Vékonyabb belégzés oxidatív stressz hatásai
Minerva Martínez-Alfaro
Gyógyszerészeti Tanszék, Guanajuato Egyetem, Guanajuato, Mexikó
Yolanda Alcaraz-Contreras
Gyógyszerészeti Tanszék, Guanajuato Egyetem, Guanajuato, Mexikó
Alfonso Cárabez-Trejo
Gyógyszerészeti Tanszék, Guanajuato Egyetem, Guanajuato, Mexikó
Guillermo E. Leo-Amador
1 Orvostudományi Kar, Orvostudományi Kar, Universitad Autonoma de Querétaro
Absztrakt
A hígítók kémiai keverékek, amelyeket ipari oldószerként használnak. Az emberek foglalkozási expozícióval vagy szándékos inhalációs visszaélésekkel kerülhetnek kapcsolatba hígítóval. A vékonyabb szippantás az agy, a vese, a máj, a tüdő és a reproduktív rendszer károsodását okozza. Megbeszélünk néhány javasolt mechanizmust, amellyel a hígító kárt okoz. A közelmúltban az oxidatív stressz indukcióját javasolták a károsodás lehetséges mechanizmusaként. Ez a cikk áttekinti a vékonyabb belégzés által kiváltott oxidatív stressz hatásainak jelenlegi bizonyítékait. A hígító lipidekre gyakorolt hatásaira vonatkozó korai elképzeléseket egy szakaszban tárgyaljuk. Számos olyan tanulmányt tárgyalunk, amelyek kimutatták a hígabb inhaláció oxidatív hatásait: lipidperoxidáció, antioxidáns enzimek szintje, glutation fogyás, valamint a fehérjék és a DNS oxidációja. Tanulmányokat is beiktattunk a hígító fő komponensének (60-70%) toluoljának indukált oxidatív stressz hatásairól. Végül a vékonyabb inhaláció által kiváltott oxidatív stressz különböző szervekre gyakorolt hatásait ismertető munkát tárgyaljuk.
BEVEZETÉS
A szándékos belégzés egész világon egészségügyi probléma. A kábítószer-használók többsége gyermek vagy serdülő, és többségük vékonyabb kábítószer-visszaélőként indul. Ennek egyik oka az, hogy könnyen hozzáférhető és olcsó más gyógyszerekhez képest. [1–3] Ezzel szemben a hígabb inhaláció, mint keverék, toxikológiai mechanizmusát nem gyakran tanulmányozzák. Áttekintjük az ezekre a szervekre gyakorolt oxidatív stressz hatásait vékonyabb belégzéssel. Szisztematikus áttekintést végeztek a PubMed-ben a hígító belélegzés szó használatával. 96 cikket tekintettek át, csak 12-et írtak le.
Hígító összetétele
A hígító oldószerkeverék mind háztartási termékekben, mind ipari környezetben; erősen változó összetételű, mind időbeli, mind földrajzi különbségeket mutat. Ezenkívül a vékonyabb alkatrészek a szabályozási előírásoktól vagy a feldolgozási technikáktól függően változnak. A toluol és az aceton volt a legelterjedtebb vegyület az 1997-ben Mexikóvárosból származó kereskedelmi forgalomba hígított mintákban. Ezeket a mintákat gázkromatográfiával elemeztük, és a toluol-tartalom 7% és 77% között változott; [4] benzolt a vegyületek 62% -ában azonosítottak. minták, és ez 0–2,2% -ot (átlagosan 0,3%, v/v) tett ki. Japánban Saito [5] négy vékonyabb készítményt elemzett kapilláris gázkromatográfiával. Az aceton és a metil-izobutil-keton, toluollal együtt a leggyakoribb oldószerek; klórozott szénhidrogének és etilén-glikol-származékok ritkán kerültek kimutatásra.
