WPŁYW CHLORKU RTE˛CI(II) NA STE˛Z ˙ ENIE MAGNEZU, WAPNIA I KRZEMU W WYBRANYCH TKANKACH SZCZURO´ W

Katedra i Zakład Chemii Medycznej Akademii Medycznej w Lublinie Kierownik: prof. dr hab. n. med. K. Pasternak

1)Katedra i Zakład Higieny Akademii Medycznej w Lublinie Kierownik: prof. dr hab. A. Borze˛cki

Badano wpływ doustnego 8 tyg. naraz˙enia szczuro´w na rte˛c´ (150 mg/dm3w przelicze-niu na czysty metal) wprowadzana˛ do ustroju w postaci roztworu HgCl2na tkankowe ste˛z˙enia magnezu, wapnia i krzemu. W wie˛kszos´ci tkanek stwierdzono statystycznie istotne zmiany w przypadku ste˛z˙enia magnezu i wapnia, natomiast nie zaobserwowano zmian w ste˛z˙eniu krzemu.

Hasła kluczowe: rte˛c´, magnez, wapn´, krzem, szczury.

Key words: mercury, magnesium, calcium, silicon, rats.

Składniki mineralne odgrywaja˛ waz˙na˛ role˛ w prawidłowym funkcjonowaniu

organizmu. Przy zaburzeniu ich homeostazy dochodzi do zmian i nieprawidłowego

funkcjonowania komo´rek, dlatego waz˙nym problemem badawczym jest znajomos´c´

ich biodoste˛pnos´ci (1, 2). Jedna˛ z substancji obcych, kto´ra moz˙e wpływac´ na

przyswajalnos´c´, a tym samym biodoste˛pnos´c´ składniko´w mineralnych jest rte˛c´.

Rte˛c´ w s´rodowisku pojawia sie˛ na skutek emisji do atmosfery w trakcie spalania

produkto´w ropy naftowej, we˛gla, przy produkcji papieru oraz przedostawania sie˛ do

gleby i wody ze stosowanych pestycydo´w lub zapraw nasiennych (1). W wyniku

zanieczyszczen´ wody gruntowe zawieraja˛ 20–50 mg Hg/dm

, wody

powierzch-niowe do 200 mg Hg/dm

, natomiast w powietrzu znajduje sie˛ kilka mg Hg/m

(w miastach przemysłowych ok. 50 mg Hg/m

) (3). Rte˛c´ moz˙e ulegac´ kumulacji

i biomagnifikacji w łan´cuchu troficznym, przez co powraca w wie˛kszym ste˛z˙eniu

do człowieka i innych konsumento´w na wyz˙szych poziomach pokarmowych. Okres

biologicznego po´łtrwania rte˛ci w narza˛dach szacuje sie˛ na 30–60 dni (3). Badania

z˙ywnos´ci wskazuja˛, iz˙ gło´wnymi z´ro´dłami rte˛ci sa˛: mie˛so i jego przetwory, mleko

i jego przetwory, ryby oraz niekto´re warzywa i produkty zboz˙owe. Przecie˛tna

zawartos´c´ rte˛ci w z˙ywnos´ci kształtuje sie˛ od kilku do 50 µg/kg. W rejonach,

w kto´rych uz˙ywa sie˛ rte˛ci w procesach technologicznych zawartos´c´ jej jest

znamiennie podwyz˙szona (4, 5, 6).

Zanieczyszczenie s´rodowiska metalami szkodliwymi, w tym rte˛cia˛, stanowi

ryzyko dla zdrowia ludzi i zwierza˛t. Wapn´, magnez i krzem sa˛ waz˙nymi

kami dla organizmu, poniewaz˙ odgrywaja˛ istotna˛ role˛ w wielu procesach

metaboli-cznych, a zmiany w ich ste˛z˙eniu moga˛ doprowadzic´ do zaburzen´ funkcjonowania

organizmu. Celem pracy było okres´lenie wpływu rte˛ci podawanej w postaci

wodnego roztworu chlorku rte˛ci (II) na ste˛z˙enie wapnia, magnezu i krzemu

w wybranych tkankach szczuro´w.

