  transplantation  of  stem cells provides  in  some  instances a  therapeutic option before definitive organ  failure occurs. Clinical experiences show that certain diseases, such as  immune deficiencies or  inborn errors of  metabolism,  can  be  successfully  treated  using  stem  cells  derived  from  bone  marrow. However, a remaining problem  is  the  low  level of engraftment  that can be achieved. Efforts are made in animal models to optimize the graft and study the recipient’s microenvironment to  increase  long‐term  engraftment  levels.  It  is  known  that  some  diseases,  such  as haemoglobinopathies  (Fanconi’s  anaemia,  thalassaemia),  immunological  defects  (SCID)  or certain inborn errors of metabolism can be treated by transplantation of stem cells (Shapiro E. et  al., 2000).  If  the  stem  cell  transplantation  is performed before  symptoms of  the disease occur,  organ  function  can  be  preserved  (Newsome  P.N.  et  al.,  2003).  However,  if transplantation  is  performed  after  delivery  of  the  baby,  intensive  immunosuppression  and myoablation have to be used to minimize the risk of Graft‐versus‐host disease and to empty the bone marrow.  

Cells of different origins have been used for  in utero transplantation  in a number of models. Human bone marrow‐derived mesenchyamal stem cells have been transplanted  into fetal  sheep  and  shown  to persist  for  as  long  as13 months with multilineage differentiation potential (Liechty et al., 2000).  

In  this study, we established a mouse model  for  in utero  transplantation of human placental mesenchymal stem cells to  investigate  if these cells would affect  long‐term, organ‐specific engraftment. 

   

65

Page 68: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

MATERIALS AND METHODS  Biological  material,  clinically  normal  human  term  placentas  (37–  40  weeks  of 

gestation, n =3) were collected after Cesarean section. Placentas were obtained after informed consent of  the women, and all experiments were approved by  the ethics  committee of  the University  of  Medicine  and  Pharmacy  Iuliu  Hatieganu  Cluj‐Napoca.  Term  placentas  from healthy  donor mothers  were  obtained  with  informed  consent  approved  according  to  the procedures  of  the  institutional  review  board.  The  harvested  pieces  of  tissue were washed several  times  in  phosphate‐buffered  saline  (PBS)  and  then  mechanically  minced  and enzymatically  digested  with  0.25%  trypsin‐EDTA  (Gibco)  for  30  min  at  37°  C.  After centrifugation the cell suspension was filtered to eliminate undigested fragments. For lysis the erythrocytes, cells suspensions were  treated with FACS Lysing Solution 10x  (BD Biosciences) for  15 min.  The  suspension pelleted by  centrifugation  (1500  rpm/7 min)  and  suspended  in propagation  medium,  which  consist  of  Dulbecco’s  Modified  Eagle’s  medium  (Gibco) supplemented by 10 % fetal calf serum (FCS), 100 U/ml penicillin‐streptomycin (Gibco).  

Cultures were maintained in DMEM with 10% fetal bovine serum (FBS; Hyclone, USA) at 37° C with 5% CO2. Approximately 2 – 3 weeks later, some colonies consisting of fibroblast‐like cells were observed. These cells were trypsinized and replated for expansion. In order to obtain single cell‐derived hPMC clones, cells were serially diluted in 96‐well culture plates (BD Biosciences) at a final density of 60 cells/ plate. Colonies that grew with homogeneous bipolar morphology were expanded. 

Identification of cell phenotypic markers by FACS (Fluorescence‐Activated Cell Sorter) passage 5. After the second passage, the cells were trypsinised (0.25% trypsine EDTA), washed twice with PBS and stained according  to  the  recommendation of  the manufacturer with  the monoclonal  antibodies,  FITC‐CD44,  examined  with  a  FACS  CantoII  Apparatus  (Becton–Dickinson).  For  in  utero  transplantation  of  mesenchymal  stem  cells  from  placentas,  were prepared single cell suspensions. On day 13.5 after mating, pregnant mice were anesthetized with avertin. Under aseptic conditions, the uterine horns were exposed, and donor cells were injected  through  a  glass  micropipette  (inserted  through  the  uterine  wall  and  into  the peritoneal  cavity of each  fetus under direct  visualization. The  injection  consisted of 1  x 106 hPMCs in 5 µl of PBS.  The abdominal incision was closed in two layers using 4‐0 silk, and the mice were allowed to complete pregnancy to term. 

On E20, a low abdominal midline incision was made and the number of live fetuses in each uterine horn was recorded. Then, placenta, fetal blood and fetal organs including brain, heart, lung, liver, spleen and bone marrow were collected. To obtain single cell suspension as chopped tissues were processed by the Medimachine device. For evidence of placental stem cells  in mice organs the samples were treated with 20 µl  fluorescent antibody (anti  ‐ human CD45 PE‐Cy5 antibody  (PE‐Cy5: phycoerythrin‐Cy5),  (FITC:  fluorescein  isothiocyanate), anti – human CD34‐FITC antibody (FITC: fluorescein isothiocyanate) and anti‐ human CD44 antibody). Have prepared  two  samples  for each antibody  in  the  study: a  sample and a  sample  labeled with antibody as blank unmarked. For positive control were used MSCs isolated from placenta and CD34 + cells from cord blood. 

 RESULTS AND DISCUSSION 

 To show that hPMCs injected in utero on E13.5 engrafted in fetal organs, we collected 

fetal organ samples at E20. Most  fetal  tissues had demonstrable hPMC engraftment at E20. Although  the  distribution  pattern  and  numbers  of  cells  in  individual  fetuses  varied,  hPMCs 

66

Page 69: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

were detectable in more than 60% of the fetus. The first experiment conducted fetal loss rate was  high:  93.75%  most  likely  due  to  lack  of  experience  in  producing  labor  in  utero transplantation.  Engraftment  analysis  was  done  using  FACS  Diva  software  and  results  are presented as histograms. We assessed the presence of hPMCs  in various fetal mouse tissues (fig.1, 2, 3, 4). 

 

 Figure 1 – Flow cytometric analysis of hPMCs in the mouse fetus after in utero transplantation 

of hPMCs  

 Figure 2 – Histogram representation of engraftment  

67

Page 70: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

         Figure 3 – Histogram representation of engraftment of human mesenchymal stem cells 

 

 Figure 4 – Histogram representation of engraftment in negative and positive control                                   

 Trans  species  animal  models  have  been  widely  used  in  the  study  of  stem  cell 

migration and engraftment  (Liechty et al., 2000; Saito et al., 2002).  It has been  shown  that human cord blood‐derived cells can differentiate into hepatocytes in the mouse liver without evidence of cellular  fusion  (Newsome et al., 2003). Human microchimerism was observed  in various organs and tissues at 4 months after transplan‐tation of human amnion and chorion mesenchymal  progenitors  in  neo‐natal  swine  and  rats  (Bailo  et  al.,  2004).  Human mesenchymal stem cells colonized multiple fetal sheep tissues for as  long as 13 months after in utero  transplantation  (Liechty et al., 2000). Differences observed  in  cell numbers may be due to colonization efficiency  in different tissue environments or the rate of cell turnover  in each organ  (Krause et al., 2001). Our  study adds  to  this body of work by establishing an  in utero (E13.5) model of xenogeneic hPMC transplantation in immunocompetent mice. 

 

68

Page 71: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

CONCLUSIONS  

Mesenchymal stem cells  (MSCs) are widely distributed  in a variety of  tissues  in  the adult human body (e.g., bone marrow, kidney, lung, and liver). These cells are also present in the fetal environment (e.g., blood, liver, bone marrow, and kidney). However, MSCs are a rare population  in  these  tissues.  The most well  studied  and  accessible  source  of MSCs  is  bone marrow, although even in this tissue the cells are present in a low frequency.  

The human placenta  is an attractive new source of mesenchymal stem cells (MSCs), but  the biological characteristics of placenta‐derived MSCs have not yet been characterized. Our  results show  that mesenchymal stem cells are present  in  the human  term placenta and may  be  a  potential  source  of  cells  for  transplantation  therapy.    Using  routine  cell  culture techniques,  placental  derived  mesenchymal  stem  cells  can  be  successfully  isolated  and expanded in vitro. 

Mesenchymal  stem  cells are mainly derived  from bone marrow  (Orlic et al., 2001), but  it may be difficult  to obtain  sufficient autologous  cells  from  some patients, particularly those who are older or who have malignancies. Therefore, alternative sources are needed.  It appears  that  hPMCs  from  an  allogeneic  donor might  constitute  such  a  source.  A  further potential benefit is the exposure of the fetus to allogeneic cells, inducing tolerance such that future treatment. 

 BIBLIOGRAPHY  1. Bailo M, Soncini M, Vertua E, Signoroni PB, Sanzone S, Lombardi G, Arienti D, Calamani F, Zatti D, 

Paul P et al. Engraftment potential of human amnion and chorion cells derived from term placenta. Transplantation 2004;78:1439 – 1448: 

2. Carolyn Troegera,  Daniel Surbeka, Andreina Schöberleina, Stephan Schatt, Lisbeth Dudlera, Sinuhe Hahna,  Wolfgang  Holzgreve,    In  utero  haematopoietic  stem  cell    transplantation,  SWISS  MED WKLY2006;136:498–503 

3. Krause DS, Theise ND, Collector MI, Henegariu O, Hwang S, Gardner R, Neutzel S, Sharkis SJ. Multi‐organ, multi‐lineage engraftment by a  single bone marrow‐derived  stem  cell. Cell 2001;105:369– 377 

4. Liechty KW, MacKenzie  TC,  Shaaban AF, Radu A, Moseley AM, Deans R, Marshak DR,  Flake AW. Human mesenchymal stem cells engraft and demonstrate site‐specific differentiation after in utero transplantation in sheep. Nat Med 2000;6:1282 – 1286: 

5. Liechty  KW,MacKenzie  TC,Shaaban  AF,  Radu  A,Moseley  AM,  Deans  R,  Marshak  DR,  Flake  AW. Human mesenchymal stem cells engraft and demonstrate site‐specific differentiation after in utero transplantation in sheep. NatMed 2000;6:1282–1286. 

6. Newsome PN, Johannessen I, Boyle S, Dalakas E, McAulay KA, Samuel K, Rae F, Forrester L, Turner ML, Hayes PC et al. Human cord blood‐derived cells can differentiate into hepatocytes in the mouse liver with no evidence of cellular fusion. Gastroenterology 2003;124:1891 –1900; 

7. Orlic D, Kajstura  J, Chimenti  S,  Jakoniuk  I, Anderson  SM,  Li B, Pickel  J, McKay R, Nadal‐Ginard B, Bodine DM et al. Bone marrow cells regenerate infarcted myocardium. Nature 2001;410:701– 705; 

8. Saito T, Kuang JQ, Bittira B, Al‐Khaldi A, Chiu RC. Xenotransplant cardiac chimera: immune tolerance of adult stem cells. Ann Thorac Surg 2002;74: 

9. Shapiro  E,  Krivit  W,  Lockman  L,  et  al.  Long‐term  effect  of  bone‐marrow  transplantation  for childhood‐onset cerebral X‐ linked adreno‐leukoldystrophy. Lancet 2000;356:713–8. 

69

Page 72: vol_53_2010-1

  

PRELIMINARY STUDY ON THE PREVALENCE OF TOXOPLASMA GONDII INFECTION IN WILD BOARS FROM TIMIS COUNTY  

 Ionela HOTEA¹, Gh. DARABUS¹, C. PACURAR², Tatiana RUGEA², P. MUNTEAN², M.S. ILIE¹, K. IMRE¹, 

Mirela IMRE¹, Denisa SORESCU¹, Adrian BALINT¹, Dinu INDRE¹  

¹ Faculty of Veterinary Medicine, No. 119, Calea Aradului, Timisoara, Romania ² DSVSA Timis, No. 4, Surorile Martire Caceu, Timisoara, Romania 

[email protected]  

Abstract:  52  blood  samples  from  wild  boars  were  studied  to  determine  the  seroprevalence  of Toxoplasma  gondii  infection.  The  animals  came  from  different  animals  hunting  areas  from  Timis County.Serum  samples were  examined by  ELISA method. Of  the 52  samples  from wild boars, 49 of them (94.23%) had anti‐Toxoplasma Ig G antibodies.  

Key words:  Toxoplasma gondii, wild boars, prevalence, Timis County  

Toxoplasmosis  is  one  of  the most  common  parasitosis  in  humans  and  animals,  it  being placed  on  the  top  three  global  spread  (4).  The  cat  is  the  key  element  in  the  epidemiology  of toxoplasmosis  (6).  For  toxoplasmosis  transmission,  a  very  important  role  it  have  raw  meat consumption. In pigs,  infection occurs by eating kitchen scraps unsterilized or rodents. In certain circumstances, pigs become cannibals biting  their  tails or ears. T. gondii tissue cysts of wild boar meat are considered sources of infection for humans (9). 

Necropsy diagnosis  in  the  slaughterhouse,  it  is  very difficult  to done, because  very  small necrotic  lesions  are  difficult  to  observe.  Serological  diagnosis  is  possible  to  made  in  the slaughterhouse, but is not warranted in our economic Country's conditions (3). 

Reporting an  increased  incidence of  toxoplasmosis  in humans and animals worldwide and the small number of bibliographic data  in our Country about Toxoplasma infection, motivates our study.  MATERIALS AND METHODS  

The 52 blood samples collected from wild boars, between 2008‐2009, were sent by AJVPS representatives (County Association of Hunters and Fishermen Sports) Timis at DSVSA (Department Veterinary and Food Safety) for other types of analysis. The animals were hunted in Timis County, in different localities (FV – hunting areas), as follows:   

3 wild boars – Buzias,  3 wild boars – Brestovat,  5 wild boars – Surduc,  4 wild boars – Buzias,  3 wild boars ‐ Ohaba Lunga,  4 wild boars – Paniova,  6 wild boars ‐ Sacosu Mare,  5 wild boars ‐ Cheveresu Mare,  3 wild boars ‐  Racovita,   4 wild boars – Secas,  4 wild boars – Culina, 

70

Page 73: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

5 wild boars – Zolt,  3 wild boars ‐ Topolovatu Mare. Collected blood was  left  to express serum and  it was kept  in a  freezer until  the month of 

November  2009 when  samples were  processed  in  the  laboratory  of  Parasitology  and  Parasitic Diseases of Faculty of Veterinary Medicine of Timisoara. 

Serum samples were examined by  indirect ELISA method using  ID Screen Multi‐species kit (ID.VET.,  France)  for  anti‐Toxoplasma  specific  Ig  G  antibodies,  resulting  from  infection  with Toxoplasma gondii. Kit can be used for determination of anti‐Toxoplasma specific  Ig G antibodies from sera of ruminants, pigs and cats. We respect technology manufacturing indicates by producer company. 

The  S/P  values  above  200%  were  considered  strongly  positive,  between  50  and  200% samples were considered positive, between 40% and 50% were doubtful, while values below 40% were considered negative. 

 RESULTS AND DISCUSSIONS  

From Timis County were collected and examined 52 serological samples from wild boars. Of processed serum samples from wild boars, 49 of them (94.23%) had anti‐Toxoplasma Ig 

G  antibodies.  Antibody  titre  values were  between  36.24  and  133.18,  and  the  positive  samples values were between 68.25 and 133.18 (Table 1). 

For studied Counties, information obtained are particularly important as they are the first reported data on Toxoplasma infection in the area. 

High  prevalence,  approaching  100%,  obtained  from wild  boar  shoot  the  alarm  on  the infestation degree of the environment with oocysts and massive infestation of wild animals (Fig. 1). This should scare us more considering to consumption, quite frequently, of game meat, especially wild boars meat.  

The study found the absolute need to best practice animal husbandry and food to reduce the risk of transmission of infection with T. gondii in humans and other animals. 

By  indirect  immunofluorescence,  the Czech Republic has  a prevalence of 26.2%  in wild boars and the Slovak Republic, 8.1% (1, 2). In Spain, the prevalence of Toxoplasma gondii infection in wild boars was 38.4% and in Japan ranged from 5.6% in 1999 to 0% in 2006 (5, 7, 8). 

Toxoplasma infection of pigs in Timis County matters both because of neonatal death can occur in pigs, and the possibilities of disease transmission to humans through inadequately cooked meat. 

 Insufficiently  cooked  pork  meat  is  an  important  source  for  the  T.  gondii  infection transmission  to  humans.  It would  be  necessary  to  implement  programs  for  disease  control  as among animals, from cats and continuing with farm animals to reduce the infestation degree of the environment and thus, economic losses in animal products and in people, especially those engaged in the highest risk category, ie pregnant women and immunosuppressed persons. 

 CONCLUSIONS  ‐Wild boars showed Toxoplasma seroprevalence of 94.23%, with variations between 50 and 100%. ‐Not  having  sufficient  information  about  examined  animals  can't  refer  to  the  distribution  of prevalence by age or gender.  ACKNOWLEDGMENTS 

This work was supported by CNCSIS, Bd, grant No. 87/2008 obtained by Ionela Hotea and by CNMP, grant PC No. 51‐013/2007. 

71

Page 74: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 

 Fig. 1. Geographical distribution of Toxoplasma gondii infection positive wild boars, in 

Timis County  

Table 1. Prevalence of Toxoplasma gondii infection in wild boars in Timis County 

 

No.  No examinated wild boars No. positive samples  (%) 

The minimum and maximum titres 

values 

Total prevalence 

1. 3 wild boars ‐ Buzias 3 (100%) 124.87‐133.182. 3 wild boars ‐ Brestovat 3 (100%) 112.39‐126.863. 5 wild boars ‐ Surduc 5 (100%) 80.01‐103.264. 4 wild boars ‐ Buzias 4 (100%) 95.06‐99.225. 3 wild boars ‐ Ohaba Lunga 3 (100%) 89.45‐129.756. 4 wild boars ‐ Paniova 2 (50%) 36.24‐98.677.  6 wild boars ‐ Sacosu Mare  5 (83.33%)  31.05‐92.81 

 

8. 5 wild boars ‐ Cheveresu Mare 5 (100%) 101.64‐130.719. 3 wild boars ‐  Racovita 3 (100%) 68.25‐99.4110. 4 wild boars ‐ Secas 4 (100%) 75.68‐121.7211. 4 wild boars ‐ Culina 4 (100%) 96.35‐127.2712. 5 wild boars ‐ Zolt 5 (100%) 92.08‐110.85

13. 3 wild boars ‐ Topolovatu Mare 

3 (100%)  120.38‐132.40 

Total 52 49 94.23 %

Brestovat 100%

Surduc 100%

Ohaba Lunga 100%

Cheveresu Mare100%

Buzias 100%

Paniova 50%

Sacosu Mare 83.33%

Racovita 100%

Secas 100%

Culina 100%

Zolt 100%

Topolovatu Mare 100%

72

Page 75: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

REFERENCES:  1. Antolova D,  Reiterova  K, Dubinsky  P.,  2007.  Seroprevalence  of  Toxoplasma  gondii  in wild 

boars (Sus scrofa) in the Slovak Republic. Ann. Agric. Environ. Med., 14, 71‐73. 2. Bartova  E.,  Sedlak  K.,  Literak  I.,  2006.  Prevalence  of  Toxoplasma  gondii  and  Neospora 

caninum antibodies  in wild boars  in the Czech Republic. Veterinary Parasitology, 142, 150 – 153. 

3. Chitimia, Lidia, Cosoroaba, I., Cozma, V., 2007. Toxoplasmoza. Prevenirea transmiterii  la om prin alimente de origine alimentara, Rev. Rom. Med. Vet., 3, 11‐30. 

4. Darabus, Gh., Oprescu, I., Morariu, S., Mederle, Narcisa, 2006. Parazitologie si boli parazitare, Ed. Mirton, Timisoara. 

5. Gauss CB, Dubey JP, Vidal D, Ruiz F, Vicente J, Marco I, Lavin S, Gortazar C, Almería S., 2005. Seroprevalence  of  Toxoplasma  gondii  in  wild  pigs  (Sus  scrofa)  from  Spain.  Veterinary Parasitology, 131, 151‐156. 

6. Hotea  Ionela, Darabus Gh., Mederle Narcisa,  Ilie M.S.,  Imre  K.,   Balint A.,  Indre D.,  2009. Prevalenta  infectiei cu Toxoplasma gondii  la pisici  in  judetul Arad. Lucrari stiintifice  Iasi, 52, 587‐592. 

7. Nogami S., Tabata A., Morimoto T., Hayashi Y., 1999. Prevalence of anti‐Toxoplasma gondii antibody  in wild boar  (Sus  scrofa  riukiuanus) on  Iriomte  Island.  Japan, Veterinary Research Communications, 23, 211 – 214. 

8. Omata,  Y, Murata, K.,  Ito, K.,  Ishiguro, N.,  2005. Antibodies  to  Toxoplasma gondii  in  free‐ranging wild  boar  (Sus  scrofa  leucomystax)  in  Shokoku,  Japan.  Japan.  J.  of  Zoo  and Wild. Med., 10, 99‐102. 

9. Tenter,  A.M.,  Heckeroth,  A.R.,  Weiss,  L.M.,  2000.  Toxoplasma  gondii:  from  animals  to humans, Internat. J. for  Paras., 30, 1217‐1258.  

 

73

Page 76: vol_53_2010-1

 EPIDEMIOLOGICAL INVESTIGATIONS ON DIGESTIVE PARASITOSIS  IN RACING PIGEONS AND THE RISK OF RELEASING PARASITIC 

ELEMENTS IN FREE AREAS   

Olimpia C. IACOB,  B.C. ŞÎŞCĂ Faculty of Veterinary Medicine Iasi 

Abstract Investigations were conducted during March 2008  ‐ May 2009 on some  lofts of  racing pigeons (464 pigeons) from six private property holdings, located in different locations (four in area B and two in area I), in order to study the digestive parasitosis and to reveal the epidemiological role of racing  pigeons  in  dissemination  and  transmission  of  parasitic  diseases  in  free  areas  during training or competition flights. Farms  have  optimal  growth  conditions  ensuring  the  comfort  of  pigeons  to  achieve maximum results  in competitions. Excessive sensitivity of pigeons  in stress conditions calls attention  from pigeon fanciers to ensure housing conditions, feeding and water consumption, administration of medicinal preparations, sanitary and medical preventive measures, a specialist being required in exceptional  cases;  sometimes  the  faulty  intervention  led  to  expensive  loss  by  death  or  by compromising pigeons next flying season. Regular investigations revealed that digestive parasitosis were within 10% of all illnesses. Among the  digestive  parasitosis  that  developed  were  trichomonosis,  ascaridiosis  in  adult  birds  and intestinal  Eimeriosis  in  squabs  confirming  the  source  of  invasive  elements  (Eimeria  oocysts, Trichomonas  trofozoits,  Ascaridia  and  Capillaria  eggs),  not  only  for  pigeons  from  other geographic areas but also for other susceptible birds, given the impressive distances traveled by pigeons during training and racing. In cases of severe episodes of illness in the loft of pigeons, the pigeon fanciers practice the ”stamping out” method thus limiting the diffusibility of the illnesses. 

 Keywords: racing pigeons, digestive parasites, flights, epidemiological risk 

 INTRODUCTION  

 The beauty, gentleness and delicacy of  the pigeons and also  their sports skills have 

definitely captured man. Great interest into the racing pigeons, their movement and sporting events, calls for greater attention from the pigeon fanciers and an  increased wariness on the part of veterinary medical personnel (1, 4).  

Digestive  based  parasitosis  (Trichomonosis,  Eimeriosis,  Toxoplasmosis, Echinostomosis,  Cestodosis,  Ascaridiosis,  Capillariasis,  Trichostrongyliasis,  Tetramerosis, Acuariosis etc..) affects both young and adult pigeons, given the  location of many species of parasites from the mouth up to cloaca. Epidemiological surveillance prevents transmission of parasitosis  both  to  the  loft  of  pigeons  and  to  other  susceptible  birds  and  not  least,  the transmission of disease to man (Toxoplasmosis, Psittacosis, Pseudotuberculosis, Salmonellosis, Paramyxovirosis, etc.). (2) 

The  emergence  and  evolution  of  parasitosis  in  pigeons  are  conditioned  by environmental factors, interrelations between ecosystems, microorganisms and parasites, the interdependence  between  them,  the  emergence  of  new  bacterial,  viral  or  parasitic  strains. Adult pigeons contracts generally mild forms, asymptomatic, that sometimes pass unnoticed, thus becoming carriers and eliminators of invasive elements transported over long distances in 

74

Page 77: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

free  areas.  Squabs  and  the  young  pigeons  are  extremely  vulnerable  to  failure  to  the antiparasitic and antiinfectous prophylaxic measures and often end in death. (3, 5). 

Racing pigeons,  through all their qualities, continue to provide services to humanity even  in  the  century of  cosmic  flights, maintaining  their quality of outstanding  carrier under certain circumstances. (1, 4)  

The aim of the paper Investigations were  conducted  in  order  to  study  the  digestive  parasitosis  in  racing 

pigeons  and  to  reveal  the  epidemiological  role  in  the  transmission  and  dissemination  of parasitic elements in the free areas and / or their contamination with new  invasive elements at their return to the farm after sporting events. 

 MATERIAL AND METHOD 

 The epidemiological  study was  conducted during March 2008  ‐ May 2009,  through 

investigation of six racing pigeons farms situated in different locations and long distance (four located  in  city B and 2  located  in  the  city  I). Number of pigeons  in  these  farms was of 434 pigeons  in peak  season,  including all age groups  (from 10 days  to 18  to 20 years) and both sexes, pairs and unpaired. Since pigeons are highly  sensitive  to  stress, access  to  farms was periodically or only when the owners have announced cases of disease.  

The epidemiological  investigation recorded:  the placement of  the  farm,  the housing spaces,  the material used  to build shelters,  the surface  reported  to  the pigeons density,  the division of housing space, the lighting and ventilation level that each shelter gives. 

There have been analyzed the epidemiological history regarding the emergence and evolution  of  diseases  in  farms  of  racing  pigeons,  their  incidence, morbidity  and mortality, immune status, the presence of a register or record book where  is recorded the situation of pairs,  spawns  date,  the  hatching,  squabs  in  nests,  effectively  applied  immunoprophylaxis measures, etc.  

There have been  investigated the administration of food, quantity and content of the diet,  how  the  food  is  stored  (in warehouses  or  storage), watering  system  used  in  farming, water source and frequency of  its use, method of manure disposal and discharge  frequency, collection  and  disposal  of  residues  resulting  from  mechanical  cleaning,  the  conduct  of decontamination and the materials used for this purpose in each farm.  

If  participating  in  competitions,  the  investigations  recorded  the  pigeons  training mode,  the  frequency  of  competitions,  transportation  to  the place of  shipment,  the  vehicle used, mode of  shipment  and  transportation  to  launch  site,  food  rations  and  structure.  The recovery protocol has also been analyzed  for  the pigeons  returning home after 3‐4 days of flight, period of time they have been exposed to contamination with  infectious and parasitic elements.  

It has been also investigated the specialized veterinary assistance and the prophylaxia measures  adopted,  looking  at  the  mode  of  administration  and  dosage  of  medicinal preparations,  the  time  of  treatment  and  results,  immunological  situation  of  the  loft, mandatory  vaccinations  (Influenza,  Pseudopesta,  Paramixovirosis,  Salmonellosis  etc.).  and more. The mode of vaccination, type of vaccine used (fluid/oil,  live attenuated /  inactivated) type of strain, the date of vaccination and training protocol that preceded the operation has also been investigated. 

The results were classified  in tables and expressed graphically, and the  images were taken with a digital camera.  

 

75

Page 78: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

RESULTS AND DISCUSSIONS  Monitored  farms  are  organized  on  pigeon  fanciers  principles,  built  and  equipped 

properly to provide optimum comfort conditions to the lofts of pigeons (80‐100 pigeons each). The dimensions of the shelters are variable and between 4‐12 m long, 2‐4 m wide and 3.2 m high.  Some  farms have  shelters  suspended  at  a height of 2‐3 m  above  the  ground  (Fig. 1), others are on the ground, facing south or southwest. The roof is normaly made from asbestos or tiles, and the walls of wood or hardboard. The facade consists of windows, net access door and  flap  doors  for  pigeons  entering  and  leaving.  Access  is  through  a  system  of  ”needles”, metal  rods  sliding  towards  the  entrance or  exit.  In  general,  the  shelters present  aviaries  in front. 

   

 

 

 

 

 

    

  

Fig. 1. Farm 1‐ pigeons in aviaries 

 Inside,  the  shelters  are  divided  for  each  age:  squabs,  young  pigeons,  for  flight, 

breeding, ensuring feeding and watering devices, accommodation and recreation or nests (Fig. 2, 3, 4). 

Feeding is carried by each pigeon fancier regarding the posibilities and goal, based on a  mixture  of  grain,  to  varying  degrees  depending  on  the  period  of  growth  and  training, supplemented  with  vitamins  and minerals.  Breeding material  is  domestic  or  from  import: Janssen, Aarden, Wim Muller, van Roy, van der Weggen. Predominant colors are red, scaly and black, dark, genetically dominant.  In most  farms pigeons have performance  results  in  fond, semifond  or marathon  competitions.  Prevention measures  are  applied  rigorously,  since  on their outcome depends the participation in competitions. On return from the race pigeons are receiving  vitamin‐mineral  supplements  purchased  from  specialized  companies,  antiparasitic treatments and preventive antiinfectous drugs.  

 

76

Page 79: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 

 

 

 

 

 

  

        Fig. 2. Farm 1.  Flying pigeons compartment with pigeons in boxes and paired 

                    

 Fig. 3. Farm 2.Young pigeons compartment 

  

 

77

Page 80: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

      

Fig. 4. Farm  6. Flying pigeons compartments  

The  incidence  of  diseases  in  racing  pigeons  from  the  six  farms  has  been  analyzed periodically,   revealing the different aspects. Pigeons examination results  from  January 2008 are listed in Table 1. 

 Table 1. 

The structure of the flock of pigeons and the suspected cases of ilness in January 2008 

Farm (F) 

Number of adult 

pigeons 

Number of squabs 

Examined 

Suspected of ilness

Adults  Squabs  Adults  Squabs 1.  28  0  4 0 0  0

2.  70  0  2 0 0  0

3.  62  0  6 0 0  0

4.  110  4  8 4 0  2

5.  72  0  6 0 0  0

6.  66  0  8 0 0  0

Total  408  4  34  4  0  2 

 Analyzing  the data  in Table 1, note  that  in  January,  the  loft of pigeons  in  the study 

totalize   a number of 408 pigeons, of which four were squabs that appeared accidentally in F 4. Clinically examined were 34 adults and four squabs suspected with Trichomonas columbae infestation. Of the four squabs, two were positive infestated with T. columbae (F 4). 

78

Page 81: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

All specimens examined showed signs of  irregularity, mild  loss of appetite and the 4 squabs manifested additional symptoms as diarrhea, prostration, and difficulty  in swallowing or horiplumation. The dynamics of disease incidence within these six farms in January 2008 is shown in Fig. 5.  

 Fig. 5. The dynamics of pigeons ilness within the six studied farms in January 2008 

 Pigeons examination results in April, 2008 are included in Table 2.  

Table 2. The structure of the flock of pigeons and the suspected cases of ilness in April 2008 

Farm (F) 

Number of adult 

pigeons 

Number of squabs 

Examined 

Suspected of ilness

Adults Squabs Adults  Squabs

1.  28  16  2  6  0  2 

2.  70  32  6  12  1  4 

3.  60  45  12  16  0  2 

4.  104  36  8  4  0  1 

5.  72  26  6  12  1  2 

6.  62  27  2  8  0  0 

Total  396  182  36  58  2  11 

 Analyzing  the  data  in  Table  2,  it  is  observed  that  in  April  breeding  is  already 

underway, with a total of 182 offspring, thus totaling 578 actual specimens older than 10 days. Clinically examined were 36 adult pigeons  two of  them being  suspected of disease 

and 58 squabs, of which 11 were suspected, totalizing 13 pigeons with altered state. Pigeons had diarrhea,  irregularity, mild  loss of appetite,  the clinical  signs being more pronounced  in 

79

Page 82: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

squabs, in addition being found and dull plumage. It is noted that the number of birds affected is higher    in F 2  (5 pigeons, about 39% of  total), where pigeon  fancier started breeding  first from all other six fanciers  (March 6). The dynamics of disease incidence in pigeons within the six studied farms in April is depicted in Fig. 6.  

 Fig. 6. The dynamics of pigeons ilness within the six studied farms in April 2008 

 Pigeons examination results in August 2008 is included in Table 3.  

Table 3. The  structure of  the  flock of pigeons and  the  suspected  cases of  ilness  in August 

2008 

Farm (F) Number of 

adult pigeons 

Number of squabs 

Examined 

Suspected of ilness

Adults  Squabs  Adults  Squabs 

1.  18  29  4  12  1  2 

2.  52  46  6  16  1  4 

3.  48  34  12  10  2  3 

4.  68  42  10  8  2  5 

5.  64  32  9  6  1  2 

6.  52  34  8  5  0  1 

Total  302  217  49  57  7  17 

 In  Table  3  it  can  be  observed  the  decrease  in  the  number  of  adults  because  the 

competion season is in full swing, and the increase in the number of young pigeons seeking to balance the  loft. There were clinically examined 106 specimens from the age of 10 days and 

80

Page 83: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

were  identified as suspicious of disease 24 pigeons. Symptoms were typical  for nematodosis and  intestinal  trichomonosis  characterized  by  digestive  syndrome,  weakness,  difficulty  in swallowing,  the  presence  of  fibrinous  deposits  in  the  mouth,  prostration,  left  wing.  The dynamics of disease incidence in pigeons within the six studied farms in April is depicted in Fig. 7. 

 

Fig. 7. The dynamics of pigeons ilness within the six studied farms in August 2008  Pigeons examination results in December is included in Table 4.  

Table 4. The structure of the flock of pigeons and the suspected cases of ilness in December 

2008 

Farm (F) 

Number of adult 

pigeons 

Number of squabs 

Examined 

Suspected of ilness

Adults Squabs Adults  Squabs

1.  22  16  6  6  0  0 

2.  54  22  10  8  1  2 

3.  50  20  16  12  0  1 

4.  54  18  12  8  0  0 

5.  60  22  18  6  1  0 

6.  48  24  9  8  0  2 

Total  288  122  71  48  2  5 

 In Table 4  is observed that the number of adult birds decreased compared with the 

summer  season:  in August,  adult birds were  sorted  through  competitive  stages  (marathon, national contests),  through sales, or  losses and youth has also been sorted  through  training flights and squabs trials. 

81

Page 84: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

There have been 119 pigeons clinically examined of which five pigeons had digestive disorders. The symptoms presented by the sick pigeons were similar to those described above, specifying that in this case they had a common character regardless of pigeons age. Reduced incidence  of  cases  of  disease  can  be  explained  because  there  were  applied  prevention measures  in  farms  in   September‐October and the youth through growth have strengthened their immune status, the lofts reaching an immunological uniformity. 

The dynamics of disease incidence in pigeons in December 2008 is depicted in Fig. 8. 

   Fig. 8. The dynamics of pigeons ilness within the six studied farms in December 2008 

 Examination result for the flocks of pigeons in March 2009 is contained in Table 5.  

Table 5. The  structure of  the  flock of pigeons  and  the  suspected  cases of  ilness  in March 

2009 

Farm (F) 

Number of adult pigeons 

Number of squabs 

Examined 

Suspected of ilness

Adults  Squabs  Adults  Squabs 1.  38  0  4 0 0  0

2.  74  0  2 0 0  0

3.  72  0  6 0 1  0

4.  70  0  2 0 0  0

5.  94  0  7 0 0  0

6.  69  12  10 8 3  2

TOTAL  417  12  35  8  4  2 

 In  Table  5  can  be  observed  that  in March  2009  pigeons  examination  included  a 

reduced  number  of  pigeons,  35  adults  four  of  them  being  suspected  of  disease  and  eight squabs  in  which  two  suspected.  During  this  time most  farms  applied  spring  prophylactic 

82

Page 85: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

measures with positive results on lofts of pigeons and reduce cases of disease. The dynamics of disease in lofts of pigeons in March 2009 is depicted in Fig. 9. 

 

Fig. 9. The dynamics of pigeons ilness within the six studied farms in March 2009  

Following further demands expressed by other pigeon fanciers, was conducted clinical examination  of  pigeons with  impaired  health who  presented  polymorphic  symptoms. Note that in June and September 2008 were examined 20 cases, in April 2009, 34 cases and in May 2009, 12 cases (Table 6). 

 

Table  6.  The incidence of the supplementery demands of examination for the pigeons that expressed 

impaired health from the six studied farms, March 2008 – May  

Pigeons Farm 

Examined pigeons (March 2008‐May 2009) 

Mar  May  Jun  Jul  Sep  Oct  Nov  Jan  Feb  Apr  May 

1.  2  0  0  0  6 0 0 0 5  0  5

2.  0  4  0  0  0 0 11 0 0  9  0

3.  0  0  8  0  14 0 0 0 0  0  0

4.  0  0  12  0  0 6 0 0 0  0  7

5.  0  6  0  0  9 0 0 0 0  13  0

6.  4  0  0  0  0 0 0 0 0  12  0

TOTAL  6  10  20  0  20  6  11  0  5  34  12 

 

In Table 6  it appears that following the additional claims arised from the occurrence of morbid states, were clinically examined a number of 124 racing pigeons of all ages and both sexes  stressing  that  regular  examinations  were  not  sufficient.  The  dynamics  of  disease  in pigeons with polymorphic symptoms indicated by additional requests in 2008‐2009 is shown in Fig. 10. 

83

Page 86: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 

 

  Fig. 10. The dynamics of the supplementary examinations in pigeons from the six studied farms in March 2008 – May 2009  

 

The  incidence  of  digestive  parasitic  diseases  detected  in  pigeons  that  were supplemetary examined during March 2008‐May 2009 is contained in Table 7. 

 

Table 7. The incidence of the digestive parasitosis suspected cases after the supplementary 

examinations of pigeons in March 2008 – May 2009 

Pigeons Farm 

Pigeons suspected of digestive parasitosis 

Mar  May  Jun  Jul  Sep  Oct  Nov  Jan  Feb  Apr  May 

1.  0  0  0  0  1  0  0  0  1  0  1 2.  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0 3.  0  0  1  0  2  0  0  0  0  0  0 4.  0  0  2  0  0  0  0  0  0  0  3 5.  0  0  0  0  0  0  0  0  0  2  0 6.  2  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0 

TOTAL  2  0  3  0  3  0  0  0  1  2  4 

 

In Table 7  is observed the  incidence of disease cases  in pigeons examined  following additional requests and, based on the clinical picture were suspected of an ongoing digestive parasitosis,  the  ratio beetween  the number of  examined pigeons  (124)  and  the number of suspects (15) being relatively low. The dynamics of digestive parasitosis suspected in the lofts of pigeons examined following additional requests is depicted in Fig. 11 

84

Page 87: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 Fig. 11. The dynamics of the digestive diseases incidence in pigeons from the six studied 

farms in March 2008 – May 2009  

The monitoring of the six farms of racing pigeons has been regularly made and added the  supplementary  investigations  for defining  the  intensivity and extensivity of  the  invasive elements and their  transmission to free areas or contamination of pigeons during training and competitions with new parasitic elements and their dissemination at the return  to nest. The  medical history reveals that four of the six pigeon fanciers use the”stamping‐out'' method  in case of severe disease, removing the specimens from the farm or isolating them in quarantine boxes and applying appropriate treatment measures in order to reduce or block the horizontal transmission of disease. Housing spaces for ground holdings (and those suspended uncleaned and unsanitized), are a spore‐starting  favorable environment  for the oocysts of Eimeria, and preservation of eggs of Ascaridia, and Capillaria eliminated by adult carrier pigeons and  the infestation of the squabs or young pigeons. Any parasitic aggression exerted on the digestive tube has direct consequences for the harmonious development of pigeons, flight capacity and also reduce sports performance. Permanent epidemiological surveillance represents the basis to prevent the occurrence of morbid states of parasitic, infectious, nutritional origin in lofts of pigeons and to limit the risk of transmission of zoonoses in humans.  

 CONCLUSIONS  

 Epidemiological  investigations were  conducted during  January 2008  ‐ May 2009 on 

some  lofts  of  racing  pigeons  from  six  private  farms  to  highlight  the  presence  of  invasive parasitic elements and the risk of their dissemination during flight in free areas. 

Of all cases studied (464 pigeons), 80% were suspected as bacterial or viral diseases, 10% were suspected as digestive parasitosis (46 pigeons) and 10% as other disorders. 

The clinical expression of the morbid states was reduced during January‐March 2008, then from April until August, there was an upward curve of disease which peaked in June. 

85

Page 88: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

In  the monitored  farms  the  flight was  performed  and  the  pigeons were  selected based  on  their  sports  performance  and  not  their  phenotypic  characters;  the  studies  have shown  that  following  sports  season,  several pigeons are  lost or  suffering  from  the  insidious nature diseases that determine a decrease in resistance to stress and sustained exercise. 

It was noted  the  important  role of hygiene, proper nutrition, preventive measures and  compliance with density, but  above  all,  vigilance  and  knowledge of  the most  common parasitic diseases  to  intervene  in  time and  to minimize  the  future economic and emotional losses. 

During training and sports competitions pigeons fly huge distances (thousands of km) increasing  the  risk  of  disseminating  invasive  elements  (and  not  only)  in  areas  free  of infestation followed by the infestation of other lofts of pigeons or responsive gallinaceae and also  their  contamination when  travelling  endemic  areas  and  infestation  of  the  loft  at  their return. 

Pigeons are meant to fly free and  for racing pigeons to return to their nest regardless of  where  they  are  released,  requiring  constant  epidemiological  surveillance  and  a  real collaboration between fanciers and veterinary service.  BIBLIOGRAPHY  

1. Bilius, M., 2000 ‐ ,,Paranormal sau intuiție la porumbelul călător’’, Revista Voiajorul. 2. Iacob, Olimpia, 2002 – Parazitologie şi clinica bolilor parazitare‐ Protozooze. Ed. “Ion  Ionescu de la Brad” Iaşi pag. 66‐69; 102; 135‐143. 3. Iacob Olimpia, 2006‐ Parazitologie şi clinica bolilor parazitare la animale –Helmintoze. Ed. “Ion Ionescu de la Brad” Iaşi pag. ; 344‐ 347; 396‐398; 402‐407 4. Iftode, Ghe., Georgiana Iftode, Cristina Iftode, Mirela Iftode, 2006 – Porumbeii de agrement şi sport din România. Ed. Lidana, Suceava 5. Severeanu, I., F. I., Ivana, 1991 ‐ ,,Bolile porumbeilor’’ Ed. Ceres, Bucureşti pag.177‐206  

86

Page 89: vol_53_2010-1

 PRELIMINARY DATA CONCERNING OPTIMIZATION  

OF A PCR‐BASED METHOD FOR MOLECULAR DETECTION  OF TICK‐BORNE PATHOGENS 

 Mariana IONITA 1, D.K. HOWE2, I.L. MITREA1, B. STEVENSON3, Michelle YEARGAN2 

1UASVM Bucharest, Faculty of Veterinary Medicine, Splaiul Independentei 105, sector 5, 050097, Bucharest, Romania, [email protected] 

2Department of Veterinary Science, Gluck Equine Research Center, University of Kentucky, Lexington, KY 40546‐0099, USA; 3Department of Microbiology, Immunology, and Molecular 

Genetics, College of Medicine, University of Kentucky, Lexington, KY 40536‐0298, USA  

Tick‐borne zoonotic infections are among the most diffuse vector borne diseases. Approximately 10%  of  the  currently  known  867  tick  species  act  as  vectors  of  a  broad  range  of  pathogens (protozoa, rickettsia, spirochaetes and viruses) of domestic animals and humans, and a significant number of these pathogens are agents of emerging infectious diseases. One of the first step for tick‐borne risk assessment is the detection of these pathogens in their vectors. PCR amplification of pathogen DNA using species‐specific primers  is now  the standard  for pathogen detection  in ticks.  In  this paper are presented  some preliminary data of our  trials on optimizing  the general and particular conditions of a PCR‐based RLB assay for molecular detection of Borrelia burgdorferi – the agent of Lyme disease, one of the most important tick‐borne zoonotic disease. We used the 23S‐5S rRNA spacer region of B. burgdorferi sensu lato as the target for PCR and determined the genomic group of B. burgdorferi sensu stricto (B31 strain) by hybridization of the PCR product to four genomic‐specific oligonucleotide probes  immobilized on a membrane. The PCR was shown to be species specific;  in RLB assay the anticipated genomic group ‐ B. burgdorferi sensu stricto was  identified  in  all  positive  samples. No  cross  hybridization with  other  genomic  group were registered  in  RLB  assay.  The  genomic  group was  confirmed  also  by  DNA  sequencing,  and  in consequences the  method was validated.  