Az összetevők aránya jelentősen eltér; A jelenlegi szabályozási törvények jelentősen csökkentették a benzol felvételét, és Mexikóban létezik kereskedelmi hígítószer benzol nélkül. Ez fontos, mivel a benzolt az IARC genotoxikusnak minősíti. [6]
KORAI ÖTLETEK A TOXICITÁS MECHANIZMUSÁRÓL
A patkány szinaptoszómális membránjának integrál enzimjeinek acetilkolin-észteráz (AChE) és ATPáz gátlását 3 mM toluollal végzett inkubálás után figyelték meg in vitro. A gátlás mechanizmusaként a lipid - fehérje kölcsönhatások megszakítását javasolták. [11]
A közelmúltban a fehérje-lipid határfelület, a görbület rugalmasságának és a lipid együttesek polimorf potenciáljának biofizikai vizsgálata megmutatta a lipid membrán dinamikáját, amely befolyásolhatja a membrán fehérjék működését. A membrán lipidjeinek változásai hatással vannak a kettős lipidréteg rugalmas ingadozásaira, amelyek befolyásolják a fehérje beépülését és a fehérje szerkezetének konformációs változásait, amelyek fontosak a fehérje működéséhez. [12]
OXIDATÍV STRESSZ
Az oxidatív stressz olyan sejtállapot, amelyet az oxidánsok (reaktív oxigén- és nitrogéntartalmú anyagok) feleslege jellemez, és amely felülkerekedik az antioxidáns kapacitáson. Az oxidánsokat reaktív oxigént és nitrogént tartalmazó szabadgyökök alkotják. A párosítatlan elektronok jelenléte instabillá és rendkívül reaktívvá teszi őket. DNS, RNS, fehérjék és lipidek ezek a gyökök célpontjai. A reaktív oxigénfajok (ROS) közé tartoznak az oxigénből származó szabad gyökök: a szuperoxid-aniongyök és a hidroxilcsoport vagy származékai, például a hidrogén-peroxid. Az ROS az aerob környezet eredménye, és a szuperoxid aniongyökök a mitokondriális légzés során keletkeznek. A Q koenzim (CoQ) szórványosan elveszíti az elektront a redukáló ekvivalensek elektronláncon keresztül történő átvitelében. Ez az elektron átkerül az O2-t termelő szuperoxid feloldására. Becslések szerint a mitokondriumok által elfogyasztott O2 1-2% -a átalakul szuperoxid aniongyökvé. [13] Az oxidatív stressz a lipidek, a fehérjék és a DNS oxidációját indukálja a sejtekben és különféle sejtes méregtelenítő rendszerek reakcióját: szuperoxid-diszmutáz (SOD), glutation-peroxidáz (GPX) és glutation (GSH).
A vékonyabb belégzés oxidatív stresszt vált ki. A szabadgyökös folyamatok aktiválása számos mérgezõ anyag alapját képezi, mint például: etanol, toluol, ionizáló sugárzás, ólom, arsenát stb. [14] Hígító esetén néhány javasolt mechanizmus létezik:
Az egyik a benzol, toluol, xilol, etanol, aceton és tri-metil-benzol oxidatív metabolizmusa, amely citoszolos NADH-t generál. A NADH-t közvetett módon a mitokondriumok elektrontranszportja oxidálja, attól függően, hogy milyen hidrogén shuttling mechanizmus vesz részt a mitokondriális belső membrán hordozóiban. Ez a feltétel, amely növeli a mitokondriális NADH-t és fokozza az elektrontranszport-lánc csökkentő nyomását anélkül, hogy növelné a légzés sebességét, elősegíti az O2 képződését az elektron-transzportláncban. [15]
A kinonok citokróm P450 által történő előállítása, különösen a toluol és a benzol metabolizmus során, egy másik javasolt mechanizmus. Ezek a kinonok képesek létrehozni egy hiábavaló redoxi ciklust (kinonok és félkinon gyökök), amelynek során a citotoxikus ROS felhalmozódik. [16]
Egy másik mechanizmus a nem mitokondriális, amelyek fokozzák az ROS képződését. A hígító összetevőinek metabolizmusa a citokróm P450 izoformák, például a gyökképződésre hajlamos CYP2E1 aktiválódását eredményezi. [17]
Ezenkívül a mérgező anyagok expozíciója gyulladást okoz. Hígító esetén az inhaláció gyulladásos reakciót vált ki a tüdőben. