prace oryginalne
paula Kostecka-Sochoń
a–c, e, F, ewa Dąbrowska
a, D, FWpływ kadmu i/lub cynku
na wybrane enzymatyczne parametry
bariery antyoksydacyjnej
w śliniance podjęzykowej szczura
The Impact of Cadmium and/or Zinc on Specific Enzymatic Parameters
of the Antioxidative Barrier in Sublingual Gland in Rat
Zakład Stomatologii Społecznej i profilaktyki Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku, Białystok, polska
A – koncepcja i projekt badania; B – gromadzenie i/lub zestawianie danych; C – opracowanie statystyczne; D – interpretacja danych; E – przygotowanie tekstu; F – zebranie piśmiennictwa
Streszczenie
Wprowadzenie. Kadm należy do głównych czynników skażenia środowiska zarówno dla populacji ogólnej, jak
i zawodowej. Jest pierwiastkiem toksycznym, który kumuluje się w organizmie, zaburzając czynności wielu ukła-dów i narząukła-dów z powodu stresu oksydacyjnego wywołanego jego działaniem. Za utrzymanie równowagi oksyda-cyjno-redukcyjnej podczas wydzielania wolnych rodników pod wpływem kadmu i innych metali ciężkich odpowia-dają antyoksydacyjne systemy enzymatyczne i nieenzymatyczne z udziałem wybranych biopierwiastków. Z punktu widzenia stomatologa na szczególną uwagę zasługuje prooksydacyjne działanie kadmu w śliniance podjęzykowej przy środowiskowym narażeniu na ten metal. cynk jest biopierwiastkiem, któremu przypisuje się rolę antyoksy-danta w barierze antyoksydacyjnej. Jest kofaktorem wielu enzymów, w tym dysmutazy ponadtlenkowej.
Cel pracy. ocena wybranych enzymatycznych wskaźników bariery antyoksydacyjnej: dysmutazy ponadtlenkowej
(SoD), katalazy (caT) i peroksydazy glutationowej (gpx) w śliniance podjęzykowej szczurów eksponowanych na kadm i/lub cynk.
Materiał i metody. Materiał biologiczny pochodził od 72 zwierząt, którym podawano chlorek kadmu i/lub chlorek
cynku w stężeniu 5 i 50 mg cd/dm3 oraz 30 i 60 mg Zn/dm3 w postaci wodnych roztworów przez 12 miesięcy. ocenę aktywności SoD, caT i gpx przeprowadzono po zhomogenizowaniu tkanki ślinianek podjęzykowych za pomocą gotowych zestawów diagnostycznych.
Wyniki. Wykazano, że kadm zmniejszał aktywność SoD i gpx w zależności od jego stężenia, a cynk tylko w
nie-których układach z kadmem zapobiegał obniżeniu SoD i caT w tkance ślinianki podjęzykowej.
Wnioski. Zmiany w aktywności badanych wskaźników bariery antyoksydacyjnej mogą sugerować zaburzenia
równowagi oksydacyjno-redukcyjnej w tkance ślinianki podjęzykowej szczurów narażonych na kadm i/lub cynk (Dent. Med. Probl. 2013, 50, 3, 282–290).
Słowa kluczowe: kadm, cynk, bariera anytyoksydacyjna, ślinianka podjęzykowa, szczur.
Abstract
Background. cadmium is one of the chief pollutants in both general and professional environment. it is a toxic
element that accumulates in the organism, disrupting the functioning of a number of systems and organs due to oxidative stress arising from cadmium activity. Maintaining the oxidoreductive balance during the generation of free radicals under the influence of cadmium and other heavy metals is the responsibility of enzymatic and non-enzymatic antioxidative systems, with the participation of specific bioelements. From the dentist’s perspective, par-ticular attention should be given to pro-oxidative activity of cadmium in the sublingual gland in the environmental
Dent. Med. probl. 2013, 50, 3, 282–290
iSSn 1644-387X © copyright by Wroclaw Medical University and polish Dental Society
ostatnie lata są okresem intensywnych ba-dań nad metaboliczną rolą tlenu. od dawna opi-sywano jego negatywny wpływ na organizm, do-piero badania z ostatnich lat pozwoliły jednak poznać mechanizmy jego toksyczności. Udowod-niono, że cząsteczka tlenu może ulegać zarów-no pełnej redukcji do cząsteczki wody, jak i stop-niowej, w etapach jednoelektronowych. W wyni-ku tych procesów powstają reaktywne formy tlenu (rFT) [1]. Zwiększenie stężenia reaktywnych form tlenu określa się jako stres oksydacyjny, który le-ży u podłoża wielu chorób ogólnoustrojowych, ta-kich jak cukrzyca, miażdżyca, choroby nowotwo-rowe oraz przyczynia się również do niekorzyst-nych zmian w środowisku jamy ustnej [1–3].
W stomatologii stres oksydacyjny jest uwa-żany za przyczynę chorób przyzębia, stanów za-palnych dziąseł i kości, nowotworów jamy ustnej, kserostomii, zespołu Sjögrena, chorób związanych z niedoborem witaminy D, c i e, tworzenia płytki nazębnej lub powstawania zmian okołowierzchoł-kowych [4–6].
