Halina Milnerowicz¹, Przemysław Nowak², Zbigniew Wochyński², Krzysztof A. Sobiech³
Wpływ kadmu i wysiłku fizycznego na wybrane markery w tkankach szczura.
I. Metalotioneina
The effect of cadmium and physical exercise on the selected markers in rat tissues.
I. Metallothionein
¹ Katedra i Zakład Toksykologii AM, Pracownia Badań nad Metalotioneiną, Wrocław
² Wojska Lotnicze i Obrony Powietrznej
³ AWF, Wrocław
Streszczenie
The concentration of metallothioneine (MT) was determined in tissues (kidney, liver, pancreas, heart and skeletal muscles) from rats chronicly intoxicated by cadmium acetate and physically efforted. The Wistar rats were divided into groups – control group, group of animals intoxicated by cadmium per os during 12 weeks (water solution of cadmium acetate 50 mg/ dm³) and group intoxicated by cadmium and efforted on the treadmill in time of 20 minutes. After the decapitation, in the tissue homogenates the metallothioneine concentration was determined by ELISA and cadmium concentration by ASA. There was noticed increase in the MT concentration after the cadmium exposure in all the investigated tissues apart from the skeletal muscle. In rats efforted on the treadmill the physical effort evoked the decrease in MT in kidney, liver, pancreas. The similar tendency was observed in the course of cadmium determination in tissues, and the highest accumulation was noticed in kidney and liver. Changes in MT concentration noticed after the physical effort and the cadmium exposure may be connected with the role of this protein as a free radicals scavenger.
WSTĘP
Chroniczna ekspozycja na kadm manifestuje się rzeczywistym odłożeniem tego metalu w wielu organach spełniających ważne funkcje w organizmie (2, 5, 9). W przewlekłym narażeniu na kadm drogą pokarmową następuje wiązanie Cd z białkami wysokocząsteczkowymi i transport do wątroby w obiegu żyły wrotnej.
W badaniach eksperymentalnych na zwierzętach wykazano szczególną wrażliwość układu naczyniowego różnych narządów, a szczególnie komórek endotelialnych na toksyczne działanie Cd (1). Nie wszystkie jednak komórki śródbłonka są jednakowo wrażliwe, a przypuszcza się, że jest to związane z różną zawartością metalotioneiny lub zdolnością do jej syntezy (12).
Metalotioneina (MT) jest niskocząsteczkowym białkiem (6-10 kDa) z wysoką zawartością reszt cysteiny (20-33%) posiadającą zdolność wiązania metali niezbędnych Zn, Cu oraz toksycznych Cd, Hg, Ag, Bi (4), które są również induktorami jej syntezy. Jest najczulszym markerem narażenia na kadm. Jej fizjologiczna rola nie została do końca wyjaśniona. Bierze istotny udział w mechanizmach adaptacyjnych organizmu wywołanych stresem (6, 7). Okazała się zmiataczem wolnych rodników skuteczniejszym od glutationu (7, 15). Mimo wielu badań jej fizjologiczna rola nie została do końca wyjaśniona.
Celem obecnych badań było wykazanie jaki jest wpływ wysiłku fizycznego na akumulację Cd oraz poziom MT w narządach szczurów poddanych chronicznej ekspozycji na octan kadmu.
MATERIAŁ I METODY
W naszych doświadczeniach podawano kadm, jako modelowy ksenobiotyk powodujący wzrost reakcji wolnorodnikowych oraz indukujący syntezę metalotioneiny. Badania przeprowadzono na dorosłych samcach szczurów rasy Wistar, pochodzących z hodowli zwierząt doświadczalnych Instytutu Immunologii i Terapii Doświadczalnej polskiej Akademii Nauk we Wrocławiu. Średnia masa szczurów wahała się od 266,3 ± 23,2 do 299,0 ± 15,7 g w zależności od grupy doświadczalnej. Zwierzęta przetrzymywano w klatkach metalowych po 4 sztuki w temperaturze pokojowej, w cyklu oświetlenia 12 godzin światła i 12 godzin ciemności. Zwierzęta karmiono ad libitum paszą „Murigran” i pojono wodą wodociągową.
Zwierzętom poddanym intoksykacji podawano przez 12 tygodni do picia wodę zawierającą 50 mg Cd+2/dm³ w postaci octanu kadmu. Zabiegi kończono dobę przed oznaczeniami biochemicznymi. Utworzono następujące grupy składające się z 8 osobników: I – grupa kontrolna; II – intoksykowana octanem kadmu; III – intoksykowana octanem kadmu i dodatkowo poddana wysiłkowi fizycznemu przez 20 min na bieżni ruchomej.
Zwierzęta dekapitowano i pobierano narządy: wątrobę, nerki, trzustkę, serce i mięśnie szkieletowe, które przechowywano w stanie zamrożenia -20°C.