Key words: ticks, pathogens, detection, Borrelia burgdorferi, PCR, RLB hybridization  

Vector‐borne  diseases  are  currently  considered  a  major  health  risk,  not  only  in tropical and subtropical regions, but in temperate regions as well, where climate change could create  conditions  suitable  for outbreaks of  a  such diseases. Predicting  the effects of  global warming on health requires an examination of the current incidence and distribution of major vector‐borne diseases. Ticks are considered, after mosquitoes, the most important vectors for infectious diseases worldwide. Ticks transmit a greater variety of pathogenic microorganisms (protozoa, rickkettsiae, spirochaetes and viruses) than any other arthropod vector group, and a significant number of these pathogens are agents of emerging infectious diseases (Jongegan and Uilenberg, 2004). 

Tick‐borne  zoonotic  infections  are  among  the most  diffuse  vector  borne  diseases (Sambri et al., 2004). Approximately 10% of the currently known 867 tick species act as vectors of  a  broad  range  of  pathogens  of  domestic  animals  and  humans  (Jongejan  and Uilenberg, 2004), which cause diseases such as anaplasmosis, babesiosis, ehrlichiosis, Lyme borreliosis, and  rickettsiosis  (Estrada‐Pena and  Jongegan, 1999). Lyme borreliosis  is  the most significant vector‐borne disease in Europe and the United States. One of the first step for tick‐borne risk assessment is the detection of these pathogens in their vectors. PCR amplification of pathogen 

87

Page 90: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară  DNA using species‐specific primers is now the standard for pathogen detection in ticks (Parola and Raoult, 2001; Sparagano et al., 1999).  

Tick‐borne pathogens  (protozoa,  rickettsia or  viruses)  can  co‐exist  in  the  same  tick vector or be carried by different tick species, and it is difficult to identify a pathogen in carrier animals or  ticks which  are  carrying  low  level of  infection.  In  this  situation, molecular  tools, particularly amplification of specific markers using the polymerase chain reaction (PCR) have revolutionized detection and identification of pathogenic organisms (Sparagano et al., 1999). 

Although many useful species‐specific PCR assays have been developed  to detect a particular tick‐borne pathogen, however, PCR assays can be time‐consuming,  labor‐intensive and expensive, particularly when testing for multiple pathogens in a large number of samples. For this purpose,  it  is recommended the use of a test where  it  is possible to simultaneously detect and differentiate all protozoan and ehrlichial parasites that could possibly be present in a vector  ticks or  in  the blood of an  infected host  (Sparagano et al., 1999). Reverse  line blot (RLB)  hybridization,  where multiples  samples  can  be  analyzed  against  multiple  probes  to enable simultaneous detection, fulfils these criteria. 

In  this  paper we  presented  some  preliminary  data  of  the  trials  on  optimizing  the general and particular conditions of the PCR‐based RLB assay for molecular detection of some tick‐borne  pathogens,  such  as  Borrelia  burgdorferi  –  the  agent  of  Lyme  disease.  Borrelia burgdorferi  sensu  lato,  the  causative  agent  of  the  zoonosis  Lyme  borreliosis  (LB),  is transmitted by ticks of the genus Ixodes (Burgdorfer et al., 1982). The infection may affect the nervous system, cause arthritis, or result in a chronic cutaneous manifestation, acrodermatitis chronica athrophicans  (Steere, 1989). B. brugdorferi  sensu  lato has been divided  into  three groups on the basis of DNA relatedness: B. burgdorferi sensu stricto, B. garinii, and B. afzelii (Baranton et al., 1992, Canica et al., 1993). 

In  the  study described here, we used  the  spacer  region between  the 5S‐23S  rRNA genes  (rDNA) of Borrelia burgdorferi  sensu  lato as  the  target  for PCR. The 23S and 5S  rRNA genes are tandemly duplicated in the order 23s‐5S‐23S‐5S in B. burgdorferi sensu lato, and this arrangement has not been found in other members of the genus Borrelia or other eubacteria  (Schwartz et al., 1992). In the second step, we determined the genomic group of B. burgdorferi sensu  stricto  (B31  strain)  by  hybridization  of  the  PCR  product  to  four  genomic‐specific oligonucleotide probes  immobilized on a membrane, testing different conditions,  in order to optimize the method for further molecular studies.   MATERIALS AND METHODS 

 Ticks and bacterial strains.  Ixodes  ricinus  ticks were collected  from natural  infested 

cattle  from  some  regions  in North‐East  of  Romania.  Immediately  after  collection,  the  ticks were immersed in 70% ethanol and stored.  

The genomic group of Borrelia burgdorferi sensu stricto ‐ B31 strain was used for testing the specificity of PCR and RLB hybridization, in order to optimize the particular conditions for the methods. 

Preparation of DNA extracts from ticks. Ticks were processed as described Schouls et al. (1999). Briefly, the ticks were taken from the 70% ethanol solution, air dried, and boiled for 20 min  in 100 μl of 0.7 M ammonium hydroxide to free the DNA. After cooling, the vial with the  lysate was  left open for 10 min at 90°C to evaporate the ammonia. The tick  lysate either was used directly for PCR or was stored at ‐20°C until use. 

PCR amplification. The polymerase chain reaction (PCR) amplification was carried out in a 25‐μl reaction volumes. For the amplification of Borrelia burgdorferi sensu lato DNA, each 

88

Page 91: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași  reaction mixture contained the primers 23SN2 and 5SCB (Table 1), and 5μl aliquots of the B. burgdorferi s.s. DNA and tick extracts. To minimize nonspecific amplification  a touchdown PCR program was used: 3 min at 94°C, two cycles of 20 s at 94°C, 30 s at 67°C, and 30 s at 72°C, and then  two  cycles  with  conditions  identical  to  the  previous  cycles  but  with  an  annealing temperature  of  65°C.  During  subsequent  two  cycles  sets  the  annealing  temperature  was lowered by 2°C until  it reached 57°C. Then, an additional 40 cycles each consisting of 20 s at 94°C, 30 s at 57°C, and 20 s at 72°C, followed the touchdown program, were performed. The PCR was ended by an extra incubation for 7 min at 72°C. 

Reverse Line Blot Hybridization. The reverse  line blotting technique was performed as described by  Schouls  et  al.  (1999).  For  species  identification, Borrelia  PCR product were hybridized with probes for B. burgdorferi sensu lato, B. burgdorferi sensu stricto, B. afzelii, B. garinii. 

DNA  sequencing. The PCR products  from  samples with positive  signal  in RLB assay were used  for DNA sequencing  in order to confirm the genotype of Borrelia burgdorferi and implicit  for validation of methods.  

 RESULTS AND DISCUSSIONS 

 For  determining  the  specificity  of  PCR were  tested  range  of  B.  burgdorferi  sensu 

stricto  (B 31 strain) DNA concentrations: two samples diluted  in water, one pooled with tick lysate.  The  last  one  samples  was  added  in  order  to  check  the  potential  presence  of  tick inhibitors  for PCR amplification.  In  the PCR were  included also  three different  samples with tick lysates from Ixodes ricinus, which were not positive in previously PCRs.  

89

Page 92: vol_53_2010-1

     Table 1 

Olig

onucleotide prim

ers an

d prob

es used in PCR

 and

 hybridization

 assay

  

Oligon

ucleo‐

tide

 nam

e Oligon

ucleotide sequ

ence

Target organ

ism

Target gen

eNucleotid 

position

 Re

ference 

Prim

er 

5SCB

 23SN

2 5’biotin‐GAGAGTA

GGTTATTGCC

AGGG 

ACC

ATA

GACT

CTTA

TTACT

TTGACC

A Bo

rrelia burgd

orferi sensu lato

Borrelia burgd

orferi sensu lato 

23S‐5S spacer 

23S‐5S spacer 

243‐263 

469‐444 

Rijpkema 

et al, 1995

 

Prob

es 

SL 

SS 

GA 

AF 

   

5’‐amino‐CT

TTGACC

ATA

TTTTTA

TCTTCC

5’‐amino‐AACA

CCAATA

TTTA

AAAAACA

TAA 

5’‐amino‐AACA

TGAACA

TCTA

AAAACA

TAAA 

5’‐amino‐AACA

TTTA

AAAAATA

AATTCA

AGG 

Borrelia burgd

orferi sensu lato

Borrelia 

burgdo

rferi 

sensu 

stricto 

B. garinii 

B. afzelii 

23S‐5S spacer 

23S‐5S spacer 

23S‐5S spacer 

23S‐5S spacer 

453‐430 

322‐299 

322‐298 

305‐278 

Rijpkema 

et al, 1995

 

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

90

Page 93: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

From  each  PCR  reactions,  5  μl  were  subjected  to  electrophoresis  on  ethidium bromide‐stained 1% agarose gel and visualized under UV transillumination (fig. 1).  

In all samples with B. burgdorferi DNA (B 31 strain non‐diluted, diluted in water) the intergenic 23S‐5S spacer gene was amplified, obtaining a visible band of 226 bp (Fig. 1). No any differences of PCR amplification for diluted sample were registered. Also, the sample with B. burgdorferi DNA pooled with tick lysate was amplified in the PCR. This finding, emphasizes that there were not tick inhibitors which could affect the amplification reactions in the PCR. 

The three tick lysate samples were not amplified by PCR the B. burgdorferi intergenic 23S‐5S spacer gene.  

  

                   

Fig. 1. Amplificarea specifică (PCR) a spațiatorului intergenic 23S‐5S a rDNA (226 bp) ‐ Borrelia burgdorferi: 1,2,3‐tick lysate; MW‐molecular weight marker; 4‐B. burgdorferi DNA non‐diluted; 5‐B. burgdorferi DNA diluted in water; 6‐B. burgdorferi  pooled with tick lysate; 7‐

negative control (water)  

Only the intergenic 23S‐5S amplicons were subjected to the RLB assay. For optimizing the  conditions  for  RLB  assay,  different  oligonucleotidic  probe  concentrations  were  used, ranging  from  10  pmol  to  800  pmol  (Table  2).  In  the  RLB  hybridization,  a  negative  control (water),  was  included,  too.  Hybridization  of  PCR  products  to  species‐specific  probes  was revealed by chemiluminescence using Super‐Signal substrate (Pierce, Rockford, IL), and images were documented with a FluorChem 8800 imaging system (Alpha Innotech, San Leandro, CA).  

      

MW 4 5 6 7 81 2 3

226 bp

91

Page 94: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

Table 2 Oligoprobe final concentrations tested in the RLB assay 

 Oligoprobes  Final concentration 

(c‐pmol) References 

B. burgdorferi SL (sensu lato)  100 Schouls et al., 1999B. afzelii (AF)  800 Schouls et al., 1999B. garinii (GA)  800 Schouls et al., 1999B. burgdorferi SS1 (sensu stricto)  100 Schouls et al., 1999B. burgdorferi SS2 (sensu stricto)  50 Schouls et al., 1999B. burgdorferi SS3 (sensu stricto)  25 Schouls et al., 1999B. burgdorferi SS4 (sensu stricto)  10 Schouls et al., 1999

                             Fig. 2. Reverse line blot hybridization assay analyses for the detection and identification of B. 

burgdorferi. The oligonucleotide probes are attached to the membrane in the horizontal direction. and the PCR samples applied perpendicularly in the vertical direction. The PCR amplicons derived from: 1‐B. burgdorferi non‐diluted DNA; 2‐B. burgdorferi DNA diluted in 

water; 3‐negative control (water); 4‐6B. burgdorferi  pooled with tick lysate   

 

B. burgdorferi SL

B. burgdorferi SS3 B. burgdorferi SS4

B. burgdorferi SS2 B. burgdorferi SS1

B. garinii

B. afzelii

OLI

GO

NU

CLE

OTI

DE

PR

OB

ES

PCR Products

1 2 3 4 5 6

92

Page 95: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

The PCR was shown to be species specific, and in RLB assay the anticipated genomic group ‐B. burgdorferi sensu stricto was identified in all positive samples.  

The optimal concentration of the B. burgdorferi SS oligoprobe was 10 pmol. No cross hybridization with other genomic group were registered in RLB assay. 

Three of the PCR amplicons which have shown positive hybridization in the RLB assay were  subjected  to DNA  sequence  analysis,  in order  to  confirm  the  genomic  group,  and  to validate the method. Sequences were determined in both directions  (using the same primers individually as  for  the PCR). Sequences were subjected  to National Center  for Biotechnology Information  (NCBI)  BLAST  analysis  for  the  homology.  NCBI  BLAST  analysis  revealed  99% homology with Borrelia burgdorferi (strain B31) sensu stricto internal transcribed spacer DNA sequences available in Genbank (accession numbers: L30127.1  GI:508388) (fig. 3). 

Therefore, results of the trials described in this study, confirmed the genomic group, and validated the optimal conditions of the PCR‐based RLB hybridization method, for further studies for molecular detection of tick‐borne pathogens in Romania. 

RLB  was  originally  developed  for  the  identification  of  Streptococci  serotypes (Kaufhold  et  al.,  1994).  The  assay  has  been  used  also  for molecular  identification  of  some parasites such as equine small strongyle species (Traversa et al., 2007, Cernaska et al., 2009, Ionita et al., 2010). 

The first application of RLB for the detection and differentiation of pathogens in ticks was  developed  for  Borrelia  spirochetes  (Rijpkema,  1995),  for  simultaneously  identify  the genomic groups of B. burgdorferi sensu lato in ticks collected in the field. The results showed that  10  to  35%  of  the  Ixodes  ricinus  ticks  from  The  Netherlands  were  infected  with  B. burgdorferi genospecies. Subsequently, RLB was combined with Ehrilichia spp. (Schouls et al., 1999),  confirming  the previously  findings; on  the other hand,  it  showed, also a high  rate of infection with Ehrlichia species (45%), and coinfection with Ehrlichia and two genospecies of B. burgdorferi 

RLB was  then  successfully  applied  for  the detection  and differentiation of  all  known Theileria    and  Babesia    species  (Gubbels  et  al.,  1999),  for  the  characterization  of  Babesia divergens  in humans (Centeno‐Lima et al., 2003), and novel Theileria and Babesia species were discovered through the application of RLB (Nijhov et al, 2003). Furthermore, RLB was used   for detection and differentiation of many Babesia and Theileria  spp. occurring  in  small  ruminants (Schnittger et al., 2004). PCR and RLB were used, also to detect and identify B. burgdorferi sensu lato,  Anaplasma  and  Ehrlichia  species,  and  spotted  fever  group  rickettsiae  in  ticks  from Southeastern Europe (Christova et al., 2003). Prevalence data for pathogens in ticks can be used to assess the risk of tick‐borne diseases for public health. 

In conclusion, RLB is a versatile diagnostic tool, which sensitively and simultaneously detects and differentiates pathogens  in ticks, blood or tissue. RLB combine PCR amplification followed by a hybridization step, resulting in sensitivity up to 100 fold or higher than PCR only. 

 CONCLUSIONS 

 1. The optimal conditions of a PCR‐based RLB assay for molecular detection of Borrelia 

burgdorferi – the agent of Lyme disease, one of the most important tick‐borne zoonotic disease, were established. 

2. Amplification and hybridization of the 23S‐5SrDNA intergenic spacer region provide an accurate and rapid method of determining the presence of the genomic groups of B. burgdorferi sensu lato. 

93

Page 96: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

3. The PCR was shown  to be species specific;  in RLB assay  the anticipated genomic group ‐B. burgdorferi sensu stricto was identified in all positive samples. No cross hybridization with other genomic group were registered in RLB assay. 

4. The genomic group was confirmed by DNA sequencing; the optimal conditions for the  PCR‐based  RLB  hybridization method were  validated  for  further  studies  for molecular detection of tick‐borne pathogens in Romania. 

 ACKNOWLEDGEMENT 

 This work was  supported  by  CNCSIS  – UEFISCSU,  project  number  PNII  –  IDEI  code 

729/2007, director Mariana Ionita, Lecturer, PhD, DVM.  

REFERENCES  

1. Baranton G, Postic D, Saint Girons I, Boerlin P, Piffaretti JC, Assous M, Grimont PA., 1992. Delineation of Borrelia burgdorferi sensu stricto, Borrelia garinii sp. nov., and group VS461 associated with Lyme borreliosis. Int J Syst Bacteriol.;42(3):378‐83. 

2. Burgdorfer W,  Barbour  AG,  Hayes  SF,  Benach  JL,  Grunwaldt  E,  Davis  JP.,  1982.  Lyme disease‐a tick‐borne spirochetosis?. Science. 18;216(4552):1317‐9. 

3. Canica M.M., Nato F., du Merle L., Mazie  J.C., Baranton G., Postic D., 1993. Monoclonal antibodies  for  identification  of  Borrelia  afzelii  sp.  nov.  associated with  late  cutaneous manifestations of Lyme borreliosis. Scand J Infect Dis.;25(4):441‐8. 

4. Centeno‐Lima S, do Rosário V, Parreira R, Maia AJ, Freudenthal AM, Nijhof AM, Jongejan F.,  2003.  A  fatal  case  of  human  babesiosis  in  Portugal:  molecular  and  phylogenetic analysis. Trop Med Int Health.;8(8):760‐4. 

5. Cernaska,  D.,  Paoletti,  B.,  Kral’ova‐Hromadova,  I.,  Iorio,  R.,  Cudekova,  P.,  Milillo,  P., Traversa, D., 2009. Application of a  reverse  line blot hybridisation assay  for  the species‐specific  identification  of  cyathostomins  (Nematoda,  Strongylida)  from  benzimidazole‐treated horses in the Slovak Republic. Vet. Parasitol. 160, 171–174.  

6. Christova  I,  Van  De  Pol  J,  Yazar  S,  Velo  E,  Schouls  L.,  2003.  Identification  of  Borrelia burgdorferi  sensu  lato,  Anaplasma  and  Ehrlichia  species,  and  spotted  fever  group Rickettsiae in ticks from Southeastern Europe. Eur J Clin Microbiol Infect Dis.;22(9):535‐42 

7. Estrada‐Pena  A.,  Jongejan  F.,  1999.  Ticks  feeding  on  humans:  a  review  of  records  on human‐biting  Ixodoidea  with  special  reference  to  pathogen  transmission.  Exp  Appl Acarol.;23(9):685‐715. 

8. Estrada‐Pena  A.,  2009.  Tick‐borne  pathogens,  transmission  rates  and  climate  change. Front Biosci., 1;14:2674‐87 

9. Gubbels JM, de Vos AP, van der Weide M, Viseras J, Schouls LM, de Vries E, Jongejan F., 1999. Simultaneous detection of bovine Theileria and Babesia species by reverse line blot hybridization. J Clin Microbiol.; 37(6):1782‐9. 

10. Ionita M, Howe DK, Lyons ET, Tolliver SC, Kaplan RM, Mitrea IL, Yeargan M., 2010. Use of a reverse  line  blot  assay  to  survey  small  strongyle  (Strongylida:  Cyathostominae) populations  in horses before and after  treatment with  ivermectin. Vet Parasitol.;168(3‐4):332‐7 

11. Jongejan  F,  Uilenberg  G.,  2004.  The  global  importance  of  ticks.  Parasitology.  2004;129 Suppl:S3‐14 

94

Page 97: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași  12. Kaufhold A., Podbielski A., Baumgarten G., Blokpoel M.,  Top  J.,  Schouls  L., 1994. Rapid 

typing of group A streptococci by the use of DNA amplification and non‐radioactive allele‐specific oligonucleotide probes. FEMS Microbiol letters; 119(1‐2):19‐25 

13. Nijhof A.M., Penzhorn B.L., Lynen G., Mollel J.O., Morkel P., Bekker C.P., Jongejan F., 2003. Babesia bicornis  sp. nov. and Theileria bicornis  sp. nov.:  tick‐borne parasites associated with mortality in the black rhinoceros (Diceros bicornis). J. Clin Microbiol, 41(5):2249‐54 

14. Parola P, Raoult D., 2001. Tick‐borne bacterial diseases emerging in Europe. Clin Microbiol Infect.; 7(2):80‐3. Review. 

15. Rijpkema  S.G.,  Molenboer  M.J.,  Schouls  L.M.,  Jongejan  F.,  Schellekens  J.F.,  1995. Simultaneous detection and genotyping of three genomic groups of Borrelia burgdorferi sensu  lato  in Dutch  Ixodes  ricinus  ticks  by  characterization  of  the  amplified  intergenic spacer region between 5S and 23S rRNA genes. J. Clin Microbiol, 33(12):3091‐5 

16. Schnittger L, Yin H, Qi B, Gubbels MJ, Beyer D, Niemann S, Jongejan F, Ahmed JS., 2004. Simultaneous  detection  and  differentiation  of  Theileria  and  Babesia  parasites  infecting small ruminants by reverse line blotting. Parasitol Res.; 92(3):189‐96 

17. Schouls L.M., Van De Pol I., Rijpkema S.G., Schot C.S., 1999. Detection and identification of Ehrlichia, Borrelia burgdorferi  sensu  lato, and Bartonella  species  in Dutch  Ixodes  ricinus ticks. J Clin Microbiol., 37(7):2215‐22  

18. Schwartz JJ, Gazumyan A, Schwartz I., 1992. rRNA gene organization  in the Lyme disease spirochete, Borrelia burgdorferi. J Bacteriol. ; 174(11):3757‐65. 

19. Sparagano  OA,  Allsopp  MT,  Mank  RA,  Rijpkema  SG,  Figueroa  JV,  Jongejan  F.,  1999. Molecular detection of pathogen DNA in ticks (Acari: Ixodidae): a review. Exp Appl Acarol.; 23(12):929‐60. 

20. Steere AC., 1989., Lyme disease. N Engl J Med.; 321(9):586‐96.  21. Traversa, D., Iorio, R., Klei, T.R., Kharchenko, V.A., Gawor, J., Otranto, D., Sparagano, O.A., 

2007. New method  for  simultaneous  species‐specific  identification of equine  strongyles (Nematoda,  Strongylida) by  reverse  line blot hybridization.  J. Clin. Microbiol. 45, 2937–2942. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

95

Page 98: vol_53_2010-1

 PROPOFOL ANAESTHESIA IN DONKEYS IN COMBINATION  

WITH CHLORAL HYDRATE  

Ismail, S.F ; Abd Al‐Galil, A.S.A and Gehan, B.A.Youssef Dept. of Surgery, Anaesthesiology and Radiology, Faculty of Veterinary Medicine 

Benha University.Egypt  

Abstract The anesthesia characterized by bad quality  induction with  strong nervous manifestation after chloral hydrate injection. Nearly all body reflexes disappeared after propofol infusion. .  Complete  analgesia  and  sedation was  achieved  at  4 minutes  after  injection where  the  animals showed no responses to any painful stimuli.  The  heart  rate  in  this  group  showed  gradual  increase  while  the  respiratory  rate  and  body temperature were showed significant decrease. The recovery of the animals characterized by both of the pedal and anal reflexes appeared at 39 minutes after propofol injection .Complete recovery of the animals occurred at 95 minutes with tinny smooth recovery without any signs of nervous manifestation 

 INTRODUCTION 

 Propofol  is  an  alkyl  phenol  derivatives  (  2,  6  di‐iso‐propyl‐phenol).  Only  slightly 

soluble in water and commercially present as an aqueous emulsion containing propofol ( 10mg / ml  ), glycerol  (100mg/ml), soya bean oil  ( 22.5 mg/ml), egg  lecithin  (12mg/ml) and sodium hydroxide to adjust PH. (Branson and Gross, 1994). Propofol  is non barbiturate and relatively non cumulative  intravenous anesthetic agent with rapid  onset  and  recovery.  It  produce  smooth  induction with  possibility  of maintenance  by intermittent injection ( Muir et al.,2007)  Its  effects  are  similar  to  that  of  Sodium  Pentothal.  It  provides  no  analgesia.  Yet  in  some studies, when patients  receive propofol compared  to  inhalation agents  for anesthesia, post‐operative pain is less after propofol.  Propofol is a potent hypnotic currently formulated as oil in water emulsion. Propofol is a short acting,  rapidly metabolized  intravenous  agent  characterized  in man  by  virtual  lack  of  any cumulative  effect  and  by  rapid  recovery  after  its  administration  in  a  bolus  dose  or  by continuous infusion (Branson and Gross, 1994) Propofol is highly protein bound in vivo and is metabolized by conjugation in the liver. Its rate of clearance exceeds hepatic blood flow, suggesting an extra‐hepatic site of elimination as well as  It  has  several mechanisms  of  action,    (Vanlersberghe  and  Camu  ,2008)  both  through potentiation  of  GABA‐A  receptor  activity,  thereby  slowing  the  channel  closing  time,  ( Krasowski, Hong , Hopfinger and Harrison ,2002) and also acting as a sodium channel blocker (Haeseler and Leuwer ,2003) ( Haeseler , Karst , Foadi , Gudehus , Roeder , Hecker , Dengler and Leuwer, 2008)  Recent research has also suggested the endocannabinoid system may contribute significantly to propofol's anesthetic action and to its unique properties.( Fowler, 2004) Propofol  is a short acting hypnotic unrelated  to other general anesthetic agents. Propofol  is provided  in  sterile  glass ampoule  contains no preservatives;  there  fore  the  formulation will support microbial growth and end toxin production (Arduino, Bland and Allister, 1991). Those 

96

Page 99: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 authors added that, because of the microbial growth and the risk of  infection and sepsis any unused propofol should be discarded at the end of the anesthetic procedure.           Propofol is oil at room temperature and insoluble aqueous solution. The concentration of propofol is 10% each 1ml containing l0 mg of the active principle. Hui‐Chn lin, Ram and Tom (1997). Chloral hydrate presented as colorless translucent crystals and has penetrating odor. It metabolized by  liver  into  (tri‐chloro‐ethyl  alcohol), which  in  a  less potent hypnotic. Chloral hydrate  is  a  good  hypnotic  but  a  poor  anesthetic  and  the  amount  needed  to  produce anesthesia  approach  the minimal  lethal  dose  (Reid  ,  Nolan  and Welsh  (1993)  .  El‐Sayad (2006), stated  that the  injection of chloral hydrate  in donkeys  followed by propofol  infusion lead  to  rapid  induction of anesthesia. also added  that  chloral hydrate  followed by propofol induce long time anesthesia and smooth recovery.     

 MATERIALS AND METHODS 

 The present  study was  carried out on 20 donkeys. Collected  from  the  suburban of 

kalyobia governorates were used as experimental model .The animals were apparently healthy and  their  ages  and body weights were  ranged  from 3‐4  years  and 120‐150  kg  respectively. These animals were  collected  to  investigate  the pilot efficacies of propofol alone as well as propofol  combination  with  other  anesthetic  drugs,  according  to  their  physiological, hematological, and neuromuscular effects.   

All  animals  were  fasted  for  about  12  hours  and  freely  given  water  before  being investigated. These investigations were classified into two main parts Before each injection, the jugular vien was cannulated on disinfected clipped skin, the weight of the animal was estimated and the dose of each anesthetic drug was calculated.  The  clinical  signs  of  the  anesthetic  regimen  including:  assessments  of  its  analgesic  effect, duration of its action as well as the time of its recovery were recorded.  The effect of the regimen on the heart and respiratory rates as well as the body temperature were also measured and tabulated. They were recorded before each  injection (0.0 time) and at 5, 10, 20, 30, 60, 120, 180 minutes after injection. 

The anesthesia of each regimen was maintained for 30 minutes and the animals were put under observation  recording  the physiological and  the clinical changes until  the animals become in the sternal and then in the standing position.   A catheter was inserted in the other jugular vein for blood sampling. The blood samples were obtained before injection of each regimen (0.0 time) and at 15, 30, 60 minutes and at 24 hours for the estimation of blood picture, as well as for liver and kidney function tests.  

The animals were injected slowly with 10% chloral hydrate solution in a dose of 5 mg/ 50  kg body weight  then  the  anesthesia was maintained by  intravenous  infusion of 0.2mg  / kg/minute propofol diluted in 5 % dextrose in a ratio of 1:4 respectively. 

 RESULTS  The  anesthesia  characterized  by  bad  quality  induction,  all  animals  of  this  group 

showed  strong  nervous  manifestation  after  chloral  hydrate  injection  (5  mg/  50  kg  body weight) with tremors in the muscles of the limbs, head, neck and the back of the animals. The animals let down on the ground 3 minutes after injection. Nearly all body reflexes disappeared after propofol  infusion. No anal or perennial reflexes by using strong stimuli. The eye reflexes disappear but the eye pupil reflex persist for 4 minutes 

97

Page 100: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

then disappeared. Complete analgesia and sedation was achieved at 4 minutes after  injection where the animals showed no responses to any painful stimuli.  The heart rate  in this group showed gradual  increase  from the preanesthetic value up to 20 minutes (Peak) then returned to normal 2 hour after injection as shown in table (1) The  respiratory  rate showed significant decrease 20 minutes after  injection  (without apnea) then returned back 3 hour after injection as shown in table (1) The body  temperature  showed  significant decrease  throughout  the  time of  the anesthesia, this decrease of the body temperature was evidenced by shivering of the animals especially during the recumbancy period as shown in table (1) The recovery of the animals of this group characterized by shivering of  the animals, both of the pedal and anal reflexes appeared at 39 minutes after propofol injection, long recumbancy period,  the  animal  raise  its  head but  still  recumbent  and  finally  the  animal  became  in  the standing position after several trails to stand, then complete recovery of the animals occurred at 95 minutes with tinny smooth recovery without any signs of nervous manifestation.  Blood analysis:  Blood analysis of the animals given propofol/ chloral hydrate was shown in table 2and 3.  Haemogram: The  red blood  cells  (RBCs)  in  this group  showed non  significant  changes  (7.70 ±1.82) when compared  to  the  base  line  value  (7.75  ±1.75) while  the white  blood  cells  (WBCs)  showed gradual decrease (7.87 ±0.90) when compared to the base line value (8.30 ±0.92), as shown in table 8 and figure 36 and 37 respectively . The hemoglobin  (Hb)  showed non  significant  changes  (12.34 ±0.85) when  compared  to  the base  line  value  (12.78 ±1.11) while  the packed  cell  volume  (PCV)  showed  gradual decrease (44.67 ±2.08)when compared to the base line value (46.33±2.52), as shown in table (2) . GPT  showed gradual decrease  (64.33 ±11.15) when compared  to  the base  line value  (69.00 ±11.14) while GOT showed non significant changes (64.00 ±38.97) when compared to the base line value (64.00 ±43.59), as shown in table (3) The  cholesterol  showed  sudden  increase  15 minutes  after  injection  then  gradual  decrease (143.00 ±15.87) when compared to the base  line value (148.67 ±15.53) and the total protein showed  gradual  decrease  (5.87  ±0.78) when  compared  to  the  base  line  value  (6.03  ±0.80) while the glucose level showed abrupt increase 15 minutes after injection then returned back to gradual  increase  (99.67 ±2.89) when compared  to  the base  line value    (73.33 ±10.97), as shown in table (3) The creatinine showed gradual decrease (1.44 ±0.25) when compared to the base  line value (1.52 ±0.36) while the urea concentration showed  increase (24.67 ±5.13) when compared to the base line value (22.67 ±5.03), as shown in table (3) The albumin  showed non  significant  changes  (2.64 ±0.36) when  compared  to  the base  line (2.76 ±0.30) while the A/G showed gradual increase (0.91 ±0.10) when compared to the base line (0.85 ±0.04), as shown in table (3)     

98

Page 101: vol_53_2010-1

        Tim

e     pa

rameters 

  0 

    5   10

   20

   30

   60

   120 

  180 

 Heart rate 

 63

 ±5.29 

64.67 

±18.15

 67

 ±18.36

 68

 ±16.82

 64.67 

±13.80

 66.67 

±13.32

 58.33 

±6.81 

58.67 

±7.64 

Respiratory 

 18.67 

±2.08 

14 

±2.65 

13 

±2.65 

12.67 

±2.52 

14.67 

±1.15 

15.67 

±1.53 

15.67 

±2.08 

16.33 

±0.58 

Tempe

rature 

 37.47 

±0.64 

36.07 

±0.12 

36.2 

±0.52 

36.17 

±0.38 

36.23 

±0.25 

36.57 

±0.31 

36.6 

±0.69 

36.77 

±0.49 

 Table (1): Show

ing the changes in th

e he

art , respiratory ra

te and

 bod

y tempe

rature  

                            

Table ( 2

 ): Effect o

n bloo

d picture samples ( RB

Cs, W

BCs, Hb and PC

V)   

          

     Tim

e       Pa

rameters 

0 15

30       

60       

24h       

RBCs         

(million/cm

m ) 

7.75

 ±1.75 

7.64

 ±1.58 

7.70

 ±1.82 

7.47

 ±1.39 

7.64

 ±1.68 

WBC

s (cell/cm

m) 

8.30

 ±0.92 

7.93

 ±1.01 

7.87

 ±0.90 

8.20

 ±0.66 

8.40

 ±0.70 

HB 

(gm/dl) 

12.78 

±1.11 

12.51 

±0.71 

12.34 

±0.85 

12.11 

±0.88 

12.00 

±0.66 

PCV % 

46.33 

±2.52 

46.00 

±1.00 

44.67 

±2.08 

43.67 

±3.21 

47.00 

±3.61 

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 

99

Page 102: vol_53_2010-1

                                             Table (3): effect on liver and

 kidne

y functio

ns of animals given prop

ofol / chloralhydrate  

         Tim

e   Parameters  

015

3060

24h 

 GPT

  (u

/L) 

69.00 

±11.14

 66.00 

±12.49

 64.33 

±11.15

 61.67 

±9.50 

66.00 

±13.89

 GOT 

 (u/L) 

148.67

   ±15.53

  

154.33

 ±14.36

 143.00

 ±15.87

  

147.67

 ±16.04

 128.33

 ±11.85

 Ch

olesterol

(mg/ dl) 

64.00 

±43.59

 62.33  

±35.28

 64.00 

±38.97

 63.00 

±40.71

 59.00 

±36.39

  

Creatinin 

(mg/ dl) 

1.52

 ±0.36 

1.48

 ±0.33 

1.44

 ±0.25 

1.25

 ±0.16 

1.39

 ±0.02 

Total protein

(mg/dl) 

6.03

 ±0.80 

5.85

 ±0.75 

5.78

 ±0.78 

5.81

 ±0.86 

5.90

 ±0.79 

Glucose 

(mg/dl) 

73.33 

±10.97

 101.67

 ±11.02

 99.67 

±2.89 

86.33 

±12.70

 94.33 

±10.26

 Urea 

(mg/dl) 

22.67 

±5.03 

24.67 

±3.79 

24.67 

±5.13 

25.67 

±5.13 

23.67 

±4.16 

Album

in 

(gm/dl) 

2.76

 ±0.30 

2.66

 ±0.40 

2.64

 ±0.36 

2.76

 ±0.33 

2.59

 ±0.38 

A/G

 % 

0.85

 ±0.04 

0.83

 ±0.07 

0.84

 ±0.06 

0.91

 ±0.10 

0.79

 ±0.11 

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

100

Page 103: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

DISCUSSION       

In  this  group  we  avoid  the  adverse  effect  of  high  induction  dose  of  propofol  by injection  of  chloral  hydrate  for  induction  of  anesthesia,  and  then  the  maintenance  of anesthesia was done by propofol infusion at rate of 0.2 mg/kg/minute. Chloral  hydrate was  relatively  good  hypnotic  but  poor  analgesic  as  stated  by  Reid  ,  et  al. (1993) and this showed agreement with our results . 

The induction of anesthesia in this group after injection of chloral hydrate was rapid with severe nervous manifestation as vigorous struggling, tremors and stiffness in head, neck and limbs. These finding were agreed with that recorded by Silverman and Muir (1993) , Field (1993) and El‐Sayad (2006). 

 In this group, the induction of anesthesia with chloral hydrate produced a bad quality induction, so the use of sedative tranquilizer to improve the bad condition of the induction of anesthesia as reported by (Silverman and Muir (1993). 

The anesthesia was deep  in all animals of that group and the duration of anesthesia was  longer than that of propofol alone. This result supported by Silverman and Muir (1993), Field (1993) and El‐Sayad (2006).  The  adverse  effect  of  high  induction  dose  of  propofol was  avoided  by  injection  of  chloral hydrate, so  the marked changes  in cardio respiratory parameters were not observed, as  the heart rate showed non significant increase in this group. This finding was similar to that stated by El‐Sayad (2006) in donkeys. 

The respiratory rate in this group showed significant decrease at the first 20 minutes then  returned back by  time  to  the base  line  level. This  result  showed agreement with Field (1993) who added that the respiratory depression occurred in horses anesthetized with chloral hydrate. 

The body  temperature  in  this group  showed  significant decrease and  this decrease was evidenced by shivering of all animals of this group, this similar to the finding of El‐Sayad (2006) in donkeys.   In  this  group  the  recovery  from  combination  of  chloral  hydrate  and  propofol was prolonged  than  that  of  propofol  alone  and  this  showed  agreement  with  the  results  of Silverman  and  Muir  (1993),  Field  (1993)  and  El‐Sayad  (2006)  in  horses  and  donkeys respectively. Those authors added that the main disadvantage of chloral hydrate is that the dose required for inducing general anesthesia causes prolonged recovery. 

The  duration  of  recovery  in  this  group  was  95  minutes.  The  animal  take  long recumbancy  time  then  begin  to  response  to  external  stimuli,  then  raise  the  head  but  still recumbent,  then  attend  to  stand  and  complete  recovery  at  95 minutes. No  nervous  signs recorded.  This  was  augmented  by  Silverman  and Muir  (1993),  Field  (1993)  and  El‐Sayad (2006) in horses and donkeys respectively.   The  use  of  chloral  hydrate  as  induction  drug  with  propofol  infusion  in  donkeys produce  bad  quality  induction  anesthesia,  but  the  anesthesia  was  deep  with  prolonged recovery. However the uses of chloral hydrate reduce the high induction dose of propofol, so reduce the adverse effect and the high cost of using propofol.  

     

101

Page 104: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 REFERENCES 

 Arduino M. J., Bland L. A. and McAllister S. K. (1991): Microbial growth and endotoxin production in the intravenous 

anaesthetic of propofol .Intec Control Hosp Epidem, 12: 535‐539. Branson   K, R and M, E. Gross (1994): Propofol in veterinary medicine; J. Am .Vet. Med. Assoc,; 1292 ‐ 

1246. 204(12): 1888‐1890. El‐Sayad, A. M. M. (2006): Using of propofol as a general anesthetic in equine in comparison with other 

anesthetics. M.V.Sc.Thesis. Tanta univ. Kafr‐El‐ sheikh branch Field, Sc.  (1993): Cardiovascular and  respiratory effects of propofol administration  in hypovolemic dogs. 

Am.J. Vet. Res.; 53: 2323 ‐2327.  Fowler,  CJ.(2004):    "Possible  involvement  of  the  endocannabinoid  system  in  the  actions  of  three 

clinically used drugs." Trends Pharmacol. Sci. Feb;25(2):59‐61.  Haeseler G, Karst M,  Foadi N, Gudehus  S, Roeder A, Hecker H, Dengler R,  Leuwer M.(2008):   High‐

affinity blockade of voltage‐operated skeletal muscle and neuronal sodium channels by halogenated propofol analogues. British Journal of Pharmacology. Sep;155(2):265‐75.  

Hui‐Chu Lin.;Ram,BC, And Tom,TA. (1997): Anesthesia in sheep with propofol or with xylazine ‐ ketamine followed by halofhane. Veterinary Surgery; 26: 247‐252. 

Haeseler G, Leuwer M. (2003): High‐affinity block of voltage‐operated rat IIA neuronal sodium channels by  2,6  di‐tert‐butylphenol,  a  propofol  analogue.  European  Journal  of  Anaesthesiology. Mar;20(3):220‐4.  

Krasowski  ,  Hong  X.,  Hopfinger  A.J,  Harrison  N.L.  (2002):  Analysis  of  a  set  of  propofol  analogues: mapping  binding  sites  for  an  anesthetic  phenol  on  the  GABA(A)  receptor.  Journal  of Medicinal Chemistry. Jul 18;45(15):3210‐21. 

Muir W.W.,Hubell J.A., Bednarski R.M. and Sharda R.T. (2007): Hand Book of Veterinary Anesthesia: 4th Edn. Chap3. Mosby. An Affiliate of Elsevier Inc. Usa, PP: 140‐163. ISBN: (13‐978‐0‐323‐04678‐7), (10: 0‐323‐046789‐9). DOI. 987654321.URL.WWW.elsevier.com. 

Reid,  J.; Nolan AM.  and Welsh, E.  (1993): Propofol  as  induction  agent  in  the goat: a pharmacokinetic study. J. Vet. Pharmacol. Ther. 16 (4): 488‐493. 

Silverman, K. and Muir, M. (1993): Complications associated with general anesthesia of the horses. Vet. Clin. North Am; 3:45‐60. 

Vanlersberghe C, Camu F. (2008): Propofol. Handbook of Experimental Pharmacology. ;(182):227‐52.     

102

Page 105: vol_53_2010-1

 GENOTYPING ESTROGEN RECEPTOR POLYMORPHISM IN PIGS, 

USING THE PCR‐RFLP METHOD  

Adina Maria MANEA, S. E. GEORGESCU, Steliana KEVORKIAN,  Sorina DINESCU, Marieta COSTACHE 

University of Bucharest, Department of Biochemistry and Molecular Biology, Spl. Independentei 91‐95, sector 5, Bucharest 

 Abstract The efficiency of  livestock production  is highly  influenced by  reproductive  success, especially  in multipara  species.  In  the  case  of  the  pig,  litter  size  is  a  basic  economic  factor.  Estrogen  is intimately  involved with pregnancy and  its  function  is mediated  through  the estrogen  receptor, therefore, ER was chosen as a candidate gene to study litter size in pigs. The goal of our study was to genotype the T1665C polymorphism in Landrace, Large White, Pietran and Mangalitza breeds using the PCR‐RFLP method. Our results showed that, by using this technique, it is easy to identify the homozygous (TT or CC), and heterozygous swine. The method presented above is reliable, fast and cost‐effective, and can be successfully applied in the marker‐assisted selection of the pigs.  