Kadm należy do pierwiastków toksycznych, który kumuluje się w organizmie w ciągu całego życia, zaburzając czynności wielu układów i na-rządów. Bardzo ważnym mechanizmem toksycz-nego działania kadmu jest uszkadzanie barie-ry antyoksydacyjnej organizmu. Wykazano, że kadm powodując zwiększenie wytwarzania wol-nych rodników ponadtlenkowych poprzez pe-roksydację fosfolipidów, błon komórkowych lizo-somów, siateczki endoplazmatycznej, mitochon-driów i jądra komórkowego [7, 8], indukuje stres oksydacyjny w różnych narządach [9, 10]. Jedno-cześnie hamuje aktywność enzymów bariery an-tyoksydacyjnej (SoD, gpx, caT) na drodze inter-akcji z metalami będącymi w ich centrum aktyw-nym (Zn, cu, Fe) [11–13].
cynk jest biopierwiastkiem niezbędnym do prawidłowego przebiegu wielu procesów
metabo-licznych w organizmie. Jedną z najważniejszych funkcji cynku w organizmie jest jego działanie antyoksydacyjne. chociaż mechanizm tego dzia-łania nie został jeszcze w pełni wyjaśniony, wia-domo, że niedobór cynku nasila uszkodzenia ko-mórek powodowane przez reaktywne formy tle-nu [12]. oczekuje się, że suplementacja cynkiem może łagodzić prooksydacyjne działanie kadmu.
Ślinianki są ważnym elementem narządu żu-cia. ich prawidłowa funkcja, polegająca na wytwa-rzaniu śliny, wpływa na ekologię i zdrowie jamy ustnej. głównym źródłem narażenia środowisko-wego na kadm jest palenie tytoniu, dlatego oce-na statusu oksydacyjno-redukcyjnego w tkankach dużych gruczołów ślinowych przy narażeniu na kadm znajduje swoje uzasadnienie, zwłaszcza że doniesień naukowych na ten temat jest niewiele.
celem pracy była ocena aktywności wybranych enzymów bariery antyoksydacyjnej: dysmutazy po-nadtlenkowej (SoD), katalazy (caT) i peroksyda-zy glutationowej (gpx) w śliniance podjęperoksyda-zykowej szczurów eksponowanych na kadm i/lub cynk.
Materiał i metody
Badania przeprowadzono na 72 szczurach, samcach szczepu Wistar o początkowej masie ciała około 220 g. Zwierzęta pochodziły z hodowli włas-nej Zakładu Toksykologii UMWB, w którym prze-prowadzono doświadczenie i pobrano materiał do badań. W czasie doświadczenia szczury przebywa-ły w klatce ze stali nierdzewnej w standardowych warunkach hodowlanych (temperatura 22 ± 2°c, wilgotność względna: 50 ± 10%, 12 godzinny cykl dobowy). Zwierzętom zapewniono nieograniczo-ny dostęp do wody pitnej i standardowej diety ty-pu lSM. na przeprowadzenie badań uzyskano zgo-dę lokalnej Komisji etycznej ds. Doświadczeń na Zwierzętach w Białymstoku (nr 3/2004).
exposure to this metal. Zinc is a bioelement that is attributed the antioxidant’s role in the antioxidative barrier. it is the co-factor of a number of enzymes, including superoxide dismutase.
Objectives. The objective of this paper is to assess the specific enzymatic parameters of the antioxidative barrier:
superoxide dismutase (SoD), catalase (caT) and glutathione peroxidase (gpx) in the sublingual gland of rats exposed to cadmium and/or zinc.
Materials and Methods. The biological material was collected from 72 animals who were administered cadmium
chloride and/or zinc chloride in the concentration of 5 and 50 mg cd/dm3, and 30 and 60 mg Zn/dm3 in the form of aqueous solutions for 12 months. The activity of SoD, caT and gpx was assessed after homogenizing the tissue of sublingual glands using standard diagnostic kits.
Results. The conducted analysis has revealed that cadmium reduced the activity of SoD and gpx depending on
its concentration, while zinc prevented the reduction of SoD and gpx in the sublingual gland tissue only in some combination with cadmium.
Conclusions. The changes in the activity of analyzed antioxidative barrier indicators may suggest a disruption of
the oxidoreductive balance in the sublingual gland tissue of rats exposed to cadmium and/or zinc (Dent. Med.
Probl. 2013, 50, 3, 282–290).
Zwierzęta podzielono losowo na 9 grup po 8 osobników każda: grupa 1 – kontrolna, przez ca-ły okres doświadczenia otrzymywała do picia wo-dę redestylowaną; grupa 2 – otrzymywała do pi-cia roztwór Zncl2 o stężeniu 30 mg Zn/dm3; grupa
3 – otrzymywała do picia roztwór Zncl2 o
stęże-niu 60 mg Zn/dm3; grupa 4 – otrzymywała do
pi-cia roztwór cdcl2 o stężeniu 5 mg cd/dm3; grupa
5 – otrzymywała do picia łącznie roztwór cdcl2
o stężeniu 5 mg cd/dm3 i roztwór Zncl
2 o
stęże-niu 30 mg Zn/dm3; grupa 6 – otrzymywała do
pi-cia łącznie roztwór cdcl2 o stężeniu 5 mg cd/dm3
i roztwór Zncl2 o stężeniu 60 mg Zn/dm3; grupa 7
– otrzymywała do picia roztwór cdcl2 o stężeniu
50 mg cd/dm3; grupa 8 – otrzymywała do picia
łącznie roztwór cdcl2 o stężeniu 50 mg cd/dm3
i roztwór Zncl2 o stężeniu 30 mg Zn/dm3; grupa
9 – otrzymywała do picia łącznie roztwór cdcl2
o stężeniu 50 mg cd/dm3 i roztwór Zncl
2 o
stęże-niu 60 mg Zn/dm3.
