Biochemical and molecular endothelin responses to morphine sulfate infusion in conscious newborn piglets

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Abstract

The biochemical and molecular endothelin-1 (ET-1)responses to high dose morphine sulfate infusion were studied in conscious newborn piglets(n = 6) that received a loading dose of 100 μg/kg over 5 min followed by acontinuous i.v. infusion dose of 100 μg·kg–1·h–1 for 4 h. The controlgroup (n = 6) received equivalent volume loading and infusion doses of 5% dextrose. Blood samples were drawn serially from the femoral artery and sagittal sinus vein before (0), during (30 min, 1, 2, 3, and 4 h), and post (1 and 2 h) infusion. Five micrograms oftotal RNA obtained from brainstem tissue homogenates was analyzed by reverse transcriptase –polymerase chain reaction (RT-PCR). The amounts of mRNA encoding ET-1, and endothelinreceptor subtypes ETA and ETB, were semiquantitated using densitometricscanning. Morphine infusion resulted in elevated respiratory rate and mean arterial bloodpressure, with no effect on arterial pH, PO2, and O2saturation. Compared with the control group, morphine induced significant elevations in plasmaET-1 levels following the bolus dose (systemic: 13.2 ± 3.6 vs. 8.6 ± 2.2 pg/mL, p < 0.05;sagittal sinus vein: 13.7 ± 3.4 vs. 8.2 ± 0.9 pg/mL, p < 0.01). These effects lasted up to2 h after discontinuation of morphine infusion (systemic: 14.5 ± 3.4 to 18.7 ± 5.7 pg/mL vs.7.5 ± 0.8 to 9.4 ± 3.2 pg/mL, p < 0.05 to p < 0.01; sagittal sinus vein: 14.8 ± 2.7to 17.6 ± 2.8 pg/mL vs. 7.5 ± 1.4 to 9.4 ± 3.4 pg/mL, p < 0.05 to p < 0.01). TheRT-PCR assay showed a twofold (p < 0.02) upregulation in ET-1 and a threefold(p < 0.007) upregulation in ETA receptor mRNA expression in the brainstemof morphine-treated animals. In contrast, there was a threefold (p < 0.0001)downregulation of the ETB receptor mRNA expression. The rapid and sustainedelevations in systemic arterial and sagittal sinus venous ET-1 levels suggest a role for ET-1 in themorphine-induced excitatory responses observed in newborn piglets. Upregulation ofETA receptors and downregulation of ETB receptors in the brainstem withhigh doses of morphine may indicate possible effects on cerebral vascular tone.

Les réponses de l'endothéline-1 (ET-1) moléculaire et biochimique àla perfusion d'une forte dose de morphine sulfate ont été examinées chez des porceletsnouveau-nés conscients (n = 6) ayant reçu une charge initiale de 100 μg/kg pendant5 min, suivie d'une dose i.v. continue de 100 μg·kg–1·h–1 pendant4 h. Le groupe témoin (n = 6) a reçu une charge volumique équivalente avec 5% dedextrose en perfusion. Les échantillons sanguins ont été prélevés successivement dansl'artère fémorale et dans le sinus veineux longitudinal, avant (0), durant (30 min, 1, 2, 3 et4 h) et après (1 et 2 h) la perfusion. Cinq microgrammes d'ARN total extraitd'homogénats du tissu du tronc cérébral ont été analysés en utilisant la méthode deréaction de polymérisation en chaîne avec transcriptase réverse (RT-PCR). La quantitéd'ARNm encodant l'ET-1 et les sous-types de récepteurs ETA et ETB aété déterminée par densitométrie. La perfusion de morphine a induit une augmentation de lafréquence respiratoire et de la pression artérielle moyenne, mais n'a pas influé sur lasaturation en O2, PO2 et pH artériels. La morphine ainduit des élévations significatives des taux d'ET-1 plasmatiques après l'injection du boluscomparativement à ce qui a été observé chez le groupe témoin (systémique: 13,2 ± 3,6 vs. 8,6± 2,2 pg/mL, p < 0,05; sinus veineux longitudinal: 13,7 ± 3,4 vs. 8,2 ± 0,9pg/mL, p < 0,01). Ces effets ont duré jusqu'à 2 h après l'arrêt de laperfusion de morphine (systémique: de 14,5 ± 3,4 à 18,7 ± 5,7 pg/mL vs. de 7,5 ± 0,8 à 9,4 ±3,2 pg/mL, de p < 0,05 à p < 0,01; sinus veineux longitudinal: de 14,8 ± 2,7 à17,6 ± 2,8 pg/mL vs. de 7,5 ± 1,4 pg/mL à 9,4 ± 3,4 pg/mL, de p < 0,05 à p <0,01)). L'analyse par RT-PCR a montré une régulation positive d'un facteur 2 (p <0,02) de l'ET-1 et une régulation positive d'un facteur 3 (p < 0,007) de l'expressionde l'ARNm du récepteur ETA dans le tronc cérébral des animaux traités à lamorphine. À l'opposé, il y a eu une régulation négative d'un facteur 3 (p < 0,0001)de l'expression de l'ARNm du récepteur ETB. Les élévations soutenues et rapidesdes taux d'ET-1 du sinus veineux longitudinal et artériels systémiques suggèrent que l'ET-1joue un rôle dans les réponses excitatrices induites par la morphine chez les porceletsnouveau-nés. La régulation positive des récepteurs ETA et la régulation négativedes récepteurs ETB dans le tronc cérébral suite à la perfusion de fortes doses demorphine pourraient être l'expression d'effets possibles sur le tonus vasculaire cérébral.

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