para estudiantes y profesores Antonio Briz
5. El descubrimiento funcional a través del DPDE
1Ústav experimentálnej medicíny, Lekárska fakulta UPJŠ, Košice a 2Výskumný ústav veterinárnej medicíny
v Košiciach
ABSTRACT
Cadmium and its compounds are known to cause serious problems due to their accumulation and toxicity in living organisms. Cadmium induced toxicity is also implicated in generation of reactive oxygen species and exhaustion of antioxidants. The result of our study show that chronic and acute cadmium intoxication significantly (p<0,001) reduced the plasma total antioxidant status in male and female Wistar rats. Acute cadmium intoxication decreased the concentration of all antioxidant vitamins. During chronic intoxication only vitamin C and vitamin A had tendency to contribute to antioxidative protection of organism.
ÚVOD
Voľné radikály (VR) zohrávajú významnú úlohu pri regulácii mnohých fyziologických procesov, ale na druhej strane majú nemalý význam v početných patofyziologických pochodoch. Keď dôjde k porušeniu rovnováhy medzi produkciou a elimináciou voľných radikálov vyvíja sa stav označovaný ako „oxidačný stres“. Príčiny tohoto stavu môžu byť rôznorodé: významne sa na jeho vzniku môže podielať životný štýl a životné prostredie, ale aj iné faktory. Pretože VR majú výraznú schopnosť negatívne ovplyvňovať integritu buniek a dokonca celých tkanív, jednou zo základných podmienok prežitia organizmov bolo „vybudovanie“ si celého systému antioxidačnej ochrany. Významnú zložku antioxidačnej ochrany tvoria vitamíny s antioxidačnou funkciou zmeny ktorých sme sledovali v experimente po akútnej a chronickej intoxikácii kadmiom u potkanov kmeňa Wistar.
Kadmium (Cd) ako jeden z predstaviteľov ťažkých kovov je stabilný environmentálny znečisťovateľ s tendenciou kumulovať sa v biosfére, ale aj v ľudskom organizme. Výsledky in vitro a in vivo štúdií ukázali, že kadmium indukuje oxidačný stres s následným vyčerpávaním zložiek antioxidačnej ochrany (1,3,4).
MATERIÁL A METODIKA
V priebehu akútnej a chronickej intoxikácie kadmiom boli zvieratá chované v konvenčných podmienkach Centrálneho zvieratníka LF UPJŠ, krmené Larsenovou diétou a napájané pitnou vodou at libitum, pričom spotreba vody a krmiva bola denne kontrolovaná. Do chronického experimentu bolo zaradených 24 potkanov vo veku 74 dní s priemernou hmotnosťou 235,0±43,26g. Kontrolnej skupine (KS-CH, 6 samcov a 6 samíc) bola aplikovaná čistá pitná voda a experimentálnej skupine (ES-CH, 6 samcov a 6 samíc) bolo aplikované Cd ako CdCl2.2 H2O nariedené v pitnej vode v množstve, ktoré zodpovedalo dávke LD50 rozdelenej na 90 dni.
LD50 kadmia aplikovaného per os u potkanov je 225,0 mg/kg ž.h. (2). Do akútneho experimentu bolo
zaradených 24 potkanov vo veku 99 dní s priemernou hmotnosťou 289,17±26,84g. Aj kontrolnej skupine (KS-A, 6 samcov a 6 samíc) bola aplikovaná čistá pitná voda a experimentálnej skupine (ES-24 h., 6 samcov a 6 samíc) bola aplikovaná jednorázová dávka LD50 Cd žalúdkovou sondou nariedená tak, aby v 1 ml roztoku
bola dávka LD50 /100g ž.h. Po ukončení experimentu bola potkanom v celkovej pentobarbitálovej anestéze
(Pentobarbital, Spofa, 50mg/kg ž.h.) i.p. odobratá krv zo srdca s použitím heparínu (Spofa, Praha, 5 000 m.j.) a odobratá pečeň pre analýzu Cd a Zn v pečeni.
V heparinizovanej krvi boli stanovené koncentrácie vitamínov E a A metódou vysokoúčinnej kvapalinovej chromatografie. Koncentrácia vitamínu C bola meraná spektrofotometricky s 2,4 dinitrofenylhydrazínom. Na stanovenie celkovej antioxidačnej kapacity plazmy (TAS) ako integrovaného markera stavu všetkých antioxidantov v plazme bola použitá meracia súprava Total antioxidant status (Randox Laboratories, V.B.). Vzorky pečene boli analyzované na atómovom absorpčnom spektrofotometri (UNICAM SOLAR 939, V.B.)
použitím grafitovej kyvety s korekciou pozadia pri stanovení Cd a použitím plameňovej metódy pri stanovení Zn.
VÝSLEDKY A DISKUSIA
Výsledky zmien parametrov počas akútnej a chronickej intoxikácie sú zhrnuté v tabuľke 1. Chronická intoxikácia bola bez úhynu zvierat, ale počas akútnej uhynuli 4 samice a 1 samec. Počas akútnej intoxikácie bola denná spotreba vody a krmiva v ES-24h. signifikantne znížená (p<0,001) čo sa odrazilo na poklese hmotnosti (p<0,01). V ES-CH bola hmotnosť potkanov na konci experimentu signifikantne zvýšená (p<0,001) spôsobená prirodzeným nárastom počas 90 dní experimentu, spotreba vody a krmiva znížená, ale u samcov napriek nižšiemu príjmu krmiva a vody (p<0,001) bola hmotnosť signifikantne zvýšená (p<0,001).
Tab.1. Zmeny parametrov počas chronickej a akútnej intoxikácie kadmiom
Parameter X ± SD KS-CH X ± SD ES-CH X ± SD KS-A ES-24h. X ± SD
TAS (mmol/l) 1,19 ± 0,11 0,88 ± 0,17*** 1,21 ± 0,13 0,73 ± 0,08*** Vit. E (µmol/l) 10,72 ± 5,11 7,71 ± 2,66* 8,38 ± 3,69 3,84 ± 0,73*** Vit. C (µmol/l) 49,07 ± 15,33 55,87 ± 12,86 50,22 ± 10,98 39,31±13,41 Vit. A (µmol/l) 1,80 ± 0,31 2,07 ± 0,47 1,61 ± 0,18 1,37 ± 0,28** Cd pečeň (mg/kg) 0,029 ± 0,002 3,94 ± 0,64*** 0,038 ± 0,007 88,61±9,69*** Zn pečeň (mg/kg) 58,57 ± 2,88 75,87 ± 16,57*** 57,33 ± 4,18 87,50±4,54***
Vysvetlivky: * p<0,05; **p<0,01; ***p<0,001, porovnanie KS-CH/ES-CH a KS-A/ ES-24h.
Výsledky našich experimentov ukázali, že Cd indukuje oxidačný stres spojený so zmenami dôležitých antioxidantov. Oprava oxidačného poškodenia organizmu nemusí byť stále efektívna a je obtiažná. Oveľa efektívnejšia cesta je prevencia-t.j. minimalizovanie zdrojov tvorby voľných radikálov a posilnenia prirodzeného antioxidačného mechanizmu podávaním látok, ktoré pôsobia antioxidačne. Preto kontaminácia životného a pracovného prostredia a jej následky pre živé organizmy sú v popredí záujmu nielen vedeckej, ale aj laickej verejnosti. Vplyvom činnosti človeka množstvo škodlivín narastá a niekedy nadobúda až nebezpečné rozmery a vzniká tak známy kolobeh vzduch-pôda-voda-potraviny na konci ktorého je opäť samotný človek. Prvoradou úlohou spoločnosti je vytvárať podmienky na zabránenie úniku emisií a znižovať ich koncentráciu na čo najmenšiu, spoločensky a zdravotne únosnú mieru.
LITERATÚRA
1. Fahmy, M.A., Aly, F.A.: In vivo a in vitro studies on the genotoxicity of cadmium chloride in mice. J. Appl. Toxicol., 20, 2000, s. 231-238.
2. Kotsonis, F.N., Klaasen, C.D.: Toxicity and distribution of cadmium administered to rats at sublethal doses. Toxicol. Appl. Pharmacol., 41, 1977, s.667-680.
3. Shaikh, Z.A.,Vu, T.T., Zaman, K.: Oxidative stress as a mechanism of chronic cadmium-induced hepatotoxicity and renal toxicity and protection by antioxidants. Toxicol. Appl. Pharmacol., 154, 1999, s.256-263.
4. Stohs, S.J., Bagchi, D.: Oxidative mechanisms in the toxicity of metal ions. Free Radic. Biol. Med., 18, 1995, s. 321-336.
KADMIUM, MEĎ A ZINOK V MLIEKU DOJNÍC
Hiščáková M., Jesenská M., Novotný J., Link R., Kováč G.
Univerzita veterinárskeho lekárstva, Košice
ABTRACT
In this work, we evaluated concentrations of cadmium, copper, and zinc in the milk of dairy cows from areas exposed to industrial emissions. Concentrations of these elements were determined by AAS method, flameless for cadmium ( Perkin – Elmer 4 100ZL) and flame AAS method for copper and zinc ( A Analyst 100). We did not observe any sample with higher concentrations of some of the elements over the maximum acceptable levels.
ÚVOD
Niektoré zložky životného prostredia sú stále sa zvyšujúcim zdrojom škodlivín v potrave. Mnoho z nich je značne toxických pre človeka, zvieratá a rastliny. Medzi takéto patria aj niektoré prvky a zvlášť z nich mnoho ťažkých kovov je značne toxických tým, že sa ukladajú v organizme cestou potravového reťazca. Znečisťovaním životného prostredia sa zvyšuje záujem o dôsledky pôsobenia týchto prvkov na živé organizmy. Na druhej strane mikroelementy aj keď ich význam sa často podceňuje zohrávajú kľúčovú úlohu v mnohých enzýmových systémoch a tým majú rozhodujúci vplyv nielen na úžitkovosť, ale aj na zloženie mlieka. Dávajú informácie z hľadiska fyziológie výživy aj základnú informáciu o zdravotnom stave dojnice, možno povedať, že mikroelementy sa podieľajú aj plnia rôzne biologické funkcie organizmu. Ich toxicita závisí od druhu zvierat, dávky a od ich dĺžky pôsobenia na organizmus zvierat. Sledovanie hospodárskych zvierat v takýchto oblastiach umožňuje tým zhodnotiť zaťaženie oblasti, ktorá je vystavená emisiám toxických látok. Kadmium možno považovať za jeden z najrizikovejších ťažkých kovov v poživatinách. Jeho kumulácia v organizme závisí aj od komplexu antagonistických interakcií medzi kadmiom a zinkom (Prasat,1993). Pri zvýšenom príjme kadmia do organizmu je zinok vytláčaný z väzieb, čo je vlastne príčina toxického účinku kadmia (Denduluri,1996). Pri akútnych otravách zinkom sa zvyšuje jeho obsah v pečeni a v mlieku. Aj keď hospodárske zvieratá nie sú na prebytok medi citlivé, v posledných rokoch je výraznejší problém toxikóz z medi najmä u prežúvavcov. Okrem toho meď sa zúčastňuje na procesoch osteogenézy, na ochranných funkciách organizmu, pigmentácii a keratinizácii srsti a peria tým, že sa stáva zložkou bielkovín obsahujúcich meď s enzymatickou funkciou.
V našej práci podávame prehľad koncentrácií kadmia, medi a zinku v mlieku dojníc a porovnávame dosiahnuté koncentrácie s platnými hygienickými normami.
MATERIÁL A METODIKA
K stanoveniu koncentrácie boli odobrané individuálne vzorky mlieka počas zimného a letného obdobia. Analyzovali sme 125 vzoriek mlieka. Koncentráciu kadmia sme stanovili na AAS fy Perkin-Elmer model 4 100ZL bezplameňovou metódou a koncentrácia medi a zinku bola stanovená na AAS A Analyst 100 plameňovou metódou. Vzorky boli mineralizované mokrou cestou v mikrovlnnej peci MLS 1 200. Výsledky boli štatisticky vyhodnotené v programe Statgraphics vers. 4. 0.