Wodne roztwory zawierające Zncl2 (Merck,
niemcy) i/lub cdcl2 (poch, gliwice, polska)
po-dawano zwierzętom w stężeniu 5 i 50 mg cd/dm3
oraz 30 i 60 mg Zn/dm3 w postaci wodnych
roz-tworów przez 12 miesięcy. W grupie 2 i 3 zwie-rzęta otrzymywały rozdzielnie użyte stężenia cyn-ku, a w grupie 4 i 5 odpowiednio różne stężenia kadmu. W grupach 6–9 podawano łącznie cdcl2
i Zncl2 w postaci mieszaniny w odpowiednich
stę-żeniach. W czasie podawania wodnych roztworów metali rozdzielnie lub łącznie (mieszaniny) nie ob-serwowano żadnego osadu ani zmętnienia roztwo-ru. Użyte stężenia wybrano na podstawie danych literaturowych [14, 15]. Stężenie 5 mg cd/dm3
od-powiada narażeniu środowiskowemu, a 50 mg cd/dm3 narażeniu zawodowemu. Mniejsza
daw-ka cynku uznana za bezpieczną jest stosowana ja-ko suplement diety, większa natomiast odpowia-da odpowia-dawce terapeutycznej. przez cały okres ekspe-rymentu kontrolowano dobowe spożycie płynów w każdej grupie i na tej podstawie oszacowano pobranie cynku i kadmu w poszczególnych gru-pach zwierząt. Zostało to przedstawione i opisane przez zespół Brzóska et al. w pracy, która zawie-ra powyższe dane w postaci tabel i opisu dobowe-go spożycia wody i zastosowanych w doświadcze-niu metali [16]. po zakończedoświadcze-niu doświadczenia od zwierząt w głębokiej narkozie wywołanej Vet-butalem® (30 mg/kg masy ciała, Biowet, polska),
zgodnie z zaleceniami lokalnej Komisji etycznej ds. Doświadczeń na Zwierzętach pobrano ślinian-ki. Szczury skrwawiano, pobierając krew z serca, a następnie pobrano do badań ślinianki podjęzy-kowe. Wypreparowane ślinianki przechowywano w temperaturze –80oc. po rozmrożeniu,
ślinian-ki ważono i homogenizowano w 0,1 M buforze fosforanowo-sodowym o pH 7,4 w stosunku 1:4.
Zhomogenizowane tkanki wirowano w tempera-turze 4oc z prędkością 14000 obrotów/min przez
10 minut. Uzyskany supernatant wykorzystano do oznaczenia aktywności: dysmutazy ponadtlenko-wej (SoD) za pomocą zestawu Firmy Superoxi-de Dismutase assay Kit firmy cayman; katala-zy (caT) metodą spektrofotometryczną wg aebi oraz peroksydazy glutationowej (gpx) za pomo-cą zestawu Bioxytech®gpx– 340TM firmy
oxisre-searchTM. Stężenia badanych enzymów oznaczano
w postaci mU/mg białka według instrukcji pro-ducentów. Badania laboratoryjne przeprowadzo-no w Zakładzie Toksykologii akademii Medycz-nej w Białymstoku.
Uzyskane wyniki poddano analizie statystycz-nej za pomocą jednoczynnikowej analizy wariancji anova z zastosowaniem testu post-hock Duncana. przeprowadzono ponadto analizę korelacji Spear-mana. różnice między grupami i korelacje między zmiennymi uznano za istotne statystycznie przy p < 0,05. obliczenia statystyczne wykonano z uży-ciem programu komputerowego Statistica 10.0.
Wyniki
Wpływ Zn na enzymatyczną barierę antyok-sydacyjną w śliniance podjęzykowej szczurów na-rażanych na kadm i/lub cynk przedstawiono w ta-beli 1 oraz na rycinach 1–3.
ocenę aktywności SoD w śliniance podjęzy-kowej szczurów narażanych na kadm i/lub cynk przedstawiono na rycinie 1.
Stężenie SoD w śliniance podjęzykowej szczu-rów kontrolnych wynosiło 4,486 ± 0,561 U/mg biał-ka. podawanie zwierzętom samego cynku w obu stężeniach nie wpłynęło na aktywność enzymu w badanej tkance. narażanie szczurów na 5 lub 50 mg cd/dm3 prowadziło do istotnego
statystycz-nie zmstatystycz-niejszenia aktywności SoD odpowiednio o 26 i 33% w stosunku do grupy kontrolnej. W gru-pie szczurów, którym przez cały okres ekspozycji na 5 mg cd/dm3 podawano 60 mg Zn/dm3 stężenie
SoD było większe o 34% w stosunku do grupy rząt, którym nie podawano cynku. W grupie zwie-rząt, którym przez cały okres ekspozycji na kadm w stężeniu 50 mg/dm3 podawano 30 lub 60 mg
Zn/dm3 stężenie SoD było mniejsze odpowiednio
o 28 i 25% w stosunku do grupy kontrolnej. ocenę aktywności caT w śliniance podjęzy-kowej szczurów narażanych na kadm i/lub cynk przedstawiono na rycinie 2.
