Summary of Medical Doctoral thesis: Research on changes of Malondialdehyde content in patients with colon cancer before and after radical surgery

Study the Malondialdehyde content in patients with colon cancer who underwent radical surgery treatment. Evaluate the changes in red blood cell Malondialdehyde content of patients with colon cancer after radical surgery.

========

PHAM MANH CUONG

RESEARCH ON CHANGES OF MALONDIALDEHYDE CONTENT IN PATIENTS WITH COLON CANCER BEFORE AND AFTER RADICAL SURGERY 

Major : Gastrointestinal surgeryCode        : 9 72 01 04

SUMMARY OF MEDICAL DOCTORAL THESIS

The thesis can be found out at:

1. National Library 

2. Library of Vietnam Military Medical University

1 Pham Manh Cuong, Nguyen Van Xuyen (2018). Understanding factors   related   to   length   of   the   colon   section   removed   after radical surgery for colon cancer treatment at Military Hospital 

103  Journal   of   Military   Pharmaco   ­   Medicine,   43   (special 

subject of abdominal surgery): 44­50

2 Pham   Manh   Cuong,   Nguyen   Van   Xuyen,   Trinh   Hong   Thai (2019)   Investigation   on   changes   in   the   erythrocyte Malondialdehyde   value   in   patients   with   colon   cancer   after 

radical surgery. Journal of military pharmaco ­ medicine, 44(2): 

213­219

3 Pham   Manh   Cuong,   Nguyen   Van   Xuyen,   Trinh   Hong   Thai (2019)   The   comparison   of   oxidative   stress   between   tumour tissue and healthy colon tissue using the Malondialdehyde index 

in   colon   cancer   patients   undergoing   radical   surgery   at   103 

Military Hospital. VietNam Medical Journal, 481(1): 71­75.

BACKGROUNDCurrently,   the   strong   development   of   researches   on   the mechanism of action and consequences of free radicals, as well as oxidative  stress  on   the  body   has  provided   evidence  showing  that oxidative   stress   and   Oxygen­free   radicals   are   also   a   pathological factor involved in the development of colon cancer.

In particular, the results of many studies show that  oxidative  stress  and   the   presence   of  oxygen­free   radicals,   produced   during 

surgery removing colon cancer, also play an important role in relapse and   metastasis   after   surgery   Therefore,   the   study   of   changes   in oxidative   stress   after   surgery   is   currently   of   interest   to   many researchers. There are many indices to assess oxidative stress status, but in the studies, the most widely and commonly applied index to indirectly assess oxidative stress in general and in abdominal surgery 

in   particular   is   Malondialdehyde   (MDA),   a   product   of   lipid peroxidation

In Vietnam, not many studies mentioned the issue of oxidative stress in colon  cancer and  exploring the  changes in MDA  content after   radical   surgery   for  colon   cancer  treatment   Therefore,   we conducted the topic “Research on the changes in Malondialdehyde  content   in   patients   with   colon   cancer   before   and   after   radical   surgery” with the following goals: 

1. Study   the   Malondialdehyde   content   in   patients   with   colon  cancer who underwent radical surgery treatment.

2.Evaluate   the   changes  in  red   blood   cell  Malondialdehyde  content of patients with colon cancer after radical surgery.

Layout of the thesis

The thesis consists of 124 pages, including the following parts: 

1 diagram, 173 references including 11 Vietnamese documents, 162 English documents, and 53 documents within 5 years

CHAPTER 1OVERVIEW 1.1. Colon cancer and radical surgery to treat colon cancer

Radical surgery is the main method in  colon cancer  treatment, chemicals   and   radiation   therapy   are   complementary   method   to surgery. Currently, there has not yet been a specific and consensus standard to precisely determine the radical surgery for colon cancer; however, to ensure the treatment in cancer surgery, radical surgery is required to comply with the following requirements. 

* Diagnosis of the disease stage before surgery

Examining the entire colon (with one or more tumors, polyps combined),   diagnosing   the   disease   stages   (with   lymph   node metastases, distant metastases), assessing the local invasion of the tumor before surgery exactly are essential to plan the radical surgery for colon cancer. 

