JADWIGA B£ONIARZ1, MANSUR RAHNAMA2, STANIS£AW ZARÊBA1, WOJCIECH WI¥TKOWSKI2
WP£YW PROCESU NOWOTWOROWEGO W OBRÊBIE JAMY USTNEJ NA POZIOM CYNKU, MIEDZI I ¯ELAZA W SUROWICY KRWI
THE INFLUENCE OF CARCINOGENESIS IN THE ORAL CAVITY ON THE LEVEL OF ZINC, COPPER AND IRON IN SERUM
1Katedra i Zak³ad Bromatologii Akademia Medyczna 20-081 Lublin, ul. Staszica 4 Kierownik: prof. dr hab. S. Zarêba
2Katedra i Klinika Chirurgii Stomatologicznej i Szczêkowo-Twarzowej Akademia Medyczna
20-081 Lublin, ul. Karmelicka 7 Kierownik: prof. dr hab. T. Tomaszewski
W surowicy krwi pacjentów z rozpoznanym klinicznie i potwierdzonym bada-niem histopatologicznym rakiem p³askonab³onkowym b³ony luzowej jamy ust-nej oznaczono poziom cynku, miedzi i ¿elaza. Wyniki porównano z zawartocia-mi tych zawartocia-mikroelementów w surowicy osób klinicznie zdrowych. Zastosowano zawartocia- mi-neralizacjê próbek na sucho, a jako metodê analityczn¹ absorpcyjn¹ spek-trometriê atomow¹.
WSTÊP
Choroby nowotworowe stanowi¹ powa¿ny problem zdrowotny na wiecie, bowiem w krajach uprzemys³owionych s¹ one drug¹ w kolejnoci, po schorzeniach uk³adu kr¹¿e-nia, przyczyn¹ zgonów w danej populacji.
Komórki nowotworowe charakteryzuje miêdzy innymi niekontrolowany wzrost, zdol-noæ do inwazji i tworzenia przerzutów. Transformacja nowotworowa powoduje powsta-nie w organizmie nowej linii komórek, które wy³amuj¹ siê spod kontroli mechanizmów reguluj¹cych proliferacjê i ró¿nicowanie [11].
Procesy tocz¹ce siê w komórkach zmienionych nowotworowo dotycz¹ zmian zarówno morfologicznych jak i biochemicznych. Szybko powstaj¹ce komórki nowotworowe wyka-zuj¹ tendencjê do maksymalizowania procesów anabolicznych zwi¹zanych ze wzrostem (m.in. syntezy DNA i RNA), obni¿enia i zmniejszenia funkcji katabolicznych (np. pirymi-dyn), a tak¿e nie wykazuj¹ swoistych funkcji komórek zdrowych [14].
Wiele nowotworów zwi¹zanych jest z nieprawid³owym wytwarzaniem bia³ek (onko-protein), enzymów i hormonów, których stê¿enia mo¿na oznaczaæ w osoczu lub surowicy krwi (s¹ to markery nowotworowe). Z badañ wynika, ¿e ¿aden pojedynczy marker nie mo¿e jednoznacznie oceniæ typu nowotworu. Poza tym s¹ one czasami wykrywalne dopie-ro w zaawansowanych stadiach chodopie-roby nowotwodopie-rowej [8,15].
Wystêpuj¹ce anomalie biochemiczne w komórkach tkanek nowotworowych mog¹ wp³y-waæ na zmianê metabolizmu niektórych biopierwiastków np. odk³adanie siê miedzi w ko-mórkach rakowych w¹troby [3]. Obserwowane s¹ równie¿ zmiany sk³adu p³ynów wewn¹trz-ustrojowych np. krwi (osocze, surowica krwi), czêsto zale¿ne od miejsca i typu rozwijaj¹-cego siê nowotworu [6, 7, 12, 20].
Szczególn¹ uwagê zwraca siê ostatnio na poziom niektórych mikroelementów w suro-wicy np. cynku, miedzi, ¿elaza, których rola w organizmie zwi¹zana jest m.in. z prawid³o-wym funkcjonowaniem wielu enzymów czy uk³adu odpornociowego [14], a których za-wartoæ w procesie nowotworowym odbiega od norm.
Celem pracy by³o zbadanie wp³ywu zmian nowotworowych w jamie ustnej, zdiagnozo-wanego jako rak p³askonab³onkowy, na poziom Zn, Cu i Fe w surowicy krwi.
MATERIA£ I METODY
Badaniom poddano 25 próbek krwi od pacjentów, u których na podstawie badañ histopatologicz-nych stwierdzono raka p³askonab³onkowego b³ony luzowej ró¿histopatologicz-nych czêci jamy ustnej (carcinoma planoepitheliale spinocellulare). Miejscem nowych komórek nowotworowych by³a b³ona luzowa policzków, dna jamy ustnej, jêzyka i podniebienia miêkkiego (c. mucosae buccae, c. fundi oris, c. linguae, c. palati molli). U osób tych wykluczono inne zmiany chorobowe. Grupê kontroln¹ stanowi³o 20 próbek surowicy krwi od osób klinicznie zdrowych.
Krew pobierano z ¿y³y ³okciowej rano na czczo do odpowiednich probówek, wirowano, a otrzy-man¹ surowicê krwi przechowywano w lodówce do momentu u¿ycia jej do badañ.
Mineralizacjê próbek surowicy przeprowadzano metod¹ na sucho w temp. 450°C w tyglach kwarcowych. Proces spopielania przyspieszano 15% roztworem kwasu azotowego (roztwór wodny przygotowany z 65% HNO3, Suprapur, firmy Merck). Popio³y bez ladów wêgla rozpuszczano w 10% roztworze kwasu solnego (roztwór wodny wykonany z 30% HCl, Suprapur, firmy Merck).
Tabela I. Parametry oznaczania pierwiastków
The parameters of determination the elements
2]QDF]DQ\SLHUZLDVWHN 3DUDPHWU\R]QDF]DQLD =Q &X )H $QDOLW\F]QDGáXJR üIDOL QP 3U GODPS\ P$ 6]F]HOLQD QP :\VRNR üSDOQLNyZ FP 3U]HSá\ZSRZLHWU]D GPPLQ 3U]HSá\ZDFHW\OHQX GPPLQ
T a b e l a I I. Zawartoæ cynku, m iedzi i ¿elaza w surowicy krwi, mg/100 cm 3 Zinc, copper and iron ontent in the serum, m g/100 cm 3 5DN Sá DV NRQ DE áR QNRZ\ MD P \X VWQ HM
* UX SD NRQ WUR OQ D 2]Q D F]DQ \ SL HU Z LD VW HN ,OR ü SUy EHN =D Z DU WR ü 0L Q =D Z DU WR ü 0D [ UHGQ LD DU\ WP H W\ F]Q D [ 2GFK\ OH QL H VWDQ GDU GRZH 6 ' ,OR ü SUy EHN =D Z DU WR ü 0L Q =D Z DU WR ü 0D [ UHGQ LD DU\W PH W\ F]Q D [ 2 GFK \O H QL H VWD QGDU GRZH 6' 7H VW 8 0D QQ D : KLW QH\C D 3R ]LR P SU DZ GRS RGR EL H VWZD S &\ QN 0L HG HO D] R ± Uy QL FH VWDW\ VW\ F]Q LH LVWRW QH S U]\ S R]L RP LH LV WR WQ R FL SOznaczenia zawartoci cynku, miedzi i ¿elaza wykonano bezporednio z fazy wodnej metod¹ absorpcyjnej spektrometrii atomowej w aparacie SOLAAR M 5 firmy Thermo Elemental USA. Parametry zastosowane do analizy wymienionych pierwiastków przedstawiono w tabeli I, wg [16].
Wyniki badañ opracowano statystycznie i umieszczono je w tabeli II.
Podano: zawartoæ minimaln¹, maksymaln¹, redni¹ arytmetyczn¹ i odchylenie standardowe. Normalnoæ rozk³adu badanych parametrów oceniono przy pomocy testu W-Shapiro-Wilka, nato-miast jednorodnoæ wariancji przy pomocy testu F-Fishera.
Ze wzglêdu na niejednorodne wariancje b¹d brak rozk³adu normalnego, do wykrycia istotnoci ró¿nic miêdzy analizowanymi grupami (próbami kontrolnymi surowicy od osób klinicznie zdro-wych a surowic¹ od chorych z rakiem jamy ustnej), u¿yto nieparametrycznego testu U-Manna-Whitneya. Przyjêto 5% b³¹d wnioskowania na istnienie istotnych statystycznie ró¿nic.
Badanie statystyczne przprowadzono w oparciu o oprogramowanie komputerowe Statistica w. 6.1. (StatSoft, Polska).
