Comparison of histopathological renal changes and blood plasma biochemical parameters between human and rats caused by 3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA)

Upotreba psihostimulativnih supstanci u poslednjim decenijama je dostigla velike razmere, posebno sintetička supstanca „ekstazi“. Aktivna komponenta ekstazija je derivat amfetamina 3,4-metilendioksimetamfetamin (MDMA). MDMA izaziva nefrotoksično oštećenje, koje se karakteriše različitim patohistološkim promenama i promenama vrednosti biohemijskih parametara u krvi. Ciljevi ovog istraživanja su da se ustanove vrsta i ukupan broj patohistoloških promena u bubrezima pacova i humanih kadavera i morfometrijska analiza ovih promena, koje su nastale kao posledica dejstva MDMA; da se ustanove promene vrednosti biohemijskih parametara u krvi pacova i da li postoji statistički značajna razlika između tih vrednosti kod pacova u kontrolnim i eksperimentalnim grupama i između eksperimentalnih grupa; da se utvrdi povezanost između patohistoloških promena u bubrezima i biohemijskih parametara u krvi pacova; da se utvrdi odnos između morfometrijski kvantifikovanih patohistoloških promena u bubrezima pacova i humanih kadavera. Istrživanje je retrospektivno - prospektivno sprovedeno na oglednim životinjama (pacovi) i humanom materijalu u Institutu za patologiju i sudsku medicinu Vojnomedicinske akademije u Beogradu. U istraživanje je bilo uključeno 144 pacova, raspoređenih u tri komore sa temperaturama vazduha 12°C, 22°C i 32°C. U svakoj komori je bilo po šest grupa sa po osam pacova. U kontrolnim grupama pacovima je aplikovana destilovana voda, a u eksperimentalnim grupama rastvor 3,4-metilendiosimetamfetamina u dozama od po 20 mg/kg i 40 mg/kg telesne mase. Polovina od ukupnog broja pacova je žrtvovana posle 8 sati, a druga polovina posle 24 sata od početka eksperimenta. U toku eksperimenta pacovima je merena telesna temperatura i uzeta krv za analizu biohemijskih parametara (glukoza, kreatinin, kreatin kinaza - CK, laktat dehidrogenaza - LDH, natrijum, kalijum, kalcijum, hlor, osmolalitet, aspartat aminotransferaza - AST, urea nitrat - BUN). Posle žrtvovanja pacovima su uzeti uzorci tkiva bubrega za patohistološku analizu. U istraživanje je bilo uključeno osam humanih kadavera (7 muškog i 1 ženskog pola) umrlih usled trovanja MDMA. U toku obdukcije uzeti su uzorci tkiva bubrega za patohistološku analizu. Korišćene su i vrednosti biohemijskih parametara (glukoza, kreatinin, kreatin kinaza - CK, laktat dehidrogenaza - LDH, natrijum, kalijum, kalcijum, hlor, osmolalitet, aspartat aminotransferaza - AST, urea nitrat - BUN) u krvi uzetih u toku hospitalizacije, pre nastupanja smrti. Patohistološke promene u bubrezima pacova i humanih kadavera su kvantifikovane morfometrijskom analizom. Kao posledica delovanja MDMA u bubrezima pacova u humanih kadavera su patohistološkom analizom ustanovljene promene: venska kongestija, intersticijalni edem, reverzibilno oštećenje bubrežnih tubula, dilatacija bubrežnih tubula, epitelne ćelije u lumenu bubrežnih tubula, inflamatorni infiltrat, sadržaj u lumenu bubrežnih tubula, nekroza bubrežnih tubula i fibroblastna proliferacija. Postojala je statistički značajna razlika između vrednosti analiziranih biohemijskih parametara u krvi pacova u kontrolnim i eksperimentalnim grupama, kao i između eksperimentalnih grupa u odnosu na aplikovanu dozu MDMA u sredini sa višom temperaturom, žrtvovanih posle dužeg vremenskog perioda i eksperimentalnih grupa, kojima je aplikovana manja doza MDMA u sredini sa nižom temperaturom, žrtvovanih posle kraćeg vremenskog perioda od početka eksperimenta. Veće promene vrednosti biohemijskih parametara u krvi su bile kod pacova sa većim brojem i kvantitativno izraženijim patohistološkim promenama u bubrezima. Kod humanih kadavera su takođe bile prisutne promene vrednosti biohemijskih parametara u krvi. Nije postojala statistički značajna razlika između morfometrijski analiziranih površina intersticijalnog edema kod pacova žrtvovanih posle 8 sati i humanih kadavera, a kod pacova žrtvovanih posle 24 sata morfometrijski analizirane površine intersticijalnog edeme su bile statistički značajno veće kod humanih kadavera u odnosu na eksperimentalne grupe pacova. Kod morfometrijski analiziranih površina nekroze bubrežnih tubula kod pacova žrtvovanih posle 8 sati i humanih kadavera, kao ni između pacova žrtvovanih posle 24 sata i humanih kadavera nije postojala statistički značajna razlika. Rezultati ovog istraživanja pružaju nova saznanja o nefrotoksičnosti MDMA. Patohistološke promene u bubrezima i promene vrednosti biohemijskih parametara u krvi mogu biti značajne u dijagnostici trovanja, kao i utvrđivanja uzroka smrti, koje je nastalo kao posledica zloupotrebe MDMA.Psychostimulant’s abuse has reached great proportions over the last decades, especially abuse of synthetic drug ecstasy. 