Tityus zulianus and Tityus discrepans venoms induced massive autonomic stimulation in mice

Abstract

Venezuelan scorpion envenomation is a public health problem produced by Tityus discrepans (TD) and Tityus zulianus (TZ) species. Patients-envenomendby TD developed gastrointestinal and pancreatic disorders and scorpion accidents involving TZ are associated with high mortality rate, which showed cardiopulmonary clinical disorders may be associated to the high levels of plasma catecholamines levels. This distinctive clinical output seems to be associated to a toxin repertoire diversity, which has been previously demonstrated. Trying to mimic the human-envenomation, some toxinological studies have been performed using TD and TZ venomsin several biomodels such as mice and anesthetized rams. The purposeof this study was to evaluate, in vivo using biomodels (mice), the role of autonomic nervous system (sympathetic) stimulation producing some of the clinical signs, via the catecholamines release, on the patho-physiologyof the TZ and TD induced envenomation. Thus, a clinical signs here reported during a period of 1 hr, after a single intra-peritoneal injection of sub-lethal doses of TZ or TD venom, which are related with diarrhea, diaphoresis, intense salivation, dehydratation, dyspnea and spasticity in hind limbs. However, these animals did not exhibit vomiting, which is the most frequent human-envenomed TD patients. All animals inoculated with (TD or TZ) venoms developed diarrhea being more pronounced in TD group. Diaphoresis, sialorrhea and dehydratation were mainly observed in TD group. Dyspnea and the hind limb spasticity were only developed in TZ mice. These clinical manifestations (diarrhea, sialorrhea, dehydratationand intense salivation) are related to an activation of autonomic nervous system, via an intense release of their related neurotransmitters. Thus, autonomic stimulation (sympathetic) was evaluated following the catecholamine (Nor-Epinephrine)(NE) plasma levels in a function of envenomationtime. We found a significant increments at 1 hr, after venom injection, in more than 640% in NE plasma levels for TZ venom while in TD group, around 520% rise in NE concentrations were detected. This massiverise in NE concentrations in TZ and TD-envenomed mice decreased at 6 hrs but remained higher until 24 hrs for both venoms in comparison with Control animals. However, these catecholamines plasma alterations do not explain the dyspnea and hind limb spasticity and more toxinologicalresearch should be done to understand the molecular mechanisms related to last clinical signs.Abbreviations: TD: Tityus discrepans, TTX: Tetrodotoxin, TZ: Tityus zulianus,NE, Nor-epinephrine, RyRs: Ryanodine receptors, IpTxA: imperatoxinA, ROS: reactive oxygen species, nAChR: nicotinic acetylcholine receptor (Na+ channel), (Nav): voltage-dependent sodium channel, MCa: maurocalcine, Tz1: β- toxin from Tityus zulianus.

El escorpionismo en Venezuela es un problema actual de salud pública producido por las especies de Tityus discrepans (TD) y Tityus zulianus (TZ). Los pacientes que presentan escorpionismo producido por TD desarrollantrastornos gastrointestinales y pancreáticos mientras que los afectados por TZ presentan una alta mortalidad y muestran una sintomatologíarelacionada a desordenes cardiopulmonares, los cuales parecen estar asociados a niveles elevados de las catecolaminas plasmáticas. Esta clínica diferente parece estar asociada a una composición distinta de toxinas de dichos venenos, lo cual ha sido previamente demostrado. En un intento de mimetizar o reproducir el escorpionismo en humanos se han realizado estudios toxinológicos con los venenos de TZ y TD utilizandovarios biomodelos como son ratones y carneros anestesiados.El propósito de este trabajo fue evaluar, “in vivo” usando un Biomodelo(ratones), el papel de la estimulación del sistema nervioso autónomo(simpático) para producir algunos signos clínicos, vía la liberación de catecolaminas, en la fisiopatología del escorpionismo producido por TZ y TD. Así, los signos clínicos aquí descritos y observados durante 1 hr., después de la inyección de una dosis sub-letal de los venenos de TZ y TD, fueron la presencia de diarrea, diaforesis, salivación intensa, deshidratación, disnea y parálisis en las extremidades posteriores. Sin embargo, estos animales no presentaron vómitos, el cual es uno de los signos más frecuentemente observado en los pacientes con accidentes escorpiónicos por TD. Todos los animales inyectados con los venenos de TD y TZ presentaron diarrea especialmente en grupo TD.ResumenAVFT Archivos Venezolanos de Farmacología y TerapéuticaVolumen 31, número 1, 20122La disnea y la parálisis en los miembros posteriores fueron sólo observadasen el grupo de ratones inyectados con TZ. Las manifestaciones clínicascomo son diarrea, diaforesis y la salivación intensa están asociadas a una activación del sistema nervioso autónomo, vía, la liberación intensa de los neurotransmisores correspondientes. La activación autonómica simpática fue evaluada siguiendo las concentraciones de catecolaminas (NE) plasmática en función del tiempo después de la inyección del veneno.Nosotros encontramos que existe un aumento dramáticamente significativoa 1 hr después de la inyección del veneno, en las concentraciones de la NE plasmática en un 640% en el caso del veneno de los ratones envenenados con TZ y un aumento de 520% en los niveles de NE en el grupo con veneno de TD. Este aumento masivo en la concentración plasmática de NE descendió a las 6 hrs y permaneció elevada a las 24 hrs para ambos venenos con relación al Control. Estas alteraciones en las concentraciones plasmáticas de las catecolaminas pueden explicar la mayoría de los signos observados pero no la disnea y la parálisis en los miembros posteriores por lo cual mas investigación toxinológica debe ser realizadas para entender los mecanismos moleculares relacionados con estos signos clínicos