Przygotowanie homogenatów: tkankę rozdrabniano i homogenizowano w 4°C w homogenizatorze Pottera w stosunku 1:10 w buforze 10 mM Tris/HCl pH 8,2 zawierającym 250 mM sacharozę, 0,1 mM PMSF, 2 mM b-merkaptoetanol. Homogenat wirowano przez 10 min. przy 10 000 x g, osad odrzucano, a supernatant ogrzewano przez 5 min w 100°C i ponownie wirowano przy 12 000 x g przez 20 min.
W supernatancie oznaczano białko, stężenie metalotioneiny oraz Cd.
Białko oznaczano metodą Lowry i wsp. stosując jako standard albuminę surowicy wołowej (10). Metalotioneinę oznaczano metodą ELISA (11) używając jako standardów MT-I i MT-II z wątroby szczurów intoksykowanych CdCl2 oraz poliklonalną antysurowicę przeciwko izoformom MT szczura uzyskaną od profesora Juana Hidalgo z Autonomicznego Uniwersytetu w Barcelonie. Stężenie Cd w supernatantach oznaczano metodą ASA. Uzyskane wyniki poddano analizie statystycznej przy zastosowaniu testu t-Studenta.
WYNIKI I ICH OMÓWIENIE
Zagrożenie dla zdrowia człowieka stanowią metale ciężkie. Wśród nich szczególne miejsce zajmuje kadm, który ma wysoką zdolność kumulowania się w organizmie ludzkim i bardzo długi półokres wydalania (10-30 lat). Jego toksyczność związana jest z indukującym wpływem na procesy wolnorodnikowe (13). Wątroba, nerki i trzustka są narządami szczególnie podatnymi na uszkodzenia wywołane działaniem wolnych rodników, ze względu na intensywne procesy metaboliczne i detoksykacyjne (17).
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
29 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
69 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
129 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 78 zł
Piśmiennictwo
1. Antonowicz-Juchniewicz J.: Wpływ kadmu na układ krążenia. Post. Hig. Med. Dośw. 1999, 53, 733-750. 2. Dudley RE et al.: Acute exposure to cadmium causes liver injury in rats. Toxicol. Appl. Pharmacol. 1982, 65, 302-313. 3. Dudley R.E. et al.: Cadmium-induced hepatic and renal injury in chronically exposed rats: likely role of hepatic cadmium-metallothionein in nephrotoxicity. Toxicol. Appl. Pharmacol. 1985, 77, 414-426. 4. Dunn M.A. et al.: Metallothionein. Proc. Soc. Exp. Biol. Med. 1987, 185, 107-119. 5. Frieberg L. et al.: Cadmium. In: Handbook on the toxicology of metals. 2 nd ed (Frieberg L, Nordberg GF, Vouk V. Eds.) Amsterdam 1986, 130-184. 6. Hidalgo J. et al.: The influence of restraint stress in rats on metallothionein production and corticosterone and glucagon secretion. Life Sci. 1986, 39, 611-616. 7. Hidalgo J. et al.: Metallothionein response to stress in rats: role in free radical scavening. Am. J. Physiol. 255 (Endocrinol Metab. 18) 1988, E518-E524. 8. Iszard M.B. et al.: Effect of several metallothionein inducers on oxidative stress defense mechanisms in rats. Toxicology 1995, 104, 25-33. 9. Konishi N. et al.: Pancreatic hepatocytes in Fisher and Wistar rats induced by repeated injections of cadmium chloride. Toxicol. Appl. Pharmacol. 1990, 104, 149-156. 10. Lowry O.H. et al.: Protein measurment with the Folin phenol reagent. J. Biol. Chem. 1951, 193, 265-273. 11. Milnerowicz H.: Concentration of metals, ceruloplasmin, metallothionein and the activity of N-acetyl-b-D-glucosaminidase and g-glutamyltransferase in pregnant women who smoke and in those environmentally exposed to tobacco smoke and in their infants. Part I. Int. J. occup. med. Environ. Health. 1997, 10, 2, 187-202. 12. Nolan C.V., Shaikh Z.A.: The vascular endothelium as a target tissue in acute cadmium toxicity. Life Sci. 1986, 39, 1403-1409. 13. Ochi T. et al.: Participation of active oxygen species in the induction of DNA single-strand scission by cadmium chloride in cultured Chinese hamster cells. Mutation. Res. 1983, 122, 169-175. 14. Sarker S. et al.: Cadmium-induced lipid peroxidation and the status of the antioxidant system in rat tissues. J. Trace. Elem. Med. biol. 1995, 9, 144-149. 15. Sato M., Bremner J.: Oxygen free radicals and metallothionein. Free Rad. Biol. Med. 1993, 14, 325-337. 16. Thornalley P.J., Vasak M.: Possible role for metallothionein in protection against radiation induced oxidative stress. Kinetics and mechanism of its reaction with superoxide and hydroxyl radicals. Biochim. Biophys. Acta 1984, 74, 230-236. 17. Yn B.P.: Cellular defenses organs damage from reactive oxygen species. Phys. rev. 1994, 74, 139-165.