WYNIKI
Zawartoæ cynku w surowicy pacjentów z rakiem p³askonab³onkowym jamy ustnej mie-ci³a siê w przedziale od 62,61 mg/100 cm3 do 110,00 mg/100 cm3, a u osób klinicznie
zdrowych od 66,76 mg/100 cm3 do 112,20 mg/100 cm3. rednia zawartoæ tego
mikropier-wiastka u chorych z nowotworem by³a jednak wy¿sza (97,09) ni¿ w próbach kontrolnych (90,17 mg/100 cm3), a ró¿nica statystycznie nieistotna.
Poziom miedzi w surowicy osób z rakiem waha³ siê od 84,91 mg/100 cm3 do 160,77 mg/
100 cm3, a rednia zawartoæ wynosi³a 120,29 mg/100 cm3. W porównaniu z grup¹
kon-troln¹, w której rednia zawartoæ tego pierwiastka wynosi³a 89,52 mg/100 cm3,
wystêpu-j¹ca ró¿nica by³a statystycznie istotna.
Zawartoæ ¿elaza w surowicy osób chorych z nowotworem jamy ustnej mieci³y siê w zakresie od 156,52 mg/100 cm3 do 363,94 mg/100 cm3, rednio 227,92 mg/100 cm3.
Na-tomiast w surowicy grupy kontrolnej osób zdrowych redni poziom tego pierwiastka wy-nosi³ 135,13 mg/100 cm3, a wartoci waha³y siê od 98,76 mg/100 cm3 do 167,57 mg/100 cm3
(ró¿nica by³a statystycznie istotna).
DYSKUSJA
Pierwiastki ladowe niezbêdne w organizmie w odpowiednich ilociach m.in. cynk, mied i ¿elazo, wykazuj¹ wielokierunkow¹ aktywnoæ biochemiczn¹ jako stabilizatory, kataliza-tory lub elementy struktury enzymów [14].
Zmiany metaboliczne w komórkach rakowych powoduj¹ pojawienie siê w krwi, w po-nadnormatywnych ilociach, b¹d to substancji wytwarzanych w warunkach fizjologicz-nych lub te¿ takich, które nie powstawa³y wczeniej w organizmie. Zawartoci w surowicy krwi mikroelementów o ustalonych normach biochemicznych (np. Zn, Cu i Fe) oraz wza-jemne ich proporcje zmieniaj¹ siê tak¿e czêsto w sposób charakterystyczny, zale¿ny od typu nowotworu [2, 3, 7, 9, 12, 13].
Zauwa¿ono, ¿e poziom cynku w surowicy krwi osób z nowotworem mo¿e ró¿niæ siê od prawid³owej wartoci fizjologicznej, która powinna mieciæ siê w granicach 50-150 mg/ 100 cm3 [14]. W przypadku zmian nowotworowych w przewodzie pokarmowym
ni¿szy w porównaniu z iloci¹ tego mikropierwiastka w surowicy grupy kontrolnej. Obni-¿on¹ zawartoæ cynku w surowicy krwi stwierdzono równie¿ u chorych z nowotworem g³owy i szyi [2] oraz ze zmianami nowotworowymi w postaci guzów [7].
Jayadeep i wsp. [6] stwierdzili ni¿szy (w porównaniu z próbami kontrolnymi) poziom
cynku w surowicy osób, u których wystêpowa³ rak komórek nab³onka wielowarstwowego jamy ustnej. Natomiast w przeprowadzonych badaniach, surowica zawiera³a wiêksze ilo-ci tego mikropierwiastka ni¿ próby kontrolne, ale ró¿nica by³a statystycznie nieistotna.
Wa¿nym dla organizmu mikroelementem jest mied, która wchodzi w sk³ad wielu enzy-mów, w tym dysmutazy ponadtlenkowej. Enzym ten bierze udzia³ w metabolizmie wol-nych rodników odgrywaj¹cych podstawow¹ rolê w procesach degradacji komórek. Zawar-toæ miedzi w surowicy krwi osób z rozwiniêtym procesem nowotworowym czêsto odbie-ga³a od normy biochemicznej. Podwy¿szon¹ zawartoæ, w porównaniu z kontrol¹, stwier-dzono w surowicy chorych z nowotworem przewodu pokarmowego [5] oraz w raku jajni-ka, rednio 147,072 mg/100 cm3 [12]. W eksperymentalnym raku w¹troby [3] oraz raku
nab³onka wielowarstwowego jamy ustnej [6] poziom miedzi równie¿ by³ wy¿szy ni¿ w próbach kontrolnych. Podobnie, surowica, pochodz¹ca od osób z rakiem p³askonab³on-kowym ró¿nych czêci jamy ustnej, zawiera³a wy¿sze od prób kontrolnych iloci miedzi.