aktywność caT w śliniance podjęzykowej szczurów kontrolnych wynosiła 0,384 ± 0,049 mU/mg białka. podawanie szczurom cynku jedynie w stę-żeniu 60 mg Zn/dm3 prowadziło do 2,1-krotnego
Ryc. 1. ocena aktywności SoD w śliniance podjęzykowej szczurów narażonych na kadm i/lub cynk
Wartości przedstawiają średnie arytmetyczne ± SeM. różnice uznano za istotne statystycznie przy p < 0,05 (anova test post hoc Duncana), gdzie *p < 0,05; †p < 0,01; ‡p < 0,001 względem akontroli, b30 mg Zn/dm3, d5 mg cd/dm3, f5 mg cd/dm3 + 60 mg Zn/dm3
Fig. 1. assessment of SoD activity in sublingual gland of rats exposed to cadmium and/or zinc
The values are expressed as arithmetic means ± SeM. The differences were considered statistically significant at p < 0.05 (anova Duncan’s post-hoc test), where *p < 0.05; †p < 0.01; ‡p < 0.001 against acontrol, b30 mg Zn/dm3, d5 mg cd/dm3, f5 mg cd/dm3 + 60 mg Zn/dm3
Ryc. 2. ocena aktywności caT w śliniance podjęzykowej szczurów narażonych na kadm i/lub cynk
Wartości przedstawiają średnie arytmetyczne ± SeM. różnice uznano za istotne statystycznie przy p < 0,05 (anova test post hoc Duncana), gdzie *p < 0,05; †p < 0,01; ‡p < 0,001 względem akontroli, b30 mg Zn/dm3, c60 mg Zn/dm3
Fig. 2. assessment of caT activity in sublingual gland of rats exposed to cadmium and/or zinc
The values are expressed as arithmetic means ± SeM. The differences were considered statistically significant at p < 0.05 (anova Duncan’s post-hoc test), where *p < 0.05; †p < 0.01; ‡p < 0.001 against acontrol, b30 mg Zn/dm3, c60 mg Zn/dm3
tkance w stosunku do grupy kontrolnej. Sam kadm oraz jednoczesne podawanie zwierzętom kadmu i cynku, w obu stężeniach, nie miało natomiast wpły-wu na aktywność katalazy w śliniance podjęzykowej.
ocenę aktywności gpx w śliniance podjęzy-kowej szczurów narażanych na cd i/lub Zn przed-stawiono na ryc. 3.
Stężenie gpx w śliniance podjęzykowej szczurów z grupy kontrolnej wynosiło 3,352 ± 0,518 mU/mg białka. podawanie cynku w obu stężeniach prowa-dziło do istotnego wzrostu aktywności gpx w ba-danej tkance odpowiednio o 52% u szczurów otrzy-mujących 30 mg Zn/dm3 i o 49% u otrzymujących
60 mg Zn/dm3 w stosunku do grupy kontrolnej.
na-rażanie szczurów na 5 lub 50 mg cd/dm3 prowadziło
do znacznego zmniejszenia aktywności gpx odpo-wiednio o 39 i 38% w stosunku do grupy kontrolnej. W grupach zwierząt, którym przez cały okres ekspo-zycji na kadm w obu stężeniach podawano 30 i/lub 60 mg Zn/dm3 aktywność gpx wykazywała
tenden-cję wzrostową w stosunku do tych, którym nie poda-wano cynku podczas narażenia na kadm. nie były to jednak różnice istotne statystycznie.
Omówienie
przedyskutowanie powyższych wyników jest utrudnione ze względu na niewielką liczbę donie-sień dotyczących procesów
oksydacyjno-reduk-cyjnych w śliniankach podczas narażenia na me-tale ciężkie, szczególnie na kadm. Toksyczny wpływ kadmu na tkanki zwierząt i ludzi jest sze-roko opisywany. Szczególnie dotyczy wątroby, ne-rek, mózgu i kości [14, 17]. Zainteresowanie nad wpływem kadmu na status oksydacyjno-reduk-cyjny zapoczątkowało tę tematykę badań, zwłasz-cza że są one ważne z punktu widzenia stomatolo-gii, ponieważ dotyczą właściwego funkconowania narządu żucia [18, 19].
Jednym z mechanizmów toksycznego dzia-łania kadmu jest zdolność do interakcji z jonami cynku, żelaza, miedzi, wapnia, magnezu oraz sele-nu, co sprawia, że kadm może zaburzać skutecznie szlaki metaboliczne i przyczynić się do powstania zmian zarówno czynnościowych, jak i morfolo-gicznych komórek i całych narządów [20–23]. Jest to spowodowane wypieraniem z centrów aktyw-nych enzymów jonów inaktyw-nych metali przez kadm. Kadm wnikając do organizmu, wpływa na dystry-bucję i homeostazę biopierwiastków, takich jak: cynk, miedź i żelazo. interakcje między wymienio-nymi metalami mogą zachodzić na poziomie ab-sorpcji, transportu do tkanek, komórek i struktur wewnątrzkomórkowych, dystrybucji oraz wydala-nia. Kadm ma również zdolność do wchodzenia w reakcję z grupami sulfyhydrolowymi białek, po-wodując inaktywację zbudowanych z nich enzy-mów cytozolowych i mitochondrialnych [15, 24].