MATERIAŁ I METODY

Badania przeprowadzono na szczurach rasy Wistar podzielonych na dwie grupy po dziesie˛c´ zwierza˛t kaz˙da. Grupa pierwsza otrzymywała do picia jony rte˛ci w postaci wodnego roztworu chlorku rte˛ci (II) w ste˛z˙. 150 mg/dm3 (w przeliczeniu na czysty metal), natomiast druga grupa była kontrolna˛ i otrzymywała do picia wode˛ redestylowana˛. Wszystkie grupy zwierza˛t z˙ywione były standardowa˛ pasza˛ granulowana˛ LSM i pojone ad libidum. Po 8 tyg. dos´wiadczenia szczury usypiano ketamina˛ podawana˛ dootrzewnowo. Do dalszych badan´ pobierano mo´zg, serce, wa˛trobe˛, s´ledzione˛, nerki oraz mie˛sien´ uda, kto´re naste˛pnie homogenizowano w buforze Tris-HCl o ste˛z˙. 0,1 mol/dm3(pH 7,4) i odwirowywano przez 30 min. przy 5000 obr./min. W otrzymanych nadsa˛czach, oznaczano całkowite ste˛z˙enie wapnia i magnezu metoda˛ spektrofotometryczna˛ w automatycznych analizatorach przy uz˙yciu diagnostycznych zestawo´w Ca-Cormay oraz Mg-Cormay, a całkowite ste˛z˙enie krzemu przy zastosowaniu spektrofoto-metrycznej metody Wielkoszyn´skiego (7). Wyniki analizowano statystycznie z zastosowaniem testu Cochrana-Coxa, przyjmuja˛c za istotne p<0,05.

WYNIKI I ICH OMO

´

Zmiany w ste˛z˙eniach pierwiastko´w koniecznych do prawidłowego funkcjonowania organizmu zalez˙a˛ od wielu czynniko´w, a ws´ro´d nich od stopnia ich wchłaniania i wykorzystania. Obecnos´c´ metali moz˙e powodowac´ zmiany w ste˛z˙eniu innych pierwiastko´w wielu tkanek i narza˛do´w, co z kolei wia˛z˙e sie˛ z ich gorsza˛ praca˛ i wysta˛pieniem objawo´w chorobowych (1, 2, 4). Z danych literaturowych wynika, iz˙ błona komo´rkowa jest pierwszym miejscem atakowanym przez rte˛c´. Zmiany, jakie wywołuje rte˛c´ polegaja˛ gło´wnie na wia˛zaniu sie˛ z lipidami błony komo´rkowej i wia˛zaniu z grupami tiolowymi aminokwaso´w, peptydo´w i białek. Wia˛zanie rte˛ci z białkami błony komo´rkowej, powoduje zmiany jej ładunku elektrycznego, prowadza˛c do zaburzen´ aktywnego transportu substrato´w do wne˛trza komo´rki (8, 9, 10, 11). Z kolei wia˛zanie sie˛ jono´w rte˛ci z grupami tiolowymi aminokwaso´w, peptydo´w i białek powoduje nieprawidłowos´ci w transporcie przezbłonowym pierwiastko´w i zwie˛ksza moz˙liwos´c´ napływu jono´w rte˛ci do komo´rki (10, 11).

Feng i wspo´łpr. wykazali, z˙e rte˛c´ u szczuro´w dorosłych kumuluje sie˛ gło´wnie w nerkach, wa˛trobie i sercu, natomiast w przypadku nowonarodzonych szczuro´w dodatkowo jeszcze w s´ledzionie. Wykazali ro´wniez˙, wzrost molowych wspo´łczynniko´w rte˛ci w stosunku do biopierwiastko´w, w tym wapnia i magnezu (Hg/Ca, Hg/Mg) (12). Z kolei Yeh i wspo´łpr. wykazali, z˙e rte˛c´ wpływa na wewna˛trzkomo´r-kowy poziom Ca2+poprzez aktywacje˛ kanało´w potasowych, uwalniaja˛c nagromadzony wapn´ z retiku-lum endoplazmatycznego oraz powoduja˛c jego zewna˛trzkomo´rkowy napływ (2, 13, 14, 15, 16, 17). Wyniki przeprowadzonych badan´ wskazuja˛, iz˙ naraz˙enie szczuro´w na rte˛c´ przez 8 tyg. prowadziło do zaburzenia w ich organizmie metabolizmu magnezu oraz wapnia (tab. I). Ste˛z˙enie magnezu w mo´zgu, sercu, wa˛trobie oraz s´ledzionie szczuro´w naraz˙onych na chlorek rte˛ci (II) ulegało statystycznie istotnemu obniz˙eniu w poro´wnaniu z grupa˛ kontrolna˛. W nerce natomiast odnotowano statystycznie istotny wzrost ste˛z˙enia magnezu, co mogło byc´ skutkiem przesunie˛c´ tkankowych tego biopierwiastka. W przypadku wapnia zaobserwowano statystycznie istotne zmiany (obniz˙enie ste˛z˙enia) jedynie w mo´zgu oraz w sercu. W pozostałych tkankach jego ste˛z˙enie nie uległo statystycznie istotnym zmianom w poro´wnaniu do grupy kontrolnej.