3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA), amphetamine derivate, is the active compound of ecstasy. It causes nephrotoxicity, which can lead to various histopathological changes and blood plasma biochemical parameters’ changes. The aim of this study was: to evaluate types and number of histopathological changes of kidneys of rats and humans caused by MDMA, as well as to quantify this changes using morphometrical analysis; to evaluate changes of biochemical parameters of blood plasma in rat; to find out if there is a statistically significant difference in biochemical parameters of rats in control and experimental groups and between experimental groups; to find out the relation between histopathological parameters of kidneys and blood plasma biochemical parameters in rats; to evaluate the relation between morphometrically quantified histopathological changes in kidneys of rats and humans. Retrospective-prospective study on experimental animals (rats) and human material was done at the Institute of Pathology and Forensic Medicine Military Medical Academy in Belgrade. This study included 144 rats organized in three chambers with air temperatures 12°C, 22°C and 32°C, respectively. Each chamber included six groups of rats with eight rats in each group. Distillated water was applied to rats in control groups. The solution of 3,4-methylenedioxymethamphetamine with dosage of 20 mg/kg and 40 mg/kg was applied do experimental groups of rats. A half of the total number of rats was sacrificed after 8 hours, and the others after 24 hours from the beginning of the experiment. During the experiment temperature was measured and blood was taken for biochemical analysis of glucose, creatinine, creatine kinase - CK, lactate dehydrogenases -LDH, sodium, potassium, calcium, chloride, osmolality, aspartate aminotransferase - AST, blood urea nitrogen - BUN. Samples of kidneys were taken after rats sacrificing for histopathological analysis. This study also included eight human cadavers (7 male and one female), who had MDMA poisoning as a cause of death. Kidney samples of humans were sampled for histopathological analysis. The values of biochemical parameters (glucose, creatinine, creatine kinase - CK, lactate dehydrogenases - LDH, sodium, potassium, calcium, chloride, osmolality, aspartate aminotransferase - AST and blood urea nitrogen - BUN) from blood taken during hospitalization, before death, were used in this study. Histopathological changes in kidneys of rats and humans were quantified using morhometrical analysis. Histopathological changes due to MDMA in kidneys of rats and humans are congestion, interstitial edema, reversible tubular changes, dilatation of renal tubules, epithelial cells in renal tubules, inflammatory infiltrate, content in renal tubules, renal tubule’s necrosis and proliferation of fibroblasts. There was a statistically significant difference between analyzed biochemical parameters in blood of rats between control and experimental groups, as well as between experimental groups with different applied dosage of MDMA, environmental temperature and time of sacrificing of rats. Rats with greater number and quantitatively more expressed histopathological changes in kidneys had greater values of biochemical parameters. Humans also had changes in blood biochemical parameters. There was no statistically significant difference between morphometrically - analyzed area of interstitial edema in rats sacrificed after 8 hours and humans. Morphometrically - analyzed area of interstitial edema in humans were statistically significant greater comparing to rats sacrificed after 24 hours. There was no statistically significant difference between morphometrically-analyzed area of necrosis of renal tubules between neither humans and rats sacrificed after 8 hours, nor humans and rats sacrificed after 24 hours. New data about nephrotoxicity of MDMA are results of this study. Histopathological changes in kidneys and blood plasma biochemical changes after MDMA abuse are helpful and important in poisoning and cause of death evaluation