Ryc. 3. ocena aktywności gpx w śliniance podjęzykowej szczurów narażonych na kadm i/lub cynk
Wartości przedstawiają średnie arytmetyczne ± SeM. różnice uznano za istotne statystycznie przy p < 0,05 (anova test post hoc Duncana), gdzie *p < 0,05; †p < 0,01; ‡p < 0,001 względem akontroli, b30 mg Zn/dm3, c60 mg Zn/dm3
Fig. 3. assessment of gpx activity in sublingual gland of rats exposed to cadmium and/or zinc
The values are expressed as arithmetic means ± SeM. The differences were considered statistically significant at p < 0.05 (anova Duncan’s post-hoc test), where *p < 0.05; †p < 0.01; ‡p < 0.001 against acontrol, b30 mg Zn/dm3, c60 mg Zn/dm3
Mechanizm interakcji z innymi metalami polega głównie na konkurencji o miejsca wiązania. Doty-czy to jonów cynku (Zn) z dysmutazy ponadtlen-kowej (SoD), jonów żelaza (Fe) z katalazy, jonów selenu (Se) z peroksydazy glutationowej [25]. in-terakcje między metalami wpływają na absorp-cję, kumulację i toksyczne działanie kadmu w sy-tuacjach niedoboru cynku [26], miedzi [27] i że-laza [15, 28]. Wykazano również, że narażenie na kadm prowadzi do peroksydacji lipidów błon ko-mórkowych, zwiększając procesy prooksydacyjne i tym samym prozapalne z udziałem nienasyconych kwasów tłuszczowych w tym kwasu arachidynowe-go [29]. Z kolei suplementacja diety biopierwiastka-mi może doprowadzić do ograniczenia wychwytu i kumulacji metali toksycznych, co w konsekwencji może osłabić ich toksyczne działanie. najlepszym przykładem może być cynk, który wykazuje dzia-łanie ochronne komórek i tkanek oraz osłabia tok-syczne oddziaływanie kadmu i ołowiu [15, 28, 30]. Dysmutaza ponadtlenkowa (SoD) jest waż-nym enzymem antyoksydacyjważ-nym w ocenie sta-tusu oksydacyjno-redukcyjnego tkanek podczas narażenia na metale ciężkie. W przeprowadzo-nych badaniach narażenie na kadm prowadziło do zmniejszenia aktywności SoD w tkance ślinianki podjęzykowej i zależało od jego stężenia. potwier-dza to prooksydacyjne działanie kadmu w tym gruczole, które zostało przedstawione również dla krwi, wątroby i nerek przez Kulikowską-Karpiń-ską [15]. autorka stosując te same dawki kadmu, uzyskała również zmniejszenie aktywności SoD we krwi oraz wątrobie. Może się to wiązać z in-terakcją kadmu z cynkiem, który jest kofaktorem SoD lub obniżeniem stężenia cynku potrzebne-go do zwiększonepotrzebne-go wytworzenia metalotioneiny (MT, białka wiążącego metale), w odpowiedzi na kumulację kadmu w narządzie. Zjawisko depo-nowania kadmu w śliniance podżuchwowej w za-leżności od dawki i czasu narażenia opisano we wcześniejszych badaniach własnych [18]. Dotyczy to również badanej ślinianki podjęzykowej (wyni-ki niepublikowane). W badaniach Dąbrows(wyni-kiej et al. [31] w tkance ślinianki podżuchwowej stwier-dzono właśnie zwiększenie stężenia MT w odpo-wiedzi na ilość deponowanego kadmu. Dowodzi to, że podobnie jak wątroba lub nerki, również śli-nianki regulują metabolizm kadmu w organizmie na drodze wytwarzania metalotionein. podawanie samego cynku nie wpłynęło na aktywność SoD w tkance badanej ślinianki podjęzykowej. Tylko w układzie ekspozycji zwierząt na cynk w więk-szym stężeniu przy mniejwięk-szym narażeniu na kadm uzyskano natomiast zwiększenie aktywno-ści SoD, co oznacza ochronną rolę cynku w wyż-szych dawkach. Może to wskazywać na mniejszą konkurencyjność kadmu przy stężeniu 5 mg
wo-bec cynku, który jest kofaktorem dysmutazy po-nadtlenkowej regulującym jej aktywność. Kamec-ka-Białowarczuk [19] w identycznym modelu do-świadczalnym uzyskała podobny kierunek badań. Według autorki suplementacja cynkiem podczas narażenia na kadm powodowała ochronną rolę tylko w odniesieniu do niektórych elementów ba-danego układu.
peroksydaza glutationowa (gpx) jest kolejnym enzymem, którego aktywność zapobiega stanom zapalnym wywołanym przez wolne rodniki. na-rażenie zwierząt na kadm wykazało dla obu stę-żeń tego metalu znaczne zmniejszenie aktywności gpx. Może to wynikać z konkurencyjności kad-mu wobec selenu, który reguluje aktywnością tego enzymu. Taką zbieżność wykazała w swoich ba-daniach nad ślinianką podżuchwową Kamecka- -Białowarczuk [19], ale tylko dla dużego stężenia kadmu. odwrotną zależność między powyższymi wynikami wykazała Kulikowska-Karpińska [15]. W badanej wątrobie, krwi i najwyraźniej w nerce wartości stężenia gpx przy wyższym stężeniu kad-mu były większe niż w grupie kontrolnej. Ta roz-bieżność może wynikać z różnych funkcji bada-nych narządów lub też krótszego czasu ekspozycji na kadm. podobnie duże zwiększenie aktywności gpx w śliniance podjęzykowej autorzy otrzyma-li, podając zwierzętom sam cynk. cynk zwiększał aktywność gpx prawie dwukrotnie w stosunku do grupy kontrolnej. potwierdza to rolę cynku jako antyoksydanta oraz wskazuje na zasadność miej-scowego stosowania preparatów do higieny ja-my ustnej zawierających cynk. Jednoczesne po-danie cynku i kadmu wykazało jedynie tendencję do zwiększenia aktywności gpx w śliniance pod-językowej. Może się to wiązać z wykorzystaniem cynku do budowy metalotioneiny, której ilość w intoksykacji kadmem wzrasta. Taką tendencję zależności między kadmem, cynkiem i metalotio-neiną uzyskano we wcześniejszych badaniach dla ślinianki podżuchwowej szczura w tym samym układzie doświadczalnym [31].