VÝSLEDKY A DISKUSIA
Dosiahnuté výsledky sú uvedené v tabuľke č. 1. s uvedením priemernej hodnoty, smerodajnej odchylky a rozptylu hodnôt ( minimálna a maximálna hodnota )
Mlieko a mliečne výrobky obsahujú pomerne nízke hodnoty kadmia. Údaje z literatúry uvádzajú, že hodnoty kadmia pre mlieko sa pohybujú od 0,0003 do 0,003 mg/kg. Podobné hodnoty pre kadmium v mlieku vo svojej práci uvádza Larson (1995), 0,0005 mg/kg kadmia v mlieku. Z pohľadu nami zistených hodnôt v sledovaných oblastiach u koncentrácie medi a zinku neboli zistené nadlimitné hodnoty. Priemerná koncentrácia medi v mlieku dojníc je 0,24 mg/l. Táto koncentrácia u týchto vzoriek je v medziach, ktorú vo svojich prácach
uvádzajú Kirgessner (1966) a Dzenite (1971). Uvádzajú rozpätie hodnôt medi od 0,24 až 0,67 mg/l. Aj Larson (1995) uvádza rozpätie koncentrácie medi v mlieku dojníc od 0,01 – 1,2 mg/l. Pri porovnaní koncentrácie zinku tak isto Kirgessner (1966) uvádza hodnoty v mlieku vyššie ako je naša priemerná hodnota – 3,16 mg/l, uvádza rozpätie 5,0 – 20,0 mg/l. Larson (1995) uvádza 4,0 mg/l zinku v mlieku dojníc.
Ak hodnotíme obsah týchto prvkov z hľadiska poživateľnosti vyskytujú sa v takých koncentráciách, ktoré neohrozujú zdravie ľudí a zvierat. Ide o koncentrácie, ktoré svojim obsahom nepresahujú najvyššie prípustné hodnoty uvedené vo Vestníku MP SR (1996) a ktoré uvádza vo svojich prácach aj Kielwein (1994).
Tabuľka č. 1.: Koncentrácia kadmia, medi a zinku v mlieku dojníc v mg/l
Kadmium Meď Zinok
x 0,0017 0,242 3,16 sd 0,0012 0,184 1,00 min 0,0004 0,05 1,00 max 0,005 0,8 6,75 n 125 125 125 ZÁVER
Na základe dosiahnutých výsledkov možno konštatovať, že hoci vzorky pochádzajú z oblastí znečistených emisiami, nezistili sme nadlimitné koncentrácie, ale aj tak je potrebné prevádzať cieľový monitoring prírodného prostredia, ktoré je neoddeliteľnou súčasťou pre ľudí a zvieratá.
LITERATÚRA
1. Bruce L. Larson et al.: Lactation, 5. 2. 6. Salts, s. 186-188, THE IOWA STATE UNIVERSITY PRESS AMES, IOWA, 1995
2. Denduluri, S.-Chandra, R. K.: Effects of cadmium and zinc and their interactions on imune responses. Immunol. Infect. Dis 6, 2, s. 113-119, 1996
3. Dzenite, A. Ja.- Lieldeins, R.- Nejland, Ja. A.: Soderžanie mikroelementov v molozive i moloke korov buroj latvijskoj porody. Nauka životnovodstva, Trudy latv. životnov. i vet.,Riga, Zinatne, 25, č. 9, s. 39- 45, 1971
4. Kielwein, G.: Leitfaden der Milchkunde und Milchhygiene, Pareys Studdientexte, Verlag 1 Parey, Berlin, 1994
5. Kirchgessner, M., J., et al: Zur Spurelementversorgung der Kälber bei Verfűtterung von Milch und Milchprodukten. Milchwissenschaft, 23, s. 424-425, 1966
6. Prasat, R.- Nath R.: Zinc transport in monkey renal brusch border membrane vesicles and its interaction with cadmium: a kinetic study. J. Trace Elem. Exp. Med. 6, 3,s. 95-107, 1993