Neuroprotective role of vitamin E, green tea extract, and spirulina in rats treated with cadmium chloride

Document Type: Original article

Authors

1 Department of Pathobiology, Faculty of Veterinary Medicine, University of Tabriz, Tabriz-Iran

2 Department of Clinical Sciences, Faculty of Veterinary Medicine, University of Tabriz, Tabriz-Iran

Abstract

Background & Aim: Spirulina (Spirulina plantesis) and Tea (Camellia sinensis) has a long history of use in folk medicine. Recently, They have been widely studied for their potential antioxidant properties. The present study investigated neuroprotective effect of Spirulina and green tea extract against Cadmium [Cd]-induced brain lesions and to compare these effects with neuroprotective effect of Vitamin E. Experimental: The rats were randomly divided into 5 groups and were treated with the following treatment for a period of 4 weeks. Control, CdCl2 alone, Vitamin E with CdCl2, Green tea extract with CdCl2, Spirulina solution with CdCl2. On the 29th day, animals were sacrificed humanely and their brains were placed in formalin. Hippocampus, caudate putamen, corpus callosum, cerebellum, and cerebrum were studied by light microscopy. Results: Neuronophagia, satellitosis of oligodendrocytes, hyperemia, hemorrhage, neuronal necrosis, central chromatolysis, neuronal atrophy, laminar necrosis, and status spongiosus were the observed changes. Thickness of granular layer and molecular layer of cerebellum and size/diametr of purkenje cells reduced when cadmium used alone at PRecommended applications/industries: The results shows Spirullina as excellent antioxidant source indicating its use possibly in combination with vitamin E and other antioxidant agent in order to prevent adverse effects of free radicals. 

Keywords


Article Title [Persian]

بررسی اثر حفاظتی اسپیرولینا، عصاره چای سبز و ویتامین E در مقابل استرس اکسیداتیو ناشی از کادمیوم بر روی مغز رت

Authors [Persian]

  • امیر علی شهبازفر 1
  • سید جمال امامی 1
  • رضا اسدپور 2
1 گروه پاتوبیولوژی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
2 2گروه علوم درمانگاهی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران
Abstract [Persian]

مقدمه و هدف: امروزه جلبک اسپیرولینا و چای سبز به عنوان یکی از مواد با فواید تغذیه ای فراوان شناخته شده اند. در تحقیق حاضر اثرات حفاظتی این دو ماده در جلوگیری از آسیب اکسیداتیو ناشی از کادمیوم بر روی مغز موش سوری مورد بررسی قرار گرفت و نتایج با اثرات  حفاظتی ویتامین E به عنوان یک انتی اکسیدان های  قوی و شناخته شده مقایسه شد. روش تحقیق:روش تحقیق: بدین منظور تعداد‎‎‏30‏‎‎سر‎‎رت‎‎ماده‎‎بالغ‎‎ ‎به طور‎‎مساوی‎‎و‎‎تصادفی‎‎به‎‎پنج‎‎گروه‎‎تقسیم‎‎شدندو به مدت چهار هفته تحت رژیم درمانی قرار گرفتند. کنترل ، کادمیوم (مخلوط با جیره)، کادمیوم و محلول اسپیرولینا (محلول در آب)، کادمیوم وعصاره چای سبز ( محلول در آب)، کادمیوم و ویتامین E ( تزریق داخل صفاقی). در انتهای تحقیق موش ها به روش انسانی کشته شدند و مغز ها جهت تثبیت سازی در فرمالین انداخته شد. هیپوکامپ، caudate putamen، corpus callosum، قشر مخ و مخچه با میکروسکوپ نوری جهت مشاهده و بررسی ضایعات مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج و بحث: تغییرات پاتولوژیکی از قبیل نوروفاژی ، پرخونی، خون ریزی، نکروزو آتروفی نورون ها، کروماتولیز مزکزی، نکروز لایه ای و اسفنجی شدن در نواحی مختلف مغز مشاهده شد. هنگام استفاده از کادمیوم به تنهایی قطر لایه مولکولار و گرانولر مخچه و همچنین اندازه سلول های پورکنژ به طور قابل توجهی کاهش یافت. هنگام استفاده از اسپیرولینا همراه با کادمیوم تغییری در سلول های پورکنژ مشاهده نشد و تغییرات لایه های مخچه بسیار ناچیز بود (P<0.05). هم چنین ، اسپیرولینا شمار سلول های نکروز شده در هیپوکمپ و قشر مخ را به شدت کاهش داد. اسپیرولینا در مقایسه با عصاره چای سبز و ویتامین E اثر حفاظتی قوی تری در مقابل کادمیوم از خود نشان داد. عصاره چای سبز کمترین اثر را داشت. هیپوکمپ بیش از سایر نواحی مورد بررسی دچار ضایعات شده بود. توصیه کاربردی/ صنعتی: نتایج نشان می دهند که اسپیرولینا یک منبع خوب از آنتی اکسیدان با خواصی حتی بهتر از ویتامین E می باشد و می تواند به تنهایی یا همراه با دیگر آنتی اکسیدان ها جهت جلوگیری از آثار مخرب ترکیبات اکسیداتیو مورد استفاده قرار گیرد.