aktywność katalazy (caT) w różnych tkan-kach jest inna. największa dotyczy wątroby, nerek, erytrocytów i błon śluzowych [32–34]. Funkcje, jakie spełnia katalaza, dotyczą przede wszystkim ochrony przed nadtlenkiem wodoru i produktami jego rozpadu. interpretacja aktywności caT opie-ra się na inteopie-rakcji kadmu i żelaza, które jest kofak-torem katalazy. narażenie na kadm w większym stężeniu wywołało spadek aktywności caT we krwi i wątrobie. Jedynie w nerce według przedsta-wionych dla tych narządów badań Kulikowskiej- -Karpińskiej [15] otrzymano jednocześnie zwięk-szenie aktywności caT i SoD i gpx. Być może ten proces reguluje ilość wiążącej kadm metalo-tioneiny, która jest w nerce najważniejszym
ogni-wem w metabolizmie kadmu. W badanej śliniance podjęzykowej narażenie zwierząt na kadm w obu stężeniach nie miało wpływu na aktywność kata-lazy. Może to wynikać ze specyfiki funkcji tej śli-nianki w porównaniu ze ślinianką podżuchwową. Kamecka-Białowarczuk [19], badając wpływ kad-mu na śliniankę podżuchwową szczurów przez 6 i 12 miesięcy, uzyskała zmniejszenie aktywno-ści katalazy (caT) we wszystkich badanych gru-pach. rozkład aktywności zależał jednak od daw-ki i czasu ekspozycji. W grupie zwierząt narażo-nych na kadm przez 6 miesięcy i o stężeniu 5 mg cd/dm3 aktywność katalazy (caT) spadła w
po-równaniu z grupą kontrolną. Z kolei w grupie na-rażonych na cd 50 mg cd/dm3 nastąpiło dalsze
ob-niżenie aktywności caT zarówno w stosunku do grupy kontrolnej, jak i w stosunku do grupy 5 mg cd/dm3[19]. Można przypuszczać, że w śliniance
podżuchwowej wpływ kadmu na czułość katalazy jest większy niż w podjęzykowej. Być może w każ-dej z dużych ślinianek (podżuchwowej, przyusz-nej i podjęzykowej) inaczej reagują na kadm te sa-me enzymy bariery antyoksydacyjnej. Wymaga to dalszych porównawczych badań dotyczących nie tylko aktywności wskaźników procesów oksyda-cyjno-redukcyjnych, ale i jednoczesnej
zawarto-ści metali oraz biopierwiastków w badanych tkan-kach dużych gruczołów ślinowych.
podsumowując uzyskane wyniki należy stwierdzić, że w pracy tej po raz pierwszy (brak danych w piśmiennictwie) przeprowadzono bada-nia dotyczące aktywności wybranych enzymów antyoksydacyjnych (SoD, gpx, caT) w tkance ślinianki podjęzykowej szczurów narażonych na kadm i/lub cynk. Stwierdzono, że narażenie na 5 i 50 mg cd/dm3 indukuje stres oksydacyjny w
śli-niance podjęzykowej. Kadm zmniejsza aktywność SoD i gpx, nie wpływa natomiast na aktywność caT. Uszkadzające działanie kadmu na śliniankę podjęzykową jest związane z wpływem tego meta-lu na aktywność wybranych enzymów antyoksy-dacyjnych (SoD i gpx). Suplementacja cynkiem (30 i 60 mg Zn/dm3) podczas narażenia na kadm
w istotny sposób zapobiegała zmniejszeniu aktyw-ności SoD. aktywność gpx wykazywała natomiast tendencję wzrostową, nie były to jednak różnice istotne statystycznie. Korzystny wpływ zwiększonej podaży cynku na śliniankę podjęzykową w warun-kach narażenia na kadm jest związany z wpływem tego biopierwiastka na aktywność SoD i gpx.
Wyniki badań mają istotne znaczenie po-znawcze oraz implikacje praktyczne.