Milde i wsp. [13] wykazali natomiast, ¿e u chorych z rakiem odbytu nie wystêpuj¹
istot-ne ró¿nice zawartoci tego pierwiastka.
Stwierdzono, ¿e proces nowotworowy rozwijaj¹cy siê w organizmie mo¿e zmieniaæ stosunek ilociowy miedzi i cynku w surowicy krwi, zwykle stosunek Cu/Zn > 1,0. W przypadku raka nab³onka wielowarstwowego jamy ustnej, raka jelita, macicy, odbytu czy innych zmian nowotworowych w organizmie, stosunek ten by³ wiêkszy w porównaniu z próbami kontrolnymi [6, 7, 9, 10, 12, 20], podobnie jak obliczony na podstawie otrzyma-nych wyników badañ (Cu/Zn = 1,24).
Rola ¿elaza w procesach fizjologicznych i biochemicznych organizmu cz³owieka jest wieloraka. Przewa¿aj¹ca czêæ ogólnej puli tego pierwiastka w ustroju wystêpuje w meta-bolicznie aktywnych zwi¹zkach w formie zwi¹zanej w postaci kompleksu z bia³kami, a tylko mniej ni¿ 1% wchodzi w sk³ad enzymów tkankowych.
W surowicy pacjentów ze zmianami nowotworowymi w organizmie wystêpowa³y ró¿-ne zawartoci ¿elaza w stosunku do normy biochemiczró¿-nej (wg [14] od 60-175 µg/100 cm3). Podwy¿szone zawartoci tego pierwiastka, rednio 289,0 mg/100 cm3, stwierdzi³ Mil-de i wsp. [13] u pacjentów z nowotworem odbytu. Surowica pochodz¹ca od osób
z nowotworem jamy ustnej zawiera³a iloci ¿elaza nie odbiegaj¹ce od poziomu fizjologicz-nego [1, 4, 17]. Ni¿sze zawartoci w porównaniu z próbami kontrolnymi stwierdzono w surowicy chorych z rakiem krtani i w zw³óknieniu podluzówkowym jamy ustnej [18, 19].
Surowica badana, od chorych z rakiem p³askonab³onkowym jamy ustnej, zawiera³a istot-nie wy¿sze od prób kontrolnych poziomy ¿elaza.
WNIOSKI
1. Oznaczone iloci cynku, miedzi i ¿elaza w surowicy osób z rakiem p³askonab³onko-wym ró¿nych czêci jamy ustnej by³y wy¿sze w porównaniu z próbami kontrolnymi, ale ró¿nice statystycznie istotne stwierdzono tylko dla zawartoci miedzi i ¿elaza.
2. Okrelenie stosunku poziomu miedzi do zawartoci cynku w surowicy krwi mo¿e s³u¿yæ do potwierdzenia rozwoju procesu nowotworowego w organizmie (Cu/Zn > 1,0).
3. Oznaczanie zawartoci niektórych mikroelementów w surowicy krwi, m.in. Zn, Cu i Zn, pierwiastków o ustalonych normach biochemicznych, mo¿e byæ pomocne i mo¿e zostaæ wykorzystane, obok innych markerów nowotworowych, do bardziej precyzyjnego okrelenia diagnozy choroby nowotworowej.
J. B ³ o n i a r z, M. R a h n a m a, S. Z a r ê b a, W. w i ¹ t k o w s k i
THE INFLUENCE OF CARCINOGENESIS IN THE ORAL CAVITY ON THE LEVEL OF ZINC, COPPER AND IRON IN SERUM
Summary
The samples of serum blood origining from the persons with squamous cell carcinoma of various parts of oral cavity (carcinoma planoepitheliale spinocellulare: mucosae buccae, fundi oris, linguae, palati molli) were analyzed for presence of some microelements (zinc, copper and iron) using the AAS method.
The findings were compared to amounts of these elements in serum of healthy persons (control samples).
Significant differences among groups (with cancer and control) were qualified using unparame-ter U-Mann Whitney test. The mean contents the all of analysed microelements in serum of persons with cancer were higher as compared with controls but statistically significant differences were only in case of copper and iron.