Keywords: swine, estrogen receptor gene, polymorphism, PCR‐RFLP.  INTRODUCTION Reproductive traits are of primary  interest  in  livestock because they play a major role  in the efficiency of production. Selection  for  increased number of offspring has been employed  in model species like mice (Nielsen, 1994), pigs (Ollivier and Bolet, 1981; Lamberson et al., 1991; Bidanel et al., 1994) and sheep (Elsen et al., 1994) with only limited success because of the low heritability and the sex‐limited nature of reproductive traits. Steroid  hormones  and  their  receptors  play  an  important  role  in  reproductive  processes (O'Malley,  1990).  Cells  in  target  tissues  have  receptor  proteins  that  specifically  bind  the hormone during the  initial stage  in  its action. Estrogen  is  intimately  involved with pregnancy and its function is mediated through the estrogen receptor (ER). Mutations in this protein have been  implicated in spontaneous abortion and in human breast cancer (Lehrer et al., 1990). It has  been  recently  shown  that  transgenic  mice  containing  a  nonfunctional  ER  gene  have considerable  phenotypic  changes  in  the  reproductive  system  (Korach,  1994).  Therefore,  ER was chosen as a candidate gene to study litter size in pigs. The  first association between  the estrogen  receptor gene and  litter  size was established by Rothschild et al in 1996. He highlighted a restriction fragment length polymorphism (RFLP) in the  α‐estrogen  receptor gene, T1665C, a polymorphism associated with  reproductive  traits, mainly litter size. The results obtained by Rothschild et al were later confirmed by Short et al (1997)  and  Chen  et  al  (2000).  In  all  three  studies  a  positive  association  between  allele  B (C1665C) and litter size was highlighted. Our  goal  was  to  genotype  this  polymorphism  in  the  Landrace,  Large  White,  Pietran  and Mangalitza breeds using the PCR‐RFLP method.  

 MATERIALS AND METHODS We used blood  samples  from 75 pigs of  the  Landrace,  Large White, Pietran and Mangalitza breeds, (S.C. Romsuintest Periş, S.C. Suinprod S.A. Roman), preserved  in EDTA anticoagulant. 

103

Page 106: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

The  isolation of  genomic DNA  from  fresh blood was performed with Wizard Genomic DNA Extraction Kit (Promega).  The  PCR  was  performed  using  a  GeneAmp  9700  PCR  System  (AppliedBiosystems).  The reactions were carried out  in 25‐μl  final volume containing PCR Buffer, MgCl2, 800μM dNTP, 0.48  μM  of  each  primer  (F‐CCCTCTATGACCTGCTGCTG;  R‐TCAGATTGTGGTGGGGAAGTC),  0.5 units  of AmpliTaq Gold DNA  Polymerase,  diluted DNA  and  nuclease‐free water.  PCRs were performed  in 0.2 ml  tubes by 40  cycles with denaturation  at 95ºC  (30s), annealing  at 59°C (30s) and extension at 72°C (60s). The first denaturation step was of 10 minutes at 95ºC and the last extension was of 10 minutes at 72°C.  PCR  products  were  detected  by  electrophoresis  in  2%  agarose  gel  stained  with  ethidium bromide and then digested with restriction endonuclease AvaI at 37°C for 3 hours. Restricted products were analyzed by electrophoresis in 3.2% agarose gel stained with ethidium bromide. For sequencing, we used the same conditions as  in the case of PCR. The amplified fragments were sequenced by ABI Prism 310 Genetic Analyzer, using the ABI Prism ® BigDye Terminator Cycle  Sequencing Reaction Kit after purification with  the Wizard System Kit  (Promega). The sequences were processed using DNA  Sequencing Analysis 5.1  Software  (AppliedBiosytems) and the nucleotide sequences were aligned with the BioEdit program (Hall, 1999) and refined manually.  RESULTS AND DISCUSSIONS For  the  identification of  the T1665C SNP we used  the PCR‐RFLP method. The set of primers was  designed  to  amplify  only  a  185bp  fragment  from  the  α  estrogen  receptor  gene  that contains  the  T(1665)C  SNP.  This  polymorphism  creates  a  new  recognition  site  for  AvaI restriction  endonuclease  (C(T/C)TG(A/G)→C↓(T/C)CG(A/G)).  The  185pb  contains  another restriction site  for enzyme AvaI, at this site there  is no other polymorphism and the enzyme will be cut at this level regardless of the animal genotype. We consider this site as a digestion control site.  The PCR conditions were selected  in such a way that the two primers could amplify the DNA from homozygote (TT or CC) and heterozygote animals. Successful amplification and digestion with AvaI yielded one, two, three or four fragments of 47, 60, 78 and 107 bp depending on the homozygote and heterozygote animals analyzed. For homozygoteTT  pigs  in  the  1665  position we  obtained  two  bands  of  107  and  78bp  and  for homozygoteCC pigs we obtain three bands of 47, 60 and 78bp. In the case of a heterozygote animal, after the digestion with AvaI restriction endonuclease and electrophoresis, we obtain four bands of 47, 60, 78 and 107pb.  In  our  study we  identified  homozygote  (TT  and  CC)  and  heterozygote  animals  for  the  SNP T1665C (Figure 1).   

 Figure 1: Electrophoresis pattern of α estrogen receptor gene fragment after digestion with the AvaI enzyme. Lines 1, 3, 5, 6 – two fragments of 78 and 107pb, indicate homozygous TT pigs; Line 2 – four fragments of 47, 60, 78 and 107pb indicate heterozygous pigs; Line 4 – 

three fragments of 47, 60 and 78pb indicate homozygous CC pigs; Line 7 ‐ uncut PCR product; Line 8 ‐ molecular size marker‐50bp (Promega). 

104

Page 107: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

To confirm our results we sequenced the 185bp fragment from the α‐estrogen receptor gene. Figures 2 and 3  illustrate the profiles of the homozygous TT and CC pig from the region that contains the T1665C SNP.   

 

 Figure 2: The sequence of the region from the PCR product that contains the SNP T1665C 

inside the recognition site for AvaI for a homozygousTT pig.  

 Figure 3: The sequence of the region from the PCR product that contains the SNP T1665C 

inside the recognition site for AvaI for a homozygousCC pig.  The  sequence  alignment  between  a  region  of  the  α‐estrogen  receptor  gene  and  our  PCR products from the homozygous (TT and CC) pigs (figure 4) was done using BioEdit programme.  

 Figure 4: BioEdit fragment sequence alignment of a region of the estrogen receptor gene and our PCR products from homozygous (TT and CC) pigs.   CONCLUSIONS  The major  focus of  this  study was  to  genotype  the  T1665C polymorphism  from  α‐estrogen receptor gene in the Landrace, Large White, Pietran and Mangalitza breeds using the PCR‐RFLP method. This method could help breeders in their forward selection strategy especially in the marker‐assisted selection. Our results showed that, by using this technique, it is easy to identify the animals which have the  favorable allele  for reproduction. The method presented above  is reliable,  fast and cost‐effective,  and  can  be  successfully  applied  in  the  wide‐scale  screening  of  different  pig populations.  

105

Page 108: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

REFERENCES  Nielsen MK  (1994)  Selection  experiments  for  reproductive  rate  in mice  Proceedings of  the  5th World 

Congress on Genetic Applied to Livestock Production (Univ. of Guelph, Guelph, ON, Canada), 19:219‐225. 

Ollivier  L and Bolet G  (1981) La  sélection  sur  la prolificité  chez  le porc: Résultats d'une expérience de sélection sur dix générations. J. Rech. Porcine France 13:261‐268. 

Lamberson WR,  Johnson  RK,  Zimmerman  DR  and  Long  TE  (1991)  Direct  responses  to  selection  for increased litter size, decreased age at puberty, or random selection following selection for ovulation rate in swine. J. Anim. Sci. 69:3129‐3143. 

Bidanel JP, Gruand J and Legault C (1994) An overview of 20 years of selection for litter size in pig using “hyperprolific”  scheme  Proceedings  of  the  5th World  Congress  on  Genetic  Applied  to  Livestock Production (Univ. of Guelph, Guelph, ON, Canada), Vol. 17, pp. 512‐515. 

Elsen JM, Bodin L, Francois D, Poivey JP and Teyssier J (1994) Genetic improvement of litter size in sheep Proceedings of the 5th World Congress on Genetic Applied to Livestock Production (Univ. of Guelph, Guelph, ON, Canada), Vol. 19, pp. 237‐243. 

O'Malley  B  (1990)  The  steroid  receptor  superfamily: more  excitement  predicted  for  the  future. Mol. Endocrinol,. 4, 363‐369. 

Lehrer S, Sanchez M, Song HK, Dalton J, Levine F, Savoretti P, Thung SN. & Schachter B (1990) Oestrogen receptor  β‐region  polymorphism  and  spontaneous  abortion  in women with  breast  cancer.  Lancet 335, 622‐624. 

Korach KS.  (1994)  Insights  from the study of animals  lacking  functional estrogen receptor. Science 266, 1524‐1527. 

Chen KF, Huang LS, Li N, Zhang Q, Luo M, Wu CX (2000) The genetic effect of estrogen receptor (ESR) on litter size traits in pig. Yi Chuan Xue Bao 27:853–857. 

Short TH, Rothschild MF, McLaren DG, Southwood OI, Devries AG, Van der Steen A, Tuggle CK, Helm J, Vaske DA, Mileham AJ, Plastow GS (1997) Effect of the estrogen receptor locus on reproduction and production traits in four commercial pig lines. Journal of Animal Science 75:3138–3142. 

Rothschild MF, Jacobson C, Vaske D, Tuggle C, Wang L, Short TH, Eckardt G, Sasaki S, Vincent A, McLaren D, Southwood O, Van der Steen H, Mileham S and Plastow G (1996) The estrogen receptor  locus  is associated with a major gene influencing litter size in pigs. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93:201‐205 

Hall  TA.  (1999) BioEdit:  a user‐friendly biological  sequence  alignment editor  and  analysis program  for Windows 95/98/NT. Nucl. Acids. Symp. Ser. 41:95‐98. 

 

106

Page 109: vol_53_2010-1

 COMPARATIVE TESTING OF SOME EXPERIMENTAL MODELS OF 

OXYGEN INDUCED RETINOPATHY IN YOUNG RATS.  HISTOLOGICAL STUDY. 

  Miclăuş V1., Anne Claudia Ştefănuț2, Adriana Mureşan3,  

 C. Ober1, V. Rus1 1FACULTY OF VETERINARY MEDICINE CLUJ‐NAPOCA 

2CLINIC EMERGENCY HOSPITAL CLUJ‐NAPOCA 3UNIVERSITY OF MEDICINE AND PHARMACY  

”IULIU HAȚIEGANU” CLUJ‐NAPOCA, [email protected]  

Abstract: The influence of O2 concentration on the development and maturation of the retina was tested  on  two  groups  of  newborn  rats,  one  group  subjected  to  hyperoxia  and  the  other  to variations of the concentration of O2 (hyperoxia/hypoxia). Results were assessed on histological sections.  The  occurrence  of  retinal  cytoarchitectural  changes  in  both  experimental  groups was observed, but with big differences between them. In case of group with hyperoxia, they appeared only  in some animals  (22%) and had regional character, while  in group with hyperoxia/hypoxia, the procent was 100% and tended to generalize. These aspects demonstrate the negative effects of  inadequate  concentration of O2  on  retinal development,  variable  concentration being more harmful than a constant hyperoxia. 

Keywords: rat; retinopathy; histology 

INTRODUCTION 

The newborn rats have an immature visual system and the eyes are closed. After birth, the rat visual  system  gradually  matures,  the  eye  opening  can  be  done  after  14  days.  Stage  of development  of  retinal  vascularization  in  newborn  rat  is  comparable  to  that  of  an  human premature  L4‐5  month  of  gestation  (Gyllensten  and  Hellström,  1954)  and  the  retina  is extremely  immature  at birth,  comparable with  that  of  a  human  fetus  of  26 weeks  .  (Ricci, 1990).  Retinal  vascularization  of  newborn  rats  matures  in  the  first  two  postnatal  weeks (Cairns, 1959). Postnatal maturation of the visual system in rats, make that it can be used as an experimental model for diseases that can occur during the final period of retinal maturation. Maturation of human primary visual system is normally realised on intrauterine life (Dorfman et al. 2008). But in premature newborn, the final part of retinal development and maturation takes  place  extrauterine  (in  incubator)  in  circumstances  that  are  sometimes  different  from those optimal, necessary to carry out this delicate process. In some cases, premature humans receiving  high  levels  of  O2  in  order  to  compensate  an  unstable  pulmonary  status.  But increased  levels of oxygen, can cause severe vasoconstriction and vaso‐obliteration, followed by  an  abnormal  proliferation  of  retinal  vessels  when  it  returned  to  normoxia,  with  the occurrence of oxygen‐induced retinopathy (OIR). Direct relationship between oxygen and OHR was  supported  by  several  authors  (Michaelson,  1948,  Campbell  1951, Ashton  et  al.,  1954). Dorfman  et  al.  (2008),  confirmed  the  anterior  studies  that  demonstrated  increased susceptibility of  the  retina  to hypoxemia  in  the  first week of  life,  saying  that  in addition  to vascular  changes which may be  reversible,  cytoarchitectural  irreversible  retinal  changes  can occur.  As  in  human  subjects,  exposure  of  young  rats  to  postnatal  hyperoxia  can  cause 

107

Page 110: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

apparition of OIR (Smith et al., 1994; Reynaud et al., 1994; Madan and Penn 2003, Hardy et al., 2005).  Some  authors  have  argued  that  variation  of  oxygen  concentration  produces more severe  retinopathy  than  just  exposure  to  hyperoxia  (Pennet  al.,  1993,  Penn  et  al.  1995). Although there have been numerous  investigations that have attempted to clarify the causes for the appearance of OIR, there are still many questions related to the etiology of this severe disease.  MATERIALS AND METHODS Animals used  in  this study were white rats, Wistar  race,  female with newborns, with a birth weight of about 10g. Experimental study was performed at the Department of Physiology from University  of Medicine  and  Pharmacy  Cluj‐Napoca.  Three  groups  were  realised:  a  control group and two experimental groups. The control group was composed from a female rat and her newborn rats(7), which were placed  in an  incubator together with  its mother, at 4 hours after birth,  in conditions of normoxia  for 21 days. Conditions of  incubation: temperature 23‐24OC,  cyclic  exposure  12  day/12  darkness,  using  white  artificial  light  200  lux,  feeding  of newborn rats being ensured through maternal lactation, ad libitum from the mother. The first experimental group  (hyperoxia group), consisting  from a  female  rat and  its 9 newborn  rats, were placed  in an  incubator  in conditions of normoxia  for 7 days,  then 5 days of hyperoxia (80%)  and  the  last  9  days,  in  normoxia  conditions  again.The  second  experimental  group (hyperoxia/hypoxia group), formed from a female rat and  its 7 newborn rats, were placed  in conditions of normoxia for 7 days, than then five days in alternating daily periods of hyperoxia  (80% for 22  , 5ore) with hypoxia (10% for 1hr), and for hygiene of the  incubator and mother feeding were used 0.5 hours.To achieve hyperoxia, a mobile oxygen concentrator adapted to the  incubator was  used,  and  hypoxia was  achieved  by  placing  the  incubator  in  baroroom. Slaughter of the rats was performed on day 21, after a sedation with ketamine 6 mg/kgc (Oana et  al.  2006).  The  eye  globes  were  enucleated  for  histopathological  examinations.  An aproximatively  3  mm  incision  was  made  in  the  central  area  of  the  cornea  (to  facilitate penetration of  fixative), then eye globes were  fixed  in Stieve mixture  for 24 hours. Then the eye  globes  were  sectioned  at  limbus,  under  microscopic  control,  carefully  removing  the cornea,  lens and vitreous. The pieces were then dehydrated with ethyl alcohol, clarified with butyl alcohol  (n‐butanol) and  included  in paraffin. Serial sections of 5μ  thick were obtained, then  its were stained with Goldner’s trichrome method. Examination of stained sections was made at an Olimpus BX41 microscope.  RESULTS AND DISSCUTIONS  Young  rats  from  the  control  group,  showed  after  21  days  from  starting  the  experiment  a normally developed retina, with typical layout in layers and normal vascularization (Fig. 1). In none of the animals from control group were not identified structural changes, suggesting that maintenace  the  rats  under  normoxia  conditions,  ensure  appropriate  conditions  for  normal development of  the  retina.  In  case of  rats  from experimental  group with hyperoxia,  retinal structural changes were observed in two of the nine rats studied. Changes were present in the photoreceptor cell layer and had regional character. Were also observed areas where, because of  proliferation  of  photoreceptor  cells,  extern  nuclear  layer  presents  regional  thickening, resulting in zonal retinal thickening, which appears protruding into the respective area (Fig. 2). In other areas, groups of photoreceptor cells migrated into the internal nuclear layer (Fig. 3), or toward the pigmented layer (Fig. 4) have been identified  

108

Page 111: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

Another situation was observed in the second experimental group, the group with alternation hyperoxia  /  hypoxia.  In  this  group  retinal  structural  changes  in  all  animals  studied  were identified.They  are  different  regarding  the  extension  from  an  animal  to  another,  observing from changes with regional character to the tendency to generalize. Folds more or  less deep were also observed, sometimes covering half of the thickness of the retina  (Fig. 5). They are formed  through zonal separation of photoreceptor cells,  from  the pigmented  layer.  In other areas, polymorphic rossetes both  in shapes and sizes were observed.  (Fig.6.).  In some areas, structural disorganisation  is so  important, so that structural components appear mixed, with almost complete disappearance of the characteristic disposition on the layers (Fig.7). The vast majority of structural changes are irreversible. It seems that, largely, these structural changes are due to abnormal proliferation of blood vessels which appear large or very large in optical fibers  layer  (Fig. 8). Smaller vessels are detached  from  these  large vessels, which penetrate deeper, where branched  and  appears  to participate  in  structural disorganization, beginning with the photoreceptor cell layer, which is partial detached from the pigmented layer. Results obtained  in this experiment reveal that prolonged exposure to hyperoxia caused the apparition of regional structural changes, mild or moderate in intensity in some animals taken in  the  experiment.  Beauchamp  et  al.  (2004)  stated  that  continuous  exposure  to  hyperoxia favors  vasoconstriction  with  obliteration  and  stop  developing  vessels  towards  the  retinal periphery in response to increased levels of O2. After returning to conditions of normoxia, an exaggerated neovascularization  is unleashed, as a result of  inadequate blood flow, a hypoxic one.  (Moore,  1990,  Patz  and  Payne,  1998).  Comparing  with  hyperoxia,  hyperoxia/hypoxia alternation  induced severe cytoarchitectural changes having tendency of generalization, that seems to be largely determined by an excessive neovascularization. Somewhat similar results were reported by Penn et al. (1993) who said first that variations of O2 concentration, produce a more  consistent  retinopathy  compared  with  constant  concentrations  (hyperoxia).  In  his experimental model  (40/80 O2  concentrations), he obtained  retinopathy  in 66% of  animals studied. By alternating exposure  to O2, 50% one day, next day 10%  in  the  first 14 days and then normoxia until day 20, neovascularization was obtained in 100% of animals taken in study (Penn et al. 1994, Berkowitz 1996). Similar results were obtained by Cummingham et al. (2000) in their experimental model in which rats were exposed 14 days at alternating concentrations of  O2,  followed  by  normoxia,  with  apparition  of  retinopathy  in  100%  of  animals  used  in experiments.  Dorfman  (2008)  argued  that  vascular  changes  may  be  reversible,  but cytoarchitectural and functional retinal changes are irreversible. The  aspects  observed,  confirmed  that  an  inadequate  concentration  of  O2  can  negatively influence  the  development  and  maturation  process  of  the  retina.But  these  changes  are dependent  on  oxygen  concentration  and  especially  on  its  concentration  variation,  aspects good    highlighted  in  the  two  experimental models  studied.  In  the  group  with  hyperoxia, structural  changes  occurred  only  in  some  animals  in  the  study,  but  these  had  a  regional character  and  were  not  very  severe.  In  case  of  model  hyperoxia/hypoxia,  retinal cytoarchitectural  changes  occurred  in  100%  of  animals  studied,  although  there  were differences between  them  in  terms of  extention  and  severity of  injuries. By  comparing  the results obtained in two experimental models, the fact that changes in oxygen concentration is more harmful than hyperoxia is confirmed. 

 

 

 

109

Page 112: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

CONCLUSIONS 1.  Results  obtained  in  this  experiment  confirm  that  an  inadequate O2  concentrations may adversely  influence  the  development  and maturation  process  of  newborn  rats  retina, with appearance  of  cytoarchitectural  changes, whose  extension  and  severity  are  dependent  on oxygen concentration and especially its concentration variations. 2.  In case of group exposed to constant hyperoxia, only  in 22% of animals studied moderate severity  structural  changes occurred, with  regional  character,  affecting only  a  small part of photoreceptor cells. 3.  In  case  of  group  exposed  to  hyperoxia/hypoxia,  in  100%  of  animals  studied  appeared cytoarchitectural  bilateral  retinal  changes,  severe  and  in  most  cases  with  tendency  of generalization and irreversible trend, with some differences from one animal to another. 4. By comparing the results obtained  in two experimental models,  is confirmed the  fact that variation  of  oxygen  concentration  is  more  harmful  than  hyperoxia,  causing  severe  and irreversible cytoarchitectural abnormalities, with retinal functional failure.  

 Fig.1. Control group ‐ normal structure (Goldner’s Trichrome ob. 40X)  

  

Fig. 2. Hyperoxia group (Goldner’s Trichrome ob. 40X ) 1. Regional thickening of photoreceptor cells layer 

2. Regional thickening of the retina 

1

2

110

Page 113: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 

 

Fig. 3. Hyperoxia group (Goldner’s Trichrome ob. 40X ) 1. Group of photoreceptor cells migrated in internal nuclear layer 

  

Fig. 4. Hyperoxia group (Goldner’s Trichrome ob. 40X) 1. Group of photoreceptor cells migrated toward pigmented layer 

  

111

Page 114: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 Fig.5. Hyperoxia/hypoxia group ( Goldner’s Trichrome ob. 40X) 

1. Deep folds, 2. Regional thinness of the internal nuclear layer 

 Fig. 6. Hyperoxia/hypoxia group (Goldner’s Trichrome ob. 40X) 

1. Polymorph rossetes 2. Regional disasapearance of the rods and cones 

3.  

 Fig. 7. Hyperoxia/hypoxia group (Goldner’s Trichrome ob. 40X ) 

1. Structural disorganization of the 1‐5 layers 2. Regional thinness of the internal nuclear layer 

1

2

1

2

112

Page 115: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 

 Fig. 8. Hyperoxia/hypoxia group (Goldner’s Trichrome ob. 40X) 

1. Exaggerated angiogenesis 2. Polymorph rossetes 

3. Regional disasapearance of the rods and cones  REFERENCES 

1. Ashton N, Ward B, Serpell G., Effect of oxygen on developing retinal vessels with particular reference to the problem of retrolental fibroplasia. Br J Ophthalmol 1954; 38:397‐432. 2.  Beauchamp MH, Sennlaub F, Speranza G, et al. Redox‐dependent effects of nitric oxide on microvascular  integrity  in oxygen‐induced  retinopathy. Free Radic Biol Med. 2004;37(11):1885–1894. 3.  Berkowitz BA. Adult and newborn rat inner retinal oxygenation during carbogen and 100% oxygen breathing. Invest OphthalmolVis Sci. 1996;37:2089–2098. 4. Cairns  J.E.,  Normal  development  of  the  hyaloid  and  retinal  vessels  in  the  rat”‐Brit.  J. Ophthal.1959 43, 385 5. Campbell K.,  Intensive oxygen  therapy  as a possible  cause of  retrolental          fibroplasia;  a clinical approach. Med J Aust 1951;2:48‐50. 6. Cunningham S, McColm JR, Wade J, Sedowofia K, McIntosh N, Fleck B., A novel model of retinopathy of prematurity simulating preterm oxygen variability in the rat. Invest Ophthalmol Vis Sci 2000; 41:4275‐80. 7. Dorfman  A,  Dembinska  O,  Chemtob  S,  Lachapelle  P.,  Early manifestations  of  postnatal hyperoxia on  the  retinal  structure and  function of  the neonatal  rat.  Invest Ophthalmol Vis Sci, 2008,  49:458–466 8. Gyllensten  LJ,  Hellstrom  BE.,  Experimental  approach  to  the  pathogenesis  of  retrolental fibroplasia. I. Changes of the eye induced by exposure of newborn mice to concentrated oxygen. Acta Paediatr Suppl 1954; 43:131‐48. 9. Hardy  P,  Beauchamp  M,  Sennlaub  F,  et  al.  New  insights  into  the  retinal  circulation: inflammatory  lipid mediators  in  ischemic retinopathy. Prostaglandins Leukot Essent Fatty Acids. 2005;72(5): 301–325. 10.  Madan  A,  Penn  JS.  Animal  models  of  oxygen‐induced  retinopathy.  Front  Biosci  2003; 8:d1030‐43. 11. Michaelson  I.  The mode  of  development  of  the  vascular  system  of  the  retina with  some observations  on  its  significance  for  certain  retinal  disorders.  Trans  Ophthalmol  Soc  UK 1948;68:137–80. 

3

113

Page 116: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

12.  Moore, A.  (1990) Retinopathy of prematurity Taylor, D eds. Pediatric Ophthalmology 365‐375 Blackwell Scientific Boston.Patz A.The effect of oxygen on  immature  retinal vessels.  Invest Ophthalmol Vis Sci 1965; 6:4:988‐999. 13. Oana  L.,  A.  Timen,  Fl.  Beteg,  Anesteziologie  şi  propedeutică  chirurgicală  veterinară,  Ed. Risoprint, 2006, Cluj‐Napoca. 14. Patz A, Payne,  JW, Retinopathy of prematurity  (retrolental  fibroplasia) Tasman, W  Jaegen, EA  eds.  Duane’s  Foundations  of  Clinical  Ophthalmology  ,  (1998)  1‐19  Lippincott Williams  & Wilkins Philadelphia.  15.  Penn  JS,  Tolman  BL,  Lowery  LA.,  Variable  oxygen  exposure  causes  preretinal neovascularization in the newborn rat. Invest Ophthalmol Vis Sci 1993; 34:576‐85. 16.  Penn  JS,  Tolman BL, Henry MM., Oxygen‐induced  retinopathy  in  the  rat:  relationship  of retinal nonperfusion to subsequent neovascularization. Invest Ophthalmol Vis Sci 1994; 35:3429‐35. 17. Penn  JS,  Henry MM,  Tolman  BL.  Exposure  to  alternating  hypoxia  and  hyperoxia  causes severe  proliferative  retinopathy  in  the  newborn  rat.  Pediatr Res  1994;  36:724‐31.  Erratum  in: Pediatr Res 1995; 37:353. 18. Reynaud X, Dorey CK., Extraretinal neovascularization  induced by hypoxic episodes  in  the neonatal rat. Invest Ophthalmol Vis Sci.1994;35(8):3169–3177.  19. Ricci B., Oxygen‐induced retinopathy in the rat model. Doc Ophthalmol. 1990;74(3):171–177. 20. Smith  LE, Wesolowski  E, McLellan  A,  Kostyk  SK,  D'Amato  R,  Sullivan  R,  D'Amore  PA., Oxygen‐induced retinopathy in the mouse. Invest Ophthalmol Vis Sci 1994; 35:101‐11.  

114

Page 117: vol_53_2010-1

 

EXPRESSION OF THE VIMENTIN MARKER IN DOG MELANIC CUTANEOUS TUMORS 

 Moussa Raouad.,C Catoi., B Sevastre., M Taulescu.,  

P Bolfă., A Gal., ,F.A Tabaran., A.L Nagy.,C CUC.   

Pathology Department, Faculty of Veterinary Medicine,  University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine, Cluj‐Napoca, Romania, 

Email:[email protected].  

Vimentin  is an  intermediate  filament  that  is expressed by mesenchymal and neuroectodermal cells  in  normal  tissues.(4) Melanoma  showed  positive  staining  of  intermediate  filaments with antibodies to vimentin, with cells containing  large numbers of melanosomes being stained  less strongly  in general. Vimentin  is type   of  intermediate  filaments can distinguish melanoma  from undifferentiated carcinoma, but not from lymphoma or sarcoma.(2) Methods: We  investigated  the  immunohistochemical  expression  Vimentin marker  ,  in  tumour tissues  of    4  dog  cutaneous  melanomas  and  2  dog  cutaneous  melanocytomas    as  possible evidence  of marked  cells  by  vimentin  .  In  addition we  investigated  the  relationship  between vimentin expression and macroscopic,microscopic aspect. 6  cases  were  positive  (2  melanocytoma,  4  melanomas),  ,  6  cases  were  positive (2melanocytoma,4melanoma). Percentag of marked cells by vimentin were between  (65.18% – 97.40%).The  high  percentages  of marked  cells were  in melanotic  tumors  no  have  connective activity. the high percentages were  in melanotic tumors that  localized  in global eye and perineal region and moderate  in  a  buccal  region.  I  did,nt  find  legation  between  percentage  of  vimentin  and tumor types (benign or malignant).   Conclusions:  the  high  percentage  of  vimentin  immunoreactivity  is  in  perineal  and  global  eye region and in melanotic tumors no have connective.the moderate percentage is in buccal region and melanic  tumors have a connective activity, and nu exist  legation between  tumor  type and percentage of marked cells.  

Key words: Immunohistochemistry, Vimentin, Melanic Tumors, Dog.  

INTRODUCTION  Vimentin  (57  kDa)  is  the most ubiquituos  intermediate  filament protein  and  the  first  to be expressed during cell differentiation. All primitive cell types express vimentin but in most non‐mesenchymal  cells  it  is  replaced  by  other  intermediate  filament  proteins  during differentiation.(1‐3) Vimentin is expressed in a wide variety of mesenchymal cell types  fibroblasts, endothelial cells etc.,  and  in  a  number  of  other  cell  types  derived  from mesoderm,  e.g., mesothelium  and ovarian  granulosa  cells.  However,  in  non‐vascular  smooth  muscle  cells,  vimentin  is  often replaced by desmin.  In striated muscle, vimetin  is also replaced by desmin. However, during regeneration, vimentin  is reexpressed. Cells of the  lymfo‐haemopoietic system (lymphocytes, macrophages etc.) also express vimentin, sometimes in scarce amounts. ( 3) Vimentin  is  also  found  in  mesoderm  derived  epithelia,  e.g.  kidney  (Bowman  capsule), endometrium and ovary (surface epithelium), in myoepithelial cells (breast, salivary and sweat glands), an in thyroid gland epithelium. In these cell types, as in mesothelial cells, vimentin is coexpressed with cytokeratin. Furthermore, vimentin is detected in many cells from the neural 

115

Page 118: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

crest.  Particularly  melanocytes  express  abundant  vimentin.  In  glial  cells  vimentin  is coexpressed with glial filament acidic protein (GFAP). (3) Vimentin  is  present  in  many  different  neoplasms  but  is  particulary  expressed  in  those originated from mesenchymal cells Sarcomas e.g., fibrosarcoma, malignt fibrous histiocytoma, angiosarcoma, and leio‐ and rhabdomyosarcoma, as well as lymphomas, malignant melanoma and schwannoma.(5‐6‐7) Melanoma  showed positive  staining  of  intermediate  filaments with  antibodies  to  vimentin, with cells containing large numbers of melanosomes being stained less strongly in general.(4) This  type  of  intermediate  filaments  can  distinguish  melanoma  from  undifferentiated carcinoma, but not from lymphoma or sarcoma.(4) The aim of the present this paper is to use computerized image analysis to measure vimentin antibody    in  a  series  of  canine  melanocytic  tumors  to  assess  density  of  marked  cells  by vimentin,  and  to  correlate  percentage  of marked  cells  by  vimentin   with macroscopic  and microscopic aspect.  

MATERIALS AND METHODS  ●The  material  of  our  investigation  was  constituted  of  cadavers  from  the  discipline  of morphopathology and necropsy diagnostic, and also as samples sent  from  the surgery clinic and  private  practitioners,  for  diagnostic  purpose.  From  all  cadavers  and  samples  examined between  2001–  2010,  6  cases  were  diagnosed  with  4  dog  cutaneous  melanomas  and  2 melanocytomas.   ● The samples were formalin fixed, then tissue sections   were stained with hematoxylin and eosin for histology study. ●For  Immunohistochemistry  (IHC),  tissue  sections  of  test  samples  were  stained  for  CD31 (monoclonal Mouse Anti‐Vimentin Clone Vim 3B4, Code‐Nr.m7020, Dako Denmark A/S) and developed with the diaminobenzidine (DAB) chromogen. ●Percentage of marked cells was assessed randomly by choosing immunolabeled vessels on a 400x  field  (40x  objective  and  10x  ocular)  and  using  an  automated    image  analysis  system (Olympus cell B). 300 cells per tumor were examined.  Images were captured by using a microscope  (Olympus BX51) connected  to a video camera (Olympus DP25), stored in the digital memory, and shown on the monitor. Manual outlining of pecentange of marked cells were then calculated based on image analysis.     

RESULTS AND DISCUSSIONS  

In  the period 2001  –  2010  in  the  Pathology Department, were diagnosed  4 dog  cutaneous melanoma  and  2  dog  cutaneous  melanocytoma  histological  and  with  vimentin immunoreaction see to(Table 1)  

        

116

Page 119: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 

Table 1:Results of dog cutaneous melanotic tumors ( histological , CD31 immunoreaction)   Number  81958  81693 78773 81783 81084  75688

HISTOLGY 

Date  04 ‐02‐2010 

15‐9‐2009 

01.07.2005 

03‐11‐2009  

15‐11‐2008   

25‐04‐2001 

Breed  Irish Setter 

Doberman 

Metis Tickle Giant schnauzer   

M/F… age 

F 13 years 

M  9 yeas 

F 6 years F 7years M 9 years  ‐

Region  Buccal cavity  

Mandibular 

Cutaneous‐sacral, 

Eye global 

Neck in dorsal face 

Knee

Diagnostic 

Amelanotic  melanoma 

Junctoinal dermal amelanotic melanoma 

dermal amelanotic Melanocyto

ma 

amelanotic melanoma 

Hyperplasia melanocytes (lentigo ) benign  

Amelanotic melanoma 

Cells microscopic type 

Epithelioid type 

Epithelioid type 

Spindle type 

Epithelioid type 

Spindle cells 

Epithelioid 

Nr  of mitosis 

3  14 3       7       No  4 

Lymphocyte infiltrate 

 

intense  intense reduced moderate 

No  reduced

Necrosis   intense  intense reduced reduced No  reduced

Connective activity 

Yes  Yes No No Yes  Yes

Clark's Clasification 

4  4 4 4 ‐  4

Vimentin 

Percentage of marked cell  

69.18%  64.012% 93,67% 97.40% 65.18%  77.54%

 

117

Page 120: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 Figure (1): Amelanotic melanocma immunoreactivety with vimentin  that stained  a lot of cells 

in high‐power Field, black arrow indicates to marked cells by vimentin and white arrow indicate to fibroblast cell no marked by vimentin.(400x) 

 

   Figure (2) vimentin immunoreactivity with epithelioid melanoma  that stained a moderate 

percentage of cells Yellow arrows indicate to marked cells and white arrow indicate to cells no marked(400x). 

 

 Figure(3): melanocytoma immunorecativity with vimentin  that marked a spindle type cells, 

arrow indicates to these cells. (400x)  

118

Page 121: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

   Figure (4) vimentin immunoreactivity with epithelioid melanoma cells, yellow arrow indicate 

to marked cells while white arrow indicate to fibroblast no marked . (1000x).   

●6 cases were positive (2melanocytoma,4melanoma)  ●Percentag of marked cells by vimentin were between (65.18% – 97.40%). ●The  high  percentages  of  marked  cells  were  in  melanotic  tumors  no  have  connective activity(fig1), but  the moderate percentages were  in melanotic  tumors  that have connective activity (fig 2) . ●The  high  percentages were  in melanotic  tumors  that  localized  in  global  eye  and  perineal region (fig 1) But the moderate percentage were in  melanotic tumors that localized in buccal region.(fig 2)  ●Vimentin did,nt  stain  fibroblast  cells and  this  is  inverse what he  said  (refer‐3): Vimentin  is expressed in a wide variety of mesenchymal cell types  fibroblasts, endothelial cells etc.(3) fig‐4.  ●I did,nt find legation between percentage of vimentin and tumor types (benign or malignant).   

 CONCLUSIONS 

 1. In  the  interval  2001  –  2010    six  dogs were  diagnosed with  cutaneous melanocytic 

tumours. 2. The affected dogs were between 6 and 14 years old. 3. 6 cases were vimentin positive (2 melanocytoma , 4 melanoma ) . 4. The high percentage of vimentin immunoreactivity is in perineal and global eye region 

and the moderate percentage is in buccal region. 5. The  high  percentage  of  vimentin  immunoreactivity  is  in melanotic  tumors  no  have 

connective(2  cases)  activity and  the moderate percentage  is  in melanic  tumor have connective tissue(4 cases) 

6.  Vimentin doesn’t stain fibroblast 7. It isn’t exist legation between tumor type and percentage of marked cells by vimentin. 

  

119

Page 122: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

REFERENCES  1‐ Azumi, N., Battifora, H. 1987‐ The distribution of vimentin and keratin  in epithelial and nonepithelial neoplasms. A comprehensive  immunohistochemical study on  formalin‐ and alcohol‐fixed  tumors. Am  J Clin Pathol;88:286‐96.  

2‐ Caselitz J, M Jänner, E Breitbart, K Weber, M Osborn., 1983 ‐ Malignant melanomas contain only the vimentin type of intermediate filaments.  Virchows Arch A Pathol Anat Histopathol 400: 43‐51. 3‐ Katsumoto T., Mitsushima A., Kurimura T. 1990 ‐ "The role of the vimentin intermediate filaments in rat 3Y1 ):579‐84. 7‐ Ramaekers FCS, Vroom TM, Moesker O, et al. 1985 ‐ The use of antibodies to  intermediate filament proteins in the differential diagnosis of lymphoma versus metastatic carcinoma. Histochem J.;17:57.cells elucidated by  immunoelectron microscopy  and  computer‐graphic  reconstruction". Biol Cell 68  (2): pp. 139–46. 4‐ koenig a,  j. wojcieszyn, b. r. weeks, AND  J. F. MODIANO.,2001‐ Expression of S100a, Vimentin, NSE, and Melan  A/MART‐1  in  Seven  Canine Melanoma  Cell  Lines  and  Twenty‐nine  Retrospective  Cases  of Canine Melanoma Vet Pathol 38:427–435  5‐ Lang SH, Hyde C, Reid IN, Hitchcock IS, Hart CA, Bryden AA, Villette JM, Stower MJ, Maitland NJ. . 2002 ‐   Enhanced  expression  of  vimentin  in  motile  prostate  cell  lines  and  in  poorly  differentiated  and metastatic prostate carcinoma. Prostate Sep 1;52(4):253‐63. 

6‐Niveditha  SR,  Bajaj  P.,  2003‐  Vimentin  expression  in  breast  carcinomas.  Indian  J  Pathol Microbiol Oct;46(4). 

120

Page 123: vol_53_2010-1

 

ON THE SHAPE OF THE ERYTHROCYTES FROM  SOME HERBIVORE MAMMALS 

 S.OANCEA1, G.PAVEL1, A.V.OANCEA2  

 1University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine, Iasi, lioancea@univagro‐iasi.ro 2“Al.I.Cuza”University, Iasi 

 The shape of a normal erythrocyte  is a biconcave disc  (discocyte) which represents an equilibrium state. Red cells can easily undergo shape transformations in vitro under the influence of  certain agents and  these  changes are  reversible by  removal of  causative agents by  the addition of antagonists. On  the other hand,  there are  some mammals which have elliptical erythrocytes as an adaptation to the environment and way of life. In  this  work  the  analysis  of  the  erythrocyte  shape  for  some  herbivore mammals  is presented. Our result shows that llama has only elliptical erythocytes, the cow and the sheep  have  discocytes  but  goat  has  a  percent  of  7.3%  and  goat  kid  17.5%  as elliptocytes. In addition the erythrocyte eccentricity has been computed and it is 0.87 for llama, 0.73 for goat and 0.77 for goat kid.     Key words:  mammal blood, RBCs, erythrocyte shape 

 INTRODUCTION    

The shape of a normal erythrocyte is a biconcave disc (discocyte) which represents an equilibrium  state.  Red  cells  can  easily  undergo  shape  transformations  in  vitro  under  the influence of certain agents and these changes are reversible by removal of causative agents by the  addition  of  antagonists.  The mechanism  by which mature  red  blood  cells  change  their shape under physiological and pathological  conditions has been  the  subject of  considerable interest. The dominating interpretation of shape changes is explained by differential increase in surface area of the two leaflets of erythrocyte membrane. 

Several  groups  have  reported  that  drug‐induced  shape  changes  of  erythrocytes  as elliptocytes are accompanied by alterations  in  their  flow properties  [1]. These alterations  in the erythrocytes could be through direct modification of the cell geometry (surface to volume ratio) or through associated alteration of  the membrane skeleton. Thus an  inter‐relationship exists  between  the  capacity  of  the  cell  for  the  shape  change  and  the  deformability  of  its membrane  [2].  Erythrocytes  in  clinical  conditions  are  associated  with  altered morphology leading  to  abnormal  rheological  behaviour,  as  observed  in  several  hematological  disorders. The  inability of the erythrocyte to shape alteration contributes to  its early removal  from the circulation. Elliptocytes can be seen  in hereditary disorders, such as hereditary elliptocytosis [3], or  in acquired disorders,  such as  iron defiency anemia,  infectious anemias,  thalassemia, and  in  newborn  babies.  Hereditary  elliptocytosis  and  its  variants  are congenital  hemolytic disorders  in  which  erythrocytes  are  either  elongated  into  a  cigar  or  oval  shape  or  are poikilocytic  and  bizarrely  shaped.  Its  transmission  has  usually  been  described  as autosomal dominant. 

On the other hand, there are animals which have normal erythrocytes with a different shape from discocytes. Therefore bird blood and fish blood contain elliptical erythrocytes [4].  

121

Page 124: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

The elliptocytosis was detected a 5‐year‐old dog during the evaluation of  lameness. 

The dog's  erythrocytes had  reduced  cellular deformability  and  erythrocyte membranes had decreased  mechanical  stability.  Analysis  of  erythrocyte  membrane  spectrin  revealed  an increased amount of spectrin dimmers and DNA analysis detected a β‐spectrin mutation [5]. 

 Other mammals have elliptocytes as an adaptation  to the environment and way of life. Therefore  it  is  theorized  that  the  size,  shape and hemoglobin  concentration of  camelid erythrocytes  play  a  role  in  increasing  the  oxygen‐carrying  capacity  as well  as  the  ability  of erythrocytes  to exchange oxygen. Camelid erythrocytes have a  lower MCV  than most other species, but a higher RBC count. PCV’s are similar  to or slightly  lower  than other herbivores and total hemoglobin concentration in llama blood is high as compared to cattle. This is due to the combination of a higher concentration of hemoglobin  in  individual erythrocytes and  the higher total RBC counts. The high hemoglobin concentration increases the ability of the cell to carry oxygen while the small size and flattened shape provide increased membrane surface for oxygen  exchange  (higher  surface/volume  ratio).  In  addition,  it  appears  that  camelid hemoglobin  has  characteristics  that  allow  a  higher  saturation  with  hemoglobin  at  lower atmospheric oxygen pressure (left shift  in the oxygen dissociation curve). The elliptical shape of  the  camelid  erythrocytes  also  makes  them  much  more  resistant  to  changes  in  blood osmolality. In this work the analysis of the erythrocyte shape for some herbivore mammals is presented. 

   MATERIALS AND METHOD 

   Samples from peripheral mammal’s blood were operated using May‐Grüwald Giemsa colorature. With  the  aid  of  the microscope we  obtained  the  photos  and  using  erythrocyte planar  images,  we  count  the  normal  erythrocytes  and  the  elliptocytes.  After  that  the eccentricity of these elliptocytes has been determined using the well known formula: 

2

21

a

be −=  

where a and b are the ellipse semiaxes. Fig.1,2,3,4,5  shows  the morphology  of  RBCs  under  normal  conditions  for  blood  of 

some herbivore mammals. We can see that caw and sheep have normal discocytes, llama has elliptocytes and goat and goat kid have erythrocytes of various shapes in their blood. 

 Fig.1 Erythrocytes from cow blood 

 

122

Page 125: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 Fig.2 Erythrocytes from sheep blood 

 

   Fig.3 Erythrocytes from llama blood 

 Fig.4 Erythrocytes from goat blood 

123

Page 126: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 Fig.5 Erythrocytes from goat kid blood 

 RESULTS AND DISCUSSION 

 Fig. 6 shows the percentage of normal erythrocytes, elliptocytes and other shape of RBCs from some herbivore mammals. 

0

20

40

60

80

100

120

cow sheep llama goat goat kid

%

discocytes

elliptocytes

other shape

 Fig.6 The percentage of different shape of RBCs from herbivore mammals 

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

llamagoatgoat kid

 Fig.7 The eccentricity of elliptocytes from llama, goat and goat  

kid Error bars are 95% confidence intervals and n=20  

124

Page 127: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 

Our  results  are  in  good  accordance with  the  other  authors  for  llama  blood  [6],  as figure 8 and 9 show. 

 Fig.8 Erythrocytes from llama blood (Azwai et al.) 

0.5

0.55

0.6

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

llama-personal resultsllama-literature

 Fig.9 Comparison of the elliptocyte eccentricity from llama. Error bars are 95% confidence 

intervals and n=20   

  Our results showed that the cow erythrocytes and sheep erythrocytes have discoidal shape, for  llama the RBC are elliptocytes and for goat and goat kid blood appear elliptocytes and other different  shapes. From aur  samples  resulted  that goat blood has a percentage of 7,3% from cells as elliptocytes and 27% other shape, the rest of 65,7%being normal discocytes. For goat kid we obtained a higher percentage for elliptocytes (17,5%) than for goat, the other shapes being 11,3%, and discocytes71%. 

From  figure  7 we  can  see  that  the  eccentricity  of  llama  elliptocytes  is  0.87  and  it higher  than  the  other  animals  (0.73  for  goat  and  0.77  for  goat  kid).  The mean  elliptocyte eccentricity  for  our  samples  is  in  accordance  with  the  literature  data  (for  these  data  we obtained a main elliptocyte eccentricity 0.901) 

 

 

125

Page 128: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

CONCLUSION 

 Llamoid erythrocytes are elliptical and the elliptocyte eccentricity is higher than those 

in other domestic animals  studied  in  this work. The unique morphological  features of  llama erythrocytes play a vital  role  in  their ability  to  transport oxygen  to  the  tissue adequately on environmental  conditions  of  high  altitude.  The  goats  and  goat  kids  have  also  elliptical erythrocytes  they  being  adapted  to  the  special way  of  life  by  comparison with  the  other mammals.   REFERENCES 

 1. Suwalskya M., Gonzáleza R., Fernando Villenab F., Aguilarc L.F., Sotomayor C.P, Bolognind S., 

Zatta P.,  (2009), Structural effects of  tetrachloroauric acid on cell membranes and molecular models, Coordination Chemistry Reviews 253, 1599–1606 

2. Maeda N, Nakajima T., Izumida Y., Suzuki Y., Tateishi N., Seiyama A., Decreased deformability of  red  cells  refractory  anemia  and  the  abnormality  of  the  membrane  skeleton,(1994), Biorheology, 31(4), 395‐405. 

3. Debray  F.G.  ,  Ilunga S.  , Brichard B.  , Chantrain C.  , Scheiff  J.M., Vermylen C.,  (2005), Une forme  particulière  d’anémie  constitutionnelle  chez  un  nourrisson  de  deux  mois  : l’elliptocytose.A particular hereditary anemia in a two‐month‐old infant: elliptocytosis, Archives de pédiatrie, 12, 163–167 

4. Nash, G B., Egginton S.,  (1993), Comparative rheology of human and trout red blood cells,  J. Exp. Biol., 174 ,109 – 122.  

5. Di Terlizzi R., Gallagher P.G. , Mohandas  N., Steiner L.A., Dolce K. S. , Guo X. , Wilkerson M.J., Stockham  S.L.,  (2008),    Canine  elliptocytosis due  to  a mutant  β‐spectrin, Veterinary  Clinical Pathology, 38(1), 52 – 58 

6. Azwai  S.M.,  Abdouslam  O.E.,  Al‐Bassam  L.S.,  Al  Dawek  A.M.,    Al‐Izzi  S.A.L.,  (2007), Morphological  characteristics  of  blood  cells  in  clinically  normal  adult  llamas  (Lama  glama), Veterinarski Arhiv,77 (1), 69‐79 

  

 

126

Page 129: vol_53_2010-1

 IDENTIFICATION OF PATHOLOGICAL STATES BASED ON RED 

BLOOD CELL AGGREGATION   

S.OANCEA1, S.PADUREANU1, A.V.OANCEA2 

 1University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine, Iasi, lioancea@univagro‐iasi.ro 2“Al.I.Cuza”University, Iasi 

  

In the present study the aggregation properties of cow RBCs were investigated. For cow, in physiological conditions,  the aggregation  is not present but  in pathological cases a hyper aggregation process can be seen. In order to appreciate the RBC aggregation the Aggregate Shape Parameter has been computed using AUTOCAD soft 

  Key words:  RBC aggregability, cow blood, AUTOCAD soft  INTRODUCTION    

In human blood and for almost all mammals, RBCs are biconcave disks under normal physiological conditions, whereas their mean size may differ between species. RBCs  in static human blood form large aggregates resembling a stack of coins but aggregation characteristics of mammalian RBC exhibit a wide range among various species. More investigators are playing a good deal of attention of research on blood viscosity to clinic, the aggregation of red blood cell may be a more useful parameter of hemorheology  from point of view of pathology and diagnostic  [1].  Comparative  animal  studies  showed  the wide  variation  of whole  blood  and erythrocyte aggregation among different mammalian species [2]. Horse RBCs aggregation was reported by many authors [3] and it is greater than for the other mammalian species. Popel et al. data  [4]  showed  that  athletic  species  exhibit  a  consistently  higher  degree  of  red  blood  cell aggregation  than  their  sedentary  counterparts.  There  are  different  methods  to  evaluate  this complex  process  of  RBC  aggregation  [5],  [6].  In  [7]  the  fractal  analysis  was  used  to make  a quantitative evaluation of aggregability for horse blood by comparison with the human blood and in [8] the same method was used for bovine blood  from pathological point of view. Traditional mechanical and mathematical methods also proved to be insufficient in describing the aggregation process [9].  

In  this  work  the  aggregation  process  of  cow  RBCs  was  investigated.  In  order  to appreciate  the  RBC  aggregation  the Aggregate  Shape  Parameter  has  been  computed  using AUTOCAD soft. 

 MATERIALS AND METHOD 

 Samples  from  peripheral  bovine  blood were  operated  using May‐Grüwald  Giemsa 

colorature. With the aid of the microscope we obtained the photos. Using erythrocyte planar images of the clusters, obtained with a Nikon microscope, the RBC Aggregate Shape Parameter was computed using the formula [10]: 

 24

PAK π=   (1)  

127

Page 130: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

Here A is the projected area of the aggregate and P is its perimeter. These quantities 

were computed by means of AUTOCAD 2007 soft.  RESULTS AND DISCUSSION 

 Fig.1 shows the morphology of RBCs under normal conditions  for cow blood when  the RBCs are not aggregated and Fig. 2 shows aggregated erthrocytes.  

 Fig.1 Erythrocytes from cow blood 

 

 Fig.2 Aggregated erythrocytes from cow blood 

Our  measurements  for  5  aggregates  (from  5  photos)  on  the  Aggregate  Shape Parameter are given in the table 1. 

   

128

Page 131: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

Table 1 Aggregate Shape Parameter for cow blood   

Nr  A  P K 1  149974.62 1978.21 0.4813 2  155554.0 2663.97 0.2753 3  159709.67 2471.86 0.3283 4  68678.54 1112.6 0.6968 5  193315.05 2815.65 0.3062 Mean  0.4176Standard deviation  0.1751Standard error  0.0783Confidence interval  0.2174

 The Aggregate Shape Parameter for cow blood in this pathological state is higher than 

the other animals studied in the earlier work [11], as figure 3 shows.                    

Fig.3 Comparative aggregation for three mammals   

Fig.3 The Aggregate Shape Parameter for some mammal’s blood. Error bars are 95% confidence intervals and n=5  

 CONCLUSION 

 We can suppose that if we develop an easy method to measure the RBC aggregation 

in  pathological  states  for  some mammals  and we  could perform  standardization, we  could obtain a method to find the stage of the disease.      

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

variants

aggr

egat

ion

shap

e pa

ram

eter

horsepigcow

129

Page 132: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

REFERENCES 

 1. Rampling, M.W., Meiselman, H.J. Neu B., Baskurt O.K, (2004), Influence of cell‐specific factors 

on red blood cell agregation, Biorheology, 41, 91‐112. 2. Kumavarel, M., Singh M., (1995),  Sequential analysis of aggregation process of erytrocytes of 

human, buffalo, cow, horse, goat and rabbit, Clinical Hemorheology, 15, 291 – 304. 3. Baskurt  O.K.,  Farley  R.A.,  Meiselman  H.J.,  (1997),  Erythrocyte  aggregation  tendency  and 

cellular properties in horse, human and rat: a comparative study, Am. J., Physiol., 273, H2604‐H2612. 

4. Popel  A.S.,  Johnson  P.C.,  Kameneva M.V., Wild M.A.,  (1994),  Capacity  for  red  blood  cell aggregation  is  higher  in  athletic  mammalian  species  than  in  sedentary  species,  J.  Appl. Physiology, 77, 1790‐1794. 

5. Marton Z., Kesmarky G., Vekasi J., Cser A., Russai R., Horvath B., Toth K., (2001), Red blood cell  aggregation  measurements  in  whole  blood  and  in  fibrinogen  solutions  by  different methods, Clinical Hemorheology and Microcirculation, 24, 75‐83.  

6. Rapa A., OANCEA S., (2006), Hemoreologie comparata, Editura TEHNOPRESS 7. Rapa A., OANCEA S., CREANGA D.,(2005), Fractal dimension  in red blood cell, J.of Veterinary 

and Animal Science, 29, 1247‐1253. 8. Oancea, S.,  (2007), A quantitative analysis of  red blood  cell  aggregation  from bovine blood, 

Romanian Journal of Biophysics, 17(3), 205‐209. 9. Skalak R., ZHU C.,(1990), Rheological Aspects of Red Blood Cell Aggregation, Biorheology, 27, 

309‐325. 10. Foresto P., D’Arrigo M., Carreras L., Cuezzo R.E., Valverde  J., Rasia R.,  (2000), Evaluation of 

red  blood  cell  aggregation  in  diabetes  by  computarized  image  analysis, Medicina  (Buenos Aires), 60,  570‐572. 

11. Oancea  S.,  Oancea  A.V.,  (2010),  Erythrocyte  aggregation  for  two  species  of  mammals, Romanian Journal of Biophysics, in print 

130

Page 133: vol_53_2010-1

  

STRUCTURAL MODIFICATIONS OF THE ORAL MUCOSA AND THE DENTAL APPARATUS INDUCED BY  

SOME DRUGS IN LABORATORY MICE  

OPREAN O.Z.1 , GHEBAN DIANA2 , FORNA NORINA CONSUELA2,  ŞINDILAR E.V.1,    GRĂMADĂ S.1 

1Veterinary Medicine Faculty, Iaşi 2Dental Medicine Faculty, Iaşi e‐mail: [email protected] 

 Abstract 

 The authors aim to verify and study the information mentioned in speciality literature on induced side effects, (in mammals) in the oral cavity, of 3 drugs: Phenytoin, Cyclosporin, Nifedipine. The research was conducted on 36 white laboratory mice (subfamily Murinae) distributed in groups of 12 animals each for each product, and a control group of 5 animals, to which no action was taken. The  fundamental  pathological  process  observed  in  histological  examination,  with  no  significant differences in the groups, was fibrocellular hyperplasia. No  relevant  tissue  reaction  differences were  observed  in  animals  injected with Azithromycin, well‐known antitoxin for the three drugs tested. Keywords: experiment, Phenytoin, Cyclosporin, Nifedipine, fibrocellular hyperplasia.   The  research  performed  on  experience  animals  suggest  side  effects  of  some  drug 

compounds, very often used in human pathology, consisting of important structural alterations of the oral mucosa  and of  the dental apparatus. We  intend  to  verify and deepen  the  information available  in  the  litterature  concerining  side  effects  induced  to  the  oral  cavity  by  the overdose/prolonged utilisation of three chemical compounds: Phenytoin, Cyclosporin, Nifedipine  

Phenytoin  has  as  main  therapeutic  indications  the  treatment  of  major  epileptic  crises (generalised  lonicodonic  crises)  and of partial  crises, especially  jacksonian ones, but  also  in  the prophylaxy of epileptic crises secondary to neurosurgery. (1,5,9)  

Cyclosporine  (also  known  as    Cyclosporine  A)  is  a  cyclic  polypeptide,  consisting  of  11 aminoacids,  well  known  as  a  strong  immunosupressive  agent,  which    in  animals  leads  to  a prolongement of the survival of allogenic skin, heart, kidney, pancreas, bone marrow,  intestin or lung transplants, thus having therapeutical indications in transplant protection and in autoimmune disease. (2,4,10) 

Nifedipine  is  a  slow  calcium  channels  blocker;  it  has  an  inhibitor  effect  on  calcium  ions flows, especially in myocardic cells and  in the cells of the smooth muscle in the walls of coronary artheries and peripheric blood vessels. It is recommended in the treatment of pectoral angina and in the chronic treatment of the essential and secondary hypertension. (3,6,7,8) 

Side effects of  these  three drugs, more serious  in children, consist of dysfunctions of  the main internal organs, skin and blood. 

 1. MATERIAL AND METHOD 

 36 white laboratory mice were divided in groups of 12 (6+6) animals for each tested drug, 

and marked cromatically according to Table 1.  

131

Page 134: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

                                           Table 1 Repartisation of experience animals in groups and experiment accomplishment 

 

*F=Phenytoin; C = Cyclosporine A; N = Niphedipine; Azy = Azytromicine  For each of  the drugs, we also  formed one group  in which  the drug was administered  in 

association with Azytromicine,  that  has  a well  known  role  as  a moderator  (antitoxic)  for  the  3 tested drugs. 

We also had a witness group, with 5 congenere animals that did not suffer any intervention. Experimental  animals  were  all  20  days  old  males  weighing  30  g  each,  that  had  their 

digestive  flora  supressed  through  two  daily  administrations  per  os  of  0,1ml  peniciline  solution 40.000 UI/ml, preceeding the experiment. 

The  drugs  were  administered  through  gavage,  Phenytoine  and  Niphedipine  as  aquous solution 2mg/ml, Cyclosporine A solubilised in saline solution 2mg/ml. 

Mice  in   Lot F1 were administered Phenytoine 20mg/kg/day, for 55 days, and Lot F2 were added 10mg/kg/day  Azytromicine. 

Lot C1 received 10mg/kg/day Cyclosporine A, and Lot C2 10mg/kg/day Cyclosporine A and 10mg/kg/day Azytromicine. 

Lot N1 was administered Niphedypine 150mg/kg/day, for 7 days and 250mg/kg/day, for 13 days.  

Lot N2 received Niphedypine the same way as N1, associated to 10mg/kg/day Azytromicine. on o important  on otice that in  Lot C1 one animal died, in apparent health, in day 10 of 

the experiment. All animals were euthanised at the end of the experiment, using T‐61 as euthanasia agent.  2. RESULTS AND DISCUSSIONS 

 Interpretation of the different deviations from the morphological normal, induced by the 3 

drugs previously described was done accordingl;y to the normal aspect of the oral mucosa noticed in the mice in the witness group. Transverse sections through lateral walls of the oral cavity (cheek area) seveals, on  the  internal side,  the structure of  the oral mucosa, covered with a keratinised stratified  pavimentous  epithelium,  resembling  the  one  on  the  exterior  side  of  the  cheeks.  The anterior  segment of  the oral  cavity  is  less developped and  the muscular  support of  the area  is represented by isolated fascicles of scheletical muscle fibers. (Fig.1, Fig.2). 

Group Active substance administered* 

Administration period(days) 

Dose (mg/kg/day) 

F1  F 55 

20 

F2  F + Azy F 20 

Azy  10 C1  C 

35 10 

C2  C + Azy C  10 Azy  10 

N1  N 7 150 13 250 

N2  N + Azy 7 

N 150 Azy 10 

13 N 250 Azy 10 

132

Page 135: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

The superficial epithelium of the oral mucosa on the  internal side of the  lips, cheeks and at gingival level is a medium keratinised pavimentous epithelium, with a report cornous layer / Malpighi layer of about 1/3 (Fig.3). 

The profound area of the oral cavity, the submucosa is developped, consisting of fascicles of non‐oriented colagen fibers (Fig.4). 

Toward  the  pharyngian  area,  the  musculosa  is  very  well  developped  and  reaches sometimes the subepithelial space (Fig.5).  

Lingual mucosa presents onits dorsal  side  several papiliform papillae, and  the musculosa obviously  predominates  in  the  structure  of  the  tongue,  being made  of  scheletic muscle  fibers (Fig.6, Fig.7, Fig.8).  

The tooth is made of two macrostructural segments: the crown is the fragment projected in the oral cavity and protected my an enamel layer; the root is the portion implanted in the dental alveola and is protected by a cement layer. 

2.1.Changes of the oral mucosa  In all 3 drugs studied we noticed reactive‐inflammatory hyperplasia, with subacute‐chronic 

evolution. Necropsic  examination  does  not  evidentiate  relevant  modifications,  histopathological 

examination evidentiate fibro‐cellular prolifferations in all structural segments of the oral mucosa.  Superficial epithelium suffers from a moderate hyperplasia of the Malpighi layer, the report 

keratine/spinous layers becoming about 1/6 (Fig.9). In some areas, the hyperplasia of the spinous layer is produced in a centripete direction, as  

papillae that protrude in the lamina propria (Fig.10). In  some  cases  of mice  injected  with  Cyclosporine  and  Niphedypine  proliferation  of  the 

submucosa  and  of  the  superficial  epithelium  is  associated  in  the  form  of  micropollipes  that proeminate on the surface of the oral mucosa (Fig.11). 

One  animal  in  Lot N1  has  a  hyperplasiated mucosa  that  sticks  to  the  dental  surface,  as papillae reaching the top of the dental crown (Fig.12, Fig.13). 

The papillae of the mucosa are anchored to the surface through a wide base, on which the report keratine/spinous layers is about 1/8 (Fig.14). 

The  oral  submucosa  is  affected  by  the  same  fundamental  pathological  process.  The hyperplasia,  initally  vasculo‐conjunctive,  becomes  predominantly  fibrous  in  time,  towards  the pharyngian  area  of  the  oral  cavity  The  local  mesenchyme  prolifferates  as  thick  unoriented colagenic fascicles (Fig.15, Fig.16). 

In  2  cases  we  noticed  tissular  reactions  with  accute‐subacute  evolution,  due  to  local irritations or oportunistic bacteria.  In one case we described edematous peridontal  infiltrations, and subepithelial necrotic foci (Fig.17, Fig.18). 

2.2. Alterations of the dental apparatus  Moderate hyperplastic tissular reactions also extend to the dental apparatus. Dental alveolae show a fibrous hyperplasia finalised  in a band of conjunctive tissue, dense 

and well vascularised that separates the root from the bone support of the dental arcade (Fig.19). The proximal segment of the root show areas of dentine vacuolisation, whereas in the distal 

area of  tooth anchoration shows a conjunctive hyperplasia and a disjunction of  the  root  from  the bone structures (Fig.20, Fig.21). 

Structural components of  the  tooth also show deviations  from the morphological normal: the dentine and the cement appear striated by void canalicles, while dental pulp is the place of a lymphohistiocytic and later fibrous hyperplasia (Fig.22, Fig.23). 

2.3. Alterations of the internal organs One mouse of  din Lot C1 died in apparent health in day 10 of the experiment. Histological 

examination of tissular fragments prelevated from the main  internal organs reveal changes dued to acute‐subacute toxicosis. 

133

Page 136: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

Low resolution microscopical examination of the  lung evidentiates the ectasy and hematic overload  of  small  and medium  blood  vessels  and  tissular  densifications  lodged  in  interalveolar interstitium (Fig.24). 

Thickening  of  the  interalveolar  septum  is  accompanied  by  hyperplasia  of  the  distal airwaves, that present 3‐4 rows of cells (Fig.25). 

The heart    is  the place of  changes with  two  structural  localisations:  interstitial  (vascular) and parenchimatous. 

Vascular, we notice periartheriolar edematous infiltrations that dissociate the blood vessels from  the cardiac muscle  fibers and enter the vascular wall, dissectig  the vascular adventice. The leyocites  in  the  parietal media  are  thick with  inflated  vacuolised  nuclei;  vascular  endothelium appears  tumefected,  and  the  nuclei  of  the  endothelial  cells  are  bigger  and  hyperchromatic, proeminating in the vascular lumen (Fig.26). 

The parenchyme is the place of intracellular deposits of calium ions, with typical aspects of localised calcification: intracellular amorpheous surfaces, intensely haematoxylinic in HEA staining; calcifications are focalised on oxyfile myocardic areas, specific to tissular devitalisation (Fig.27). 

The  liver  is  affected  by  circulatory  disorders  and  dismethabolies  pretty  unspecific,  but which, in association, lead to a common toxic etiology: passive liver congestion and granulo‐lipidic hepatosis. 

Passive liver congestion is translated through the ectasy and overload of centrolobular venulae and  dilatation  of  sinusoidal  capillaries  through  erythrocytes  partially  hemolised  and  conglomerates (Fig.28). 

Granulo‐lipidic hepatosis consists on one hand of the tumefaction of hepatocytes and the trubled aspect of their cytoplasms, and on the other hand of the spongeous aspect and even the apparition of well circumscribed intracitoplasmatic valuolae (Fig.29). 

Cellular  sufference  is  also  suggested  by  the  aspect  of  the  nuclei  of  the  hepatocytes: raspberry  aspect,  corical  hyperchromatosis,  chromatine  condensation  in  hyperchromatic  blocks (Fig.30, Fig.31). 

The  cortical of  the kidneys  show  tumefaction and  intumescence of  the  renoepitheliums  that leads  to  the  anullation  of  the  urinifer  tubes,  changes  of  granulas  nephrosis; we  also  noticed  the hyperplasia  of  vascular  areas  of Malpighi  corpuscles,  that  completely  anullate  glomerular  cavities. (Fig.32). 

 CHART I 

Fig. 1. Transverse section in cheek area. Mouse. HEA, x100 

Fig. 2. Oral mucosa. Mouse. HEA, x400

134

Page 137: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

Fig. 3. Oral mucosa, Pavimentous stratified keratinized epithelium. HEA, x400 

Fig. 4. Oral cavity. Submucosa. Musculosa. HEA, x400 

Fig. 5. Oral cavity, pharingeal area. Musculosa. HEA, x400 

Fig. 6. Lingual mucosa, ventral side.HEA, x400 

Fig. 7. Lingual mucosa, dorsal side. Filiform papillae HEA, x400 

Fig. 8. Lingual musculosa. Rabdocytes. HEA, x400 

 CHART II 

Fig. 9. Superficial epithelium. Hyperplasia of the spinous layer. Ration 

eratinised/spinous layers of 1/6. HEA, x400 

Fig. 10. Superficial epithelium. Centripete papillar hyperplasia of the spinous layer.  

HEA, x400 

135

Page 138: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

Fig. 11. Hyperplasia of the submucosa and of the spinous layer. HEA, x400 

 

Fig. 12. Periodontal hyperplasia of the mucosa. Premolar. HEA, x40 

Fig. 13. Periodontal pollipe. HEA, x100 Fig. 14. Base of the periodontal polipe. Hyperplasia of the spinous layer. HEA, x400 

 

Fig. 15. Colagenised vasculated submucosa . HEA, x100 

Fig. 16. Colagenised submucosa, Pharyngeal area of the oral cavity. HEA, x400 

   

CHART III   

136

Page 139: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

Fig. 17. Periodontal edematous infiltrations. Col. HEA, x100 

 

Fig. 18. Subepithelial necrosis. HEA, x400 

Fig. 19. Molar. Bifide root. Longitudinal section. Colagenization of the dental alveola. 

HEA, x100 

Fig. 20. Molar. Bifide root. Transverse section. Dentine vacuolisation. HEA, x100 

Fig. 21. Molar. Bifide root, profound area. Transverse section. Alveola decolation. 

HEA, x100 

Fig. 22. Premolar. Dental crown, Cement canalisation. HEA, x400 

Fig. 23. Premolar. Fibrous hyperplasia of dental pulp. HEA, x400 

Fig. 24. Lung. Tissular condensation with septal hyperplasia HEA, x100 

137

Page 140: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 CHART IV 

Fig. 25. Lung. Hyperplasia of bronchiolar epithelium. HEA, x400 

Fig. 26. Heart. Artheriole. Leyocite tumefaction and of the vascular endothelium. 

HEA, x1000 

Fig. 27. Heart. Dystriphic calcification area.  HEA, x400 

 

Fig. 28. Liver. Passive congestion. HEA, x100 

Fig. 29. Liver. Granulo‐lipidic dystrophy. HEA, x100 

 

Fig. 30. Liver. Hyperchromatic nuclei. HEA, x1000 

138

Page 141: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

Fig. 31. Liver. Nuclear hyperchromatosis. Spongious cytoplasm. HEA, x1000 

Fig. 32. Kidney. Hyperplasia of renal glomerules. HEA, x400 

  3. CONCLUSIONS The  testing  of  secondary  effects  with  oral  localisation  of  the  three  drugs:  Phenytoin, 

Cyclosporin, Nifedipine , on white lab mice revealed the following conclusions: 1.Necropsic examination did not reveal macroscopical lesions. 2.The  fundamental  pathological  process  noticed  histologically  was  the  fibrocellular 

hyperplasia, for all groups and at all levels of the oral cavity. 3.  The  access of  the  pathogen  factor  on  the  circulatory way  leads  to  the  hyperplasia  of 

profound and median structures of  the oral mucosa, while  the superficial keratinized  layer stays the same. The spinous layer of the epithelium thickens up to a ratio of 1/6. Lamina propria and the submucosa  are  the place of  a predominantly  fibrous hyperplasia,  finalised by  the  thickening of affected  areas  and  replacement  of  glandular  tsructures  through  dense  and  well  irrigated connective tissue. Mucosal hyperplasia may lead to formation of pollipes adherrent to the  lateral surfaces of the tooth. 

4.The  dental  apparatus  is moderately  affected  by  the  same  predominantly  prolifferative phenomena. The dental alveola is colagenised, leading, in profound areas of the dental root, to its disjunction from the bone support of the region. The dentine and the cement are marked of fine canallicles, while dental pulp suffers a hyperplasia (predominantly cellular, then fibrous). 

5.We did not notice any relevant differences in the animals injected with Azytromicine. 6.In  one  case  that  was  administered  CyclosporinaneA  (no  Azytromicine)  and  died  in 

apparent halh in day 10 of the experiment, we noticed changes due to an acute‐subacute toxicosis, and local circulatory disorders due to myocardic calcification.  

7.  In  2  of  the  cases we  described  edematous  periodontal  infiltrations  and  subepithelial necrotic foci, due to local irritations or opportunistic bacteria. 

 BIBLIOGRAPHY  1. Balaji S (October 2004). "Medical therapy for sudden death". Pediatr. Clin. North Am. 51 

(5): 1379–87; 2. Borel JF (2002). "History of the discovery of cyclosporin and of its early pharmacological 

development". Wien.  Klin. Wochenschr.  114  (12):  433–7.  PMID  12422576;Cohn,  J.N., Ziesche, S.M., Loss, L.E., Anderson, G.F., si V‐HeFT Study Group, Effect of felodipine on short‐term exercise and neurohormone and long‐term mortality in heart failure: results of V‐HeFT III (rezumat), Circulation, 1995, 92(supl.I), I143; 

4. Dewick, P. (2001) Medicinal Natural Products. John Wiley & Sons, Ltd. 2nd ed.; 

139

Page 142: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

5. Dreyfus,  Jack  (1998).  A  Remarkable  Medicine  Has  Been  Overlooked:  Including  an Autobiography  and  the  Clinical  Section  of  the  Broad  Range  of  Use  of  Phenytoin. Continuum International Publishing Group. ISBN 0‐8264‐1069‐3; 

6. Furberg, C.D., Psaty, B.M., Mejer, J.V., Nifedipine. Dose‐related  increase  in mortality  in patients with coronary heart disease, Circulation, 1995, 92, 1326‐1331; 

7. Lewis, B.S., Emmott, S.N., Smyllie,  J., MacNeil, A.B., Lubsen,  J., Left ventricular systolic and dyastolic function, and exercise capacity six to eight weeks after acute myocardial infarction, Am J Cardiol, 1993, 72, 149‐153; 

8. Maisch, B., Brilla, C., si Kruse, T., Directions  in antihypertensive treatment  ‐ our  future from the past, Eur Heart J, 1995, 16(supl.C), 74‐83; 

9. Man CB, Kwan P, Baum L, et al.  (May 2007).  "Association between HLA‐B*1502 allele and  antiepileptic drug‐induced  cutaneous  reactions  in Han Chinese".  Epilepsia  48  (5): 1015–8.; 

10. Starzl TE, Klintmalm GB, Porter KA, Iwatsuki S, Schröter GP (1981). "Liver transplantation with  use  of  cyclosporin  a  and  prednisone".  N.  Engl.  J. Med.  305  (5):  266–9.  PMID 7017414. 

 

140

Page 143: vol_53_2010-1

 ISOLATION, CHARACTERIZATION, PHENOTYPIZATION AND DIFFERENTIATION OF STEM CELLS FROM RAT PLACENTA 

 Emoke Pall1, Groza I.1, Cenariu M.1, Cristina Ilea1,  

Olga Soritau2, Ciprian T2., Berce C1. 1.University of Agricultural Science and Veterinary 

Medicine, Cluj‐Napoca,  3‐5 Calea Mănăştur, Cluj‐Napoca, [email protected] 

2.Oncology Institute Prof.Dr.Ioan Chiricuta, Cluj‐Napoca  

Abstract: Mesenchymal stem cells have been successfully isolated from human, cat, dog, rabbit, rat, chicken, sheep, goat and pig bone marrows thanks to their plastic adherence property. In recent years, stem cell biology has sparked considerable interest worldwide in the scientific world, and recent developments in stem cell research have opened new perspectives by using them in regenerative therapy.  In this study we successfully isolated, cultured and expanded rat placenta‐derived mesenchymal stem cells using routine methods. After the initial 3 days of primary culture, rat placental mesenchymal stem cells adhered to a plastic surface and presented a small population of single cells with spindle shape. To investigate the mesenchymal mature we differentiated the cells into the osteoblastic lineage and also the expression of certain surface marker.  

KEYWORDS: placenta, mesenchymal stem cells, culture expansion, differentiation  

Stem cell research has become an important field of study for molecular, cellular, and clinical biology as well as pharmaco‐toxicology.  Indeed, stem cells have a strong proliferative and unlimited self‐renewal potential and are multipotent (1,4,6,7) The mesenchymal  stem  cells  (MSC)  are multipotent  cells  present  in  the  bone marrow  and other tissue (3).  The plasticity of these cells allows them to be used in cell therapy once they have the potencial to replicate as undifferentiated cells and could be induced to differentiate to  mesenchymal  lineages  (bone,  fat,  cartilage,  tendon,  muscle,  marrow  stroma  etc.)  as endodermal and ectodermal  lineages, replacing tissues and organs whose function had been harmed. All the species could be benefied using the cell therapy (2,5). Rat mesenchymal stem cells  from placenta offer significant promise as a multipotent source for  cell‐based  therapies  and  could  form  the  basis  for  the  differentiation  and  cultivation  of tissue  grafts  to  replace  damaged  tissue.  Placental  derived  MSC  therefore  represent  an alternative and more easily obtainable and abundant source of MSC than bone marrow. 

The  aim  of  this  study  was  to  isolate  and  evaluate  the  differential  potential  of mesenchymal  stem  cells  from  rats  placentas.  Our  data  demonstrate  that  we  successfully 

isolated, culture‐expanded mesenchymal stem cells from rat placentas.  

MATERIALS AND METHODS  Biological material placentas were obtained after caesarean section from normal term 

pregnancies  (19‐21D) Pieces of placenta were excised and washed  in PBS  to  remove excess blood. Tissue was  then  incubated  in  trypsin EDTA. After enzymatic digestion, a  cell  strainer was used to obtain a single cell suspension. The resulting cells were washed and centrifuged on 

141

Page 144: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

PBS. Cells were  then cultured  in DMEM with 10% FCS, 1% antibiotics, 1%NEA  (non essential amino acid) After 48 hours, non‐adherent cells were removed and the remaining cells cultured until almost confluent before passage. Media was changed every 3–4 days. After two or more passages, the cells were analysed.  

Osteogenic  differentiation  was  induced  by  two  different  culture  medium:  basal medium composed of DMEM (Gibco) supplimented with 10% FCS, 10‐7dexamethasone, 10mM β‐glicerophosphate, 1μg/ml  insulin, 50μg/ml ascorbic acid, 10ng/ml BMP2, 2ng/ml TGFβ and specific medium for osteoblasts PromoCell Osteoblast Growth Medium.  

To  identify differentiated cells was performed  immunohistochemical analysis of cell cultures at the end of the experiment. According to the immunohistochemical protocol, initial patency was  achieved  by  treating  cells  for  their  intracellular  antigens with  a  solution  0.1% TRITON  X‐100  for  5 minutes  and  added  lock  patency  10%  BSA  solution.  After  24  hours  of keeping  in  contact,  at  4°C were  performed  three  successive washes with  PBS  solution  and added primary antibodies: anti‐osteopontin (IgM) anti‐osteonectin (IgG2a). 

 RESULTS AND DISCUSSION 

 The  cultures were  observed  daily  by phase  contrast  invert microscopy  to  examine 

adheretnt cell morphology. In the early days, individual adherent cells appeared in about 60% of  the  wells,  40%  of  the  wells  having  no  adherent  cells.  After  examining  cultures  have identified two different types of cells, some were fibroblastic‐like and the others were round with  dark  centers  and  transparent  peripheries.  After  4  days  some  fibroblastic  cells proliferated, giving  rise  to colonies of  fibroblastic cells. At  the end of day 8, generally 10‐12 fibroblastic colonies appeared. By  the end of week 2  the number of  floating  cells  increased within the culture medium  (Fig.1). Passages was made at a 80% confluence to avoid contact inhibition. After each passages part of the cell suspension were frozen for future examination so as  to  investigate multilineage differentiation, proliferation potential and  the presence of certain surface markers. 

 

 

 Figure 1 ‐ Microscopic analysis of cellular morphology 20x   

142

Page 145: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

In osteoinductive cultures, a  few cells became detached and  floated  in the medium during the culture period (Fig.2). 

  Figure 2 ‐ Cellular morphology after osteogenic induction and distinct cellular 

colonies with osteogenic nodules  

 In  some  areas  of  the  culture  dish,  nodule‐like  structures  of  different  sizes  were observed.  In  cultures  treated with basal medium after 8 days were observed emergence of cells with morphology  similar  to  that  of  adipocytes  namely  cell  cytoplasm  filled with  lipid droplets (Fig.3).  

 

 Figure 3 ‐ Apparition of adipocytes in culture  40x 

  Differentiation  was  further  demonstrated  by  immunohistochemical  staining  for 

osteopontine  and  osteocalcin. After  21  days  induction  period,  the  level  of  osteocalcin  and osteopontine  slightly  increased  (Fig.4).  This marker  did  not  express  in  the  undifferentiated mesenchymal stem cells, but  has been produced in the cells after the third week of induction. 

 

143

Page 146: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 Figure 4 ‐ Immunohistochemical assay of osteopontin and 

 osteocalcin in cultures differentiated on osteogenic line 20x  

After several passages  the cells did not  lose multipotential differentiation potential, fibroblastic morphology was maintained during the subculture period.  

 CONCLUSIONS 

 In  the present  investigation, pure  fibroblastic  cells with multilineage differentiation 

capability were isolated from rat placenta. The isolation on placental cells is far more difficult than of other species due to the unwanted growth of non‐mesenchymal cells in both primary and  passaged  cultures.  Certain  features  of  the  cells  having  been  isolated  via  our  approach convinced us that they were mesenchymal stem cells. The most important properties of these cells were their multilineage mesenchymal differentiation  in culture medium and their ability to maintain this potential un to passage 8.   BIBLIOGRAPHY 

 1. Mark F. P., Alastair M. M., Stephen C. B., Rama K. Jaiswal, Robin D., Joseph D. M., Mark A. M., Donald 

W.  S.,  Stewart  C., Daniel R. M.,  1999, Multilineage  Potential of Adult Human Mesenchymal  Stem Cells, Science,Vol. 284. no. 5411, pp. 143 – 147; 

2. Mauro  K., Massimo  F., Giovanni  P., Giuseppe  A.,  2007, Mesenchymal  stem  cells:  from  biology  to clinical use, Blood Transfus,  5(3): 120–129.  

3. Ppokratis Pountos, Peter V.Giannoudis, Biology of mesenchymal  stem  cells,  Injury,Int.J.CareInjured (2005) 36S,S8—S12 

4. Sarah Snykers,  Tamara Vanhaecke,  Vera Rogiers,  2006,    Isolation  of  Rat  Bone Marrow  Stem  Cells, Cytochrome P450 Protocols, Second Edition, Methods in Molecular Biology 

5. Shengkun Sun, Zikuan G, Xuren X., Bing L., Xioaodan L., Pei‐Hsien Tang, Ning Mao, 2003, Isolation of mouse marrow mesenchymal progenitor by a novel and reliable method, Stem Cells, 21:527‐535 

6. Yumi F., Hideaki N., Daisuke S., Imiko Hirose, Toshio K., Kohichiro T., 2004, Human Placenta‐Derived Cells Have Mesenchymal Stem/Progenitor Cell Potential, Volume 22 Issue 5, Pages 649 – 658; 

7. Zongning M.,  Jun  J.,  Lei  C.,    Jianzhong  Z.,   Wei H.,    Jidong  Z.,   Hanguang Q.,  Xueguang  Z.,  2006,  Isolation of mesenchymal stem cells  from human placenta  : Comparison with human bone marrow mesenchymal stem cells ‐ Cell biology international, vol. 30, no9, pp. 681‐687; 

144

Page 147: vol_53_2010-1

 

LUTEIN PREVENTS HIGH GLUCOSE INDUCED OXIDATIVE STRESS IN HUMAN RPE CELLS 

 Dumitrița RUGINA, Adela PINTEA, Andrea BUNEA, Raluca POP, Sanda ANDREI 

 University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine Cluj‐Napoca, Department of 

Chemistry and Biochemistry, Mănăstur 3‐5 Cluj‐Napoca, 400372, Romania E‐mail: [email protected] 

 Abstract Human  retina  accumulates  two  dietary  carotenoids:  lutein  and  zeaxanthin.  The 

carotenoid pigments in retina act as screening pigments, by absorbing the damaging blue light, but it is supposed that they can also contribute to the antioxidant defence of retinal structures. Lutein  was  identified  in  several  anatomic  structures  of  the  retina,  including  the  retinal pigmented epithelium (RPE).  The aim of this study was to investigate the effect of lutein on the oxidative  status  of RPE  cultured  cells  in  oxidative  stress  conditions  induced  by  high  glucose concentration in culture medium.  

D407 RPE cells were cultivated in DMEM medium with 10 % FCS. The cells viability was estimated  by  the MTT  assay  and  the  cytotoxicity  by  LDH  leakage  assay.  The  generation  of intracellular reactive oxygen species (ROS) was determined by using a fluorescent probe – DCF‐DA,  TBAR’s  by  a  fluorimetric  method  and  reduced  glutathione  by  an  enzymatic  assay. Antioxidant enzymes: glutathione peroxidase (GPx). Superoxide dismutase (SOD) and catalase activities were determined using commercial kits  

High glucose concentration induced modification of oxidative stress markers: changes in antioxidant enzymes activity,  increased  lipid peroxidation and  intracellular ROS generation. Lutein  did  not  show  any  cytotoxic  effect  on  RPE  cells  up  to  10  μM  in  culture medium  and protect them against induced oxidation. Lutein protects RPE cells by quenching the intracellular ROS generation, by reducing the lipid peroxidation and by enhancing the activity of superoxide dismutase  and  glutathione  peroxidase.  Addition  of  lutein  did  not  significantly  influenced reduced glutathione concentration and catalase activity.  Increased concentration of  lutein  in RPE cells can contribute to antioxidant defence in oxidative stress conditions.   

 Keywords: Lutein, RPE cells, high glucose, oxidative stress  INTRODUCTION  The Retinal Pigment Epithelium (RPE) is a monolayer of cells representing the barrier 

between the photoreceptors and the choriocapillaris. It provides oxygen and nutrients to the photoreceptors but also remove their debris and metabolites. The loss of RPE cells is related to several eye diseases,  including  age  related macular degeneration  (AMD). Retina and  retinal pigment  epithelium  (RPE)  represent  an  ideal  environment  for  the  generation  of  reactive oxygen species (ROS) and oxidative damages. There are three main sources of ROS generation in  the  RPE:  high  metabolic  rate  and  oxygen  consumption,  high  level  of  irradiation, phagocytosis  of  photoreceptors  outer  segments  and  the  presence  of  photosensitizers (lipofuscin) (Miceli et al., 1994; Beatty et al., 2000; Winkler et al., 1999; Lu et al., 2006; Qin et al., 2007). The vision  loss  in AMD results  from photoreceptor damages  in  the central retina, 

145

Page 148: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară  

and  it  is accepted  that degeneration of RPE  is  involved  in  first stages of AMD  (Qin, 2007).  It was  demonstrated  that  oxidative  stress  plays  an  important  role  in  the  pathology  of  AMD (Kopitz et al., 2004; Qin, 2007; Coleman et al., 2008). Hyperglycemia which occurs in diabetes reduces the level of antioxidants and determines an increase of reactive oxygen species which, in turn produce oxidative damages in different tissues, including retina.  RPE cells respond to acute  high  glucose  level  in  culture medium  by modification  of  antioxidant  and  proteolitic enzymes activity. Cultured RPE cells exposed to high glucose concentration showed elevated level of glutathione peroxidase, cathepsin B and heat shock protein 27, while  the activity of Cu/Zn  SOD  was  decreased  compared  to  control  (Yokoyama  et  al.,  2006).  High  glucose concentration also determined a reduction of permeability  in RPE cultured cells (Villarroel et al.,  2009).  Lutein  and  zeaxanthin  are  the  only  dietary  carotenoids  accumulating  in  the anatomic  structures  of  human  retina,  including  the  retinal  pigmented  epithelium  (RPE) (Khachik et al.,1997; Snodderly et al., 1984a). Xanthophylls act primarily as screening pigments in  the  retina  by  absorbing  the  damaging  blue  light  but  they  can  also  contribute  to  the antioxidant defence of retinal structures (Beatty et al., 2000; Wrona et al., 2004; Krinsky and Johnson, 2005). Serum carotenoids, including xanthophylls lutein and zeaxanthin, are inversely associated with type II diabetes and impaired glucose metabolism (Coyne et al., 2005). In this context  it  is  important  to  know  how  retinal  cells  respond  to  acute  exposure  to  high concentrations of glucose, with or without addition of antioxidants. 