Krzem bierze udział w syntezie kolagenu oraz prawidłowym rozwoju kos´c´ca. Jego najwie˛ksza˛ zawartos´c´ stwierdzono w s´cianie aorty, s´ledzionie, s´cie˛gnach oraz sko´rze (18, 19). W przeprowadzonym dos´wiadczeniu nie stwierdzono zmian w ste˛z˙eniu krzemu w wybranych tkankach, co sugeruje koniecznos´c´ dalszych badan´ w celu potwierdzenia, ba˛dz´ wykluczenia moz˙liwos´ci wzajemnych interakcji rte˛ci i krzemu.

T a b e l a I

Wpływ rte˛ci na ste˛z˙enie magnezu, wapnia i krzemu w wybranych tkankach szczura T a b l e I

Mercury influence on the concentration of magnesium, calcium and silicon in selected tissues of the rats

Grupa

Ste˛z˙enie Mg (µmol/g tkanki) w badanych tkankach

mo´zg serce wa˛troba s´ledziona nerki mie˛sien´ uda X

¯ ± SD X¯ ± SD X¯ ± SD X¯ ± SD X¯ ± SD X¯ ± SD Kontrola 28,50± 2,74 6,18± 0,70 24,20± 1,85 36,67± 3,23 6,34± 0,73 6,29± 0,81 I – Hg 150 mg/dm3 21,00± 1,78*↓ 4,64 ± 0,62*↓ 16,57 ± 1,68*↓ 17,30 ± 2,23*↓ 15,59 ± 1,53*↑ 8,02 ± 1,27

Grupa

Ste˛z˙enie Ca (µmol/g tkanki) w badanych tkankach

mo´zg serce wa˛troba s´ledziona nerki mie˛sien´ uda X

¯ ± SD X¯ ± SD X¯ ± SD X¯ ± SD X¯ ± SD X¯ ± SD Kontrola 5,23± 0,97 5,62± 0,79 7,42± 0,85 4,86± 0,51 2,37± 0,41 12,01± 1,47 I – Hg 150 mg/dm3 1,25± 0,19*↓ 1,46 ± 0,24*↓ 5,92± 0,86 3,96± 0,57 2,84± 0,35 14,45± 1,65

Grupa

Ste˛z˙enie Si (µmol/g tkanki) w badanych tkankach

mo´zg serce wa˛troba s´ledziona nerki mie˛sien´ uda X

¯ ± SD X¯ ± SD X¯ ± SD X¯ ± SD X¯ ± SD X¯ ± SD Kontrola 1,74± 0,30 2,43± 0,27 1,04± 0,16 1,24± 0,19 3,1± 0,71 2,55± 0,40 I – Hg 150 mg/dm3 1,87± 0,61 2,74± 0,89 0,85± 0,12 1,32± 0,22 2,7± 0,93 2,33± 0,61 * Ro´z˙nica statystycznie istotna w poro´wnaniu z kontrola˛ przy p< 0,05; X¯ ± SD – s´rednia i odchylenie standardowe.

WNIOSKI

1. Intoksykacja rte˛cia˛ powodowała obniz˙enie ste˛z˙enia magnezu w badanych

tkankach (z wyja˛tkiem nerki, gdzie odnotowano wzrost jego ste˛z˙enia oraz tkanki

mie˛s´niowej, w kto´rej ste˛z˙enie magnezu nie uległo zmianie).

2. Podawanie przez 8 tyg. chlorku rte˛ci (II) spowodowało spadek ste˛z˙enia

wapnia tylko w mo´zgu oraz sercu.

3. Nie stwierdzono istotnych zmian ste˛z˙enia krzemu w tkankach, co wskazuje na

potrzeby dalszych badan´ w zakresie wzajemnych interakcji rte˛ci i krzemu w

or-ganizmie zwierze˛cym.

A. H o r d y j e w s k a, K. P a s t e r n a k, M. K i e ł c z y k o w s k a, A. B o r z e˛ c k i THE INFLUENCE OF MERCURY CHLORIDE (II) ON MAGNESIUM, CALCIUM

AND SILICON CONCENTRATION IN SELECTED TISSUES OF THE RAT S u m m a r y

This study addresses the problem of environmental and occupational exposures to mercury compounds and their effect on the bioavailability of selected elements, such as magnesium, calcium and silicon. Those are elements important for the humans, as they play a crucial role in many aspects of metabolism, and changes in their levels may lead to the development of some disorders. Twenty male Wistar rats were used in the experiment. They were divided into two groups, one receiving 150 mgl Hg as HgCl2, while the other (control) received redistilled water. The chronic mercury poisoning during 8 weeks decreased the levels of magnesium and calcium, while the changes in silicon concentration were insignificant.