PIMIENNICTWO
1. Bhattathiri V.N.: Relation of erythrocyte and iron indices to oral cancer growth. Radiother. Oncol. 2001, 59, 221-226.
2. Doerr T.D., Prasad A.S., Marks S.C. et al.: Zinc deficiency in head and neck cancer patients. J. Am. Coll. Nutr. 1997, 16, 395-396.
3. Eagon P.K., Teepe A.G., Elm M.S. et al.: Hepatic hyperplasia and cancer in rats: alterations in copper metabolism. Carcinogenesis 1999, 20, 1091-1096.
4. Forrer R., Gautschi K., Lutz H.: Simultaneous measurement of the trace elements Al, As, B, Be, Cd, Co, Cu, Fe, Li, Mn, Mo, Ni, Rb, Se, Sr, and Zn in human serum and their reference ranges by ICP-MS. Biol. Trace Elem. Res. 2001, 80, 77-93.
5. Iodice P., Federico A., Federico P. et al.: Does polychemotherapy with 5-fluorouracil, methotrexa-te, and L-folinic acid influence the selenium, zinc, and copper serum levels in cancer of digestive tract? J. Trace Elem. Exp. Med. 2001, 14, 73-79.
6. Jayadeep A., Raveendran P. K., Kannan S. et al.: Serum levels of copper, zinc, iron, and cerupla-smin in oral leukoplakia and squamous cell carcinoma. J. Exp. Clin. Cancer Res. 1997, 16, 295-300.
7. Jia Z.G.: Analysis of serum levels of selenium, zinc, and copper in 132 patients with malignant tumors. Zhonghua Yu Fang Yi Xue Za Zhi 1991, 25, 205-207.
8. Krajewska B., Lutz W., Pilacik B.: Determination of blood serum oncoprotein NEU and antionco-protein p-53-molecular biomarkers in various types of occupational exposure. Int. J. Occup. Med. Environ. Health 1998, 11, 343-348.
9. Kuo H.W., Chen S.F., Wu C.C. et al.: Serum and tissue trace elements in patients with breast cancer in Taiwan. Biol. Trace Elem. Res. 2002, 89, 1-11.
10. Liu X.G.: Serum and tissue copper, zinc and selenium levels in patients with gastric carcinoma. Zhonghua Zhong Liu Za, Zhi. 1991, 13, 93-96.
11. Madej J.: Etiologia i patogeneza nowotworów. Wydawnictwo a-medica press, Bielsko Bia³a 1996. 12. Marinov B., Tsachev K., Doganov N. et al.: The copper concentration in the blood serum of women
with ovarian tumors (a preliminary report). Akush. Ginekol. (Sofiia) 2000, 39, 36-37.
13. Milde D., Novak O., Stu¿ka V. et al.: Serum levels of selenium, manganese, copper, and iron in colorectal cancer patients. Biol. Trace Elem. Res. 2001, 79, 107-114.
14. Murray R.K., Granner D.K., Mayes P.A., Radwell V.W.: Biochemia Harpera, PZWL, Warszawa 1994, 824-841.
15. Oyama T., Kawamoto T., Matsuno K. et al.: A case-case study comparing the usefulness of serum trace elements (Cu, Zn and Se) and tumor markers (CEA, SCC and SLX) in non-small cell lung cancer patients. Anticancer Res. 2003, 23(1B), 605-612.
16. Pinta M.: Absorpcyjna spektrometria atomowa, zastosowanie w analizie chemicznej. PWN, War-szawa 1997.
17. Rahil-Khazen R., Bolann B.J., Ulvik R.J.: Trace element reference values in serum determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. Clin. Chem. Lab. Med. 2000, 38, 765-772.
18. Rajendran R., Vasudevan D.M., Vijayakumar T.: Serum levels of iron and proteins in oral submu-cous fibrosis (OSMF). Ann. Dent. 1990, 49, 23-25, 45.
19. Rostkowska-Nadolska B., Pospiech L., Bochnia M.: Content of trace elements in serum of patients with carcinoma of the larynx. Arch. Immunol. Ther. Exp. (Warsz.) 1999, 47, 321-325.
20. Zhao W.X., Shi T.X., Gao X.P. et al.: Association of p53, PCNA expression and trace element content in esophageal mucosa. Ai Zheng 2002, 21, 757-760.