The aim of this study was to investigate the effect of lutein on the oxidative status of RPE cultured cells in oxidative stress induced by high glucose concentration in culture medium.   

 MATERIAL AND METHODS  

Cell  culture  and  treatment.  Human  adult  retinal  pigment  epithelial  cells  line  D407  were maintained  in  Dulbecco’s  Modified  Eagle  Medium    supplemented  with  10%  fetal  bovine serum, 1 mM  sodium pyruvate, 100 U/ml penicillin, 100  μg/ml streptomycin, and 2.5  μg/ml amphotericin B, at 37◦C, 5% CO2, and 95% relative humidity. The cells were seeded in 25 cm3 

flask  at  a  concentration  of  6  x  105.  After  reaching  90%  confluence,  growth medium  was removed and replaced with medium containing 10 μM xanthophylls during 24 hours. Exposure  of  cells  to  high  glucose  concentration.  During  the  first  experiment  cells  were cultivated in increasing concentration of glucose in medium: 25 mM (control cells), 40 mM, 50 mM, 70 mM and 100 mM.   After 24 h  treatment with carotenoids,  the culture medium was removed,  the  cells  were  washed  and  with  PBS  and  specifically  lysed  for  each  enzyme determination. Viability assay. MTT assay was used to asses the cell viability (Mossman, 1983). This method uses  the property of  viable  cells  to  reduce MTT  reagent  into  a  coloured  formazan which  is detected by reading the absorbance at 550 nm. Cell viability was expressed as a percentage of control (cells incubated in normal medium only). Antioxidant enzymes activity. Glutathione peroxidase (GPx), superoxide dismutase (SOD) and catalase (Cat) activities were determined using commercial kits provided by Cayman Chemical Company, Michigan,  USA.  The  enzymes  activity  was  expressed  as  IU/mg  protein  and  the protein were determined with bicinchoninic acid assay (Sigma, St. Louis, USA). Glutathione  assay.  The  GSH  assay was  performed  using  an  optimized  enzymatic  recycling method with  glutathione  reductase  (Cayman  Chemical  Company, Michigan, USA).  Standard curve was made with GSSG standard, having the equivalent GSH concentration between 0‐16 μM. Results are expressed as μmoles GSH/mg protein in cell pellet. Intracellular reactive species assay. The determination of intracellular reactive oxygen species 

146

Page 149: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași  

(ROS)  is  based  on  the  oxidation  of  2’,7’‐dichlorodihydrofluorescein  (DCHF)  by  intracellular peroxides,  forming  the  fluorescent  compound  2’,7’‐dichlorofluorescein  (DCF)  (Lebel  et  al., 1992).  TBAR’S concentration was determined after  the  reaction with  thiobarbituric acid by using a calibration curve and a fluorimetric method. A micro plate reader HT BioTek Synergy (BioTek Instruments, USA) was used for all photometric and fluorimetric assays. Statistical analysis was done using One‐way analysis of variance ANOVA, Dunnett's Multiple Comparison Test of Graph Pad Prism version 5.00. Significant differences are designated by p<0.05  and notation  ***extremely  significant,  **very  significant,  *significant.  The points or bars represent the mean ± SD, calculated from three experimental values 

 RESULTS AND DISCUSSION  D407 RPE  cells  are usually  cultivated  in medium  containing 25 mM  glucose, which 

represents a high concentration.  In the  first part of this study we evaluated the  influence of different  higher  glucose  concentration  in  culture  medium,  mimicking  hyperglycemia  that occurs in diabetes, on the viability and intracellular reactive oxygen species generation (ROS). As  can be observed  in Fig. 1  (a) and  (b),  the  increase of glucose  concentration had positive effects  on  cells  viability  up  to  70 mM  but  determined  a  decrease  of  viability  at  100 mM glucose. Very high  concentration of  glucose  (70  and 100 %)  increased  significantly  the ROS generation, as can be seen from the time‐course increase of fluorescence. Glucose at 50 mM was chosen for the further experiments, based on the fact that it has positive effect on the cell viability but significantly increase the ROS generation compared with control.  

 

25 m

M40

mM

50 m

M

70 m

M

100 m

M

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4**

nsns

ns

Glucose concentration (mM)

Abs

orba

nce

(nm

)

0 35 70 105 140 175 210 2450

500

1000

1500

2000

250025 mM40 mM50 mM70 mM100 mM

Time (min)

DC

F fl

uore

scen

ce

       (a)                                                                           (b)  

Fig.1. Viability of D407 cells treated with different concentration of glucose (a) and intracellular ROS generation (b). Statistic: one‐way ANOVA analysis of variance, Dunnet test, comparing all 

columns with control column (25mM), p<0.05, **‐ very significant. 

147

Page 150: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară  

Contro

lLUT

Contro

l gLUTg

0

50

100

150

LD

H c

itot

oxic

ity

(% fo

rm c

ontr

ol)

ns ns

  

Fig. 2. Lactate dehidrogenase leakage in D407 cells culture medium. Control; Control g – 50 μM glucose; LUT – Lutein 10 μM; LUT g – Lutein 10 μm + 50μM glucose  

Control

LUT

Control-g

LUT g0

10

20

30

40

50 ***

**

Act

ivity

GPx

nm

ol/m

in/m

g pr

otei

n

Contro

lLUT

Contro

l-gLUTg

0

20

40

60

80

100

ns

ns

CA

T nm

oli/m

in/m

g pr

otei

n

 (a)                                                                            (b) 

Fig. 3. Glutathione peroxidase (a) and catalase activity (b) in D407cells. Control; Control g – 50 μM glucose; LUT – Lutein 10 μM; LUT g – Lutein 10 μm + 50μM glucose 

Statistic: one‐way ANOVA analysis of variance, Tukey test, p<0.05, *‐ significant, **‐ very significant, ***‐ extremely significant. 

 

148

Page 151: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași  

In a previous study we demonstrated that cultured RPE cells are able to uptake lutein and zeaxanthin  in the range of 1‐10 μM (Pintea et al., 2007).   Lutein at 10 μM concentration did not affect the RPE cells viability  in control or high glucose treated cells  (data not shown) and did not show any cytotoxic effect in both experimental conditions (Fig. 2). Cells treatment with 50 mM glucose  induced a small but not significant  increase of GPx activity but a small decrease  of  catalase  activity.  Treatment with  lutein  for  24  h  resulted  in  a  very  significant increase of GPx activity  in both control and high glucose condition. Catalase activity was not significantly  changed  by  addition  of  glucose  or  glucose  and  lutein  (Fig.  3).  It  is  known  that catalase acts at high concentration of hydrogen peroxide while glutathione peroxidase acts at lower  level  of  peroxides.  High  glucose  concentration  induced  a  small  but  not  statistically significant decrease of SOD activity. The positive influence of lutein on SOD activity was more evident  in control cells  that  in high glucose  treated cells  (Fig. 4a). Lutein  in culture medium determined an  inhibition of fluorescence  in ROS assay, significant  in the case of high glucose treated cells, demonstrating  the ability of carotenoids  to neutralize  the  intracellular reactive oxygen species (Fig. 4b). These results are correlated with a decrease of MDA concentration in cells  treated  with  lutein  at  high  glucose  concentration  (Table  1).  Reduced  glutathione concentration was lower in high glucose treated cells that in control cells but there were not significant changes after addition of lutein, both in normal and high glucose samples (Table 4). Similar results were obtained were xanthophylls (lutein, zeaxanthin and β‐cryptoxanthin) were tested in oxidative stress induced by addition of hydrogen peroxide in culture medium (Pintea et al, unpublished data). 

Contro

lLUT

Contro

l gLUTg

0

5

10

15

20

*

ns

SOD

U/ m

g pr

otei

n

Control

LUT

Control-g

LUT g0

200

400

600

800

1000

1200

1400

DC

F fl

uore

scen

ce

ns *

 (a)                                                                            (b) 

Fig. 4. Superoxide dismutase activity (a) and ROS generation in D407 cells. Control; Control g – 50 μM glucose; LUT – Lutein 10 μM; LUT g – Lutein 10 μm + 50μM glucose; 

Statistic: one‐way ANOVA analysis of variance, Tukey test, p<0.05, *‐ significant, **‐ very significant, ***‐ extremely significant. 

 Table 1. Lipid peroxidation (TBAR’S) and reduced glutathione (GSH) 

  Control  Lutein High glucose  Lutein  high glucose 

TBAR’S (nmol/mg protein) 

0.63 ± 0.09  0.61 ± 0.07 0.76 ± 0.12 0.71 ± 0.07

GSH  (nmol/mg protein) 

21.2 ± 3.4  21.5 ± 3.0 18.4 ± 2.4 19.4 ± 2.9

Values are mean ± standard deviation 

149

Page 152: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară  

 Diabetes  is a chronic metabolic disorder manifested by a complex symptomatology. 

Oxidative damages have been reported to be involved in the pathogenesis of diabetes and of other neurodegenerative diseases. Hyperglycemia which occurs  in diabetes reduces the  level of antioxidants and determines an increase of reactive oxygen species which, in turn produce oxidative damages in different tissues, including retina. One of the complications of diabetes is diabetic  retinopathy, caused by  inefficient control of blood glucose  levels. Manifestations of diabetic  retinopathy  occur  when  the  retina  is  exposed  to  prolonged  high  glucose  level. Diabetic retinopathy affects virtually all subjects who suffer from type I diabetes by at least 20 years and 80% of those with type II diabetes for the same period. Most of the effects of high glucose concentration are actually related to increased metabolism. Thus, there is an increase in  glycolysis,  in  pyruvate  production,  and  in  oxidative  phosphorylation.  Oxidative phosphorylation  is one of the physiological processes that generate reactive oxygen species. Furthermore,  reactive  oxygen  species  are  also  produced  outside mitochondria,  in  part  by sorbitol oxidation.  It  is also considered  that oxidative degradation of proteins contributes  to damage of blood vessels, involved in the pathogenesis of diabetic microangiopathy (Yokoyama et  al.,  2006).  Several  in  vivo  studies  showed  that  progression  of  diabetic  retinopathy  is inhibited by the use of antioxidants, by lowering the level of lipid peroxidation, of oxidatively modified DNA, nitrotyrosine and other markers of oxidative  stress  (Martin‐Gallan, P., et al., 2005, Kowluru, RE  et  al., 2008). However,  zeaxanthin did not prevent  the decrease  in GSH content  in the retina of diabetic rats  (Kowluru et al., 2008). Lutein treatment of healthy and diabetic mice prevented  the oxidative  stress  induced  changes on  the  lipid peroxidation and GPx activity in retina and hippocampus (Muriach et al., 2006). Lutein was recently reported to prevent cortex  lipid peroxidation  in streptozotocin‐induced diabetic  rats  (Arnal et al., 2010). Administration of high concentrations of glucose  in the culture medium of RPE cells  (33mm) led  to an  increase of cathepsin‐B expression, glutathione peroxidase and heat shock protein 27. For Cu/ZnSOD the isoelectric point shifted toward acidic region in response to high glucose concentration. Unlike for other enzymes, SOD activity was lower compared with control cells. The authors concluded that RPE cells respond to acute pathologically high glucose by elevated expression of antioxidant enzymes  (GPX, Hsp27) and proteolytic enzymes  (Yokoyama et al., 2006). Cells respond differently to elevated glucose concentrations. Cultured human Schwann cells  exposed  to  high  glucose  showed  an  increase  in  superoxide  dismutase  and  catalase activity, but a decrease in reduced glutathione concentration (Askwith et al., 2009).    CONCLUSIONS 

We examined the effect of high doses of glucose on the viability and oxidative status of cultured retinal pigment epithelial cells and the effect of lutein addition on the antioxidant status of cells cultivated in normal and high glucose medium.  

Lutein did not show any cytotoxic effect on RPE cells up to 10 μM in culture medium and  protect  them  against  induced  oxidation.  Lutein  protects  RPE  cells  by  quenching  the intracellular ROS generation, by reducing the lipid peroxidation and by enhancing the activity of superoxide dismutase and glutathione peroxidase.   Addition of  lutein did not significantly influenced reduced glutathione concentration and catalase activity. Increased concentration of lutein in RPE cells can contribute to antioxidant defence in oxidative stress conditions.  

 Acknowledgements This  work  was  supported  by  CNCSIS–UEFISCSU,  PNII  –  IDEI  code  ID_854,  414/2007.  We gratefully acknowledge to Prof. Dr. Horst A. Diehl for providing the D407 RPE cells. 

150

Page 153: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași  

REFERENCES  

1. Arnal,  E.,  Miranda,  M.,  Barcia,  J.,  Bosch‐Morell,  F.,  Romero,  F.J.,  Lutein  and docosahexaenoic  acid  prevent  cortex  lipid  peroxidation  in  streptozotocin‐induced diabetic rat cerebral cortex, Neuroscience, 2010, 166, 271‐278 

2. Asckwith, T., Zeng, W., Eggo, MC, Stevens, MJ, Oxidative stress and dysregulation of the  taurine  transporter  in high‐glucose‐exposed human Schwann  cells:  implications for  pathogenesis  of  diabetic  neuropathy,  Am  J  Physiol  Endocrinol  Metab,  2009, 297(3), 620‐628 

3. Beatty S.,   Koh H.H., Phil M., Henson D.,   Boulton M., The role of oxidative stress  in the  pathogenesis  of  age‐related  macular  degeneration,  Survey  of  Ophtalmology, 2000, 45, 115‐134 

4. Coleman, H. R., Chan, C. C.,  Ferris,  F.  L.,  3rd  and Chew,  E.  Y., Age‐related macular degeneration, 2008, Lancet, 372(9652): 1835‐1845 

5. Khachik  F.,  Bernstein  P.S.,  Garland  D.L.,  Identification  of  lutein  and  zeaxanthin oxidation products  in human and monkey  retinas,  Invest Ophthalmol Vis Sci., 1997, 38(9),1802‐1811. 

6. Kopitz, J., Holz, F.G., Kaemmerer, E., Schutt, F., Lipids and lipid peroxidation products in  the pathogenesis of age‐related macular degeneration, Biochimie, 2004, 86, 825‐831 

7. Kowluru, R.A., Menon, B., Gierhart, D.L., Beneficial  Effect of  Zeaxanthin on Retinal Metabolic Abnormalities in Diabetic Rats, Invest Ophthalmol Vis Sci., 2008, 49, 1645‐1651 

8. Krinsky,  N.I.,  Johnson,  E.J.,  Carotenoid  actions  and  their  relation  to  health  and disease, Molec. Asp. Medicine, 2005, 26, 459‐516 

9. LeBel  C.P.,  Ischiropoulos,  H.,  Bondy,  S.C.,  Evaluation  of  the  probe  2',7'‐dichloro‐fluorescin as an  indicator of reactive oxygen species  formation and oxidative stress, Chem Res Toxicol, 1992, 5 (2), 227‐231  

10. Lu  L., Hacket   S.F., Mincey, A.,  Lai H., Capochiaro P.A., Effects of different  types of oxidative stress in RPE cells, J. Cell Physiol., 2006, 206 (1), 119‐125 

11. Martın‐Gallan,  P.,  Carrascosa,  A.,  Gussinye,  M.,  Domınguez,  C.,  Estimation  of lipoperoxidative damage and antioxidant status in diabetic children: relationship with individual antioxidants, 2005, Free Radic. Res., 39, 933‐942 

12. Miceli M.V., Liles M.R., Newsome, D.A., Evaluation of oxidative processes  in human pigment epithelial cells associated with retinal outer segment phagocytosis, Exp Cell Res, 1994, 214 (1): 242‐249 

13. Mosmann T., Rapid colorimetric assay for cellular growth and survival: application to proliferation and cytotoxicity assays, J Immunol Methods, 1983, 65 (1‐2), 55‐63 

14. Muriach,  M.,  Bosch‐Morell,  F.,  Alexander,  G.,  Blomhoff,  G.,  Barcia,  J.,  Arnal,  E., Almansa,  I., Romero, F.J., Miranda, M., Lutein effect on  retina and hippocampus of diabetic mice, Free Radical Biology & Medicine, 2006, 41, 979‐984 

15. Pintea Adela, Dumitrița Preda, Cornelia Braicu, Andrea Bunea, Carmen Socaciu, H.A. Diehl,  Lutein  and  Zeaxanthin  uptake  in  cultured  retinal  pigmented  epithelial  cells, Bulletin USAMV Cluj Napoca series MV, 2007, 64(1‐2), 238‐243 

16. Qin, S., Oxidative damage of retinal pigment epithelial cells and age‐related macular degeneration, Drug Dev Res, 2007, 68, 213‐225 

17. Snodderly  D.M.,  Brown  P.K.,  Delori  F.C.,  Auran  J.D.,  The  macular  pigment.  I. Absorbance  spectra,  localization  and  discrimination  from  other  yellow  pigments  in 

151

Page 154: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară  

primate retinas. Invest. Ophtalmol. Vis. Sci., 1984a, 25, 660‐673 18. Villarroel, M., Garcia‐Ramirez, M., Corraliza, L., Hernandez, C., Simo, R., Effects of high 

glucose  concentration  on  the  barrier  function  and  the  expression  of  tight  junction proteins in human retinal pigment epithelial cells, Exp. Eye Res., 2009, 89, 913‐920 

19. Winkler, B.S., Boulton, M.E., Gottsch, J.D., Sternberg, P., Oxidative damage and age‐related macular degeneration, Mol Vis, 1999, 5: 32  

20. Wrona, M., Rozanowska, M., Sarna, T., Zeaxanthin in combination with ascorbic acid or  alpha‐tocopherol protects ARPE‐19  cells  against photosensitized peroxidation of lipids, Free Radic. Biol. Med., 2004, 36, 1094‐1101 

21. Yokoyama,  T.,  Yamane,  K., Minamoto,  A.,  Tsukamoto, H.,  Yamashita, H.,  Izumi,  S., Hoppe, G., Sears,  J.E.,   Mishima, H.K., High glucose  concentration  induces elevated expression of anti‐oxidant and proteolytic enzymes in cultured human retinal pigment epithelial cells, Exp. Eye Res., 2006, 83, 602‐609 

    

152

Page 155: vol_53_2010-1

 ALUMINIUM SULPHATE IMPACT ON FUNDAMENTAL 

BIOMARKERS OF REPRODUCTIVE FUNCTIONALITY IN FEMALE RATS (SUCKLING PERIOD EXPOSURE)  

 TRIF ALEXANDRA1, DUMITRESCU EUGENIA 1, PETROVICI SNEJANA1 

Corresponding author: Alexandra Trif, Banat’s University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine, Faculty of Veterinary Medicine, Calea Aradului, 119, 300645 Timisoara, 

Romania, tel.0040256277076, e‐mai:[email protected] 

 Recent researches are emphasizing more and more obvious the perturbance of the health  of  the  reproductive  process,  the  causes  including  substances  with  toxic potential (industrial contaminants, pesticides, organic solvents, etc.) (3).  The  studies  in  the  field  of  reproductive  toxicology  are  of  opportunity  because  in Romania there is primary and secondary aluminium industry, that represents a real risk for the environment, animals and humans health (2). The aim of  the study was  the evaluation of aluminium  toxic  impact on  the  femele reproductive system integrity, functionality and performances biomarkers.  The  objectives  of  the  study  were  evaluation  of  the  reproductive  functionality fundamental  biomarkers  (duration  of  sexual  cycle  and  sexual  cycle  regularity)  at sexual  maturity  of  female  offspring  exposed  to  aluminium  sulphate  only  during suckling period.  

Key words: aluminium rats, sexual cycles.  

MATERIAL AND METHODS  The study was carried out on 32 adult female rats (90 days) exposed to aluminium 

sulphate during suckling period as follows: E1: 200 ppb Al (the exceptional admitted limit in drinking water according  to  the  Law 485/2002); E2: 400 ppb Al; E3: 1000 ppb Al  (values representing  concentrations  found  out  in  water  sources  destinated  for  animals  and, sometimes,  for  people,  in  areas  exposed  to  the  risk  of  aluminium  based  industrial contamination).  

The  exposure  to  aluminium  sulphate  was  stopped  from  weaning  until  sexual maturity. Control group received tap water. 

The forages and water have been assured ad libitum. Duration of sexual cycle and of sexual cycle stages regularity were appreciated by 

examination of vaginal  smear  cytological  characteristics  (stained May‐Grunnwald‐Giemsa method, examinated by optic microscope. X 20). 

The results had been processed by ANOVA method and Student test. All assays with animals were conduced  in accordance with present  laws  regarding 

animal welfare and ethics in animal experiments (5, 6, 7, 8, 9, 10).    

153

Page 156: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

RESULTS AND DISSCUSIONS   The results are presented in table 1, 2, and figures 1, 2. 

Table 1.  Mean sexual cycle duration (days) 

 

 Fig.1. Dynamics of sexual cycle duration (days) 

 In C group,  sexual  cycle was  in physiological  limits – 4‐5 days  (4), but  in exposed 

groups, the duration was significantly (p<0.01) higher than the physiological limits, directly correlated  with  the  exposure  level:  E1/C:  +14.72%;  E2/C:  +21.88%;  E3/C:  +25.56;  E2/E1: +6.23%, p<0.05; E3/E2: +3.02%, p>0.05; E3/E1:+9.44%, p<0.01 

In C group all sexual cycle stages ranged in physiological limits as duration. Percentage  of  proestrus  in  physiological  limits  was  significantly  (p<0.01)  lower 

comparative  to C group: E1/C:  ‐1.89%, p<0.05; E2/C:‐5.24%, p<0.01; E3/C:  ‐6.12%, p<0.01, and  inversely  correlated  with  the  exposure  level  (E2/E1:  ‐3.41%,  p<0.01;  E3/E2:  ‐0.92%, p>0.05; E3/E1:‐4.3%, p<0.01). 

No sexual cyles with absent proestrus were reported.  Exposure to aluminium determined the appearance of sexual cycles with prolonged 

proestrus,  increasing  significantly  (p<0.01),  in direct  correlation with  the exposure  level: E1/C:  +93%;  E2/C:+257%;  E3/C:  +300%;  E2/E1:  +84.97%,  p<0.01;  E3/E2:  ‐12.04%,  p>0.05; E3/E1:+107.25, p<0.01%. 

The  percent  of  sexual  cycles  with  estrus  in  physiological  limits  was  in  E  group significantly (p<0.01) lower than in C group. inversely. significantly (p<0.01) correlated with the exposure  level: E1/C:  ‐5.57%; E2/C:‐10%; E3/C:  ‐11.43%; E2/E1:  ‐4.69%, p>0.05; E3/E2:  ‐1.58%, p>0.05; E3/E1:‐6.20, p<0.01%. 

Exposure  to  aluminium  determined  the  appearance  of  sexual  cycles with  absent estrus in E groups: E1/C: 5.57%/0%; E2/C:10%/0%; E3/C: 11.43%/0%; increasing significantly, 

Group 

X±Sx D.S. C.L. 95% 

C  4.89±0.09 0.23 0.21 E1  5.61±0.12 0.32 0.21 E2  5.96±0.08 0.22 0.21 E3  6.14±0.12 0.31 0.21 

154

Page 157: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași  

in direct correlation with the exposure level E2/E1: +79.53%, p<0.01; E3/E2: +14.3%, p<0.05; E3/E1:+105.2%, p<0.01. 

The  percent  of  sexual  cycles  with  diestrus  I  in  physiological  limits  significantly decreased  (p<0.01)  in exposed  groups  comparative  to C  group: E1/C:  ‐4%; E2/C:‐10.54%; E3/C:  ‐13.43%,  inverselly, significantly (p<0.01) correlated with the exposure  level: E2/E1: ‐6.84%, p<0.01; E3/E2: ‐3.19%, p<0.05; E3/E1: ‐9.82%, p<0.01). 

No sexual cyles with absent diestrus I were reported.   Exposure  to  aluminium  determined  the  appearance  of  sexual  cycles  with 

prolonged  diestrus  I,  increasing  significantly  (p<0.01),  in  direct  correlation  with  the exposure  level:  E1/C:  4%/0%;  E2/C:10.57%/0%;  E3/C:  13.43%/0%;  E2/E1:  +164.25%;  E3/E2: +27.05%; E3/E1:+235.75%. 

The  percent  of  sexual  cycles  with  diestrus  II  in  physiological  limits  significantly decreased  (p<0.01)  in exposed groups, comparative  to C group: E1/C:  ‐6.71%; E2/C:‐11%; E3/C:  ‐14.14%,  inverselly, significantly  (p<0.01) correlated with  the exposure  level E2/E1:  ‐4.59%; E3/E2: ‐3.52%; E3/E1:‐7.96%. 

No sexual cyles with absent diestrus II were reported.   The precent of sexual cycles with prolonged diestrus  II was significantly  (p<0.01) 

higher  in  E  groups  than  in  C  group:  E1/C:  6.71%/0%;  E2/C:11%/0%;  E3/C:  14.14%/0%; directly,  significantly  (p<0.01)  correlated  with  exposure  level:  E2/E1:  +63.93%;  E3/E2: +28.54%; E3/E1:+110.73%. 

  

  

Figure. 2. Sexual cycle stages dynamics   

Appearance  of  anormal  sexuale  cycles  was  mentioned  by  Agrawald  et  al.,  (1) consecutive female exposure from in utero period until sexual maturity. 

No  data  regarding  the  influence  of  exposure  period,  and/  or  duration  (month, generations) on sexuale cycle characteristics were found. 

    

155

Page 158: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

Table 2. Sexual cycle stages (% of total sexual cycles) 

    N – physiological (as duration) stage A‐  absent stage 

P – prolonged stage E1 – 200 ppb Al E2 – 400 ppb Al E3 – 1000 ppb Al 

NB: 28 supervised sexual cycles /group (7 individuals/group x 4 supervised sexual cycles)

Sexual cycle stage

  C E1 E2  E3

Proestrus  N  X ± Sx  98± 0.44 96.14±0.51 92.86±0.63  92.00±0.44S. D.  1.15 1.35 1.68  1.63C.L:  0.76 0.76 0.76  0.76

A  X ± Sx  0.00± 0.00 0.00±0.00 0.00±0.00  0.00±0.00S. D.  0.00 0.00 0.00  0.00C.L:  0.76 0.76 0.76  0.76

P  X ± Sx  2.00± 0.44 3.86±0.01 7.14±0.26  8.00±0.49S. D.  1.15 0.01 0.69  1.29C.L:  0.76 0.76 0.76  0.76

Estrus  N  X ± Sx  100± 0.00 94.43±1.57 90.00±0.79  88.57±0.87S. D.  0.00 4.16 2.08  2.30C.L:  1.18 1.18 1.18  1.18

A  X ± Sx  0.00± 0.00 5.57±0.13 10.00±0.44  11.43±0.37S. D.  0.00 0.13 1.15  0.98C.L  1.18 1.18 1.18  1.18

P  X ± Sx  0.00± 0.00 0.00±0.00 0.00±0.00  0.00±0.00S.D.  0.00 0.00 0.00  0.00C.L  1.18 1.18 1.18  1.18

Diestrus I  N  X ± Sx  100± 0.00 96.00±0.53 89.43±1.11  86.57±0.53S.D.  0.00 1.41 2.94  1.40C.L:  0.89 0.89 0.89  0.89

A  X ± Sx  0.00± 0.00 0.00±0.00 0.00±0.00  0.00±0.00S.D.  0.00 0.00 0.00  0.00C.L:  0.89 0.89 0.89  0.89

P  X ± Sx  0.00± 0.00 4.00±0.49 10.57±0.37  13.43±0.48S.D.  0.00 1.29 0.98  1.27C.L:  0.89 0.89 0.89  0.89

Diestrus II  N  X ± Sx  100± 0.00 93.29±0.68 89.00±0.31  85.86±0.40

S.D.  0.00 1.80 0.82  1.07

C.L:  0.93 0.67 0.67  0.67

A  X ± Sx  0.00± 0.00 0.00±0.00 0.00±0.00  0.00±0.00

S.D.  0.00 0.00 0.00  0.00

C.L:  0.93 0.67 0.67  0.67

P  X ± Sx  0.00±0.00 6.71±0.42 11.00±0.53  14.14±0.40

S.D.  0.00 1.11 1.41  1.07

C.L:  0.93 0.67 0.67  0.67

156

Page 159: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași  

CONCLUSIONS  

Exposure to aluminium sulphate during suckling period determined in female rats at sexual maturity:  

Significant increase of sexual cycle duration comparative to control group, over the physiological limits, and in direct correlation to exposure level;  

Modification of sexual stages regularity: o significant decrease of sexual cycles percentage with proestrus, estrus, diestrus  I 

and  diestrus  II  in  physiological  limits  as  duration  comparative  to  control  group  and inversely correlated with the exposure level;  

o appearance  of  sexual  cycles  with  absent  estrus,  directly  correlated  with  the exposure level; 

o appearance of sexual cycles with prolonged proestrus, diestrus  I and  II, directly, significantly correlated with exposure level. 

 REFERENCES 

 1. Agarwal, S.K., Ayyash, L., Gourlet, C.S., Levy, L., Faber, K., Hughes, C.L.JR. 

Evaluation  of  the  developmental  neuroendocrine  and  reproductive toxicology of aluminium. Food Chem Toxicol. 1996, 34:1: 49‐53. 

2. Drugă Mărioara  Aluminiul.  Potențialul  poluant  al  industriei  de  prelucrare primară  şi  secundară.  Impactul  asupra  organismelor  vii,  Teză  de doctorat,2005, USAMVB Timişoara.  

3. Gupta C. Ramesh., Veterinary Toxicology, 2007, Ed. Academic Press U.S.A. 4. Kei‐Ichiro  Maeda.,  Satoshi  Ohkura.,  Hiroko  Tsukamura.,  Physiology  of 

Reproduction, Academic Press, Japan, 2000, pp. 145‐456; 5. ***Directiva 86/609 Din 24.11.1986 privind protecția animalelor utilizate în 

scopuri  experimentale  și  în  alte  scopuri  științifice, http://ec.europa.eu/food/fs/aw/aw_legislation/scientific/86‐609‐eec_en.pdf; 

6. ***Legea  205/26.05.2004  privind  protecția  animalelor,  M.  O.  nr. 531/14.06.2004; 

7. ***Legea  206/27.05.2004  privind  buna  conduită  în  cercetarea  științifică, dezvoltarea tehnologică și inovare, M. O. nr. 505/4.06.2004; 

8. ***Legea  471/9.07.2002  privind  aprobarea  O.G.  nr.  37/2002  pentru protecția  animalelor  folosite  în  scopuri  științifice  sau  în  alte  scopuri experimentale, M. O. nr. 535/23.07.2002; 

9. ***Legea  9/11.01.2008  pentru  modificarea  și  completarea  Legii  nr. 205/2004 privind protecția animalelor, M. O. nr. 29/15.01.2008; 

10. ***Ordin  143/400  pentru  aprobarea  instrucțiunilor  privind  adăpostirea  și îngrijirea  animalelor  folosite  în  scopuri  științifice  sau  în  alte  scopuri experimentale, M. O. nr. 697/24.09.2002; 

     

157

Page 160: vol_53_2010-1

 IMPROVEMENT OF GLUCOSE CONCENTRATION, LIPOPROTEIN 

PROFILE AND ANTIOXIDANT BIOMARKERS IN BLOOD OF NATURALLY DIABETIC BITCHES ADMINISTERED INSULIN WITH 

VITAMIN C OR VITAMIN E  

Wael M. EL‐Deeb a , S.M. El ‐Bahrb  

a(Corresponding author)  Department of clinical studies, College of Veterinary Medicine and animal Resources, King 

Faisal University, Saudi Arabia, Al‐Ahsa, 31982 P.O. Box:  1757 

e‐mail: [email protected] b 

Department of Physiology, Biochemistry and Pharmacology, College of Veterinary Medicine and animal Resources, King Faisal University, Saudi Arabia, Al‐Ahsa, 31982 

 Abstract  The present work aimed to determine if vitamin C or E has any advantage over  insulin therapy on  glucose  concentration,  lipoprotein  profile,  antioxidant  activity  and  lipid  peroxidation  in naturally diabetic bitches. Therefore, forty bitches were divided  into four groups (10 bitches  in each).  The  first  and  second  groups were  served  as  non  diabetic  and  diabetic  control  group, respectively.  Dogs  of  group  2 were  divided  to  3  groups  (10  animals  each)  and  subjected  to different three treatment protocols namely group 3, 4 and 5 which treated with insulin, insulin and ascorbic acid, and  insulin and vitamin E, respectively. Values of blood glucose, serum total cholesterol,  low density  lipoprotein cholesterol (LDL‐c) and high density  lipoprotein cholesterol (HDL‐c) were determined.  In addition,  the enzymatic activities of superoxide dismutase  (SOD), catalase (CAT) and glutathione peroxidase (GPX) and the values of malondialdehyde (MDA) were measured  in erythrocyte hemolysate as biomarkers of antioxidation. Results  revealed  that,  in diabetic  bitches,  the  values  of  glucose,  total  cholesterol,  LDL‐c  and MDA  were  significantly increased as compared to non diabetic bitches. SOD, CAT, and GPX activities and HDL‐c values of diabetic bitches were significantly decreased as compared to normal bitches. In diabetic bitches, supplementation  of  examined  dose  of  vitamin  C  or  vitamin  E  with  insulin  was  effective  in inhibiting  hyperglycaemia,  hypercholesterolemia,  oxidative  stress  and  lipid  peroxidation  than insulin alone. These effects were almost the same whatever the vitamin used.  

Keywords: Diabetes mellitus, lipoproteins, oxidative stress, vitamin C, vitamin E, bitches  

1. INTRODUCTION  

Diabetes mellitus  (DM)  is  the most common metabolic disease.  It  is more  likely  that long‐term, uncontrolled DM with sustained high blood glucose  levels  is the cause of glucose autooxidation  with  increased  oxidative  stress  (So¨zmen  et  al.,  2005).  Overproduction  of reactive oxygen species (ROS) through the electron transport chain has been demonstrated in DM. Lipid peroxidation is an important biological consequence of oxidative cellular damage in patients with DM. Serum  lipoperoxidation products such as malondialdehyde (MDA) reflects oxidative stress.  

158

Page 161: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

The  increase  in  ROS  causes  nonspecific modification  of  nucleic  acids,  proteins,  and 

phospholipids  leading  to  DNA,  RNA,  and  protein  damage  and  alterations  in  antioxidant enzyme  levels. All these events result  in cellular and tissue damage. Tissue damage  induced by  free  radicals  is  thought  to  be  an  important  factor  in  the  pathogenesis  of  DM  and  its complications  (Annunziata  et  al.,  2005).  Experimentally,  streptozotocin  (STZ)  induces  DM, probably  through  the  generation  of  ROS,  leading  to  islet  cell  destruction  (Tavridou  et  al., 1997).  Living  organisms  possess  antioxidant  defense  systems  against  ROS.  These  defense systems  include endogen antioxidants, which can be classified as enzymatic  (SOD, GSH) and nonenzymatic (vitamin E, vitamin C, uric acid, bilirubin) defense system. Once ROS formed, it depletes  antioxidant  defense  systems,  rendering  the  affected  cells  and  tissues  more susceptible to oxidative damage.  

Dogs are becoming an  important medical research model because  it shares the same environment as humans and develops many of similar chronic diseases (Kearns et al., 1999, and Adams et al., 2000). Much of their biochemical and endocrine mechanisms are similar to humans  (Kararli,  1995,  and  Felsburg,  2002).  DM  is  one  of  the most  frequently  diagnosed endocrinopathies  in cats and dogs. Type 1 diabetes mellitus  (insulin dependent diabetes)  is most  common  in  dogs  (Expert  Committee  on  the  Diagnosis  and  Classification  of Diabetes Mellitus, 1997). At present, there are no internationally accepted criteria for the classification of canine diabetes. No  laboratory test  is readily available to  identify the underlying cause of diabetes  in dogs, and diagnosis  is  generally made  late  in  the disease  course.  If  the  criteria established  for human diabetes are applied to dogs, at  least 50% of diabetic dogs would be classified as type 1, because this proportion has been shown to have antibodies against β‐cells (Hoenig and Dawe, 1992; Davison et al., 2003). 

The balance between oxidant and antioxidant species has been proposed to have an important role in preventing diabetic complications. Dietary antioxidants play a major role in the maintenance  of  the  oxidative  balance.  Vitamin  C,  vitamin  E,  and  other micronutrients protect humans DM  (Schwedhelm et al., 2003). Numerous  studies have demonstrated  that antioxidant vitamins and supplements can help lower the markers indicative of oxidant stress and  lipid peroxidation  in diabetic  subjects and animals. A number of  studies have  reported vitamin  C,  vitamin  E  and  beta‐carotene  deficiency  in  diabetic  patients  and  experimental animals (Penckofer, et al., 2002; Naziroglu and Butterworth 2005).  

To  our  knowledge,  up  till  now,  the  publications  concerning  the  effect  of  insulin combined with  vitamin C or  E  in diabetic bitches are not  available.  Therefore,  the present study aimed to determine the effect of combined administration of insulin with vitamin C or vitamin  E  on  glucose  concentration,  lipoproteins  profile  and  oxidative  stress  markers  in naturally diabetic bitches.  

 2. MATERIALS AND METHODS 

 2.1. Animals  A  total  of  40  bitches  (5‐8  years  old)  were  used  in  the  present  study.  They  were 

maintained as performed by national  guidelines and protocols, approved by  the University Animal Ethics Committee. They were divided  into four groups. Bitches of the first group (10 animals) were  non  diabetic  and  served  as  a  control  non  diabetic  group  (positive  control; group 1). Bitches of the second group (30 animals) were diagnosed as diabetic and served as control  diabetic  group  (negative  control;  group  II).  This  group  (group  2) was  divided  to  3 groups  (10  animals each) and  subjected  to different  three  treatment protocols.  For  simple presentation  these  groups were named  group 3, 4  and 5. Bitches of  the  third  group were 

159

Page 162: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

treated with  insulin  in  a dose  rate of  0.5 unite/kg body weight  twice daily. Bitches of  the fourth group were treated with insulin in a dose rate of 0.5 unite/kg body weight twice daily, and ascorbic acid supplementation  in a dose rate of   30 mg/kg body weight and once daily (Morgan,  2008). Bitches  of  the  fifth  group were  treated with  insulin  in  a dose  rate  of  0.5 unit/kg body weight and vitamin E supplementation in a dose rate 800 IU once daily (Morgan, 2008).  The  insulin  dose was  stabilized  over  the  time  of  the  experiment.  All  experimental groups were presented in Figure 1. 

2.2. Sampling protocol Fasting blood sample was collected one month post treatment from the cephalic vein 

from  all  groups  in  fresh heparinized  vials  containing  sodium  fluoride  for  the  estimation of glucose. Some blood samples were used for preparation of serum for determination of total cholesterol,  LDL‐c  and  HDL‐c.  In  addition,  the  activities  of  super  oxide  dismutase  (SOD), Catalase  (CAT),  Glutathion  peroxidase  (Gpx)  and  Malondialdehyde  (MDA)  in  erythrocyte hemolysate were also determined.  

From ethical point of view, samples were  taken  from 10 animals of  the group  II and served  as  a  diabetic  control  samples.  Afterwards  all  group  II  as mentioned  before  were treated  by  different  examined  drugs.  This  has  been  done  to  run  the  experiment without depriving any dogs of treatment.  

 2.3. Preparation of hemolysate After collecting blood samples  in heparinized tubes, centrifugation was performed at 

1000g  for 15 min  to  remove  the buffy coat. The packed cells obtained at  the bottom were washed thrice with phosphate buffer saline (0.9% NaCl  in 0.01 M phosphate buffer, pH 7.4). Erythrocytes were lysed with hypotonic phosphate buffer. The hemolysate was obtained after removing the cell debris by centrifugation at 3000g for 15 min and used for determination of super  oxide  dismutase  (SOD),  Catalase  (CAT),  Glutathion  peroxidase  (Gpx)  and Malondialdehyde (MDA). 

 2.4. Determination of glucose and lipoprotein profile  Blood glucose was estimated by the method of Dubowski as modified by Sasaki et al., 

(1972). Blood was treated with 10% trichloroacetic acid, mixed and centrifuged at 1000g for 10 min; the protein free supernatant was then treated with orthotoludine reagent and kept in a boiling water bath for 10 min. The color developed was read using spectrophotometer at an absorbance  of  640  nm.  Enzymatic  method  of  spinreact  kits  was  used  for  colorimetric determination  of  serum  total  cholesterol  (Zak  et  al.,  1954)  according  to  the manufacturer instructions.  Briefly,  the  spectrophotometer  was  adjusted  to  zero  by  distilled  water. Afterwards,  in clean and dry separate test tubes, 10μl of serum and standard of cholesterol were added to 1ml of their working solutions. However, the blank was prepared by adding 1 ml of the working solution in a separate tube. After mixing, the mixture was incubated for 5 minutes at 37  °C and  the developed  colour was measured  colorimetrically against blank at wave length of 505 nm. The value of cholesterol (mg/dl) were calculated by dividing the value of the absorbance of the serum sample on that of the standard and the resultant value then multiplied  by  200  (Standard  concentration).  Detection  limit  was  ranged  from  0.6  to  600 mg/dl. However, the sensitivity was 1 mg/dl. Enzymatic method of spinreact kit was used also for colorimetric determination of serum HDL‐c (Lopes‐Virella et al., 1977). Briefly, 1 ml of the serum was added to 100 μl of the precipitating reagent. After mixing, the mixture allowed to stand  for  10 minutes  at  room  temperature.  After  centrifugation  (3000g/20 minutes),  the supernatant was  collected  and  the  cholesterol  value was  estimated  as mentioned  above. 

160

Page 163: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

Detection  limit was  ranged  from 1.57  to 275 mg/dl and  the sensitivity was 1 mg/dl. VLDL‐c was calculated by division of TAG/5 mg/dl while the LDL‐c was calculated as total cholesterol – (HDL‐c + VLDL‐c) = mg/dl (Bauer, 1982). 

 2.5. Determination of Antioxidant enzymes Activity of superoxide dismutase SOD (inhibition rate percent) was assayed in the RBC's 

cell as described by Nishikimi et al. (1972) using commercial available kits (Bio‐diagnostic, Kit number SD2520). The activity of catalase was assayed in the RBC's cell by the method of Aebi, (1984) using commercial available kits (Bio‐diagnostic, Kit number CA2516). The activity of the enzyme  was  expressed  as  units/mg  of  haemoglobin.  Glutathione  peroxidase  (GPx) (EC.1.l1.1.l9)  was  assayed  by  the method  of  Rotruck  et  al.  (1973).  The  hemolysate  were prepared in Tris‐HCl buffer (pH 7.0, 0.4 M). The assay mixture contained EDTA, sodium azide (10 mM),  reduced  glutathione  (GSH  0.2 mM),  and  H2O2  (0.2 mM)  and  the  appropriately diluted enzyme preparation. A system devoid of enzyme served as  the control. The activity was determined by measuring the amount of GSH consumed after carrying out the reaction for 10 minutes. 