PIS

´

1. Affelska-Jercha A.: Toksyczne działanie rte˛ci w naraz˙eniu zawodowym i s´rodowiskowym. Med. Pr., 1999; 4: 305-314. – 2. Ole˛dzka R.: Wpływ metali i innych substancji obcych na biodoste˛pnos´c´ mikroelemento´w. Bromat. Chem. Toksykol., 1999; 50: 207-213. – 3. Zahir F., Rizwi S.J., Haq S.K., Khan R.H.: Low dose mercury toxicity and human health. Environ. Toxicol. Pharmacol., 2005; 20: 351-360. – 4. Ilow R., Grajeta H., Regulska-Ilow B., Szymczak J.: Dzienne racje pokarmowe i oznaczenia analityczne zawartos´ci rte˛ci w wybranych rynkowych produktach spoz˙ywczych jako podstawa oszaco-wania pobrania rte˛ci. Bromat. Chem. Toksykol., 2000; 33: 49-53. – 5. Marzec Z.: Analityczna i obliczeniowa ocena pobrania kadmu, rte˛ci i ołowiu z całodziennymi racjami pokarmowymi oso´b dorosłych. Bromat. Chem. Toksykol., 1999; 32: 247-251. – 6. Marzec Z.: Ocena naraz˙enia oso´b dorosłych z wojewo´dztwa lubelskiego na oło´w, kadm i rte˛c´ przyjmowane z całodobowymi racjami pokarmowymi. Bromat. Chem. Toksykol., 2002; 35: 55-60. – 7. Wielkoszyn´ski T.: Zmodyfikowana spektrofotometryczna metoda oznaczania krzemu w materiale biologicznym. Diagn. Lab., 2000; 36: 377-385. – 8. Issa Y., Watts D.C., Duxbury A.J., Brunton P.A., Watson M.B., Walters C.M.: Mercuric chloride: toxicity and apoptosis in human oligodendriglial cell line MO3. 13. Biomaterials, 2003; 24: 981-987. – 9. Ben-Ozer E.V., Rosenspire A.J., McCabe Jr. M.J., Worth R.G., Kindzelskii A.L., Warra N.S., Petty H.R.: Mercuric chloride damages cellular DNA by a non-apoptotic mechanism. Mut. Res., 2000; 470: 19-27. – 10. Van Campen D.R.: Effect of zinc, cadmium, silver and mercury on the distribution of copper-64 in rats. J. Nutr., 1996; 126: 125-130.

11. Diamond G.L., Zalups R.K.: Understanding renal toxicity of heavy metals. Toxicol. Pathol., 1998; 26: 92-103. – 12. Feng W., Wang M., Li B., Liu J., Chai Z., Zhao J., Deng G.: Mercury and trace element distribution in organic tissues and regional brain of fetal rat after in utero and weaning exposure to low dose of inorganic mercury. Toxicol. Letters, 2004; 152: 223-234. – 13. Yeh J.H., Chung H.M., Ho Ch.M., Jan Ch.R.: Mercury – induced Ca2+increase and cytotoxicity in renal tubular cell. Life Sci., 2004; 74: 2075-2083. – 14. Bootman M.D., Berridge M.J., Roderick H.L.: Calcium signaling: more messengers, more channels, more complexity. Curr. Biol., 2002; 12: R563-R565. – 15. Kim S.H., Sharma R.P.: Cytotoxicity of inorganic mercury in murine T and B lymphoma cell lines: involvement of reactive oxygen species, Ca2+ homeostasis, and cytokine gene expression. Toxicology in Vitro. 2003; 17: 385-395. – 16. Sakamoto M., Ikegami N., Nakano A.: Protective effects of Ca2+channel blockers against methyl mercury toxicity. Pharmacol. Toxicol., 1996; 78: 193-201. – 17. Graeme K.A., Pollack Jr.C.V.: Heavy metal toxicity. Part I: Arsenic and mercury. J. Emerg. Med., 1998; 16: 45-56. – 18. Exley Ch.: Silicon in life: A bioinorganic solution to bioorganic essentiality. J. Inorg. Biochem., 1998; 69: 139-144. – 19. Perry C.C., Keeling-Tucker T.: Aspects of bioinorganic chemistry of silicon in conjunction with the biometals calcium, iron and aluminium. J. Inorg. Biochem., 1998; 69: 181-191.

Adres: 20-081 Lublin, ul. Staszica 4.