Keywords [Persian]

  • آسیب اکسیداتیو اسپیرولینا چای سبز کادمیوم ویتامین E
 Abd El Mohsen, M.M., Kuhnle, G., Rechner, A.R., Schroeter, H., Rose, S., Jenner, P. and Rice-Evans, C.A. 2002. Uptake and metabolism of epicatechin and its access to the brain after oral ingestion. Free Radical Biology andMedicine., 33: 1693–1702.

Amin, A., Hamza, A.A., Daoud, S. and Hamza, W. 2006. Spirulina protects against cadmium-induced hepatotoxicity in rats. American Journal of Pharmacology and Toxicology., 1: 21-26.

Babu, P.V., Sabitha, K.E. and Shyamaladevi, C.S. 2006. Green tea impedes dyslipidemia, lipid peroxidation, protein glycation and ameliorates Ca2+-ATPase and Na+/K+-ATPase activity in the heart of streptozotocin-diabetic rats. Chemico-Biological Interactions., 162: 157–64.

Belay, A. 2002. The potential application of Spirulina [Arthrospira] as a nutritional and therapeutic supplement in health management. The journal of american nutraceutical association., 5: 27–48.

Calabrese, V., Bates, T.E. and Stella, A.M. 2000. NO synthase and NO-dependent signal pathways in brain aging and neurodegenerative disorders, the role of oxidant/antioxidant balance. Neurochemimestry Research., 25: 1315–41.

Donma, O. and Metin Donma, M. 2005. Cadmium, lead and phytochemicals. Medical Hypotheses., 65: 699–702.

El-Refaiy, A.I. and Eissa, FI. 2012. Protective effects of ascorbic acid and zinc against cadmium-induced histopathological, histochemical and cytogenetic changes in rats. Comunicata Scientiae., 3: 162–80.

El-Sokkary, G.H., and Awadalla, E.A. 2011. The protective role of vitamin C against cerebral and pulmonary damage induced by cadmium chloride in male adult albino rat. Open Neuroendocrinology Journal., 4: 1–8.

Graham, H.N. 1992. Green tea composition, consumption, and polyphenol chemistry. Preventive Medicine., 21: 334–50.

Jeyaprakash, K. and Chinnaswamy, P. 2005. Effect of spirulina and Liv-52 on cadmium induced toxicity in albino rats. Indian journal of Experimental Biology., 43:773-81.

Kaoud, H.A., Kamel, M.M., Abdel-Razek, A.H., Kamel, G.M. and Ahmed, K.A. 2010. Neurobehavioural, neurochemical and neuromorphological effects of cadmium in male rats. Journal of American Science., 202: 54-63.

Khalaf, A.A., Moselhy, W.A. and Abdel-Hamed, M.I. 2012. The protective effect of green tea extract on lead induced oxidative and DNA damage on rat brain. Neurotoxicology., 33:280–89.