 2.6. Determination of lipid peroxidation Lipid  peroxidation was  assayed  by  the measurement  of MDA  levels  on  the  base  of 

MDA  reacted with  thiobarbituric  acid  at  532  nm,  according  to Ohkawa  et  al.  (1979)  using commercially supplied kits (Bio‐diagnostic, Kit number MD2529). 

 2.7. Statistical analysis The obtained data of biochemical parameters were compared between groups within 

different  concentrations by using  computer package of  the  statistical analysis  system  (SAS, 1997). All data are presented as means ± standard deviation (SD). 

 3. RESULTS 

 The data summarized  in Table 1 showed the  level of blood glucose, total cholesterol, 

LDL‐c and HDL‐c in the control and experimental Bitches. Blood glucose level in insulin treated bitches  (Groups  3) was  significantly  increased  than  the  normal  value  noted  in  the  control bitches whereas  its  concentration  in  insulin‐vitamin C and  insulin‐vitamin E  treated bitches (Groups 4 and 5 respectively) were comparable to the control group. However, blood glucose level in diabetic bitches (Group 2) was significantly (p < 0.01) higher than control and treated groups. Administration of insulin, insulin with vitamin C and insulin with vitamin E to diabetic bitches  decreased  blood  glucose  level  significantly  compared  to  the  diabetic  animals  not getting either  compound. Administration of  insulin with  vitamins  (C or  E) was  found  to be more effective in lowering blood glucose level than insulin administered alone.  

Serum  total  cholesterol  values  in  insulin,  insulin‐vitamin  C  and  insulin‐vitamin  E (Groups 3, 4 and 5 respectively) treated bitches were significantly increased than the normal values noted  in  the  control bitches whereas  its  concentration  in diabetic bitches  (Group 2) was significantly (p < 0.01) higher than control and treated groups. Administration of insulin, insulin with vitamin C and  insulin with vitamin E  to diabetic bitches decreased  the  levels of total  cholesterol  concentrations  significantly  compared  to  the  diabetic  animals  not  getting either compound. Administration of insulin with vitamin C was found to be more effective in lowering  total  cholesterol  value  followed  by  administration  of  insulin with  vitamin  E  and finally insulin administered alone.  

161

Page 164: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

LDL‐c  level  in  insulin  treated bitches  (Groups 3) was  significantly  increased  than  the 

normal value noted  in the control bitches whereas  its concentration  in insulin‐vitamin C and insulin‐vitamin  E  treated  bitches  (Groups  4  and  5  respectively)  were  comparable  to  the control group. However, LDL‐c  level  in diabetic bitches (Group 2) was significantly (p < 0.01) higher than control and treated groups. Administration of  insulin,  insulin with vitamin C and insulin with vitamin E to diabetic bitches decreased LDL‐c level significantly compared to the diabetic animals not getting either compound. Administration of insulin with vitamins (C or E) was found to be more effective in lowering LDL‐c level than insulin administered alone. 

The  concentration  of  serum  HDL‐c  in  bitches  treated  with  insulin  (Groups  3)  was significantly  (p < 0.01)  lower  than  that of  the control bitches whereas  the concentration  in insulin‐vitamin  C  and  insulin‐vitamin  E  treated  bitches were  comparable with  the  control group. The concentration of serum HDL‐c  in diabetic bitches (Group 2) was significantly (p < 0.01) lower than that of the control and treated groups. Administration of insulin, insulin with vitamin  C  and  insulin  with  vitamin  E  to  diabetic  bitches  increased  the  levels  of  HDL‐c concentrations significantly compared  to  the diabetic animals not getting either compound. Administration of  insulin with vitamins  (C or E) was  found  to be more effective  in elevating HDL‐c level than insulin administered alone.  

The data of Table 2  included the activities of SOD, CAT, Gpx and value of MDA  in the erythrocyte hemolysate of control and experimental Bitches. The activities of SOD, CAT and Gpx in bitches treated with insulin, insulin with vitamin C and insulin with vitamin E (Groups 3, 4 and 5 respectively) were lower than the control bitches. The activities of SOD, CAT and Gpx in  the  hemolysate  were  lowered  significantly  (p  <  0.01)  in  diabetic  bitches  (Group  2) compared  to  the  control  (Group  1).  Administration  of  insulin,  insulin with  vitamin  C  and insulin‐vitamin E simultaneously elevated  the activities of  these enzymes  in  the erythrocyte hemolysate of  the diabetic bitches. However,  insulin administered either with vitamin C or vitamin E was found to be more effective  in elevating the values of examined enzymes than that of insulin administered alone. 

The value of MDA in insulin treated bitches (Groups 3) was significantly increased than the normal value noted  in the control bitches whereas  its concentration  in  insulin‐vitamin C and  insulin‐vitamin E treated bitches  (Groups 4 and 5 respectively) were comparable to the control group. However, MDA value  in diabetic bitches (Group 2) was significantly (p < 0.01) higher than control and treated groups. Administration of  insulin,  insulin with vitamin C and insulin with vitamin E to diabetic bitches decreased MDA value significantly compared to the diabetic animals not getting either compound. Administration of insulin with vitamins (C or E) was found to be more effective in lowering MDA value than insulin administered alone. 

 4. DISCUSSION AND CONCLUSION 

 Several  features appear  in DM  including an  increase  in  lipid peroxidation  (Naziroglu 

and Sqimsek 2004; Gumieniczek, 2005), alteration of the glutathione redox state, a decrease in  the  content of  individual natural  antioxidants,  and  finally  a  reduction  in  the  antioxidant enzyme  activities.  These  changes  suggest  an  oxidative  stress  caused  by  hyperglycemia (Chaudhry et al., 2007). Many defense mechanisms are  involved  in against oxidative stress. Among  these mechanisms,  antioxidants  such as  ascorbic acid  (vitamin C)  and a‐tocopherol (vitamin  E)  play  the  role  of  a  free‐radical  scavenger  (Karaoz  et  al.,  2002;  Naziroglu  and Sqimsek 2004; Tucker and Townsen 2005).  

The present results showed that, administration of  insulin,  insulin with vitamin C and insulin with vitamin E  resulted  in significant changes  in  the concentration of blood glucose, 

162

Page 165: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

total cholesterol, LDL‐c, HDL‐c, SOD, CAT, Gpx and MDA. Literature information indicates that natural diabetic dogs are hyperglycemic and have  increased oxidative stress  (Comazzi et al., 2002). Observations  in  this study also correlate well with  the previous  research  findings,  in that  the blood glucose  levels were elevated  significantly  in diabetic bitches  (Comazzi et al., 2002).  There  were  marked  fall  in  the  blood  glucose  concentration  of  diabetic  bitches administered  insulin  alone  or  in  combination  with  either  vitamin  C  or  E.  The  better hypoglycaemic effect of insulin administered with vitamins than that of insulin alone perhaps attributed to one of two possibilities. The first possibility is that, supplementation of vitamins increased  the  antioxidant  enzymes  expressions  and/or  activities. Although  pancreatic  beta cell  loss  in  diabetes  is  probably  due  to  an  autoimmune  response,  ROS  produced  during inflammation  are  considered  as  a  predisposing  factor,  and  increased  mitochondrial  ROS production  during  hyperglycemia  may  be  central  to  much  of  the  pathology  of  diabetes (Kowluru Renu et al., 2006; Nobuyo et al., 2006; Wagner et al., 2007). The second possibility is that, supplementation of vitamins inactivates the circulating free radicals that quench nitrous oxide before it reaches pancreatic beta cells, where induced their damage and/or death (Vina et al., 2006).  

The reported increased level of total cholesterol and HDL‐c in diabetic bitches comes in agreement with  previous  studies  (Betteridge,  1994;  Naziroglu,  et  al.,  2004).  Studies  have shown  that  increased  plasma  triglyceride  and  cholesterol  levels may  be  a  risk  factor  for vascular disease  (Kamata and Yamashita 1999; Kamata et al 2001; Shahar et al., 2003). Also oxidative modification  of  LDL  is  an  important  step  in  the  development  of  atherosclerosis (Felmeden  et  al.,  2003).  This  oxidation  is  initiated  and  propagated  by  free  radicals where antioxidants become depleted (Young and Woodside, 2001; Kaviarasan et al., 2005).  

In this study, vitamin C or E when supplemented with insulin significantly reduced lipid profile  in diabetic bitches compared to  insulin treated diabetic bitches. This  improvement  in lipid profile in the present study is supported by previous studies  that vitamin C (Anderson et al., 1999; Kurowska et al., 2000) prevents oxidation of LDL‐cholesterol; decreases  total and LDL‐cholesterol  and  triglyceride;  and  also  raises  HDL‐cholesterol  level.  The  superiority  of administration of  insulin with  vitamins  than  insulin alone  reflected  the protective effect of vitamins  against  atherogenic  properties  of  insulin.  This  was  underlined  by  the  reported increment of HDL‐c in the respective groups.  

The possible explanation for the hypocholesterolaemic effect of vitamin C and vitamin E  is  that  they  prevents  LDL‐cholesterol  from  oxidative  damage  and  aids  in  degradation  of cholesterol. Secondly, it has been suggested that these vitamins are needed by the enzyme in the  first  step  of  bile  acid  synthesis  (cholesterol  7α‐hydroxylase)  by  directing  cholesterol towards bile acid synthesis and reduces  its  level  in serum (White et al., 1994). Kaviarasan et al. (2005) reported that  level of total cholesterol, triglyceride,  lipid peroxidation and glucose increased  in  hyperlipidemic  patients  with  DM  whereas  there  was  decreased  plasma concentration  of  vitamin  C,  E  and  other  antioxidants.  Taking  the  above  evidence  together suggest that vitamin C and E supplementation improves the lipid profile of diabetic bitches by acting  through  cholesterol  7α‐hydroxylase  to  direct  cholesterol  into  bile  synthesis. Furthermore,  by  scavenging  free  radicals  it  decreases  oxidative  damage  to  oxidized  LDL‐cholesterol. 

The significant (p < 0.01 %) decrease in the activity of antioxidant enzymes, SOD, CAT and Gpx in diabetic bitches (Table 2) are agree with the previous results in rats (Kedziora, et al., 2000; Vessby, et al., 2002).  The authors reported that, antioxidant capacity in plasma of type  –1  diabetic  rats was  shown  to  be  lower  than  that  of  the  normal  animals,  and  they returned this reduction to decreased activity of antioxidant enzymes.  

163

Page 166: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

The  present  work  demonstrated  a  potential  and  beneficial  effect  of  combined 

administration  of  insulin  either  with  vitamin  C  or  E  in  attenuating  oxidative  stress  and enhancing the body’s own antioxidant defenses in diabetic bitches with established oxidative stress.  As  tabulated  in  the  result  section, most  of  the  evaluated  parameters  exhibited  a significant restoration which was comparable to that of normal control.  In the contrary, the enzymatic  antioxidants  and  cell  damages  as  reflected  on  MDA  value  in  erythrocyte hemolysate remained significantly altered in the diabetic control bitches.  

The  antioxidant  enzymes Gpx,  CAT  and  SOD  are  known  to  be  inhibited  in  diabetes mellitus  as  a  result  of  non‐enzymatic  glycosylation  and  oxidation.  The  positive  impact  of treatment of DM using vitamins  (C and E) on  these enzymes observed  in  the present study could be explained by two possible mechanisms. First, the antioxidative effect of  vitamins C or E perhaps prevent  further glycosylation and peroxidation of proteins by  interacting with free radicals minimizing their serious effects. Second, vitamin C or E may  induce the protein synthesis of  these enzymes, which explains  the observed elevated activity after  treatment. The  present  results  come  in  accordance with  the  previous  researches  (Vina  et  al.,  2006; Borras et al., 2005; Pawlowska‐Goral et al., 2002; Vimal and Devaki 2004). The authors found that  polyphenolic  substances  such  as  estrogens,  flavonoids  and  vitamins  increased  the expression of SOD and GPX enzymes at the transcriptional level. In conclusion of this section, treatment of diabetic bitches  in this study with vitamins C or E with the main drug  (insulin) showed a significant restoration in the levels of SOD, CAT, and GPX activity. 

Although  several  criteria  are  without  doubt  required  to  adequately  describe  a biomarker, the entire basis of the biomarker  is the measurement of compound that directly reflects  certain  biological  events  related  to  pathogenesis  of  a  disease  or  condition (Lykkesfeldt, 2007). Thus the rational of MDA as a biomarker relies both that it is derived from lipid  peroxide,  that  changes  in  lipid  oxidation  levels  reflects  the  changes  in  MDA concentration.  

The significant (p < 0.01 %) increased level of MDA in diabetic bitches (Table 2) in this study reflected the increased lipid peroxidation due to diabetes. This principle was previously observed  by  Rahimi  et  al.  (2005)  who  approved  the  increases  in  lipid  peroxidation  were usually accompanied diabetic patient. Numerous studies have demonstrated that antioxidant vitamins and supplements can help  in  lowering the markers  indicative of oxidant stress and lipid peroxidation in diabetic subjects and animals (Naziroglu et al., 2005 and Penckofer, et al., 2002).  

In  the  present  study, we  observed  that  vitamin  C  or  vitamin  E  supplementation  to diabetic bitches improved the lipid peroxidation process as compared with diabetic condition as appeared in the significant (p < 0.01 %)  reduction in the levels of MDA as oxidative damage biomarker  (Table 2). Also we observed the more obvious reduction of MDA  levels  in  insulin vitamins treated group than  insulin group. These results could be explained by the previous observation of Naziroglu et al., (2005) who found that, vitamin C is shown to be an important antioxidant,  to  regenerate  vitamin  E  through  redox  cycling,  and  to  raise  intracellular glutathione  levels. Thus vitamin C plays an  important  role  in protein  thiol group protection against oxidation. It has been proposed that, Vitamin C recycles Vitamin E by a non‐enzymatic reaction. Additional  interactions have been also reported between vitamin C and vitamin E. Vitamin C is associated with the recycling of an important cellular antioxidant, the glutathione and functions with  it as a redox couple (Winkler et al., 1994). Glutathione  is also  involved  in the recycling of Vitamin E by an enzymatic mechanism  (McCay, 1985; Chan, 1993). Another possibility is that, supplementation of vitamin (C and E) inactivates the circulating free radicals 

164

Page 167: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

that quench NO before  it reaches pancreatic beta cells, where  induced their damage and/or death (Vina et al., 2006).  

The  current  study  indicated  that,  administration  of  the  examined  dose  of  either vitamin  C  or  vitamin  E  with  insulin  were  effective  in  inhibiting  hyperglycaemia, hypercholesterolemia, oxidative stress and lipid peroxidation than insulin alone. These effects were almost the same whatever the vitamin used.  

 5. REFERENCES  5. Adams, B., Chan, A., Callahan, H., Siwak, C., Tapp, D., Ikeda‐Douglas, C., Atkinson, P., Head, E., 

Cotman,  C.W., Milgram, N.W.,  2000. Use  of  a  delayed  non‐matching  to  position  task  to model age‐dependent cognitive decline in the dog. Behav. Brain.  Res. 108, 47– 56. 

6. Aebi, H., 1984. Methods Enzymol 105, 121‐126. 7. Anderson  J W, Gowri M S and Turner  J. 1999. Antioxidant  supplementation effects on  low‐

density lipoprotein oxidation for individuals with type 2 diabetes mellitus; J. Am. Coll. Nutr. 18, 451–461 

8. Annunziata  L, Domenico F, Pietro T. 2005. Glyco‐oxidation  in diabetes and  related diseases. Clin Chim Acta; 2:236–50. 

9. Bauer,  J.D.,  1982,  Clinical  laboratory methods  9th  ed,  The  C.V.  Company  II  1830, Westline industrial, Missouri, Chap. 33. 

10. Betteridge D. J. 1994. Diabetic dyslipidemia; Am. J. Med. (Suppl. 6A) 96, 255–315. 11. Borras C., Gambini J., Gomez‐Cabrera M. C., Sastre J., Pallardo F. V., Mann G. E., et al. 2005. 

17ßoestradiol up‐regulates  longevity‐related, antioxidant enzyme expression via  the ERK1 and ERK2 [MAPK]/NFkB cascade. Aging Cell; 4:113‐8. 

12. Chan A. C. 1993. Partners  in defense, vitmian E and vitamin C. Can.  J. Physiol. Pharmacol. 71:725‐731 

13. Chaudhry  J,  Ghosh  NN,  Roy  K,  Chandra  R.  2007.  Antihyperglycemic  effect  of  a thiazolidinedione analogue and  its  role  in ameliorating oxidative stress  in alloxan‐induced diabetic rats. Life Sci.; 80:1135‐42. 

14. Comazzi,  S.,  Paltrinieri,  S.,  Spagnolo,  V.,  Sartorelli,  P.  2002.  Some  aspect  of  erythrocyte metabolism in insulin‐ treated diabetic dogs. Research in veterinary Science, 72. 23‐27 

15. Davison, L. J., Herrtage, M. E., Steiner, J. M., Williams, D. A. & Catchpole, B.,  2003. Evidence of anti‐insulin autoreactivity and pancreatic inflammation in newly diagnosed diabetic dogs. J. Vet. Intern. Med. 17: 395 (abs.). 

16. Expert Committee on the Diagnosis and Classification of Diabetes Mellitus. 1997. Report of the  Expert Committee on  the Diagnosis  and Classification of Diabetes Mellitus. Diabetes Care 20: 1183–1197. 

17. Felmeden  D  C,  Spencer  C  G,  Blann  A  D,  Beevers  D  G  and  Lip  G  Y  2003  Low‐density lipoprotein subfraction and cardiovascular risk in hypertension: Relationship to endothelial dysfunction and effects of treatment; Hypertension 41, 528–533. 

18. Felsburg, P., 2002. Overview of immune system development in the dog: comparison with humans. Human Exp. Toxicol. 21, 487–492. 

19. Gumieniczek  A.  2005.  Effects  of  pioglitazone  on  hyperglycemia‐induced  alterations  in antioxidative  system  in  tissues  of  alloxan‐treated  diabetic  animals.  Exp  Toxicol  Pathol; 56:321‐6. 

20. Hoenig, M.  &  Dawe,  D.,  1992.  A  qualitative  assay  for  beta  cell  antibodies.  Preliminary results in dogs with diabetes mellitus. Vet. Immunol. Immunopathol. 32: 195–203. 

21. Kamata K. and Yamashita K. 1999. Insulin resistance and impaired endotheliium‐dependent renal vasodilation in fructose‐fed hypertensive rats; Res. Commun. Mol. Pathol. Pharmacol. 103,195–200 

165

Page 168: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

22. Kamata  K.,  Kanie N,  and  Inose A.  2001. Mechanisms  underlying  attenuated  conntractile 

respoonse  of  aortic  rings  to  noradrenaline  in  fructose‐fed mice;  Eur.  J.  Pharmacol.  428, 241–249 

23. Karaoz E, Gultekin F, Akdogan M, Oncu M, Gokcimen A. 2002. Protective role of melatonin and a combination of vitamin C and vitamin E on lung toxicity induced by chlorpyrifos‐ethyl in rats. Exp Toxicol Pathol.; 54:97‐108. 

24. Kararli, T., 1995. Comparison of the gastrointestinal anatomy, physiology, and biochemistry of humans and commonly used laboratory animals. Biopharm. Drug Dispos. 16, 351–380. 

25. Kaviarasan K., Arjunan M. M., and Pugalendi K. V. 2005. Lipid profile, oxidant‐antioxidant status and glycoprotein components in hyperlipidemic patients with/without diabetes; Clin. Chim. Acta 362, 49–56. 

26. Kearns, R., Hayek, M., Turek, J., Meydani, M., Burr, J., Greene, R., Marshall, C., Adams, S., Borgert, R., Reinhart, G., 1999. Effect of age, breed and dietary omega‐6 (n‐6) :omega‐3 (n‐3)  fatty  acid  ratio  on  immune  function,  eicosanoid  production,  and  lipid  peroxidation  in young and aged dogs. Vet. Immunol. Immunopathol. 69, 165–183. 

27. Kedziora‐Kornatowska  KZ,  Luciak  M,  Paszkowski  J.  Lipid  peroxidation  and  activities  of antioxidant enzymes in the diabetic kidney: Effect of treatment with angiotensin convertase inhibitors. IUBMB Life 2000;49:303–30. 

28. Kowluru  Renu  A,  Kowluru  Vibhuti,  Xiong  Ye,  Ho  Ye‐Shih.  2006.  Overexpression  of mitochondrial  superoxide  dismutase  in mice  protects  the  retina  from  diabetes‐induced oxidative stress. Free Radic Biol Med.; 41:1191‐6. 

29. Kurowska E. M., Spence J. D., Jordan J., Wetmore S., Freeman D. J, Piche L A and Serratore P.  2000.  HDL‐cholesterol‐raising  effect  of  orange  juice  in  subjects  with hypercholesterolemia; Am. J. Clin. Nutr. 72, 1095–1100 

30. Lopes‐Virella, M.F., Stone, P., Ellis, S., and Colwell, J.A., 1977. "Cholesterol determination in high density lipoproteins separated by the three different methods, " Clin. Chem., 23(5), pp. 882‐884. 

31. Lykkesfeldt,  J., 2007. Malondialdehyde as biomarker of oxidative damage to  lipids caused by smoking. Clinica Chimica Acta 380, 50–58. 

32. McCay P. B. 1985. Vitamin E: interactions with free radicals and ascorbate. Annu. Rev. Nutr. 5:323‐340, 27. 

33. Morgan V. 2008. Handbook of Small Animal Practice. The 5th edition. SAUNDERS, Printed in the United States of America. 

34. Naziroglu M,  Sqimsek M. 2004. Effects of hormone replacement therapy with oral vitamin C and E on plasma thyroid hormone levels in postmenopausal women with type 2 diabetes. Biomed Pharmacother. 

35. Naziroglu M,  Butterworth  P.,  2005.  Protective  effects  of moderate  exercise with  dietary vitamin  C  and  E  on  blood  antioxidative  defense mechanism  in  rats with  streptozotocin‐induced diabetes. Can J Appl Physiol.30 (2):172–85. 

36. Nishikimi, M.,  Appaji  N.,  and  Yogi.  K.  1972.  The  occurrence  of  superoxide  anion  in  the reaction of  reduced phenazine methosulfate and molecular oxygen. Biochem. Bioph. Res. Commn. 46(2), 849‐854 . 

37. Nobuyo, M.,  Frei Balz, Heinecke  Jay W. Vitamin C  fails  to protect amino acids and  lipids from oxidation during acute inflammation. Free Radic Biol Med 2006;40:1494‐501. 

38. Ohkawa,H. ;Ohishi,w. and Yagik, 1979.  Annal;.Biochem. ;95,351 39. Pawlowska‐Goral K., Kusz E., Wardas M., Damek E. and Wardas P. 2002. The results of the 

interference of nitrates and vitamin E  in  the metabolism  in  the connective  tissue of  rat’s liver. Exp Toxicol Pathol.; 54:147‐50. 

40. Penckofer, S., Schwertz, D., Florczak, K., 2002. Oxidative stress and cardiovascular disease in type 2 diabetes: the role of antioxidants and prooxidants. J Cardiovasc Nurs .16(2):68–85. 

41. Rahimi  R.,  Nikfar    S.,  Larijani  B.  and  Abdollahi  M.  2005.  Dossier:  Antioxidants  in  the prevention of human diseases. A review on the role of antioxidants in the management of diabetes and its complications. Biomedicine & Pharmacotherapy, 59, 365–373. 

166

Page 169: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

42. Rotruck J. T., Pope A. L. and Ganther H. E. 1973. Selenium: Biochemical role as a component 

of glutathione peroxidase. Science 179: 588‐590. 43. SAS,  1987.  Statistical Analysis  System, Users Guide:  Statistics,  SAS  Institute  Cary  , North 

Carolina. 44. Sasaki  T, 

Matsy S, Sonae A (1972) Effect of acetic acid concentration on the colour reaction in the o‐toluidine boric acid method for blood glucose estimation. Rinshokagaku 1: 346‐353.

45. Schwedhelm  E., Maas  R.,  Troost  R.  and  Boger  R.  H.  2003.  Clinical  pharmacokinetics  of antioxidants and their impact on systemic oxidative stress. Clin Pharmacokinet; 42:437–59. 

46. Shahar E, Chambless L. E, Rosamond W. D., Boland L. L., Ballantyne C. M., McGovern P. G. and Sharnett A. R. 2003. Atherosclerosis risk in community study, plasma lipid profi  le and incident  ischaemic stroke: the atherosclerosis risk  in communities (ARIC) study; Stroke 34, 623–631 

47. So¨zmen EY, So¨zmen B, Delen Y. and Onat T. 2001. Catalase/superoxide dismutase (SOD) and  catalase/paraoxonase  (PON)  ratios may  implicate  poor  glycemic  control.  Arch Med Res;4:283–7. 

48. Tavridou  A,  Unwin  NC,  Laker MF, White M,  Alberti  GK.  1997.  Serum  concentrations  of vitamin A and E in impaired glucose tolerance. Clin Chim Acta; 266:129–40. 

49. Tucker J. M and Townsen D.M. 2005. Alpha‐tocopherol: roles in prevention and therapy of human disease. Biomed Pharmacother; 59:380‐7. 

50. Vessby,  J.,  Basu,  S., Mohsen,  R.,  Berne,  C.  and  Vessby  B.  (2002).  Oxidative  stress  and antioxidant status in type 1 diabetes mellitus. J. Internal Med. 251:69‐76. 

51. Vimal  V  and  Devaki  T.  2004.  Linear  furanocoumarin  protects  rat  myocardium  against lipidperoxidation  and membrane damage during  experimental myocardial  injury. Biomed Pharmacother; 58:393‐400. 

52. Vina  J, Borras C., Gomez‐Cabrera M. C. and Orr W. C. 2006. Role of reactive oxygenspecies and  (phyto)oestrogens  in  the modulation of adaptive  response  to  stress. Free Radic Res; 40:111‐9. 

53. Wagner James G, Jiang Qing, Harkema Jack R, Illek Beate, Patel Dhavalkumar D, Ames Bruce N, et al. 2007. Ozone enhancement of lower airway allergic inflammation is prevented by g‐tocopherol. Free Radic Biol Med.; 43:1176‐88. 

54. Winkler,  B.  Stephen M.,  and  Tonia  S.  1994.  The  redox  couple  between  glutathione  and ascorbic acid: A chemical and physiological perspective. Free Radical Biology and Medicine, 17, 333‐349.  

55. White, A., Handler P., Smith E. L., Hill R L and Lehman I.  R.  1994.  Principles of biochemistry 7th edition (Tokyo: McGrawHill Kogakusha Ltd) pp 619–630 

56. Young,  I.S. and Woodside J.V. 2001. Antioxidants  in health and disease; J. Clin. Pathol. 54, 176–186 

57. Zak, B., Dickenman, R., Whitsee, E., Burnett, H., and Cherney, P., 1954. "Rapid estimation of free and total cholesterol, " Am. J. Clin. Path., 24(1), pp. 1307‐1315. 

167

Page 170: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

                 

Figure 1: Diagrammatic representation of experimental protocol  

        

A total of 40 bitches were used in the experiment 

Group 1 contained 10 non diabetic bitches served as non diabetic control 

Group 2 contained 30 diabetic bitches 

Samples of 10 of each served as diabetic control before treated with

Group 3 (10 animal) Treated with insulin

Group 4(10 animal) Treated with insulin and ascorbic acid  

Group 5 (10 animal) Treated with 

168

Page 171: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 

Table 1: lipid profile and blood glucose level in control, diabetic, diabetic treated   bitches  Significant Difference at P<0.01  Means within the same column with different letters are significantly differed. Note: a, is the highest value, decreased via b, c, d to e. 

Group 1: Control non diabetic bitches Group 2: Diabetic untreated bitches Group 3: Insulin treated bitches Group 4: Insulin‐vitamin C treated bitches Group 5: Insulin‐vitamin E treated bitches  Table  2:    Levels  of  SOD,  CAT, GPx  and MDA  in  erythrocyte  hemolyste  of  control, 

diabetic, diabetic‐ treated bitches   

MDA(µmol/l)

GPx (mg/dl)

CAT (units/mg Hb)

SOD (units/mg Hb)

Parameters  

     16.9 ± 0.3b 22.0 ± 0.5a 0.08 ± 0.002a 0.07 ± 0.005a Group 1      28.4 ± 0.5a 14.0 ± 0.5d 0.05 ± 0.002d 0.02 ± 0.002d Group 2 24.5 ± 0.5a      16.2 ± 0.4c 0.06 ± 0.003c 0.03 ± 0.002c Group 3      17.3 ± 0.3b 19.2 ± 0.3b 0.07 ± 0.003b 0.05 ± 0.002b Group 4      18.4 ± 0.4b 19.6 ± 0.4b 0.07 ± 0.002b 0.05 ± 0.002b Group 5 

 Significant Difference at P<0.01  Means within the same column with different letters are significantly differed. Note: a, is the highest value, decreased via b, c, d to e. Group 1: Control non diabetic bitches Group 2: Diabetic untreated bitches Group 3: Insulin treated bitches Group 4: Insulin‐vitamin C treated bitches Group 5: Insulin‐vitamin E treated bitches 

   

Parameters   Glucose  (mg/dl ) 

Cholesterol (mg/dl) 

LDL (µmol/dl) 

HDL (µmol/dl)

Group 1    86.6 ± 2.63c     126.3 ± 8.9e 25.3 ± 0.59c   264.7 ± 1.8a

Group 2  286.9 ± 5.20a        277.3 ± 2.9a 35.0 ± 0.47a   222.9 ± 7.3c

Group 3     99.8 ± 2.35b     192.0 ± 2.3b 32.2 ± 0.33 b   240.0 ± 4.4b

Group 4    88.8 ± 2.33c     170.0 ± 2.5d 26.6 ± 0.37c   263.8 ± 2.3a

Group 5     87.5 ± 2.21c     184.0 ± 4.0c 27.6 ± 0.37c   262.4 ± 4.4a

169

Page 172: vol_53_2010-1

 

INVESTIGATION OF SELECTED BIOCHEMICAL INDICATORS OF EXERTIONAL RHABDOMYOLYSIS IN ARABIAN HORSES: PRO‐

INFLAMMATORY CYTOKINES AND OXIDATIVE STRESS MARKERS 

Wael M. EL‐Deeba,  Abd EL‐Aziz Almujallib , S. M. El‐Bahrc 

a         (Corresponding author)  

Department of clinical studies, College of Veterinary Medicine and animal Resources, King Faisal University.  

Saudi Arabia, AL‐Ahsa, 31982. e‐mail: [email protected] 

 b Department of clinical studies, College  of Veterinary Medicine and animal Resources, King 

Faisal University.  Saudi Arabia,  AL‐Ahsa, 31982. 

c  Department of Physiology, Biochemistry and Pharmacology, College  of Veterinary Medicine and animal Resources, King Faisal University, Saudi Arabia,  AL‐Ahsa, 31982. 

 Abstract A total of 30 horses were divided into two groups, one served as a control whereas other was exertional rhabdomyolysis (ER)‐diseased horses. After blood collection, the resulted sera were used  for  estimation  of  the  activities  of  creatin  kinase  (CK),  aspartate  transaminase  (AST), lactate dehydrogenase  (LDH),  lactic acid,  total  triacylglycerol, glucose,  total protein, albumin, globulin,  urea,  creatinine,  Triiodothyronine  (T3),  calcium,  sodium,  potassium,  phosphorus, chloride, vitamin E, interleukin‐6 (IL‐6) and tumor necrosis‐α (TNF‐α). In addition, whole blood was used  for determination of  selenium,  reduced glutathione  (G‐SH) and prostaglandin F2‐α (PGF2α).  The  erythrocyte  hemolysates were  used  for  the  determination  of  the  activities  of super oxide dismutase (SOD), catalase (CAT), total antioxidant capacity (TAC), nitric oxide (NO) and malondialdehyde (MDA). The present findings revealed a significant (p≤ 0.05)  increase  in the values of CK, AST, LDH, glucose,  lactate, TAG, urea, creatinine, phosphorus, MDA, TNF‐ α, IL6 and PGF2‐ α in diseased horses when compared with the control. In addition, the values of calcium, SOD, CAT, TAC, NO and GSH in diseased horses were significantly (p≤ 0.05) lower than the control. The other examined parameters remained unchanged. In conclusion, the examined pro‐inflammatory  cytokines  could  be  added  to  old  biomarkers  for  the  diagnosis  of  ER  in Arabian horses.  In  the  future, efforts  should be made  to  confirm  this  in other breed.  If  this could be achieved,  it would open up new perspectives  in  research  fields dealing with ER not only in animals, but also in humans.  

Key words: Rhabdomylosis, horse, IL6, oxidative stress, TNF‐α, PGF2‐ α.   1. INTRODUCTION    Muscle disorders are a common cause of suboptimal performance or even disability to  perform.  In  comparison  to  human medicine,  the  etiology  of muscle  disorders  in  equine medicine  is  less explored. Tying‐up or ER was previously known as Monday‐morning disease (Zentek, 1991). Monday morning disease was associated with work horses  that was given a 

170

Page 173: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 day of rest after a week of hard work. When the horses were supposed to return to work on the following Monday, they developed stiffness and pain in the hindquarter musculature, and reluctance to move (Jones, 2003). Arabians horses are one of the affected breed (Valentine et al., 2000; McKenzie et al., 2003).  

The underlying cause of  this metabolic disorder  is not yet known but  is  thought  to involve carbohydrate metabolism (Valberg et al., 1997). Clinical signs of ER,  including muscle pain, cramping,   stiffness, sweating, exercise  intolerance, weakness, and reluctance  to move may be observed, with the hindquarters most  frequently affected (Firshman et al., 2003).  In order to confirm a diagnosis of ER blood samples should be obtained to determine serum CK and AST. Their elevation  indicates muscle damage and confirms the diagnosis of the disease. In addition, AST activity may be heightened in asymptomatic horses with chronic ER. 

Exercise  has  been  shown  to  induce  tissue  damage  by  oxidation  of  cellular components,  such  as  membrane  lipids,  proteins,  carbohydrates  and  DNA  (Clarkson  and Thompson,  2000).  The main  sources  of  reactive  oxygen  species  (ROS)  that  are  generated during  exercise  are  the  mitochondria  (respiratory  chain),  although  activated  phagocytes (respiratory burst) and several enzymes such as oxidases perhaps contribute to an  increased ROS  release  (Leeuwenburgh  and  Heinecke,  2001).  Living  organisms  possess  antioxidant defense systems against ROS. These defense systems include endogen antioxidants, which can be classified as non enzymatic (vitamin E, vitamin C, uric acid) and enzymatic defense system. The most important antioxidant enzymes are SOD and CAT (Fridovich, 1995). If the pro‐oxidant burden  overwhelms  the  endogenous  antioxidant  defenses  of  the  organism,  the  arising imbalance between pro‐ and antioxidants  is  resulted which defined as oxidative stress  (Sies, 1991). Exercise‐induced oxidative stress is believed to contribute to accelerated muscle fatigue and muscle  fiber damage,  leading to exercise  intolerance and poor performance  in different animal  species  (Sen  and  Packer,  2000),  as well  as  to  a  decreased  immune  defense  of  the organism  (Nieman, 1997).  If  the  importance of antioxidant deficiencies  for exercise‐induced oxidative  stress  and  exercise  intolerance  has  been  clearly  established,  thereby  that supplementation of antioxidants might improve performance, remains to be proven (Clarkson and Thompson, 2000; Jenkins, 2000).  

Electrolyte imbalances were believed to have an important role in causing ER in some pleasure  and  racehorses.  Studies  by  Harris  and  Snow  (1991)  in  the  United  Kingdom  have focused on determining electrolyte balance  in horses with  tying‐up. Commercial diets were found to be too low in salt (sodium chloride) and most horses needed an additional 1‐2 ounces of  salt  to  maintain  proper  balance. While  some  horses  improved  dramatically  by  adding electrolytes in the form of table salt (sodium chloride), lite salt (potassium chloride), or Epsom salt  (magnesium  chloride),  other  horses  showed  no  improvement.  Trace‐elements,  such  as selenium (Se), zinc (Zn), copper (Cu) and manganese (Mn) play an important catalytic role for the enzymatic activity of SOD (Maughan, 1999; Mates, 2000).   Strenuous  exercise  induced  a  transient  endotoxemia  and  a  pro‐inflammatory condition in the horse that persists for approximately 2 h after exercise (Douglas et al., 2007). IL‐6  is  an  important mediator of  inflammation. The pleiotrophic  cytokine  IL‐6  is  involved  in directing the  innate  immune response to acquired  immunity  (reviewed by  Jones  (2005), and has been described as a  regulatory  cytokine  in osteoarthritis  (Goldring, 2000).  It  stimulates production of metalloproteinase inhibitors (Shingu et al., 1993, 1995), but also potentiates the catabolic effects of IL‐1 and TNF‐α on proteoglycan metabolism (Jikko et al., 1998; Flannery et al.,  2000).  According  to  authors  knowledge  there  is  no  data  concerning  the  oxidant‐antioxidant balance or pro‐inflammatory response in cases of ER in Arabian horses. Therefore, 

171

Page 174: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 the  present  study  aimed  to  investigate  new  biomarkers,  oxidative  stress markers  and  pro‐inflammatory cytokines for diagnosis of ER in Arabian horses.  2. MATERIAL AND METHODS  2.1. Animals 

A total of 30 horses (4‐6 years old) were used in the present study. They were divided into two groups. Horses of the first group (10 horses) were clinically healthy and served as a control group. Horses of the second group  (20 horses) were ER‐ diseased horses. They were selected on the basis of clinical examination and laboratory findings and they had a history of over exercise after a period of rest and overfeeding of non‐structural carbohydrates (grains).  2.2. Sampling protocol 

Blood samples were collected from the ear vein from all groups in fresh plain vial for serum  collection  and heparinized  vials  for whole blood,  serum and erythrocyte hemolysate preparations. Sera were used  for estimation of the activities CK, AST, LDH.  In addition,  lactic acid, total triglycerides, glucose, total protein, albumin, globulin, urea and creatinine were also determined.  Sera  samples  were  also  used  for  the  determination  of  T3,  calcium,  sodium, potassium, phosphorus, chloride, vitamin E,  IL‐6 and TNF‐α. However, whole blood was used for the determination of selenium, G‐SH and PGF2‐α. The erythrocyte hemolysates were used for the determination of the activities of SOD, CAT, TAC, NO and MDA.   2.3. Preparation of hemolysate 

After collecting blood samples in heparinized tubes, centrifugation was performed at 1000g  for 15 min  to  remove  the buffy  coat. The packed  cells obtained at  the bottom were washed thrice with phosphate buffer saline  (0.9% NaCl  in 0.01 M phosphate buffer, pH 7.4). Erythrocytes were lysed with hypotonic phosphate buffer. The hemolysate was obtained after removing the cell debris by centrifugation at 3000g for 15 min.  2.4. Determination of selected biochemical parameters  

Enzymatic methods of Bio‐diagnostic kits were used for colorimetric determination of serum glucose concentration  (Trinder, 1969), TAG  (Young et al., 1972),  total protein  (Henry, 1984),  albumin  (Doumas et  al.,  1981),  globulin  (Coles, 1974), AST  (EC 2.6.1.1; Reitman  and Frankel,  1957),  urea  (Tabacco  et  al.,  1979)  and  creatinine  (Henry,  1984)  according  to manufacturing instructions. In addition, the activities of CK (Faulker and Meites 1982), LDH (EC 1.1.1.27; Wroblewski and Duean 1955), and value of Lactate (Donawick et al., 1975) were also determined in the serum by using commercial available kits (Bio‐diagnostic kits).  

Serum concentration of T3 hormone was determined using a solid phase competitive chemiluminescence  immuno‐assay  system  (Elecsys  2010,  Roche,  Diagnostic,  Mannheim). Concentrations  were  determined  using  kits,  controls,  mono‐clonal  mouse  antibodies  and reagent  supplied  by  Roche,  Diagnostic,  2005  .The  intra  –  and  inter  assay  coefficients  of variation  (C.V.  %)  were  3.6  and  5.4%.`The minimum  detectable  levels  of  the  assay  were 0.195ng /ml. 2.5. Determination of electrolytes and vitamin E  

Serum calcium was determined colorimetrically by using commercial the kit of Invitro Scientific according to the method described by Moorehead and Briggs, (1974). Calcium reacts with  cresolphthalein  complexone  to  form  purple  color  complex  in  alkaline  medium.  The intensity of the color measured photometrically between wavelength 540 and 600nm with the maximum  absorbance  at  575  nm  is  directly  proportional  to  calcium  concentration  in  the 

172

Page 175: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 specimen. The serum  inorganic phosphate was determined according to the method cited  in Wootton, (1982). The substituted phenol was used as a reducing agent and pH was adjusted by an acetate buffer. The color development was hastened by copper present  in the buffer. The  blue  color was  stable  at  least  for  30 minutes.  Sodium,  potassium,  and  chloride were analyzed using the same commercial available test kits according to the methods described by Friedman and Young (1997) and Tietz, (1995).  

However,  whole  blood  selenium  was  measured  using  the  Unicam  939  AA spectrometer and AAS hydride  technique. Serum vitamin E was measured by HPLC  (Kontron Instruments,  Rotkreuz,  Switzerland)  using  acetate  of  alpha  tocopherol  as  internal  standard (Paolisso  et  al.,  1993).  Chromatographic  separation was  performed  using  a  reversed  phase silica  gel  column  (Alltech,  Templeuvre,  France)  and  an  isocratic  elution  with  acetonitrile. Detection was performed photometrically at 292nm. 

 2.6. Determination of oxidative stress markers and pro‐inflammatory mediators 

Activity  of  SOD  (inhibition  rate  percent)  was  assayed  in  erythrocyte  hemolysate  as described by Nishikimi et al. (1972) using commercial available kits (Bio‐diagnostic, Kit number SD2520). The activity of CAT was assayed  in  the erythrocyte by  the method of Aebi,  (1984) using  commercial  available  kits  (Bio‐diagnostic,  Kit  number  CA2516).  The  activity  of  the enzyme  was  expressed  as  units/mg  of  hemoglobin.  Whole  blood  GSH  was  determined spectrophotometrically using  the Bio‐diagnostic kit  (GR2510).  Intra‐ and  inter‐assay CV were 1%  and  3%,  respectively.  TAC  was  assayed  in  erythrocyte  hemolysate  as  described  by koracevic et al. (2001) using commercial available kits (Bio‐diagnostic, Kit number TA2512). NO was assayed in hemolysate as described by Montgomery and Dymock (1961) using commercial available  kits  (Bio‐diagnostic,  Kit  number  NO2532).  Lipid  peroxidation was  assayed  by  the measurement of MDA levels on the base of MDA reacted with thiobarbituric acid at 532 nm, according to Ohkawa et al. (1979) using commercially supplied kits (Bio‐diagnostic, Kit number MD2529). 