przyczynia-Tabela 1. aktywność badanych enzymów SoD, caT i gpx w śliniance podjęzykowej szczura Table 1. activity of analyzed SoD, caT and gpx enzymes in sublingual gland in rat
SoD (U/mg of proteins) caT (mU/mg of proteins) gpx (mU/mg of proteins) gr. i control 4,486 ± 0,561 0,384 ± 0,049 3,352 ± 0,518 gr. ii 30 mg Zn/dm3 4,839 ± 0,35 0,491 ± 0,094 5,109 ± 0,245 aǂ gr. iii 60 mg Zn/dm3 3,975 ± 0,223 0,79 ± 0,081 aǂbᵻ 4,994 ± 0,163 aǂ gr. iV 5 mg cd/dm3 3,344 ± 0,253 a*b† 0,208 ± 0,044 bᵻcǂ 2,037 ± 0,246 aᵻbǂcǂ gr. V 5 mg cd/dm3 + 30 mg Zn/dm3 3,527 ± 0,332 b* 0,274 ± 0,08 b*cǂ 2,815 ± 0,169 bǂcǂ gr. Vi 5 mg cd/dm3 + 60 mg Zn/dm3 4,469 ± 0,409 d* 0,29 ± 0,032 b* cǂ 2,412 ± 0,267 a* bǂcǂ gr. Vii 50 mg cd/dm3 w3,018 ± 0,137 aᵻ bǂ fᵻ 0,27 ± 0,048 b* cǂ 2,094 ± 0,189 aᵻbǂcǂ gr. Viii 50 mg cd/dm3 + 30 mg Zn/dm3 3,221 ± 0,264 a*b† f* 0,311 ± 0,056 cǂ 2,701 ± 0,421 bǂcǂ gr. iX 50 mg cd/dm3 + 60 mg Zn/dm3 3,379 ± 0,278 a*bᵻ f* 0,341 ± 0,043cǂ 2,694 ± 0,171 bǂcǂ
Wartości przedstawiają średnie arytmetyczne ± SeM. różnice uznano za istotne statystycznie przy p < 0,05 (anova test post
hoc Duncana), gdzie *p < 0,05; †p < 0,01; ‡p < 0,001 względem akontroli, b30 mg Zn/dm3, c60 mg Zn/dm3, d5 mg cd/dm3, e5 mg cd/dm3 + 30 mg Zn/dm3, f5 mg cd/dm3 + 60 mg Zn/dm3, g50 mg cd/dm3, h50 mg cd/dm3 + 30 mg Zn/dm3.
The values are expressed as arithmetic means ± SeM. The differences were considered statistically significant at p < 0.05 (anova Duncan’s post-hoc test), where *p < 0.05; †p < 0.01; ‡p < 0.001 against acontrol, b30 mg Zn/dm3, c60 mg Zn/dm3, d5 mg cd/dm3, e5 mg cd/dm3 + 30 mg Zn/dm3, f5 mg cd/dm3 + 60 mg Zn/dm3, g50 mg cd/dm3, h50 mg cd/dm3 + 30 mg Zn/dm3.
ją się do lepszego zrozumienia udziału gruczołów ślinowych, w tym ślinianki podjęzykowej, w pro-cesach oksydacyjno-redukcyjnych zachodzących w jamie ustnej w warunkach chronicznej ekspo-zycji na kadm. pozwalają także wnioskować, iż
Piśmiennictwo
abraham-inpijn l.:
[1] The significance of endocrine factors and microorganisms in the adevelopment of gingivitis in pregnant women. Stomatol. 1996, 75, 15–18.
ciężka e., pioruńska-Stolzmann M., Surdacka a.:
[2] assessment of selected antioxidants in the saliva of
pre-gnant women with pgDM. Dent. Forum, 2011, 39, 31–37 [in polish]. liu J., Qu W., Kadilska M.B.:
[3] role of oxidative stress in cadmium toxicity and carcinogenesis. Toxicol. appl. pharmacol. 2009, 238, 209–2014.
Brock g.r., Butterworth c.J., Matthews J.B., chapple i.l.:
[4] local and systematic total a antioxidant capacity
in periodontitis and health. J. clin. periodontol. 2004, 31, 515–521. czeczot H., Skrzycki M.:
[5] enzymatic and non-enzymatic antioxidants of saliva a literature review. czas. Stomatol. 2003, 56, 817–823 [in polish].
Konopka T., gmyrek-Marciniak a., Kozłowski Z., Kaczmarek U., Wnukiewicz J.:
[6] antioxidative potential
of saliva with peridontitis and squamous cell carcinoma of lower oral cavity. Dent. Med. probl. 2006, 43, 354–362 [in polish].
li W., Kagan H.M., chou i.n.:
[7] alternations in cytoskeletal organization and homeostasi of cellular thiols in cadium resistant cell. Toxicol. appl. pharmacol. 1994, 126, 114–123.
Malara p., langowska-adamczyk H., Kwapuliński J., Malara B.:
[8] The impact of smoking on the presence of
cadmium and lead in dental hard tissues. czas. Stomatol. 2005, 58, 335–342 [in polish]. Brzóska M.M., rogalska J.:
[9] protective effect of zinc supplementation against cadmium-induced oxidative stress and ranK/ranKl/opg system imbalance in the bone tissue of rats. Toxicol. appl. pharmacol. 2013, 272, 208–220.
Jomova K., Valko M.:
[10] advances in metal-induced oxidative and human disease. Toxicol. 2011, 283, 65–87. Bagchi D., Vuchetich p.J., Bagchi M., Tran M.X., Krohn r.l., ray S.D., Stohs S.J.:
[11] protective effects of zinc
salts on Tpa – induced hepatic and brain lipid peroxidation, glutathione depletion, Dna damage and peritoneal macrophage activation in mice. gen. pharm. 1998, 10, 43–50.
prasad a.S., Bao B., Beck F.W.J., Kucuk o., Sarkar F.H.:
[12] antioxidant effect of zinc in humans. Free radic. Biol.
Med. 2004, 37, 1182–1190.
Valko M., Morris H., cronin M.T.D.:
[13] Metals, toxicity and oxidative stress. curr. Medicin. chem. 2005, 12, 1161–1208.
