Oxidative stress and protein catabolism following dexamethasone and isoflupredone administration in Holstein calves

Document Type: Biochemistry and Pharmacology

Authors

Department of Clinical Sciences, School of Veterinary Medicine, Shiraz University, Shiraz, Iran

Abstract

Background: Glucocorticoids have several benefits in large animal medicine but apart from their benefits, there are several disadvantages attributed to the use of these drugs. Among the disadvantages, disturbance in protein metabolism is one of the side effects of glucocorticoids which has been investigated in human and laboratory animals. OBJECTIVES: There are no information regarding the effects of glucocorticoids on protein metabolism in large animals. Hence, the present experimental study was performed to evaluate the protein metabolism following glucocorticoids administration in Holstein calves. METHODS: Ten clinically healthy Holstein calves (6 to 8 months old) were assigned into 2 equal groups (n=5), containing Dexa and Iso. Dexamethasone (1 mg/kg, intramuscularly) and isoflupredone(1 mg/kg, intramuscularly) were administered in Dexa and Iso groups, respectively, on two consecutive days. Blood samples were taken at days 0 (1st drug administration), 1 (2nd drug dministration), 2, 3, 5 and 7, from all studied animals. Sera were assayed for total protein, albumin, globulin, serum amyloid A and haptoglobin. RESULTS: Serum amyloid A and haptoglobinexperience significant increase after administration of both drugs. Isoflupredone induced the synthesis of serum amyloid A and haptoglobin more than dexamethasone (p<0.05). Serum concentrations of total protein, albumin and globulin experienced significant decrease after infusion of dexamethasone and isoflupredone (p<0.05). Circulating levels of these proteins in Iso group were lower than Dexa one, significantly. CONCLUSIONS: Isoflupredone and dexamethasone can induce the protein catabolism. Furthermore, the concentrations of serum amyloid A and haptoglobin, as oxidative stress biomarkers, increased following both drugs administrations due to their oxidation effects on proteins. Finally, the effects of isoflupredone on the metabolism of proteins are significantly higher than dexamethasone in Holstein calves.

Keywords


Article Title [Persian]

استرس اکسیداتیو و کاتابولیسم پروتئینی متعاقب تجویز دگزامتازون و ایزوفلوپردون در گوسالههای هلشتاین

Authors [Persian]

  • علی اصغر چالمه
  • سعید نظیفی
  • مهرداد پورجعفر
  • محمدرضا زارعی
گروه علوم درمانگاهی، دانشکده دامپزشکی دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
Abstract [Persian]

زمینه مطالعه: گلوکوکورتیکوئیدها منافع بسیاری در طب دامهای بزرگ دارند اما در کنار منافعشان، زیانهایی متعاقب تجویز این داروها وجود دارد. در بین زیانها، اختلال در متابولیسم پروتئینی یکی از عوارض جانبی گلوکوکورتیکوئیدهاست که در انسان و حیوانات آزمایشگاهی مورد بررسی واقع شده است. هدف: اطلاعاتی پیرامون اثرات گلوکوکورتیکوئیدها بر متابولیسم پروتئینی در دامهای بزرگ موجود نیست. از این رو مطالعه حاضر به منظور بررسی متابولیسم پروتئینی متعاقب تجویز گلوکوکورتیکوئیدها در گوسالههای هلشتاین انجام شد. روش کار: 10 راس گوساله هلشتاین به ظاهر سالم (6 تا 8 ماهه) به دو گروه مساوی (هر گروه 5 رأس) شامل دگزا و ایزو تقسیم شدند. دگزامتازون (1mg/kg، عضلانی) و ایزوفلوپردون (1mg/kg، عضلانی) به ترتیب به گروههای دگزا و ایزو در دو روز متوالی تجویز شد. نمونههای خون در روز صفر (اولین تجویز دارو)، 1 (دومین تجویز دارو)، 2، 3، 5 و 7 از تمامی حیوانات مورد مطالعه اخذ شد. سرمها به منظور بررسی پروتئین تام، آلبومین، گلوبولین، سرم آمیلوئید آ و هاپتوگلوبین مورد ارزیابی واقع شدند. نتایج: سرم آمیلوئید آ و هاپتوگلوبین به طور معنیداری پس از تجویز هر دو دارو افزایش یافتند. ایزوفلوپردون تولید سرم آمیلوئید آ و هاپتوگلوبین را بیش از دگزامتازون القا کرد (05/0>p). غلظت سرمی پروتئین تام، آلبومین و گلوبولین به طور معنیداری پس از تزریق دگزامتازون و ایزوفلوپردون کاهش یافت (05/0>p). سطح در گردش خون این پروتئینها در گروه ایزو به طور معنیداری کمتر از گروه دگزا بود. نتیجهگیرینهایی: ایزوفلوپردون و دگزامتازون میتوانند کاتابولیسم پروتئینی را القا کنند. علاوه بر این، غلظت سرم آمیلوئید آ و هاپتوگلوبین، به عنوان بیومارکرهای استرس اکسیداتیو، متعاقب تجویز هر دو دارو افزایش یافت که به واسطه تأثیر اکسیداسیونی آنها بر پروتئینها بود. در نهایت، اثرات ایزوفلوپردون بر متابولیسم پروتئینها در گوسالههای هلشتاین به طور معنیداری بیش از دگزامتازون است.