* Vertical colon resection extent

For colon cancer, a length of 5cm is defined as no more cancer organization and will not cause recurrence at the junction. In surgery, the actual length of the colon segment removed will be determined 

by the removal extent of the colon arteries, parallel to the lymphatic drainage. This length may have to be extended, depending on the extent of lymph node dredging. 

* Resection extent of invaded organs

* Extent of lymph node dredging

At the time of surgery, according to many studies up to 50% of colon cancer possibly has regional lymph node metastases, so the lymph   node   dredging   is   an   indispensable   part   and   lymph   node dredging must be done thoroughly. 

1.2. Oxidative stress and the role of oxidative stress in colon cancer

In the body, free radicals are frequently created, due to containing oxygen, they are also called reactive oxygen species (ROS), and they are always in balance with the body's antioxidant system. Oxidative stress  is the state where the formation of ROS is beyond the control of the antioxidant system, the result is that ROS will attack biological molecules   such   as:   Lipids   (lipid   peroxidation),   Protein   (   protein oxidation),   Nucleic   acid   (DNA   oxidation)   leading   to   changes   in biological   molecules,   producing   a   number   of   toxic   products   that damage cells, tissues and result in abnormal activities of the body. In addition,   through   ROS,   oxidative   stress   also   affects   cell   signaling pathways, causing false information leading to abnormal development 

of cells such as uncontrolled cancer cell proliferation

Similar to the respiratory tract, the intestinal tract are the organ that most exposed to the environment through the food digestion process. In particular, the bacteria are concentrated much in the colon and very little in the small intestine, so the colon mucosa cells are constantly exposed to chemicals, free radicals. Studies also show that 

increased intestinal oxidation is associated with risk factors for colon cancer such as chronic ulcerative colitis, obesity,  lack  of physical exercise, and a diet high in red meat, smoking and alcohol abuse.Studies on molecular biology show that oxidative stress may affect mutations of the genes K­Ras, p53, APC or MMR (DNA mismatch repair gene), these genes play an important role in leading to colon cancer   In   addition,   clinical   studies   also   indicate   that   the   level   of oxidative stress is related to the factors expressing the progression of cancer, such as lymph node metastasis, venous invasion, disease stage  1.3. Role of oxidative stress in recurrence of colon cancer after surgery There are many factors that affect the recurrence of colon cancer after surgery have been identified such as: biological characteristics and   histopathology   of   tumors,   postoperative   chemical   treatment, 

surgical techniques, in which  the stage of the disease   is the most 

important factor determining the postoperative survival rate and also the   factor   the   most   affecting   the   recurrence   rate   after   surgery. Currently, there are many evidences showing that surgery process itself also contributes to postoperative  outcomes of cancer treatment

Surgery, even though it works for therapeutic purposes, is still a 

traumatic impact on the body and is also an exogenous cause 

producing many free radicals and oxidative stress because trauma in surgery causes the body's “stress”, which is called surgical stress, leads to an increase in free radicals through activating ROS­

producing enzymes such as XO (xanthine oxidase), Cox 

(Cyclooxygenase) and especially NADPH oxidase (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate­oxidase) or also called Nox. 

Abdominal surgery also increases free radicals and oxidative stress through the mechanism of ischemia­reperfusion injury due to the 

effect of increasing the abdominal pressure in laparoscopic surgery, exposure   to   operating   room   air   in   open   surgery   and   mechanical operations on the intestine.

Recent   studies   have   also   demonstrated   that   free   radicals containing active oxygen species (ROS) and redox signaling appear when   surgery   plays   a   role   in   promoting   invasive   and   metastatic growth of mass tumor cells left after surgery to treat colon cancer. The process of cancer cells left after surgery develops into metastases 

in the new organ, the following phenomena are required:  invasive cancer cells  (Invadopodia formation), escape from the capillaries to adhere to new tissues, new organs (Adhesion), Angiogenesis, and uncontrolled proliferation cells. ROS generated during the surgery play a  role of motivating, facilitating these phenomena to occur.1.4.  Biological indicators (biomarkers) to assess oxidative stress 

in surgery

There are many methods to assess the body's oxidative stress. The direct method is to quantify ROS and the indirect method is to assess   through   measurement   of   stable   metabolites   of   ROS   or products of ROS process interacting with biological molecules such 

as lipids, proteins, DNA. In the body, ROS exists in a very short time and their concentration is very low. To determine ROS, it requires modern and expensive techniques and equipment, so clinical studies often use indirect methods to assess oxidative stress