Brzóska M.M., rogalska J., gałażyn-Sidorczuk M., Jurczuk M., roszczenko a., Kulikowska-Karpińska [14]
e., Moniuszko-Jakoniuk J.: effect of zinc supplementation on bone metabolism in male rats chronically exposed to cadmium. Toxicol. 2007, 237, 89–103.
Kulikowska-Karpińska e.:
[15] The impact of zinc on oxidoreductive processes in the organism of a rat exposed to various concentrations of cadmium or lead. Habilitation dissertation. Białystok 2004 [in polish].
Brzóska M.M., gałażyn-Sidorczuk M., rogalska J., roszczenko a., Jurczuk M., Majewska K., Moniuszko- [16]
-Jakoniuk J.: Beneficial effect of zinc supplementation on biomechanical properties of femoral distal end and femoral diaphysis of male rats chronically expose to cadmium. chem. Biol. interact. 2008, 171, 312–324.
rogalska J., pilat-Marcinkiewicz B., Brzóska M.M.:
[17] protective effect of zinc against cadmium hepatotoxicity
depends on this bioelement intake and level of cadmium exposure: a study in a rat model. chem. Biol. interact. 2011, 193, 191–203.
Dąbrowska e.:
[18] effect of cadmium and zinc on submandibular salivary gland and other elements in the rat mas-ticatory system. Habilitation dissertation, Białystok 2006 [in polish].
Kamecka-Białowarczuk e.:
[19] The impact of cadmium and zinc on specific parameters of the oxidoreductive system in submandibular gland in rats. Doctoral thesis, Białystok 2010 [in polish].
czeczot H., Skrzycki M.:
[20] cadmium – the useless element for the organism. postępy. Hig. Med. Dośw. 2010, 64, 8–49 [in polish].
noda M., yasuda M., Kitagawa M.:
[21] iron as possible aggravating factor for osteopathy in itai-itai disease, a dis-ease associated with chronic cadmium intoxication. J. Bone Miner. res. 1991, 6, 245–255.
Ziętek M., Baranowski K., andrzejak r.:
[22] lesions in peridontium in employees exposed to industrial pollutions. progress stage of lesions according to seniority and smoking. czas. Stomatol. 1999, 52, 451–463 [in polish]. Jurczuk M., Brzóska M.M., gałażyn-Sidorczuk M., Moniuszko-Jakoniuk J., rogowski F.:
[23] Distribution of
the Fe radioisotope in the organism of a rat after a subacute exposure to cadmium. clin. chem. 1993, 39, 757–765 [in polish].
Friberg l., elinder c.g., Kjellstorm T.:
[24] cadmium. environmental Health criteria.134, World Health
orga-nization. geneva 1992.
zwiększenie podaży cynku podczas narażenia na kadm chroni badaną tkankę przed oksydacyjnym uszkodzeniem, co jest ważne szczególnie z punktu widzenia zdrowia jamy ustnej.
Smith J.B., Smith l., pijuan V., Zhuang y., chen y.c.:
[25] Transmembrane signals and protooncogene induction
evoked by carcinogenic metals and prevented by zinc. environ. Health perspect. 1994, 102, 181–189. panemangalore M., Bebe F.n.:
[26] effects of low oral lead and cadmium exposure and zinc status on heme metabo-lites in weanling rats. int. J. occup. Med. environ. Health 1996, 9, 141–151.
Bremner i., campbel J.K.:
[27] The influence of dietary cooper intake on the toxicity of cadmium. ann. n.y. acad. Sci. 1980, 355, 319–332.
okawara S., Kaji T., yamamoto c., Fujiwara y., Sakamoto M.:
[28] interaction between cadmium and zinc in the
production and sulfation of glycosaminoglycans in cultured bovine vascular endothelial cells. J. Toxicol. environ. Health 1991, 107, 63–72.
Młynek V., Skoczyńska a.:
[29] The proinflammatory activity of cadmium. post. Hig. Med. Dosw. 2005, 59, 1–8 [in polish].
yoshida M., Fukumoto M., Kishimoto T., yamamura y., Shimizu H., Sakai o.:
[30] effects of zinc, selenium and
calcium on the nephrotoxicity of cadmium in primary cultures of rat renal proximal epithelial cells. Biol. Trace elem. res. 1993, 36, 219–227.
Dąbrowska e., letko r., gałażyn-Sidorczuk M., Kulikowska-Karpińska e., Łapińska J.:
[31] effect of exposure
to cadium on the level of metallothionein in the rat submandibular gland. pol. J. environm. Stud. 2009, 18, 6a, 186–189.
Bartosz g.:
[32] oxygen’s second nature. Wydawnictwo naukowe pWn, Warszawa 2008. Ścibior D., czeczot H.:
[33] catalase – structure, properties, functions. post. Hig. Med. Dośw. 2006, 60, 170–180 [in polish].
Sies H.:
[34] oxidative stress: oxidants and antioxidants. exp. physiol. 1997, 82, 291–295.
Adres do korespondencji:
ewa Dąbrowska
Zakład Stomatologii Społecznej i profilaktyki UMB ul. akademicka 3
15-286 Białystok tel.: 501 204 937
e-mail: helpdent@umwb.edu.pl
praca wpłynęła do redakcji: 10.06.2013 r. po recenzji: 9.09.2013 r.
Zaakceptowano do druku: 30.09.2013 r. received: 10.06.2013
revised: 9.09.2013 accepted: 30.09.2013