Keywords [Persian]

  • استرس اکسیداتیو
  • کاتابولیسم پروتئینی
  • گلوکوکورتیکوئیدها
  • گوسالههای هلشتاین
Aloia, J.F., Roginsky, M., Ellis, K., Shukla, K., Cohn, S. (1974) Skeletal metabolism and body composition in Cushing’s syndrome. J Clin Endocrinol Metab. 39: 981-985.

Beaufrere, B., Horber, F.F., Schwenk, W.F., Marsh, H.M., Matthews, D.,Gerich, J.E., Haymond, M.W. (1989) Glucocorticosteroids increase leucine oxidation and impair leucine balance in humans. Am J Physiol Endocrinol Metab. 257: E712-E721.

Burt, M.G., Gibney, J., Ho, K.K. (2007) Protein metabolism in glucocorticoid excess: study in Cushing’s syndrome and the effect of treatment. Am J Physiol Endocrinol Metab. 292: E1426-1432.

Chalmeh, A., Badiei, K., Pourjafar,M., Nazifi, S. (2013) Anti-inflammatory effects of insulin regular and flunixin meglumine on endotoxemia experimentally induced by Escherichia coli serotype O55:B5 in an ovine model. Inflamm Res. 62:61-67.

Crawford, B.A., Liu, P.Y., Kean, M.T., Bleasel, J.F., Handelsman, D.J. (2003) Randomized placebo-controlled trial of androgen effects on muscle and bone in men requiring long-term systemic glucocorticoid treatment. J Clin Endocrinol Metab. 88: 3167-3176.

Dardevet, D., Sornet, C., Savary, I., Debras, E., Patureau-Mirand, P., Grizard, J. (1998) Glucocorticoid effects on insulin- and IGF-I-regulated muscle protein metabolism during aging. J Endocrinol. 156: 83-89.

Eckersall, P.D. (2000) Recent advances and future prospects for the use of acute phase proteins as markers of disease in animals. Rev Med Vet. 151: 577-584.

Feldman, B.F., Zinkl, J.G., Jain, N.C. (2000) Schalm’s Veterinary Hematology. (1st ed.) Lippincott Williams and Wilkins. Philadelphia, USA.

Garrel, D.R., Moussali, R., De Oliveira, A., Lesiege, D., Lariviere, F. (1995) RU 486 prevents the acute effects of cortisol on glucose and leucine metabolism. J Clin Endocrinol Metab. 80: 379-385.