Klaassen, C.D., Liu, J. and Choudhuri, S. 1999. Metallothionein, an intracellular protein to protect against cadmium toxicity. Annual Review in Pharmacology and Toxicology., 39: 267–94.

Manca, D., Ricard A.C., Trottier B. and Chevalier, G. 1991. Studies on lipid peroxidation in rat tissues following administration of low and moderate doses of cadmium chloride. Toxicology., 67: 303–23.

Méndez-Armenta, M. and Ríos, C., 2007. Cadmium neurotoxicity. Environmental Toxicology and Pharmacology., 23: 350–8.

Mendez-Armenta, M., Barroso-Moguel, R., Villeda-Hernandez, J., Nava-Ruı́z, C. and Rı́os, C. 2001. Histopathological alterations in the brain regions of rats after perinatal combined treatment with cadmium and dexamethasone. Toxicology., 161: 189–99.

Nishimura, Y., Yamaguchi, J.Y., Kanada, A., Horimoto, K., Kanemaru, K., Satoh, M. and Oyama, Y. 2006. Increase in intracellular Cd[2+ ] concentration of rat cerebellar granule neurons incubated with cadmium chloride, Cadmium cytotoxicity under external Ca[2+]-free condition. Toxicology In Vitro., 20: 211–16.

Paxinos, G., and Watson, C. 2007. The rat brain in stereotaxic coordinates. Academic Press, Sydney, Australia

Pinero Estrada, J.E., Bermejo Bescos, P. and Villar del Fresno, A.M. 2001. Antioxidant activity of different fractions of Spirulina platensis protean extract. Farmaco., 56: 497–500.

Shagirtha, K., Muthumani, M. and Prabu, SM. 2011. Melatonin abrogates cadmium induced oxidative stress related neurotoxicity in rats. European Review for Medical and Pharmacological Science., 15: 1039–50.

Sharangi, A.B. 2009. Medicinal and therapeutic potentialities of tea [Camellia sinensis L.] – A review. Food Research International., 43:529-31.

Silva, M.G., Castro, A.A., Ramos, E.A., Peixoto, E., Miranda, F.Jr., Pitta Gde, B., Costa Rde, F. and Juliano, Y. 2005.  Histological and biochemical serum effects of alpha-tocopherol on ischemia/reperfusion-related injuries induced in the pelvic limb of rats. Acta cirúrgica brasileira., 20: 375–81.

Skrzydlewska, E., Ostrowska, J., Farbiszewski, R. and Michalak, K. 2002. Protective effect of green tea against lipid peroxidation in the rat liver, blood serum and the brain. Phytomedicine., 9: 232–238.

Stohs, S.J., Bagchi, D., Hassoun, E. and Bagchi, M. 1999. Oxidative mechanisms in the toxicity of chromium and cadmium ions. Journal of environmental pathology, toxicology and oncology., 19: 201–13.

Upasani, C.D and Balaraman, R. 2001. Effect of vitamin E, vitamin C and spirulina on the levels of membrane bound enzymes and lipids in some organs of rats exposed to lead. Indian Journal of Pharmacology., 33:185–91.

Valko, M., Morris, H. and Cronin, M.T. 2005. Metals, toxicity and oxidative stress. Current Medicinal Chemistry., 12: 1161–1208.

Wagner, B.A., Buettner, G.R. and Burns, C.P. 1996. Vitamin E slows the rate of free radical-mediated lipid peroxidation in cells. Archives of biochemistry and biophysics., 334: 261–67.

Waisberg, M., Joseph, P., Hale, B. and Beyersmann, D. 2003. Molecular and cellular mechanisms of cadmium carcinogenesis. Toxicology., 192: 95–117.

Wong, K.L. and Klaassen, C.D. 1982. Neurotoxic effects of cadmium in young rats. Toxicology and AppliedPharmacology., 63: 330–37.

Yoshida, S. 2001. Re-evaluation of acute neurotoxic effects of Cd 2+on mesencephalic trigeminal neurons of the adult rat. Brain Research., 892: 102–10.