Serum  concentrations  of  TNF‐α were  determined  using  an  ELISA  assay  developed with commercially available  reagents, and an equine  recombinant TNF‐α standard. Standard ELISA plates (96 well, flat bottoms, Immulon 4HBX, Milford, MA) were coated with polyclonal antibody  recognizing  equine  TNF‐α  (PETFNAI,  Endogen,  Thermo‐Fisher  Scientific,  Pittsburg, PA). The antibody was diluted 1:333 in carbonate buffer at pH 9.6 and 100 μl of antibody was added  to each well. The microtiter plates were  incubated overnight at 4ºC, after which  the antibody was removed and the wells were filled with 100 μl of blocking buffer (1% BSA in 1X PBS). The plates were  incubated  for 1h at room  temperature. Then  the plates were washed three times with PBS containing 0.05% Tween 20 (PBST). Afterwards, 100 μl of each sample or standard was added  to  triplicate wells, and  the plates were  incubated at 37  ºC  for 2h. The plates were washed  three  times with PBST. Biotin  labeled polyclonal antibody against TNF‐a (PETNFABI, Endogen) was diluted 1:277 in PBST, and 100 μl was added to each well. The plates were  incubated at 37  ºC  for 90 min, after which  they were washed  three  times with PBST. Next, 100 μl of avidin‐horseradish peroxidase conjugate, (Pharmingen, BD, Franklin Lake, NJ) diluted  1:5000  in  PBST  containing  0.5%  bovine  serum  albumin,  (Sigma,  St.  Louis, MO) was added to each well and incubated for 1h at room temperature. The plates were then washed five times with PBST. Finally, 100 μl of substrate (2,20‐azino‐di‐(3‐ethylbenzthiazoline sulfonic acid), Sigma A1888, ABTS) was added to each well. The plates were  incubated  for 30 min at room temperature in the dark, and then read at 405 nm on an automated microplate reader (Dynex MRX II, Dynex Technology, Inc., Chantilly, VA). 

173

Page 176: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 Serum IL‐6 values were determined by using ELISA kits supplied by Abazyme, LLC, USA 

(Catalog Number  EL10023).  This  IL‐6 enzyme  linked  immunosorbent  assay  (ELISA)  applies  a technique called a quantitative sandwich  immunoassay. The microtiter plate provided  in this kit has been pre‐coated with a monoclonal antibody specific to IL‐6. Standards or samples are then  added  to  the  appropriate  microtiter  plate  wells  with  a  biotin‐conjugated  polyclonal antibody  preparation  specific  for  IL‐6  and  incubated.  IL‐6  if  present, will  bind  and  become immobilized  by  the  antibody  pre‐coated  on  the wells  and  then  be  “sandwiched”  by  biotin conjugate.  The microtiter  plate wells  are  thoroughly washed  to  remove  unbound  IL‐6  and other  components  of  the  sample.  In  order  to  quantitatively  determine  the  amount  of  IL‐6 present  in  the  sample, Avidin  conjugated  to Horseradish Peroxidase  (HRP)  is added  to each microplate well  and  incubated. Avidin  is  a  tetramer  containing  four  identical  subunits  that each has a high affinity‐binding site for biotin. The wells are thoroughly washed to remove all unbound  HRP‐conjugated  Avidin  and  a  TMB  (3,3',5,  5'  tetramethyl‐benzidine)  substrate solution  is added  to each well. The enzyme  (HRP) and substrate are allowed  to react over a short  incubation period. Only  those wells  that  contain  IL‐6, biotin‐conjugated  antibody  and enzyme‐conjugated Avidin will exhibit a  change  in  colour. The enzyme‐substrate  reaction  is terminated by  the addition of a  sulphuric acid  solution and  the  colour  change  is measured spectrophotometrically at a wavelength of 450nm ± 2 nm. The  concentration of  IL‐6  in  the samples  (pg/mL)  is  then determined by comparing  the O.D. of  the  samples  to  the  standard curve. The minimum detectable  level was 2pg/ml.  Inter and  intra assay coefficients were 5.8 and 6%, respectively and the recovery was 95%.   

Blood was collected  into sterile microcentrifuge  tubes containing a solution of EDTA and  sodium  meclofenamate  (final  concentration:  10  mM,  Sigma,  St.  Louis,  MO)  for  the determination of prostaglandin concentrations. The samples were placed on  ice  for 10 min, after which they were centrifuged at 1000g for 20 min at 4ºC. The plasma was then harvested and  stored  frozen at –80  ºC until analysis. On  the day,  the assay was performed, 100  μl of plasma was added  to 900μl of methanol, vortexed  for 30  seconds and  then dried down by evaporation.  Concentrations  of  prostaglandins  (13,  14‐dihydro‐15‐keto  prostaglandin  F2α) were evaluated using the ACETM competitive enzyme  immunoassay  (Cayman Chemical, Ann Arbor, MI). 

 2.8. Statistical analysis 

The obtained data of  the examined acute phase proteins were  compared between groups within different concentrations by using computer package of  the  statistical analysis system (SAS, 1997). All data are presented as means ± standard error (S.E.) of the means.  3. RESULTS   3.1. Clinical signs 

The  observed  clinical  signs  were  in  the  form  of  pronounced  sudden  muscular weakness  and  stiffness,  depression,  reluctant  or  unable  to  move,  colic,  anorexia,  muscle tremors and myoglobinuria. All clinical signs were recorded shortly after exercise. In addition, rectal palpation of the diseased group revealed highly distended bladder in 14 horses.  

 3.2. Selected biochemical indicators in control and diseased horses 

The  data  summarized  in  Table  1  included  the  activities  of  CK,  AST  and  LDH.  In addition  the  table  also  contains  the  values of  glucose,  lactate,  TAG, urea  and  creatinine  in control  and diseased horses.  The present  findings  (Table 1)  revealed a  significant  (p≤ 0.05) 

174

Page 177: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 decrease in the activities of CK, AST and LDH whereas the values of glucose, lactate, TAG, urea and creatinine were significantly  (p≤ 0.05)  increase when compared with  the control group. Values of the other examined parameters (Table 1) remained unchanged significantly (p≤ 0.05) in disease horses when compared with control group.  3.3. Electrolytes and vitamin E levels in control and diseased horses 

The data of Table 3 included the values of calcium, sodium, potassium, phosphorus, chloride,  vitamin  E  and  selenium  in  control  and  diseased  horses.  The  value  of  calcium  in diseased horses  (Groups 2) were significantly (p≤ 0.05)  lower than the control horses.  In the contrary,  the value of phosphorus  in diseased horses  (Groups 2) were significantly  (p≤ 0.05) higher than the control horses. Values of the other examined parameters (Table 3) remained unchanged significantly (p≤ 0.05) in disease horses when compared with control group.   3.4. Oxidative stress markers and pro‐inflammatory mediators  

The data of Table 2 included the activities of SOD and CAT in addition the table also contains the values of GSH, TAC, NO, TNF‐ α, IL6 and PGF2‐ α and MDA in control and diseased horses. The activities of SOD, CAT and TAC in diseased horses (Groups 2) were significantly (p≤ 0.05)  lower than the control horses. The values of MDA, TNF‐ α,  IL6 and PGF2‐ α  in diseased horse were significantly (p≤ 0.05) higher than the control horses whereas the values of NO and GSH were  significantly  (p≤ 0.05)  lower  in diseased horses when  compared with  the  control group.  Table 1: Selected biochemical indicators in control and diseased horses Parameters  Control Diseased 

CK (IU L_1 )  202.6 ± 9.9   ٭ 86.76 ± 25.450

AST (IU L_1)  275.34 ± 6.6  ٭69.6 ± 30.990.0

LDH (IU L_1)  501.45 ±  8.9  ٭58.6  ± 24.540.0

Glucose (mmol L_1)  5.6 ± 1.2  9.5 ٭1.4 ±

T3 (ng/dl)  0.26 ± 0.02 0.25 ± 0.03 

Lactate (mmol L_1)  1.0 ± 0.12  8.8 ٭1.01 ±

Total Protein (g/L)  66.8 ± 1.45 65.9 ± 1.66 

Albumin (g/L)  28.88 ± 1.21 29.78 ± 0.56 

Globulin (g/L)  34.45 ± 1.87  35.32 ± 1.98 

TAG (mmol L_1)  1.0 ± 0.04  ٭0.56 ±  15.2

Urea (mmol/l)  7.32 ± 0.52  ٭1.22 ± 11.54

Creatinine  (µmol/l)  118.43 ± 2.67  ٭6.45 ± 203.34

*Means are significantly different at the level (p≤ 0.05). 

175

Page 178: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 Table  2: Oxidative  stress markers  and  pro‐inflammatory mediators  in  control  and  diseased horses  Parameters  Control Diseased MDA (μmol/L)  1.0 ± 0.12 ٭0.12 ± 8.2CAT (U/mL)  1480.66 ± 543  ٭348.76 ± 612.32GSH (mg/dL)  2.8 ± 1.94 ٭0.22 ± 1.56TAC  (mmol/l)  0.53 ± 0.39  ٭0.12 ± 0.23SOD (U/ml)  110 ± 6.26  ٭3.56  ± 66.23NO (µmol/L1)  4.11 ± 0.66 ٭0.12 ± 3.12TNF‐α (pg/ml_1)  95.4 ± 15.22  ٭32.43 ± 310.6PGF2‐α (pg/ml_1)  22.54 ± 2.13  ٭9.59 ± 357.63IL6 (pg/ml_1)   1.4 ± 0.65     ٭ 2.32 ± 5.62*Means are significantly different at the level (p≤ 0.05). Table 3: Electrolytes and vitamin E levels in control and diseased horses          Parameters  Control   

    (n=10) diseased      (n=20) 

Calcium (mmol/L)  3.12 ± 0.23  ٭0.21 ± 2.13Sodium (mmol/L)  144.8 ± 7.23 143.8 ± 6.45 Phosphorus (mmol/L)  1.3 ± 0.11  ٭0.12 ± 1.9Potassium(mmol/l)  4.16 ± 0.12 4.2 ± 0.13 Chloride (mmol/L)  107.5 ± 8.21 106.68 ± 6.66Selenium (μg/l)  109.6 ± 5.42 107.87 ± 7.91Vitamin E (μmol/l)  6.77 ±1.32 6.67 ±1.52 *Means are significantly different at the level (p≤ 0.05). 

4. DISCUSSION  In  the current study, ER  represented as when a conditioned horse  is not worked and 

kept  on  full  feed  high  insoluble  carbohydrates  (such  as  grain),  the  horse  will  accumulate carbohydrates  in  the  muscles.  If  there  is  a  sudden  demand  for  work,  the  body  cannot adequately  remove  the  rapidly  accumulating  lactic  acid  in  the muscles.  This  in  turn  causes vasospasms and ischemia which means essentially that the surrounding blood vessels "clamp down" so that the  lactic acid waste product cannot be removed. As a result,  intracellular pH drops; the disrupted, hard and crampy muscle was observed when a horse ties up. In addition, ER  is  often  seen  following  strenuous muscular  exercise  and  is  a  response  to  intensive  and severe exercise.  It  is associated with damage to the muscle group predominantly  involved  in the  activity.  The  clinical  signs  observed  in  the  present  study  are  agree  with  previous researches  (Clarkson,  2002;  Hamer,  1997;  Knochel,  1990;  1993;  Line  and  Rust,  1995; Walsworth and Kessler, 2001)  

The significant increase in serum CK, AST and LDH values suspected ER with respective muscle  damage  (Valentine  et  al.,  2001;  Sjaastad  et  al.,  2004).  The  present  results  come  in accordance with previous studies (Hosie et al., 1986; Whitwell et al., 1988; Brandt et al., 1997; Palencia and Rivero, 2007; Votion et al., 2007). Phosphocreatine is relatively short‐lived power source that is effective at generating ATP rapidly. It has a high‐energy phosphate group that is donated to ADP to produce ATP.  It  is used at the beginning of exercise to maintain high ATP levels during muscle contraction. Creatine kinase is the enzyme that catalyzes the conversion of phosphocreatine and ADP to creatine and ATP. Phosphocreatine stores are depleted more quickly  in fast twitch muscle fibers since they have a higher rate of ATP utilization (Ivy et al., 

176

Page 179: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 1981).  In  the  horse  Phosphocreatine  levels  are  decreased  about  50  to  70%  during  high intensity exercise (Valberg and Essen‐Gustavson, 1987).  

Elevated  AST  levels  are  also  an  indicator  of  muscle  damage  associated  with recumbence  (Skenderi et al., 2006; Valentine &  Löhr, 2007). Elevated  levels of AST are also thought to be  indicative of  liver damage  (Nyblom et al., 2004).  In the cell, AST  is  involved  in formation  of  adenosine  triphosphate  (ATP;  Pesch  et  al.,  2006).  The  reported  significant increase in glucose, lactate and triglycerides levels in diseased horses than that of the control perhaps  attributed  to  increase  the  rate  of  glycogenolysis,  glycolysis  and  lipogenesis, respectively. Feeding high insoluble carbohydrates to horses during rest increased the rate of glycogen storage. After rest period and when the animal exercised the animal get the energy through  mobilization  of  glucose  from  glycogen  storage  site  (glycogenolysis)  followed  by oxidation of the obtained glucose (glycolysis). In addition, gluconeogenesis may be activated. These mechanisms were enough to supply energy. Moreover, the excess glucose perhaps was used  in  synthesis  of  triacylglycerol  (lipogenesis).  This  interpretation  underlined  by  the reported  significant  increase  in  triacylglycerol  of  diseased  horse  in  the  present  study.  The reported  increase  in  glucose,  lactate  and  triacylglycerol  was  reported  previously  in  horse (Westermann et al., 2007).   The significant  increase  in urea and creatinine  level  in diseased horses  (Table‐1)  indicated  renal  damage.  These  findings  disagree  with  those  obtained  by Clarkson (2006) who reported that, the renal system may not be affected in diseased horse. 

Electrolytes  are  body  salts  that maintain  an  electrical  gradient  across muscle  cell membranes.  During  exercise,  muscles  contract  when  nerves  stimulate  a  change  in  the electrical gradient and electrolytes move across the cell membrane. Muscle cells contain high concentrations  of  the  electrolytes  potassium  and  phosphate  and  low  concentrations  of sodium, chloride, and calcium  (Radostits, et al., 2007).  If  the  ion pumps  (sodium/potassium, calcium/magnesium and calcium/ATPase) in the membrane surrounding the muscle cell which move substrates  in and out of the cell are disrupted, the  interior environment of the muscle cells either cannot get rid of waste products of metabolism or has  too much of a metabolic substrate  to be able  to  function or can't get enough of a metabolic  substrate  to be able  to function. Therefore,  the muscle cell simply shuts down. When muscle cells shut down,  they don't do so in the relaxed position, they freeze up in the contracted position, which resulted in rock‐hard muscles. Biochemically, it's not all that different from rigor mortis.  

The reported hypocalcemia  in the present study perhaps shared  in generation of ER. The hypocalcemia as a suggesting cause of ER was reported before (Assmann et al., 1933 and Jacobson et al., 1991). 

It was  suggested  that,  similar  to  other  species,  a  dietary  vitamin  E  and  selenium deficiency might  cause muscle damage  in ER horses. Vitamin E and  selenium act  to protect muscles from oxygen free radicals that can be generated with exercise. However, the present study did not reported changes in vitamin E and selenium level between diseased and healthy control horses. Therefore, either vitamin E or selenium deficiencies were avoided as a cause of ER  in  the  present work. Documented  cases  of  a  selenium‐responsive muscle  disease were reported  in  foals  from  several  countries with  low  selenium  soil  content  in  the  1970s.  The association with muscle disease  led  to  the  recommendation  that horses with  ER  should be given  a  selenium  and  vitamin  E  supplement. Although  selenium deficiency may not be  the primary cause  for ER, many practitioners report a decrease  in  the severity of  tying‐up when horses  receive  vitamin  E  and  selenium  supplementation.  This may  be  due  to  the  fact  that horses generate more toxic free radicals with the ER syndrome and therefore have a greater need  for  supplementation.  Another  possibility  is  enzymatic  antioxidant  activity  might  be 

177

Page 180: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 higher in horses and protect the non enzymatic system from depletion. This underlined by the reported decrease in SOD and CAT of diseased horses (Nathalie et al., 2008). 

The significant decrease of SOD, CAT, TAC, GSH and NO in diseased horse attributed to the depletion of antioxidant system to counteract the oxidative stress and reactive oxygen species.  In  the equine  species, an exercise‐induced  imbalance  in  favor of oxidants has been described  in  several experimental  studies  (Mills et al., 1997; Art et al., 1999; Deaton et al., 2002; Kirschvink et al., 2002) as well as in field investigations (Balogh et al., 2001; White et al., 2001; Hargreaves et al., 2002; Marlin et al., 2002). The production of NO plays a vital role  in the  regulation  of  physiologic  processes,  and  both  proinflammatory  and  anti‐inflammatory effects have been described  for  this molecule. NO  is  a biologic  gas produced by  almost  all tissues. Recently it has been demonstrated that NO has an important role in muscle physiology (Balon et  al., 1994) and may  influence both  contractile  function and muscle metabolism. A physiologic role as a vasodilatory regulator in skeletal muscle has been established for NO, and in that way it increases O2 and nutrient supply to the muscle.  

The significant decrease  in  the above discussed antioxidant system was underlined by  the significant  increase of MDA, TNF‐ α,  IL6 and PGF2‐α  in diseased horse  indicated  lipid peroxidation resulted from ER. Pro‐inflammatory molecules (TNF‐ α, IL6) have been reported to increase with strenuous exercise (Lee and Clarkson 2003). Furthermore, tissue damage and repair processes may involve the expression of inflammatory cytokines (TNF‐ α, IL6). Cytokines can act directly on target cells or they may stimulate the creation of secondary mediators such as other cytokines, PGF2‐α or free oxygen radicals.  

Since  some  exercise‐related  pathologic  conditions  are  considered  inflammatory processes  (Lee  and  Clarkson,  2003),  the  present  work  designed  to  examine  some  pro‐inflamatory cytokines and prostaglandin in ER cases. To the authors knowledge this is the first study  to demonstrate  the use of pro‐inflammatory  cytokines  (IL‐6  and  TNF‐  α)  and PGF2‐α concentrations as biomarkers of ER. Similar significant  increases  in TNF‐ α, IL6 and PGF2‐α  in horse of ER were reported  in case of equine osteoarthritis (Ley et al., 2009), equine laminitis (Stewart, 2009), strenuous exercise in equine (Donovan et al., 2007) and others (for details see Art and Lekeux, 2005).   5. CONCLUSION 

Interestingly,  the  examined  pro‐inflammatory  cytokines  (TNF‐  α,  IL6)  and  PGF2‐α concentrations could be added to other traditional biomarkers (CK, AST and LDH) used for the diagnosis of ER in Arabian horses. In the future, efforts should be made to confirm this in other breed. If this could be achieved, it would yield a valuable tool to diagnose ER and would open up new perspectives in research fields dealing with ER not only in animals, but also in humans.  6. Bibliography  

1. Aebi, H. 1984. Catalase in vitro. Methods Enzymol. 105, 121‐126. 2. Art, T., Kirschvink, N., Smith, N., Lekeux, P., 1999. Indices of oxidative stress in blood and 

pulmonary epithelium  lining  fluid  in horses suffering  from  recurrent airway obstruction. Equine Veterinary Journal 31, 397–401. 

3. Assmann H, Bielenstein H, Hobs H.  1933.  Beobachtungen  und  untersuchungen  bei  der haffkrankheit. Dtsch Med Wochenschr 59, 122–6. 

4. Balogh, N., Gaal, T., Ribiczeyne, S., Petri, A., 2001. Biochemical and antioxidant changes in plasma  and  erythrocytes  of  pentathlon  horses  before  and  after  exercise.  Veterinary Clinical Pathology 30, 214–218. 

178

Page 181: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 5. Balon, T., Nadler, L., 1994. Nitric oxide release  is present from  incubated skeletal muscle 

preparations. Journal Applied Physiology 77, 2519–2521. 6. Brandt, K., Hinrichs, U., Glitz, F., Landes, E., Schulze, C., Deegen, E., Pohlenz,  J., Coenen, 

M., 1997. Atypische myoglobinurie der weidepferde. Pferdeheilkunde 13, 27–34. 7. Clarkson, M., 2002. Exertional rhabdomyolysis: myths and madness. The American Journal 

of Sports Medicine 4, 155‐156. 8. Clarkson, M., Thompson, S., 2000. Antioxidants: what role do they play in physical activity 

and health? American Journal of Clinical Nutrition 72, 637S–646. 9. Clarkson, P., 2006. Case report of exertional rhabdomyolysis in a 12 year old boy. 

Medicine and Science in Sports Exercise 38, 197–200. 10. Coles, H., 1974. Veterinary Clinical Pathology. W.B. Saunders Co., Philadelphia,  London, 

Toronto. 11. Deaton, M., Marlin,  J.,  Roberts,  A.,  Smith,  N.,  Harris,  A.,  Kelly,  J.,  Schroter,  C.,  2002. 

Antioxidant  supplementation  and  pulmonary  function  at  rest  and  exercise.  Equine Veterinary Journal 34, 58–65. 

12. Donawick, J., Ramberg,  F., Paul,  R.  Hiza, A., 1975. The diagnostic and prognostic value of lactate determinations in horses with acute abdominal crisis. Journal of the South African Veterinary Association 466, 127. 

13. Donovan, D., Jackson, C., Colahan, P., Norton, N.,  and Hurley, D., 2007. Exercise‐induced alterations in pro‐inflammatory cytokines and prostaglandin F2α in horses. Veterinary Immunology and Immunopathology 118, 263‐269. 

14. Douglas C. Christie A., Patrick T., Natalie N., and David J., 2007. Exercise‐induced alterations in pro‐inflammatory cytokines and prostaglandin F2a in horses. Veterinary Immunology and Immunopathology 118, 263–269. 

15. Doumas, T., Bayson, D., Carter, J., Peters, T.,  Schaffer, R., 1981. Estimation of total serum protein. Clinical Chemistry, 27, 1642‐1643. 

16. Faulker,  R. and Meites, S., 1982. Selected Method of clinical chemistry 9, 185.  17. Firshman, M., Valberg,  S., Bender,  J.,  Finno, C.,  2003.  Epidemiologic  characteristics  and 

management  of  polysaccharide  myopathy  in  Quarter  Horses.  American  Journal  of Veterinary Research 64, 1319–1327. 

18. Flannery,  R.,  Little,  C., Hughes,  C.,  Curtis,  C.,  Caterson,  B.,  Jones,  S.,  2000.  IL‐6  and  its soluble  receptor  augment  aggrecanase‐mediated  proteoglycan  catabolism  in  articular cartilage. Journal of Biology 19, 549‐553.  

19. Fridovich,  I.,  1995.  Superoxide  radical  and  superoxide  dismutase.  Annual  Review  of Biochemistry 64, 97–112. 

20. Friedman,  B. et al., 1980. Clinical chemistry, 26:1D. 21. Friedman, B.,  Young, D., 1997. Effects of Disease on Clinical Laboratory Tests, 3rd Edition, 

AACC Press, Washington, D.C.  22. Goldring,  B.,  2000.  Osteoarthritis  and  cartilage:  the  role  of  cytokines.  Current  

Rheumatology Reports 2, 459‐465. 23. Hamer, R., 1997. When exercise goes awry: exertional rhabdomyolysis. Southern Medical 

Journal 90, 548‐551. 24. Hargreaves, J., Kronfeld, S., Waldron, N., Lopes, A., Gay, S., Saker, E., Cooper, L., Sklan, J., 

Harris, A., 2002. Antioxidant  status  and muscle  cell  leakage during endurance exercise. Equine Veterinary Journal 34, 116–121. 

179

Page 182: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 25. Harris, A., and Snow, H., 1991. Role of electrolyte  imbalances  in  the pathophysiology of 

the equine rhabdomyolysis syndrome. In: Equine Exercise Physiology 3 ed. SGB Persson, A Lindholm and LB Jeffcott. ICEEP Publications, Davis CA, pp 435‐442. 

26. Henry,  B.,  1984.  Clinical  Diagnosis  and management,  17th  edition,  Saunder  Publisher. Elecsys    triiodothyronine  (11731360122)  and  thyroxine  (12017709122),  Cobas,  2005, Roche, Diagnostics, GmbH, D, 68298, Mannheim. 

27. Hosie, D., Gould, W., Hunter, R., Low, C., Munro, R., Wilson, C., 1986. Acute myopathy in horses at grass in east and south east Scotland. Veterinary Record 119, 444–449. 

28. Ivy  J.L., D.L. Costill, P.J. Van Handel, D.A. Essig, and R.W. Lower. 1981. Alteration  in  the lactate threshold with changes in substrate availability. Int. J. Sports Med. 2, 139. 

29. Jacobson H, Striker G, Klahr S., 1991. Biochemical alterations  in advanced uremic failure. In:  Jacobson  H,  Striker  G,  Klahr  S,  editors.  The  principles  and  practice  of  nephrology. Philadelphia (BC): Decker; p. 682–689.

30. Jenkins, R., 2000. Exercise and oxidative stress methodology: a critique. American Journal of Clinical Nutrition 72, 670S–674. 

31. Jikko, A., Wakisaka, T.,  Iwamoto, M. et al., 1998. Effects of  interleukin‐6 on proliferation and proteoglycan metabolism in articular chondrocyte cultures. Cell Biology International 22, 615–621. 

32. Jones, S., 2005.  Directing transition from innate to acquired immunity: defining a role for IL‐6. Journal of immunology 175, 3463–3468 

33. Jones, W.,  2003. Nutritional  Support  for Rhabdomyolysis.  Journal  of  Equine Veterinary Science, 23, 325‐326. 

34. Kirschvink, N., Art, T., de Moffarts, B., Smith, N., Marlin, D., Roberts, C., Lekeux, P., 2002. Relationship  between  markers  of  blood  oxidant  status  and  physiological  variables  in trained and heaves‐affected horses after exercise. Equine Veterinary Journal 34, 159–164. 

35. Knochel,  P.,  1990.  Catastrophic  medical  event  with  exhaustive  exercise:  white  collar rhabdomyolysis. Kidney International 38, 709‐719. 

36. Lee, J., Clarkson, M., 2003.  Plasma creatine kinase activity and glutathione after eccentric exercise. Medicine & Science in Sports & Exercise 35, 930–936. 

37. Leeuwenburgh,  C., Heinecke,  J.W.,  2001. Oxidative  stress  and  antioxidants  in  exercise. Current Medicinal Chemistry 8, 829–838. 

38. Ley, C., Ekman, S., Ronéus, B., Eloranta L.,  2009. Interleukin‐6 and high mobility group box protein‐1  in  synovial membranes  and osteochondral  fragments  in  equine osteoarthritis Research in Veterinary Science 86 , 490–497 

39. Line,  L. and Rust, S., 1995. Acute exertional  rhabdomyolysis. American Family Physician 52, 502‐506. 

40. Marlin,  J.,  Fenn,  K.,  Smith, N., Deaton, D., Roberts, A., Harris, A., Dunster,  C.,  Kelly,  J., 2002.  Changes  in  circulatory  antioxidant  status  in  horses  during  prolonged  exercise. Journal of Nutrition 132, 1622S–1627S. 

41. Mates, M.,  2000.  Effects  of  antioxidant  enzymes  in  the molecular  control  of  reactive oxygen species toxicology. Toxicology 153, 83–104. 

42. Maughan,  J., 1999. Role of micronutrients  in sport and physical activity. British Medical Bulletin 55, 683–690. 

43. McKenzie, C., Valberg,  J. Godden, S., Pagan,  D., MacLeay,  M., Geor,  J.,  Carlson, P., 2003. Effect of dietary  starch,  fat  and bicarbonate  content on  exercise  responses  and  serum creatine  kinase  activity  in  equine  recurrent  exertional  rhabdomyolysis.  Journal  of Veterinary Internal Medicine 17, 693–701. 

180

Page 183: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 44. Mills, C., Smith, C., Harris, C., Harris, P., 1997. Effect of allopurinol on  the  formation of 

reactive  oxygen  species  during  intense  exercise  in  the  horse.  Research  in  Veterinary Science 62, 11–16. 

45. Montgomery, C., and Dymock, J., 1961. The determination of nitrite in water. Analyst 86, 414–416.  

46. Nathalie, K., Brieuc, M., Pierre,  L., 2008. The oxidant/antioxidant equilibrium  in horses. The Veterinary Journal, 177, 178–191. 

47. Nieman, C., 1997. Immune response to heavy exertion. Journal of Applied Physiology 82, 1385–1394. 

48. Nishikimi, M., Appaji N., and Yogi. K., 1972. The occurrence of  superoxide anion  in  the reaction  of  reduced  phenazine methosulfate  and molecular  oxygen.  Biochemistry  and Biophysics Research Commnication 46, 849‐854 

49. Nyblom  H.,  Bergren,  U.,  Balldin,  J.,  Olsson,  R.,  2004  High  AST/ALT  ratio may  indicate advanced  alcoholic  liver  disease  rather  than  heavy  drinking.  Alcohol &  Alcoholism  39, 336–339. 

50. Ohkawa, H., Ohishi, W. and Yagi, k., 1979. Assay  for  lipid peroxides  in animal  tissues by thiobarbituric acid reaction. Analytical Biochemistry. 95,351‐358. 

51. Palencia, P., Rivero, L., 2007. Atypical myopathy  in two grazing horses  in northern Spain. Veterinary Record 161, 346–348. 

52. Paolisso  G,  D’Amore  A,  Giugliano  D,  Ceriello  A,  Varrichio  M,  Dı´Onofrio  F.  1993. Pharmacologic  doses  of  vitamin  E  improve  insulin  action  in  healthy  subjects  and  non‐insulin‐dependent diabetic patients. American Journal of Clinical Nutrition 57, 650–6. 

53. Pesch, S., Bermann, M. & Bostedt, H. 2006. Determination of some enzymes and macro‐ and microelements  in  stallion  seminal  plasma  and  their  correlations  to  semen  quality. Theriogenology 66, 307‐313. 

54. Radostits, M.,  Blood,  C., Gay,  C.,  2007.  Veterinary Medicine, A  Textbook  of  disease  of cattle, sheep, pigs, goat and horses. 10th Ed., SAUNDERS, ELSEVIER, Edinburgh, London, New York, Oxford, Philadelphia, St Louis, Sydney, Toronto. 

55. Reitman, M.,  and  Frankel,  S., 1957. A  colorimetric method  for determination of  serum glutamic  oxaloacetic  and  glutamic  pyruvic  transaminase.  American  Journal  of  Clinical Pathology 28, 56. 

56. SAS, 2001. Statistical analysis system. In: Users Guide: Statistics. SAS Institute. 57. Shingu, M.,   Nagai, Y.,    Isayama, T.,   Naono, T.,   Nobunaga, M., and Nagai Y., 1993. The 

effects of cytokines on metalloproteinase inhibitors (TIMP) and collagenase production by human chondrocytes and TIMP production by synovial cells and endothelial cells. Journal of Clinical Experimental Immunology 94, 145–149. 

58. Shingu, M., Miyauchi, S., Nagai, Y. et al., 1995. The role of IL‐4 and IL‐6 in IL‐1‐dependent cartilage matrix degradation. British Journal of Rheumatology 34, 101–106.

59. Sies, H., 1991. Oxidative stress:  introduction.  In: Sies, H. (Ed.), Oxidative Stress: Oxidants and Antioxidants. Academic Press, London, pp. XV–XXII. 

60. Sjaastad, V., Hove, K., Sand, O., 2004. Physiology of Domestic Animals. Oslo, Scandinavian Veterinary Press. 266‐267.  

61. Skenderi, K., Kavouras, S., Anastasiou, C., Yiannakouris, N. & Matalas L., 2006. Exertional Rhabdomyolysis during a 246‐km continuous running race. Medicine & Science  in sports and exercise 38, 1054‐1057. 

62. Stewart J., Pettigrew A , Cochran A., and Belknap J., 2009. Indices of  inflammation in the lung and  liver  in  the early stages of  the black walnut extract model of equine  laminitis. Veterinary immunology and immunopathology 129,  254‐260.    

181

Page 184: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 63. Tabacco,  A., Meiathini,  F., Moda,  E.,  Tarli,  P.,  1979.  Simplified  enzymic  /  colorimetric 

serum urea nitrogen determination.  Clinical Chemistry 25, 336‐337. 64. Tietz, N., 1995. Clinical Guide to Laboratory Tests, 3rd Edition, W.B. Saunders, Philadelphia, 

PA).  65. Trinder, P., 1969. Determination of glucose in blood using glucose oxidase with alternative 

oxygen acceptor. Analytical Clinical. Biochemistry 6, 24. 66. Valberg, S., and B. Essen‐Gustavsson. 1987. Metabolic  response to  racing determined  in 

pools  of  type  I,  IIA,  and  IIB  fibers.  In: Gillespie  JR,  Robinson, NE,  eds.  Equine  Exercise Physiology 2. p. 290. Davis, CA. ICEEP publications. 

67. Valberg,  J.,  MacLeay,  M.,  Mickelsen,  R.,  1997.  Exertional  rhabdomyolysis  and polysaccharide  storage myopathy  in horses. Compendium on Continuous  Education  for the Practical Veterinarian 19, 1077–1085. 

68. Valentine, A.,  and  Löhr, V.,  2007. Myonecrosis  in  three horses with  colic:  evidence  for endotoxic injury. The veterinary Record 161, 786‐789. 

69. Valentine, A., McDonough, P., Chang,   F., Vonderchek, A., 2000. Polysaccharide  storage myopathy in Morgan, Arabian, and Standardbred related horses and Welsh‐cross ponies. Veterinary Pathology 37, 193–196. 

70. Valentine, A., Van Saun, J., Thompson,   N., Hintz,   F., 2001. Role of dietary carbohydrate and  fat  in  horses with  equine  polysaccharide  storage myopathy.  American  Veterinary Medical Association 219, 1537‐1544. 

71. Votion, M.,  Linden,  A.,  Saegerman,  C.,  Engels,  P.,  Erpicum, M.,  Thiry,  E.,  Delguste,  C., Rouxhet, S., Demoulin, V., Navet, R., Sluse, F., Serteyn, D., Van Galen, G., Amory, H., 2007. History  and  clinical  features  of  atypical myopathy  in  horses  in  Belgium  (2000–2005). Journal of Veterinary Internal Medicine 21, 1380–1391. 

72. Walsworth,  M.,  and  Kessler,  T.,  2001.  Diagnosing  exertional  rhabdomyolysis:  a  brief review and report of two cases. Military Medicine 166, 275‐277. 

73. Westermann, M., De Sain‐van der Velden, M., Van der Kolk, H., Berger, R. Wijnberg, D., Koeman, P., Wanders, A.,    Lenstra, A.,   Testerink, N. Vaandrager, B.,   Vianey‐Saban, C.,  Acquaviva‐Bourdain,  C.,    Dorland  L.,  2007.  Equine  biochemical  multiple  acyl  CoA dehydrogenase deficiency (MADD) as a cause of rhabdomyolysis. Molecular Genetics and Metabolism 91, 362–369. 

74. White, A., Estrada, M., Walker, K., Wisnia, P., Filgueira, G., Valdes, F., Araneda, O., Behn, C., Martinez, R., 2001. Role of exercise and ascorbate on plasma antioxidant capacity  in thoroughbred  race horses. Comparative Biochemistry and Physiology. Part A: Molecular and Integrative Physiology 128, 99–104. 

75. Whitwell, E., Harris, P., Farrington, G., 1988. Atypical myoglobinuria: an acute myopathy in grazing horses. Equine Veterinary Journal, 20, 357–363. 

76. Wootton, P., 1982. Microanalysis  in Medical Biochemistry 6  th Ed. Churchill, LTD. London pp. 107. 

77. Wroblewski, F., and Duean, S., 1955. Bestimmung der Aktivital der lactate dehydrogenase. Proceedings of Society of Experimental Biology, 90, 210‐214. 

78. Young,  S.,  Thomas, W.,  Friedman,  B.,  Pestaner,  C.,  1972.  Effects  of  drugs  on  clinical laboratory tests. Clinical Chemistry 18, 1041–1303. 

79. Zentek, J., 1991. Myopathies in a riding horse stable. Tierarztl Prax.19, 167‐9.     

182

Page 185: vol_53_2010-1

 

THE PARS DISTALIS (ANTERIOR PITUITARY) IN ONE‐HUMPED CAMEL (CAMELUS DROMEDARIUS ) : A MORPHOLOGICAL STUDY 

 

IHAB EL_ZOGHBY1* , AHME D KASSAB2   

1 Department of Histology and Cytology, 2Department of Anatomy and Embryology and, Faculty of Veterinary Medicine (Moshtohor), Benha University, Egypt; 

*Corresponding author: 1

E‐mail: [email protected]  

 Abstract  : Fourteen pars distalis of one‐humped camels  (Camelus dromedarius) were studied using light, scanning and transmission electron microscopes. Camels  (9 males and 5  females) ranged from three to five years of age were used in this study. The pars distalis were principally composed of clusters of tightly‐packed cells  in the form of anastmosing cords. The cells were separated from each other by collagen fibers and sinusoids of various sizes. The pars distalis of camels  included  the  following  cells:  mammotrophs,  somatotrophs,  gonadotrophs, corticotrophs, thyrotrophs and  folliculo‐stellate cells. Somatotrophs were  the most abundant secretory  cells  and were  readily  identifiable  by  their  large  homogeneously  dense  secretory granules. The gonadotrophs  contain  small  secretory granules. Corticotrophs were  angular  in outline  and  occasionally  possessed  finger‐like  projections.  Thyrotrophs were  few  in  number and  contain  small  scattered  secretory  granules.  The  folliculo‐stellate  cells  were  small  and contained no secretory granules.  The present study showed that the camel pars distalis has five secretory and one non‐secretory cell types, which could be easily differentiated from each other by the number and size of their secretory granules. 

Key words: Pars distalis; Camel; Scanning; Transmission Electron Microscope.   

 INTRODUCTION 

     It is well known that the mammalian pituitary gland consists of two structurally distinct 

lobes,  the adenohypophysis and  the neurohypophysis. The adenohypophysis consists of  the pars distalis, pars intermedia and pars tuberalis (Hanstrom, 1966; Daniel and Prichard, 1975).  

    The pars distalis forms the main body of the pituitary gland and consists of several types of  endocrine  cells  that  secrete  at  least  six  trophic  hormones  (Webb,  1982).  The histomorphology of the pars distalis has been studied  in various domestic species (Delmann, 1971);  in  horse  (Harrison  and  Sharyock,  1940;  Webb,  1982);  in  bovine  (Dawson,  1948; Bassett, 1951; Cupps et al., 1954;  Jubb and McEntee, 1955);  in buffaloes  (Roy, 1970; Das, 1979);  in small  ruminants  (Trautmann and Fiebiger, 1957; Webb, 1981);  in  the goat  (Singh, 1971; Khatra and Nanda, 1981; Gomez et al., 1989) and in the dog and cat (Das, 1971; Girod and Lheritier, 1986). However, there are no available reports that describe the pars distalis in the camel. 

  The secretory cells of pars distalis secret at  least six hormones: growth hormone  (GH), prolactin,  adrenocorticotrphic  hormone  (ACTH),  thyroid‐stimulating  hormone  (TSH), 

183

Page 186: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară  luteinizing  hormone  (LH)  and  follicle‐stimulating  hormone  (FSH).  Each  hormone,  with  the exception of LH and FSH,  is produced by separate cell type (Moriarity, 1973; Nakane, 1975). Each  cell  type  appears  to  be  similar  in many mammalian  species  (Foster,  1971;  Farquhar, Skutelsky  and  Hopkins,  1975). Many  of  the  different  cell  types  can  be  identified  by  their ultrastructural morphology; particularly by the size of their secretory granules (Webb, 1981). But there are no studies that dealt with the  identification of cell types  in the pars distalis of the dromedary camel (Camelus dromedarius)  

   The two objectives of this study were: firstly, to elucidate a detailed description of the pars  distalis  in  the  hypophysis  of  dromedary  camel  (Camelus  dromedarius)  by  Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). Secondly, to compare the camel’s pars distalis cell types   with pars distalis cells in other domestic animals. 

 MATERIALS AND METHODS 

 Nine adult male and five female camels (Camelus dromedarius) ranged from three to 

five  years  of  age were  used  in  this  study.  Samples were  obtained  from  Benha  and  Toukh slaughterhouses  in Egypt. Each pituitary gland was quickly  removed  from  its  fossa. The pars distalis were isolated from each pituitary gland and was cut into 1 mm blocks.  

For light microscopy, the tissues were fixed in 10% neutral buffered formalin solution then dehydrated, cleared, embedded and cut at 4‐5 microns. The tissues stained with H&E and Crossmon’s  trichrome  stain  according  to  the methods  described  by  Crossman  (1937)  and Bancroft, Cook, Stirling, and Turner (1994). 

    The  scanning  electron microscopy  study was made  in  Faculty  of Agriculture, Alazhar University, Egypt. The specimens were dehydrated  in ascending grades of alcohols,  isopentyl acetate  for 2‐3 days, critical point dried with carbon dioxide, mounted on aluminum holders and  coated with  gold  in  a  sputtering device.  Finally,  the  structures were  examined using  a   JEOL JSM 5500 LV SEM. 

    The transmission electron microscopy was made in Almasa Military Veterinary Hospital in Egypt. Small pieces of camel pars distalis were  fixed  in 2.5% gluteraldehyde solution with 0.1 M phosphate buffer  (pH 7.4)  for 24‐48 hours, post  fixed  in 2% osmic  acid  for 2 hours, dehydrated  in  ascending  grades of  alcohols and  immersed  in propylene oxide.  Finally,  they were  embedded  in  Epoxy  resin.  The block was polymerized  for 24 hours  at 70○C.  semithin sections  (0.4 µm) were  cut with  glass  knives on  an ultramicrotome  and  stained with 0.3 % toludine blue for light microscopy to determine the orientation of the specimen. The ultrathin sections  (70  nm)  were  cut,  mounted  on  copper  mesh  grids  (No.  200)  and  stained  with saturated  solution of uranyl acetate dihydrate. Then,  the  sections were examined with SEO Electron Microscope. The sizes of granules were determined using the SemAfore software.  

 RESULTS 

 The parenchymal cells of the pars distalis were appeared in clusters of tightly‐packed 

cells.  The  cells were  arranged  in  anastmosing  cell  cords  of  (Fig.  1) with  variable  thickness. These cells were covered externally by connective tissue capsule (Fig. 2) and were separated from  each  other  by  collagen  fibers  and  sinusoids  of  various  sizes  which  were  lined  with endothelium (Fig. 3).    

184

Page 187: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 Fig. 1. Photomicrograph of camel pars distalis illustrating cord like arrangement of cells (C) and in between sinusoidal vessels (S). The acidophil (A) can be distinguished easily from basophil (B). The pars distalis faces cavum hypophysis (H). H&E. X 200. 

 Fig. 2. Scanning electron micrograph of camel pars distalis showing connective tissue capsule (arrows) that surrounding the parenchymal cells (C) and sinusoids (S). 

 Fig. 3. Photomicrograph of camel pars distalis  stain with Crossman’s  trichrome  showing  the distribution of the collagen fiber (arrows) among the cell clusters (C) and blood sinusoids (S). X400.   

 

185

Page 188: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

There were blood vessels (Fig. 4) between the secretory cells of pars distalis. The wall of the blood vessels was reinforced with a tough collagen fiber and fine scattered fibrils were also observed  (Fig. 5).   The  cells were a mixture of  secretory with  typical details of protein secreting  cells and non‐secretory  cell  types. The  clusters were  surrounded by  a network of capillaries.  The  pars  distalis  of  camels  included  the  following  cells:  mammotrophs, somatotrophs, gonadotrophs, corticotrophs, thyrotrophs and folliculo‐stellate cells.   