Gruys, E., Obwolo, M.J., Toussaint, M.J.M. (1994) Diagnostic significance ofthe major acute phase proteins in veterinary clinical chemistry: areview. Vet Bull. 64: 1009-1018.

Hickey, M.C., Drennan, M., Early, B. (2003) The effect of abrupt weaning of suckler calves on the plasma concentrations of cortisol, catecholamines, leukocytes, acute-phase proteins and in vitrointerferon-gamma production. J Anim Sci. 81: 2847-2855.

Horber, F.F., Haymond, M.W. (1990) Human growth hormone prevents the protein catabolic side effects of prednisone in humans. J Clin Invest. 86: 265-272.

Kostyo, J.L., Redmond, A.F. (1966) Role of protein synthesis in the inhibitory action of adrenal steroid hormones on amino acid transport by muscle. Endocrinology. 79: 531-540.

Lecker, S.H., Solomon, V., Mitch, W.E., Goldberg, A.L. (1999) Muscle protein breakdown and the critical role of the ubiquitin-proteasome pathway innormal and disease states. J Nutr. 129: 227S-237S.

Liu, Z., Li, G., Kimball, S.R., Jahn, L.A., Barrett, E.J. (2004) Glucocorticoids modulate amino acid-induced translation initiation in human skeletal muscle. Am J Physiol Endocrinol Metab. 287: E275-E281.

Lofberg, E., Gutierrez, A., Wernerman, J., Anderstam, B., Mitch, W.E., Price, S.R.,Bergstrom, J.,Alvestrand, A.(2002) Effects of high doses of glucocorticoids onfree amino acids, ribosomes and protein turnover in human muscle.Eur J Clin Investig. 32: 345-353.

McGrath, J.A., Goldspink, D.F. (1982) Glucocorticoid action on protein synthesis and protein breakdown in isolated skeletal muscles. Biochem J. 206: 641-645.

Murata, H., Shimada, N., Yoshioka, M. (2004) Current research on acute phase proteins in veterinary diagnosis: an overview. Vet J. 168: 28-40.

Murata, H. (2007) Stress and acute phase protein response: an inconspicuousbut essential linkage. Vet J. 173: 473-474.

Petersen, H.H., Nielsen, J.P., Heegaard, P.M.H. (2004) Application of acute phase protein measurements in veterinary clinical chemistry. Vet Res. 35: 163-187.

Pineiro, M., Pineiro, C., Carpintero, R., Morales, J., Campbell, F.M., Eckersall, P.D., Toussaint, M.J., Lampreave, F. (2007) Characterization of the pig acute phase protein response to road transport. Vet J. 173: 669-674.

Radostits, O.M., Gay, C.C., Hinchcliff, K.W., Constable, P.D. (2007) Toxemia and endotoxemia. In: Veterinary Medicine: A Text Book of the Diseases of Cattle, Horses, Sheep, Pigs and Goats. (10th ed.) Elsevier. Amsterdam, The Netherlands. p. 53-60.

Schakman, O., Gilson, H., Thissen, J.P. (2008) Mechanisms of glucocorticoid-induced myopathy. J Endocrinol. 197: 1-10.

Short, K.R., Nygren, J., Bigelow, M.L., Nair, K.S. (2004) Effect of short-term prednisone use on blood flow, muscle protein metabolism, and function. J Clin Endocrinol Metab. 89: 6198-6207.

Tomas, F.M., Munro, H.N., Young, V.R. (1979) Effect of glucocorticoid administration on the rate of muscle protein breakdown in vivo in rats, as measured by urinary excretion of N tau-methylhistidine. Biochem J. 178: 139-146.

Wajchenberg, B.L., Bosco, A., Marone, M.M., Levin, S., Rocha, M., Lerario, A.C., Nery, M., Goldman, J., Liberman, B. (1995) Estimation of body fat and lean tissue distribution by dual energy X-ray absorptiometry and abdominal body fat evaluation by computed tomography in Cushing’s disease. J Clin Endocrinol Metab. 80: 2791-2794.