The oxidation of biological molecules produces a wide range of products that can be used as biological indicators to assess oxidative stress such as: Carbonyl proteins (Product of protein oxidation process), 8­OHdG (Product of DNA oxidation process)  However, the product which is used the most in studies to assess oxidative stress 

in reacting with free radicals, while oxidation of proteins and DNA occurs at a later time

In addition, MDA is the most commonly used in many studies because it is easily quantified by quantification of MDA derivatives with   TBA   (Thiobacbituric   Acid),   and   this   quantification   of derivatives can use a very simple, low cost, convenient spectroscopic method, which can be done on many different biological samples.1.5. Studies on Malondialdehyde in colon cancer patients in the world and in Vietnam

MDA, an index commonly used to assess oxidative stress, has also been used in many studies to evaluate on colon cancer patients. MDA was quantified in serum, plasma, red blood cells, urine and colon tissue to make comparisons between the two groups: 1 group is colon cancer patients,  1 reference group is healthy persons, as well as explore the relationship between MDA index and pathological factors 

in colon cancer

The changes in oxidative stress have been studied after surgery for lung cancer, breast cancer and also studied after surgery for colon cancer. All studies have shown that oxidative stress occurs right after surgery for colon cancer and tends to decrease over time after surgery, however, there 

is a difference among studies in time and evaluation index

Studies have also explored the role of laparoscopic surgery, of breathing with high oxygen levels or blood transfusion in surgery to oxidative stress in surgery, but the effect of surgery duration or the relationship between postoperative oxidative stress and surgical 

In Vietnam, there have been no studies finding out about MDA content before surgery and the change of MDA after radical surgery 

to treat colon cancer

CHAPTER 2SUBJECTS AND RESEARCH METHODOLOGY

2.1. Research subjects

   A total of 74 patients who were diagnosed with colon cancer, underwent   inpatient   treatment   at   the   Department   of   Abdominal Surgery ­ Military Hospital 103 and was carried out radical surgical 

treatment from March 2015 to January 2017 (serve for target 1). Of 

which, 60 patients had enough test results of red blood cell MDA 

index at 4 times before and after radical surgery (serve for target 2) 2.1.1. Selection criteria

­ Criteria for identifying colon tumors: Applying the International Classification of Diseases for Oncology, 3rd Edition  of the World Health Organization, the position of the tumor in the colon cancer determined from cecum  to the end of the sigma colon,  above the rectosigmoid junction. In this study, the tumor was identified as of the colon, with the tumor position 15cm away from the anal margin

­ Colon cancer  patients at  stages I, II and III. The anatomical result on the tumor cell morphology is adenocarcinoma

­ Carry out radical surgery to remove the tumor in the colon, with a surgery minutes describing in details the lesions and techniques

­ Follow the procedure of treatment, nursing before, during and after surgery, have complete medical records and voluntarily agree to give disease samples for research. 

2.1.2. Exclusion criteria

­  Recurrent colon cancer  or secondary colon due to that cancer from 

other organs metastasize

­ Colon cancer has been treated with  chemicals and radiation therapy before surgery

­ Colon cancer must undergo emergency surgery

­ Colon cancer associated with other diseases combined (diabetes, cardiovascular disease, systemic disease …), smoking history, BMI >30.2.2. Research methodology

Of which  n:  sample size,  Z /2:  α value of error  , Z :  α β value of 

error β, in this research (Z α/2  + Zß)² = 10.5 with α is 0.05, ß is 0.1. 