 Fig. 4.  Scanning electron micrograph  showing a blood  vessel  (BV)  in  the  camel pars distalis containing blood cells (b) which adjacent to secretory cells (C). 

 Fig. 5. High magnification Scanning electron micrograph of large blood vessels. Collagen fibrils (c)  are  randomly  distributed  along  its  longitudinal  axis.  Secretory  granules  (G)  were  seen adjacent to the blood vessel and blood cells (b). Mammotrophs and somatotrophs 

The mammotrophs and  somatotrophs were difficult  to distinguish  from each other because of their similarity. Somatotrophs were the most abundant secretory cells and tended to be found in groups within a cluster. They were readily identifiable because they contained large homogeneously dense secretory granules. The granules were generally  round  to ovoid and were  scattered either  throughout  the  cytoplasm or  concentrated near  that part of  the 

186

Page 189: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași  peripheral cell membrane (Fig. 6 & 7). They were distributed throughout the gland, but with a relatively higher concentration  in the antero‐ventral area. Lower concentration of these cells was founded in the dorso‐posterior area. The diameter of the cells varied and the sizes of the secretory granules ranged from 400‐ 1100 nm (Fig. 8).   

 Fig. 6. Transmission   electron micrograph of mammotrophs or somatotrophs from camel pars distalis. Note the nucleus (N) and the dense secretory granules (G) are concentrated near the peripheral cell membrane. A blood vessel (BV) was seen with blood cells (b). Scale bar: 5 µm.  

 Fig. 7. Scanning electron micrograph from camel pars distalis showing various shape and size of secretory granules. 

 

187

Page 190: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

 Fig. 8. Transmission   electron micrograph of secretory granules  

in somatotrophs of camels pars distalis. Note the granules  are of high number, large size and density packed. Scale bar: 2 µm 

 Gonadotrophs 

The  shape  of  gonadotrophs  varied  from  angular  to  ovoid  and may  be  irregular  in shape  (Fig. 9). Their size and secretory granule number were varied according  their activity. The  secretory  granules  were  smaller,  rounder  and  their  diameters  were  ranged  between about 250  to 850 nm  in diameter. These cells were often  larger  than  the somatotrophs and mammotrophs. The cells had a variable number of mitochondria and attached with neighbor cells by junctional complex. The number of secretory granules was quite variable between one cell and another. 

The  secretory  granules  in  gonadotrophs  of  camel's  pars  distalis  were  darker  and denser than those of the somatotrophs and mammotrophs (Fig. 10). The rough endoplasmic reticulum was sparsely distributed. The cytoplasm contained many free ribosomes.  

 Fig. 9. Transmission electron micrograph of gonadotrophs from camel pars distalis containing small scattered secretory granules (G). Junctional complexes (arrows) were seen between 

cells. The nucleus (N) and mitochondria (M) are seen. Scale bar: 5 µm.   

188

Page 191: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 Fig. 10. Transmission     electron micrograph of secretory granules  in gonadotrophs of camels pars distalis. Note the granules are of few in number and small in size. Scale bar: 2 µm  Corticotrophs 

Corticotrophs were few in number and variable in size. They were usually angular in outline  and  occasionally  possessed  finger‐like  projections  (Fig.  11).  The  projections, which extended between adjacent cells, contained few organelles other than secretory granules. The corticotrophs  contained  variable  numbers  of  secretory  granules  scattered  throughout  the cytoplasm. The granules were usually round, with diameters ranging between 150 to 300 nm.  

 Fig. 11. Transmission electron micrograph of camel pars distalis containing corticotrophs (Co) surrounded  by  somatotrophs  (So)  and  gonadotrophs  (Go).  The  corticotrophs  has  angular 

189

Page 192: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară  profile with small secretory granules. Sinusoid (S) is also seen. Scale bar: 5 µm 

 Thyrotrophs 

The  thyrotrophs  were  few  in  number.  They  were  usually  found  between gonadotrophs and somatotrophs. The shape of thyrotrophs was angular, ovoid or irregular in outline. They  contained  variable numbers of  small  secretory granules and  their  sizes  varied from  100  to  250  nm  (Fig.  12).  The  secretory  granules  were  scattered  throughout  the cytoplasm. The nucleus was round and eccentrically located. 

 Fig. 12. Transmission   electron micrograph of thyrotrophs (Th) in the camel pars distalis. The nucleus (N) is eccentric ovoid. Somatotrophs (So) and gonadotrophs (Go) are seen.  Scale bar: 5 µm.  Folliculo‐stellate cells 

The  folliculo‐stellate cells were small cells contained no secretory granules  (Fig. 13) and were distributed between  the  secretory  cells. They possessed  long  slender  cytoplasmic processes which extended between adjacent cells. The nucleus was elongated ovoid or pear shape. The cytoplasm of the folliculo‐stellate cells was dense and frequently contained many free  ribosomes,  little  rough  endoplasmic  reticulum,  small  Golgi  complexes  and  few mitochondria.  The  cells were  either  found  alone,  giving  them  a  stellate  appearance,  or  in groups. When in groups they commonly formed follicles with junctional complexes joining one cell to another near the luminal surface. The follicles varied in size and were usually found in the centre of cell clusters. No secretory cells were observed lining the follicles.   

190

Page 193: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

 Fig. 13. Transmission   electron micrograph of folliculo‐stellate cells (F) in the camel pars distalis. The nucleus (N) is elongated. Corticotrophs (Co), gonadotrophs (Go) and Junctional complexes (arrows) are seen.  Scale bar: 5 µm  DISCUSSION 

        The pars distalis of  the  camel was  composed of  glandular  cells  enclosed by  connective tissue and  surrounded by a capillary network,  like other mammals as  in cattle  (Gasse et al. 1986;  Fumagalli  and  Zanini,  1985);  in  goat    (Khatra,et  al.,  1981)    and  in  small  ruminants (Trautmann and Fiebiger, 1957 and Dellmann, 1971). These observations also support similar findings in dog and pig ( Das, 1971). 

   The result of the present study showed that the density of solitary fibrils surrounding the inner surface of vessels seemed to change according to the size. They are denser in the large vessel and are  sparser  in  the  small  vessels or  sinusoids.  It may be  related  to  the  structural strength of vessels. These finding is agreement with Nishimura et al 2004 in the goat. Also the sinusoids are generally distributed between the cluster according to the endocrine function of the gland which also with agreement with Murray et al. (1997) in human and Townsend et al. (2004) in equine. 

Mammotrophs  and  somatotrophs  were  the  easiest  secretory  cells  to  identify.  Their secretory granules were lagre and secttered over their cytoplasm, similar to that described by Parry, McMillen, Robinson & Thorburn (1979) in sheep. 

Our  result  revealed  that  the mammotrophs  and  somatotrophs    are  the most  abundant secertory cells in the camels pars distalis. While Farquhar et al. (1975) in rat and Foster (1971) in rabbits observed that mammotrophs only were the most abundant secretory cell type. Such cells were  readily  identifiable due  to  they were  the  largest of any pars distalis cell  type and their secretory granules are very  large. 

The gonadotrophs varied from angular to ovoid and may be  irregular  in shape, similar to that mentioned  by Nakane  (1975).The  aforementioned  author  observed  that  the  shape  of gonadotrophs were  large  round  or  angular. Moriarty  (1976)  found  that  there were  three distinct cell types which contained LH and/or FSH and that their shapes varied from angular or stellate  to  large and ovoid. Moreover, as  secretory activity was  increased and a  cell  lost  its population of granules, it became more angular or satellite. 

191

Page 194: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

The present study showed that somatotrophs and gonadotrophs are completely different by their size and secertory granules. On the other hand,  Farquhar et al. (1975) recorded that somatotrophs  and  gonadotrophs  could  not  be  differentiated  and  proved  indistinguishable from each other using morphological criterion of granule size.   

Corticotrophs were also  identified  in this study. The cells exhibited all the characteristics described  by  many  authors  following  morphological  and  immunocytochemical  studies  in several  species  (Siperstein & Allison,  1965;  Foster,  1971; Moriarty,  1973;  Farquhar  et  al., 1975).  The  corticotrophs  were  not  numerous,  which  is  in  agreement  with  the  results  of Nakane, Setalo & Mazurkiewicz  (1977), who  found  that  the number of corticotrophs  in  rat pituitary sections represented approximately 15% of the total secretory cell population.  

The  secretory  granules  of  the  thyrotrophs  of  the  camel  pars  distalis  are  spherical, numerous and distributed throughout the cytoplasm, in the way described by Shirasawa et al. (1985) in the goat. The secretory granules show their characteristically small size, giving values similar to those found by Shirasawa et al. (1985) especially  in the female goat. These results suggest that the size of the secretory granules  in the camels tend to be  larger than  in other species of  mammals. The granule content  is of a very variable density, which coincides to a certain extent with  the diversity which  appears  in other  species. However  Shirasawa et al. (1985) observed them as being electrodense in the goat. The  folliculo‐stellate  cells  of  the  camel  pars  distalis  that  were  described  in  this  study 

characterized by their shape, a granularity, relatively few mitochondria and poor development of RER. On  the  other  hand,  Smith  (1963) was  the  first  to  describe  large  stellate  cells with prominent  cytoplasmic  fibrillae  in  the  guinea‐pig  pituitary.  Cells with  similar  ultrastructural features   have been described  in  the  rabbit  (Young, et al., 1965;  Foster, 1971),    in  the  rat (Farquhar, 1971; Vila‐Porcile, 1972;  Farquhar,  Skutelsky & Hopkins, 1975)  and  in  the deer (Young & Chaplin, 1975). 

 Foster  (1971)  found  the  cells  in  the  rabbit  pituitary with  numerous microfilaments  and microtubules.  He  speculated  that  the  cells might  be  capable  of movement  and might  be concerned  in  the  circulation  of  intracellular  fluid. A  phagocytic  role  has  been  disscused  by Young et al (1965) and Farquhar (1971). 

The results for camel pars distalis demonstrate that specific identification techniques (e.g. immunocytochemistry) are  required  to help  identify or verify certain of  the pars distalis cell types.  REFERENCES 

1. Bancroft,  J.  D.;  Cook,  H.  C.;  Stirling,  R. W.  and  Turner,  D.  R.  (1994): Manual  of histological  techniques  and  their  diagnostic  application.  2nd.  Churchill  Livingston, Edinburgh, London, Madrid, Melbourne, New York, and Tokyo.  

2. Bassett, E. G.  (1951): The  anterior  lobe of  cattle pituitary.  I. Quantitative  cell  type variation in various normal and abnormal sexual conditions. J. Endocr. 7: 203‐214.  

3. Crossman,  G.  (1937):    A  modification  of  Mallory  connective  tissue  stain  with  a discussion of the principals involved. Anat. Rec. 69: 33‐83.  

4. Cupps, P. T.; Laben, R. C. and Mead, S. W.  (1954): Histology of  the pituitary,  testis and adrenal in relation to reproduction in the bull. Dairy Sci. 37: 1074‐1087.  

5. Daniel,  P.M.  and  Prichard,  M.M.L.  (1975)  Studies  of  the  hypothalamus  and  the pituitary  gland with  special  reference  to  the  effects  of  transaction  of  the  pituitary stalk. Acta Endocrinologica, Suppl. 201. 

6. Das, L. N. (1971): Quantitative and histochemical studies on age correlated changes in canine and porcine hypophysis. Ph. D. Dissertation. Iowa University Library Ames.  

192

Page 195: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

7. Das,  L.  N.  (1979):  Observation  on  subgross  morphology  of  the  hypophysis  and histomorphology of  the neurohypophysis of  Indian buffalo.  Indian  J. Anim.  Sci. 49: 531‐ 542. 

8. Dawson, A. B. (1948): The relationship of the pars tuberalis to the pars distalis in the hypophysis of the rhesus monkey. Anat. Rec. 102: 103‐ 122.  

9. Dellmann, H. D.,  (1971): Veterinary histology. Lea and Febiger, Philadlphia.  10. Dellmann H.D. and J. Eurell (1998) Textbook of Veterinary Histology 5th Edition, pp 

289‐291, Lippincott Williams and Wilkins,  Philadelphia.   

11. Farquhar, M. G. (1971): Processing of secretory products by cells of anterior pituitary gland. Memoirs of the society for endocrinology. 19, 79‐122. 

12. Farquhar, M. G.; Skutelsky, E. H.; and Hopkins, C. R. (1975): Structure and function of the  anterior  pituitary  and  dispersed  cells.  In  vitro  studies.  In  ultrastucture  in bioological systems. Vol. 7 the anterior pituitary, pp83‐135. Eds A. Tixier‐ Vidal& M.G. Farquhar. Academic Press, New York. 

13. Foster,  C.  L.  (1971):  Relationship  between  ultrastructure  and  function  in  the adenohypophysis of the rabbit. Mem. Soc. Endocr. 19, 125‐146.  

14. Fumagalli, G. and Zanini, A.  (1985):  In cow anterior pituitary, growth hormone and prolactin can be packed  in separate granules of the same cell. J. cell Bio. 100: 2019‐2024. 

15. Gasse  H.  and  Schwarz  R.(1986):  Chromophobe  cells  and  their  significance  as folliculostellate  cells  in  the  pars  distalis  adenohypophysis  in  cattle.  Dtsch  Tierarztl Wochenschr.  7;93(5):224‐8. 

16. Girod, C.; and Lheritier, M.; Trouillas, S.and Dubois, M. P.  (1986): Cell types of the pars distalis of the hedgehog (Erinaceus europaeus L.) adenohypophysis: cytological, immunocytochemical and ultrastructural studies. 4 thyrotropic cells. Acta Anat. 127, 48‐52.   

17. Gomez, M.A.; Navarro,  J. A.; Gomez, S.; Camara, P.; Gomez,  J. C. and Bernabe, A.  (1989):  Cytological,  immunocytochemical  and  ultrastructural  study  of  the adenohypophyseal pars distalis of  the kid  (Capra hircus): The TSH cell. Anat. Histol. Embryol. 18: 305‐315.    

18. Hanstrom, B. (1966): Gross anatomy of the hypophysis in mammals> in the pituitary gland, Vol. 1 pp. 1‐57. Eds G. W. Harris & B.T. Donovan. Butterworth, London.   

19. Harrison, B. and Sharyock, H.  (1940): Cytogenesis  in  the pars distalis of  the horse. Anat. Rec. 78: 449‐471.   

20. Jubb, K. V., and McEntee, K.  (1955): Observations on  the bovine pituitary gland.  II. Architecture and cytology with special reference to basophil cell function. Cornell Vet. 45: 593‐641. 

21. Khatra, G.S. and Nanda, B. S. (1981): Age related changes in the histomorphology of the adenohypophysis of the goat. Anat. Histol. Embryol. 10: 238‐245. 

22. Moriarity, G. C.   (1973): Adenohypophysis: utltrastructural cytochemistry (a review). J. Histochem. Cytochem. 21:855‐894.  

23. Moriarty, G. C. (1976): Immunocytochemistry of the pituitary glycoprotein hormones. Journal of Histochemistry and Cytochemistry, 24, 846—863. 

24. Murray, K.; De Lera, J. M.; Astudillo, A. and McNicol, A. M. (1997): Organization of basement membrane components in the human adult and fetal pituitary gland and in pituitary adenomas. Virchows Arch 431:329‐335. 

193

Page 196: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

25. Nakane,  P.  F.  (1975):  Identification  of  anterior  pituitary  cells  by  immune‐electron microscopy in: the anterior pituitary (A. Tixier‐ Vidal and M.G. FARQUHAR, eds.), PP. 45‐61. Academic Press, New York.   

26. Nakane, P. K.; Setalo, G. and Mazurkiewicz, J. E. (1977): The origin of ACTH cells  in rat anterior pituitary. Ann. N. Y. Acad. Sci. 297: 201‐204. 

27. Nishimura, S.; Tabata, S.; Nakamura, Y.; Okano, K. and  Iwamoto, H.  (2004): Three dimension  architecture  and  distribution  of  collagen  components  in  the  goat hypophysis. Anat. Rec. I, 277: 275‐286.   

28. Parry,  D.  M.;  McMillen,  I.  C.;  Robinson,  J.  S.  and  Thorburn,  G.  D.  (1979): immunocytochemical  localization of prolactin  and  growth hormone  in  the prenatal sheep pituitary. A morphological and quantitative study. Cell Tiss. Res. 197, 501‐514.    

29. Roy, M. K.  (1970): Histological and certain histochemical studies   on  the endocrine glands of buffalo. M.V.Sc thesis Agra university library, Agra.  

30. Shirasawa,  N.;  Kihara,  H.  and  Yoshimura,  F  (1985):  Fine  structural  and immunohistochemical studies of goat’s adenohyopohysial  cells. Cell tissue Res. 240, 315‐321. 

31. Singh, Y.  (1971): Morphogenesis of  the pituitary gland  in goat. Ph. D. Dissertation. Haryana Agricultural University Library, Hissar.  

32. Siperstein, E. R. and Allison, V. F.  (1965): Fine structure of the cells responsible  for secretion  of  Adrenocorticotrophin  in  the  adrenalectomized  rat.  Endocrinology,  76, 70‐79. 

33. Smith, R. E. (1963): An electron microscopic study of the adenohypophysis of guinea pig (abstract). Anat. Rec. 154: 352. 

34. Townsend,  J.;  Sneddon,  C.  L.  and  Tortonese,  D.  J.  (2004):  Gonadotroph heterogeneity, Density and Distribution, and Gonadotroph‐Lactotroph Association  in the Pars Distalis of  the Male Equine Pituitary Gland.  J. neuroendocrinology 16:432‐440.  

35. Trautmann, A. and Fiebiger, J. (1957): Fundamental of histology of domestic animals. Translated  and  revised  by Habel,  R.  E.,  and  E.  L.  PIPERSTEIN,  Cumstock  publishing associate, Ithaca.   

36. Vila‐Porcile,  E.  (1972):  Léraseau  des  cellules  folliculo‐stellaires  et  nes  follicules  dé I’adenohypophyse du rat (pars distalis). Z. Zellforsch. 129: 328‐369.  

37. Webb,  P. D.  (1981):  The  pars  distalis  (anterior  pituitary)  sheep:  an  ultrastructural study. J. devl. Physiol. 3: 319‐332.  

38. Webb,  P. D.  (1982): Ultrastructural  study  of  the  development  of  the  pars  distalis (anterior pituitary) in the foal. J. Reprod. Fert. Suppl. 32:583‐588. 

39. Young, P. A., and Chaplin, R. E.  (1975): Some observations on  the ultrastructure of the adenohypophysis of certain cervidae. J. Zoo. 175:493‐508. 

40. Young  P.  A.;  Foster,  C.  L.  and  Cameron,  E.  (1965):  Some  observations  on  the ultrastructure of the rabbit. J. Endocrinology. 31: 279‐287. 

194

Page 197: vol_53_2010-1

LIGHT AND ELECTRON MICROSCOPE STUDIES OF THE ADRENAL GLANDS OF THE EGYPTIAN GEESE  

(ALOPOCHEN AEGYPTIACUS)  

Ihab M. EL‐Zoghby Department of Histology and Cytology,  

Faculty of Veterinary medicine (Moshtohor), Benha University, Egypt. E‐mail: [email protected] 

 ABSTRACT: Twenty mature and immature male and female Egyptian geese, ranged in age from three to eighteen months, were used  in this study. The adrenal glands of the Egyptian geese were paired organs weighing approximately 200‐250 mg (7.5 mg/100 g body weight) and were situated anterior to the kidneys on each side of the dorsal aorta and inferior vena cava.  Each adrenal  gland was  surrounded  from  outside  by  a  connective  tissue  capsule.  The  interstitial tissue was  rich  in  blood  vessels,  collagen,  and  reticular  fibers.  The  parenchyma  cells  of  the adrenal  gland were  arranged  in  cords  especially  at  sub‐capsular  zone  (SCZ).  Thin  layers  of connective  tissue  separated  these  cords  and  there were  two  types  of  cells:  acidophilic  and basophilic  cells,  which  intermingle  with  each  other  and  are  separated  by  sinusoids.  The acidophilic  cells were  large,  polyhedral  to  columnar  in  shape, with  a  highly  vacuolated  and lightly stained acidophilic cytoplasm; while the cells of inner cords were large columnar and are less vacuolated. Ultrastructurally,  these  cells  could be  classified  into  two  types, according  to the amount of  lipid droplets and mitochondria:  cells  that  contained numerous  lipid droplets with few somewhat large globular mitochondria, and the other type were cells containing few lipid  droplets.  Basophilic  cells were  bluish  islets  or  scattered  groups  found  in‐between  the acidophilic  cells.  According  to  the  shape  of  the  secretory  granules,  these  cells  could  be classified  into  two  types:  cells  that  contained  homogenous,  polymorphic  electron  dense secretory  granules,  and  cells  that  contained  secretory  granules  of  electron  dense  core surrounded  by  hallow  electron  lucent  coat. With  the  increasing  the  age  of  the  geese,  the connective  tissue  capsule  became  thick  and  the  interstitial  tissue  was  increased.  The acidophilic  cells  of  the  inner  zone  were more  vacuolated  and  less  acidophilic  and  slightly numerous  in the peripheral, acidophilic cells than  in those of the  inner zones. The basophilic cells appeared less vacuolated and were smaller.  

Key words: Egyptian Geese, Adrenal gland, Light and Transmission Electron Microscope.  

INTRODUCTION  The  role  of  the  adrenal  gland  is more  difficult  to  be  evaluated  in  geese  than  in 

mammals. The difficulties are partly related to the intermingling of the cortical and medullary tissues.  It  is generally accepted that the cortex of the geese adrenal gland cannot be divided into the three distinct zones (zona glomerulosa, zona fasciculata, and zona reticularis) as in its mammalian counterparts  (Gulmez, Kocamis, Liman and Kukner, 2004). The adrenal gland  is an  indispensable  endocrine organ;  it  is  a  complex organ  concerned with  the production of multiple hormones and performs many kinds of physiological  functions. The adrenal gland  is as  important  in  birds  as  it  is  in mammals;  and  the  removal  of  the  adrenal  gland  in  birds eventually leads to death (Peng, Chen and Liang, 2005). Morphological studies of the adrenal gland have been reported in pigeon  (  Bhattacharyya,  1975),  Canadian  goose  (Gulmez  et  al.,  2004),  and  in Wanxi white  geese 

195

Page 198: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară  (Wang,  Zhu  and  Jin,  1999),  in  fowl  (Siller,  Teague  and Mackenzie,  1975),  in  quail  (Basha, Vijayaragavan  and  Ramesh,  2004),  in  duck  (Pearce,  Cronshaw  and  Holmes,  1978)  and  in African ostrich  chicks  (Li Tang, Peng, Wang,  Luo, Cheng, Zhang, Sun,  Liu, and  Song, 2009).  However,  little  attention was  paid  especially  to    the morphology  of  the  adrenal  glands  in Egyptian geese, and the glands ultrastructure remains obscure. 

The purpose of this study was to provide a concise account of general morphology, the  cellular  and  sub  cellular  structures  of  the  adrenal  glands  in  Egyptian  geese,  and  to compare them with those observations in other birds. This would hopefully contribute to the understanding of the features of the adrenal gland in birds in general, and of adrenal glands of Egyptian geese morphology, in particular.  

 MATERIALS AND METHODS 

 Twenty mature and  immature male and female Egyptian geese were collected from 

EL‐Qaliubiya Province in Egypt. Each sex was represented by ten birds that ranged in age from three to eighteen months.  The birds were anaesthetized using 10% urethane, (1 g/kg     body weight), and were sacrificed. The paired adrenal glands were carefull dissected and removed from each sample and then cut  into 1 mm blocks. Tissues  for  light microscopy were fixed  in 10%  neutral  buffered  formalin  solution  and  Bouin’s  solution  for  72  h,  then  dehydrated, cleared,  and  embedded  in  paraffin.  Sections  (5  ‐  6 microns)     were  cut  and  stained with haematoxylin and eosin and Crossman’s  trichrome stain and Gomeri’s  reticulin and Periodic acid Schiff according to the methods given by (Crossman, 1937; Bancroft, Cook, Stirling, and Turner 1994). 

    The  transmission electron microscopy evaluation was conducted at Science collage of Ain Shams University in Egypt. Small pieces of adrenal gland were fixed in 2.5% gluteraldehyde solution with 0.1 M phosphate buffer (pH 7.4) for 24‐48 hours, post fixed in 2% osmic acid for 2 hours, dehydrated in ascending grades of alcohols and immersed in propylene oxide. Finally, they were embedded  in Epoxy  resin. The block was polymerized  for 24 hours at 70○C. The ultrathin sections (70 nm) were cut, mounted on copper mesh grids (No. 200) and stained with saturated solution of uranyl acetate dihydrate and lead citrate as described by Chiu, Schmidt and  Prasad  (1993).  Then,  the  sections  were  examined  with  Jeol  JEM  100S  Transmission electron microscope (70KV).  

 RESULTS 

 The adrenal glands of the adult Egyptian geese were paired organs weighing approxi‐

mately 200‐250 mg (7.5 mg/100 g body weight) and were situated anterior to the kidneys on each side of the dorsal aorta and  inferior vena cava. The glands measured approximately 7.5 mm  in  length and 5mm  in width,   and  in transverse section,  it appeared either triangular or oval with a thickness ranging from 3.5 to 4.5 mm.  

The adrenal gland was surrounded from outside by connective tissue capsule (Fig.  1)  that  contained mainly  collagen  fibers  (Fig.  2),  reticular  fibers, with  very  few  elastic elements, blood vessels and fibroblasts. Delicate septa were arising from the capsule and were ramifying between parenchyma tissues  form the  interstitial tissue. The  interstitial tissue was rich  in  blood  vessels,  reticular  fibers  (Fig.  3)  which  surrounded  both  types  of  cells  and sinusoids. Groups  of  ganglionic  cells  are  found  both  outside  (Fig.  4)  and  inside  the  gland’s parenchyma. 

196

Page 199: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

subcapsular  zone,  two  cells  wide  (Fig.  5),  and  the  cells  were  orientated  so  that  their longitudinal axes were transverse to the cord and the nucleus in each cell was situated toward the outer margin. Thin layers of connective tissue separated these cords and there were two types of cells (Fig. 5): acidophilic and basophilic cells. These cells intermingled with each other and were separated by sinusoids (Fig. 6).  

The first type of cells, the acidophilic cells, was arranged in two‐ cells wide cords that rested on PAS positive membrane  (Fig. 7&7a). At peripheral  (subcapsular)  zone,  these  cells were  arranged  in  clumps  forming  loops directed opposite  to  the  capsule.  These  cells were large, polyhedral to columnar with highly vacuolated and lightly stained acidophilic cytoplasm.  The  cells  of  inner  cords were  large  columnar  cells  and  are  less  vacuolated.  The  nuclei  of acidophilic cells were rounded, apically located and contained one or two prominent nucleoli. Ultrastructurally, the acidophilic cells appeared columnar in shape, their cytoplasm contained numerous globular mitochondria, and many ribosomes, lipid droplets (Fig. 8), and smooth and rough  endoplasmic  reticulum  and  their  nuclei  were  spherical,  large  contained  prominent nucleoli and coarse chromatin. These cells could be classified into two types, according to the amount of  lipid droplets and mitochondria,  cells  contained numerous  lipid droplets  (Fig. 8) with few somewhat large globular mitochondria and the other type were cells containing few lipid droplets (Fig. 9).   

The second  type of cells,  the basophilic cells, were  found  in  the  form of  islets  that appeared, with general stain, as bluish  islets or scattered groups  in between  the acidophilic cells (Fig. 10). They were polygonal or rounded  in shape with basophilic cytoplasm and  large spherical centrally located nuclei that contained two or even three nucleoli. According to the affinity  of  the  cytoplasm  to  the  stain,  the  basophilic  cells  could  be  differentiated  into  two types: cells with deeply stained basophilic cytoplasmic granules, and cells with  lightly stained basophilic cytoplasmic granules  (Fig. 10a). The blood sinusoids were  found between  the cell cords  and  islets,  and  were  numerous  and  wider  in  the  center  of  the  gland  than  in  the peripheral zone of the gland. The peripheral zone were formed mainly from the first type of cells where, the inner zones formed of large amount of second type of cells and a few of first type of cells. 

TEM  revealed  that  the    cytoplasm  of  the  basophilic  cells  contained  rod  shaped mitochondria  with  tubular  cristea,  ribosomes,  a  few  rough  endoplasmic  reticulum,  lipid droplets and secretory granules. According to the shape of the secretory granules, these cells could  be  further  classified  into  two  types:  cells  that  contained  homogenous,  polymorphic electron  dense  secretory  granules  (Fig.  11),  and  cells  that  contained  secretory  granules  of electron dense core surrounded by hallow electron lucent coat (Figs. 12 &13). 

With  the  increasing  the  age  of  the  gees,    the  connective  tissue  capsule  became  thicker, and  the amount of the  interstitial tissues  increased  (Fig. 14). The acidophilic cells of the  inner  zone were more  vacuolated  and  less  acidophilic,  and    the  vacuoles were  slightly numerous  in  the  peripheral  acidophilic  cells  than  in  those  cells  of  the  inner  zones.  The basophilic cells appeared less vacuolated and smaller. 

 FIGURE LEGENDS Fig.  1.  Photomicrograph  in  geese  adrenal  gland  of  three months  old  female  showing  the capsule(c), blood vessel (bv), parenchyma of the gland (p), acidophilic cells (a) and basophilic cells (b) H&E. X 100. Fig.  2.  Photomicrograph  in  geese  adrenal  gland  of  seven months  old  female  showing  the collagen fibers (cf), blood sinusoids (bs) and blood vessels (bv). Crossman’s trichrome stain. X 100. 

The  parenchyma  cells  of  adrenal  gland  were  arranged  in  cords  especially  at 

197

Page 200: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară  Fig. 3. Photomicrograph  in geese adrenal glands of seven months old  female with Gomori’s reticulin methods showing  the distribution of  the  reticular  fiber  (rt) among  the of  the gland parenchyma X400.   Fig. 4. Photomicrograph in geese adrenal glands of ten months old female showing the capsule (c), parenchyma (p) and ganglionic cells (arrows). H&E. X 200. Fig. 5. Photomicrograph  in geese adrenal glands of  ten months old  female showing  the  two cells width forming the cords also, blood sinusoid (bs), acidophilic cells (a) and basophilic cells (b).  H&E. X 600 Fig.  6.  Transmission  electron micrograph  from  eleven months male of  geese  adrenal  gland showing  blood  sinusoid  (bs)  and  thin  layer  of  connective  tissue  between  the  cells  of  the glands. X2000.  Fig. 7. Photomicrograph in geese adrenal glands of seven months old male showing the septa between the cell (s) and & Fig. 7a.showing the positive membrane (arrows) of the same age and sex. PAS technique X 100 and 1000 respectively. Fig.  8.  Transmission  electron micrograph  from  eleven months male of  geese  adrenal  gland showing    the  subcapsular  columnar  cells  with  the  nucleus  (s),  cell  membrane  (cm), mitochondria (m) and large number of fat droplet (f) in their cytoplasm. X4000. Fig.  9.  Transmission  electron micrograph  from  eleven months male of  geese  adrenal  gland showing  the other subcapsular columnar cells with  low fat droplet (f) in their cytoplasm and mitochondria (m). X3000. Fig.  10.  Photomicrograph  in  geese  adrenal  glands  of  twelve months  old male  showing  the distribution of basophilic cells (b)  in  inner zone of the gland between the acidophilic cells (a) also blood sinusoids (bs). Fig. 10a. Showing the two types of basophilic, one deeply stain (d) and other lightly stains (l) of the same age and sex.  H&E. X100 and 600 respectively. Fig. 11. Transmission   electron micrograph in geese adrenal glands of twelve months old male showing  the  basophilic  cells  containing  nucleus  (n),  cell  membrane  (cm),  mitochondria (arrows) and secretory granules (sg). X1000. Fig. 12. Transmission   electron micrograph in geese adrenal glands of twelve months old male showing  the  distribution  of  the  two  types  cells  of  basophilic  cells.  Cells  contained homogenous, polymorphic electron dense secretory granules (1) and cells contained secretory granules of electron dense core surrounded by hallow electron lucent coat (2). X3000.  

198

Page 201: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

   

199

Page 202: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară 

   

200

Page 203: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași 

  Fig.  13.  High magnification  transmission      electron micrograph  in  geese  adrenal  glands  of twelve months old male showing the difference of the secretory granules of basophilic cells, homogenous,  polymorphic  electron  dense  secretory  granules  (1)  and  secretory  granules  of electron dense core surrounded by hallow electron lucent coat (2) Fig. 14. . Photomicrograph in geese adrenal of eighteen months old female showing the thick capsule(c), blood vessel (bv), subcapsular zone (scz) containing acidophilic cells. H&E. X 1000.  DISCUSSION 

 The birds are quite different from the mammals in that their adrenal glands are distinctly 

divided into  an outer cortex, and a  medulla that lies in the center of the gland, because of the scattered chromaffin tissue pervaded with islands between the cortical cells (Luo, 1983;  and Li, Luan, Yue and Zh, 2003). For geese in this study, the parenchyma tissue was intermingled with each other, which generally agrees with the description of avian adrenal gland  provided by Unsicker (1973), Aire, (1981) and Cronshaw, Holmes, Ely, and Redondo (1989) for mallard duck.     The present  study also  revealed  that  the parenchyma of adrenal gland of Egyptian geese consisted of  two  types of cells  intermingled with each other. These cells are acidophilic and basophilic  cells.  The  former  cells  is  largely  found  in  the outer  zone of  the  gland, while  the latter  type  is  concentrated  in  the  center of  the  gland. These  results are  in  agreement with Sinha and Ghosh (1961) in pigeon, Ghosh (1962) in avian,  and  with Vyas and Jacob (1976) in Indian avian species. 

In  ostrich  chicks,  the  interrenal  tissues  and  the   t issue   of   the   medulla intermingle  with  each other, which generally agrees with  the  description of  other avian species. Beesides, the  adrenal glands of  ostrich chicks appeared to  show larger amount  of  interrenal tissue (Li et al., 2009) than other avian species.  

The peripheral zone of the adrenal gland  is arranged  in clumps  forming  loops reverse to the  capsule, which  is  lined by  columnar  cells which are highly vacuolated  lightly acidophilic while  those  of  the  inner  cords  were  large  and  less  vacuolated  but  more  acidophilic.  As observed  by T.E.M, there are two types of cells according to the amount of lipid droplets and mitochondria,  these  finding are   similar  to  those described by Gulmez, Kocamis, Liman and Kukner (2004) in goose (Anser Anser); while in parakeet, quail, and myna adrenal it was that the  subcapsular  zone  cells  in quail  continued  inside  the  gland  as  a double‐  layered  central 

201

Page 204: vol_53_2010-1

Lucrări Științifice – vol 53 seria Medicină Veterinară  cords (Bhattcharyya and Ghosh, 1972). The central cords consisted of high columnar cells with nuclei that were localized in adjacent layer of cells. In parakeets,  they found that subcapsular zone  cells  were  vacuolated  and  their  nuclei  were  localized  adjacent  to  the  basement membrane. Also,  the cytoplasm of  internal zone cells consisted of columnar epithelium  that was dense and basophilic.  In Wanxi white geese, the cell cords  in SCZ were arranged tightly, parallel  to    each  other,  and  were  perpendicular  to  the  capsule,  which  consisted  of  high columnar cells with a lightly stained cytoplasm and a central nucleus (Wang et al., 1999). The arrangement of these cell cords is similar to those of the fascicular zone in mammalian adrenal gland.The  two  types  of  cells,  found  in  the  center  of  the  gland,  could  be  differentiated according  to  the affinity of  their cytoplasm  to  the stain: cells with deeply  stained basophilic cytoplasmic  granules,  and  cells with  lightly  stained  basophilic  granules. Hodges  (1974)  has related  the variation of  the basophilia of medullary  cells  to  the physiological activity of  the cells. In this respect, Telford and Bridgman (1990) showed that there are two cell populations in  the  medulla  of  adrenal  gland  of  mammals,  about  80%  of  theswe  cells  synthesize epinephrine and the remainder of the cells produce norepinephrine. In birds, the interrenal or cortical  tissue  is of mesodermal origin and  secretes  the  corticosteroid hormones, while  the chromaffin  or  medullary  tissue  is  of  ectodermal  origin  and  secretes  adrenaline  and noradrenaline (Assenmacher, 1972; and Mori and George,1978). Medullary cells  in duck are characterized by a  large population of electron opaque neurosecretory granules. These cells contain  fewer mitochondria  and  cisternae  of  endoplasmic  reticulum  than  the  cortical  cells Cronshaw, Holmes and Loeb (1974). In Japanese quails, medullary cells have polyhedral shape and centrally  located nucleus. Close to the centrally  located nucleus, a moderate number of mitochondria,  endoplasmic  reticulum  and  well  developed  Golgi  complex  can  be  found. Catecholamine‐containing  secretory  granules  in  both  Epinephrine  and Norepinephrine  cells are enveloped by a continuous membrane and granules of Epinephrine are much smaller  in  size   and more  in   number than that  in   Norepinephrine,  in duck  (Klingbeil, Holmes, Pearce, and  Cronshaw,  1979),  in  avian  (Manna  and Ghosh,  1979)  and  in  quail    Cigankova,  Zibrin,  Boda, and Holovska, 2005).   

The results of the present study for Adrenal glands of Egyptian geese demonstrated that the uses of specific identification techniques (e.g. immunocytochemistry) are required to help identify or verify certain of cell types. 

 REFERENCES 

 1. Aire, T. A.  (1981): Morphometric study of the avian adrenal gland. J. Anat. 131, 19‐23  2. Assenmacher,  I.  (1972):  The  peripheral  endocrine  glands;  in  I  Farner  and  King,  Avian 

biology, vol.3, pp. 184‐J 287 ,Academic Press, New York. 3. Bancroft, J. D.; Cook, H. C.; Stirling, R. W. and Turner, D. R. (1994): Manual of histological 

techniques and their diagnostic application. 2nd. Churchill Livingston, Edinburgh, London, Madrid, Melbourne, New York, and Tokyo.  

4. Basha, S.H., Vijayaragavan, C., Ramesh, G., (2004): Light and electron microscopic studies on  the    interrenal  tissue   of    the  adrenal    gland  in    Japanese    quail    (Coturnix  coturnix japonica). Indian J. Anim. Sci. 74, 1021–1023. 

5. Bhattacharyya, T.K., (1975): Fine structure of the interrenal cell in the quail and the pigeon. Anat. Embryol. (Berl.) 146, 301–310. 

6. Bhattacharyya, T.K., & Ghosh, A. (1972): Cellular modification of interrenal tissue induced by corticoid therapy and stress in three avian species. Am. J. Anat, 133, 483‐494. 

202

Page 205: vol_53_2010-1

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară Iași  7. Chiu, W.; Schmidt, M. F., and Prasad, B. V. V.  (1993): Teaching electron diffraction and 

imaging of macromolecules. Biophys. J., 64:1610‐1625. 8. Cigankova,  V.,  Zibrin,  M.,    Boda,  K.,  Holovska,  K.,    (2005):  Effect  of    long‐term  

experimental  hypodynamy  on  the  adrenal  glands  of  Japanese  quails:  an  ultrastructural study. B. Vet. I. Pulawy 49, 449–453. 

9. Cronshaw J, Holmes, W. N., Ely, J. A. and Redondo, J. L. (1989):Pre‐natal development of the adrenal  gland  in  the mallard duck  (Anas platyrhynchos). Cell Tissue Res. 258(3):593‐601.  

10. Cronshaw, J., Holmes, W. N., Loeb, S. L., (1974): Fine structure of the adrenal gland in the duck (Anas platyrhynchos). Anat. Rec.  180, 385–405. 

11. Crossman, G. (1937): A modification of mallory connective tissue stain with discussion of the principle involved. Anat. Rec. 69, 33‐38. 

12. Ghosh, A.  (1962):   A  comparative  study  of  the  histochemistry  of  the  avian  adrenals.  In Progress in comparative endocrinology. Gen. Comp. Endocrinol. Suppl. 1:75‐80. 

13. Gulmez, N.,  Kocamis,  H.,  Liman, N.,  Kukner,  A.,  (2004):  Interrenal  cell  zonation  in  the adrenal gland of the goose (Anser anser). Growth Dev. Aging 68, 11–18. 

14. Hodges, R. D. (1974): The histology of the fowl. (Endocrine chapter, pp 464:474). Academic Press. London, New York, San Francisco. 

15. Klingbeil,  C.K.,  Holmes,  W.  N.,  Pearce,  R.  B.,  and  Cronshaw,  J.  (1979):  Functional significance  of  interrenal  cell  zonation  in  the  adrenal  gland  of  the  duck  (Anas platyrhynchos). Cell Tissue Res. 2; 201 (1):23‐36.  

16. Li, D. X., Luan, W. M., Yue, Zh. P., (2003): Animal Histology and Embryology. Jilin Peo‐ ple’s Press, Changchun, pp. 230–231 (in Chinese). 

17. Li Tang, Peng,k., Wang, J. Luo, H., Cheng, J., Zhang, G., Sun, Y., Liu, H.and Song, H. (2009): The morphological study on  the adrenal gland of African ostrich chicks. Tiss. And cell 41:231‐238.  

18. Luo,  K.,  (1983):  Anatomy  and  Histology  of  Domestic  Fowls.  Fukien Science Publishers Press, Foochow, pp. 187–189. 

19. Manna,  C.  K,  and  Ghosh,  A.  (1979):  Comparative  cytomorphology  of  the  avian adrenocortical tissue. Z Mikrosk Anat Forsch. 93(1):104‐12.  

20. Mori, J. G. and George, J. C.  (1978): Seasonal histological changes  in the gonads, thyroid and adrenal of the Canada goose (Branta canadensis interior). Acta anat. 101: 304‐324. 

21. Pearce, R. B., Cronshaw, J., Holmes, W. N., (1978): Evidence for the zonation of interrenal tissue in the adrenal gland of the duck (Anas platyrhynchos). Cell Tissue Res.  192, 363–379. 

22. Peng, K.M., Chen, Y.X.,  Liang,  Z.S.  (2005) Anatomy of  the Domestic Animals and  Fowls. Higher Education Press, Beijing, pp. 286. 

23. Siller, W. G., Teague, P. W. and Mackenzie, G. M.  (1975): The adrenal cortico‐medullary ratio in the fowl. Br Poult Sci. 16(4):335‐42.  

24. Sinha,  D.  and  Ghosh,  A.  (1961):  Some  aspects  of  adrenocortical  cytochemistry  in  the domestic pigeon. Endkrinologie 40: 270‐280.  

25. Telford, R. I. and Bridgman, F. C. (1990): Introduction to functional histology. 1st Ed. Harper and Eow, Publishers, New York. 

26. Unsicker,  K.  (1973):  Fine  structure  and  innervation  of  the  avian  adrenal  gland.    Non‐cholinergic nerve fibers.    Z. Zellforsch. 145, 557—575  

27. Vyas, D. K.,  Jacob, D.  (1976):  Seasonal  study of  the adrenal  gland of  some  Indian avian species. Acta Anat (Basel). 95(4):518‐28.  

28. Wang,  J.,  Zhu,  L.L.,  Jin,  G.M.,  (1999):  Study  on  adrenal  glands  of Wanxi  white  geese. J.Anhui Agric. Techn. Teach. Coll.  13, 1–4. 

203

Page 206: vol_53_2010-1

Recommended