Sa and Sb: standard deviation of the variable in each group, d:  minimum difference between the mean values. Referring to research 

The principle of the method is based on the chemical reaction of MDA molecule with thiobarbituric acid (TBA) (also called TBA test method). MDA reacts with TBA in proportion 1:2 to create MDA­(TBA)2 complex which has a characteristic pink color, the reaction takes place at temperature 98oC, appropriate pH from 2­3. The MDA­(TBA)2 complex was measured at a maximum absorption wavelength 

of 535 nm using a spectrophotometer. From this absorbance value, the corresponding   MDA   amount   in   the   reaction   solution   will   be determined, thereby quantifying the MDA content in the sample

2.2.4.2. Measurement of MDA for tissue samples

Tissue samples of patients with colon cancer  for MDA index determination   are   provided   by   the   Department   of   Anatomic Pathology, Military Hospital 103. The colon segment containing the tumor after being removed from the patient via surgery will be cold stored in an ice box (without formalin) and taken to the Department 

of   Anatomic   Pathology   Here,   tissue   samples   are   taken   at   two locations: diseased tissue is taken at the tumor and normal tissue is taken at a location at least 5cm from the tumor edge. The tissue samples were then stored at minus 1960C with liquid nitrogen before being taken to oxidative stress testing  The method of quantifying MDA   on   tissue   samples   was   carried   out   based   on   the   TBA   test method, developed by Uchiyama M. (1978)

2.2.4.3. Measurement of Red blood cell MDA 

Blood samples of patients with colon cancer  for MDA index determination   are   taken   from   peripheral   veins   Next,   the   blood sample was centrifuged at a speed of 3000 rpm for about 10 minutes 

to separate plasma and red blood cells. The red blood cells were 

stored   at  40C  before   being   analyzed   for   MDA   index  The determination method is the same as for the tissue sample, but because 

it is difficult to measure the weight of the erythrocyte membrane (or red   blood   cell   membrane)   in   the   blood   sample,     therefore   to determine the MDA content on erythrocyte membrane, it is necessary 

to determine the protein content of the erythrocyte membrane and MDA value calculated on 1 mg of red blood protein

2.2.5.3. Criterion on the MDA content 

Including 3 criteria: MDA content in tumor tissue, MDA content 

in colon  normal tissue (taken from tumor edge  > 5cm) cells before surgery taken at the time before surgery  The MDA concentration in the tissue was measured in  µg/g sample,  the MDA concentration of peripheral red blood cells before surgery was measured in µg/mg Protein

2.2.5.4. Criterion on changes of erythrocyte MDA content after surgery

Peripheral   erythrocyte   MDA   at   3   times:   1   day   after   surgery (after 24 hours), 3 days after surgery (after 72 hours) and 7 days after surgery (after 168 hours). The MDA content of blood samples after surgery was also measured in µg/mg Protein

2.2.5. Data processing method

2.3. Ethical issues in research

All patients voluntarily participate in the research and the research does not affect the quality of treatment, does not cause invasion, damage 

to patients. For MDA testing in this study, patients do not have to pay

CHAPTER 3RESEARCH RESULTS3.1. Characteristics of the research group and early results after surgery 

3.1.1. Age, gender, and body mass index 

Average age: 59.8 ± 11.9 (29 ­ 87). Male: 42 patients (56.8%). Female: 32 patients (43.2%). Male/Female ratio: 1.31/1. Weight: normal 62.2%; underweight 21.6%; overweight 16.2%; No patients had obesity

3.1.2. Blood tests before surgery

Anemia: 39 patients (52.7%). NLR ≥ 4: 20 patients (27%). CEA concentration before surgery > 10 ng/ml: 19 patients (25.7%)

3.1.3. Anatomical Pathology after surgery

­ Right colon cancer: 31 patients (41.9%), Left colon cancer: 43 patients (58.1%), sigma colon cancer accounts for the highest rate: 44.6%. The average tumor size is 6.1 ± 2.4 cm (2 ­ 12cm)  There were 19 patients (25.6%) having tumor adhering to adjacent organs

­  The average number of lymph nodes dredged in one patient was 15.5 ± 7.7 nodes (2 ­ 38). Number of patients with lymph nodes having ≥ 12 lymph nodes: 47 patients (63.5%). The average length of the removed colon segment is 31.6 ± 17.1  (12 ­ 85cm)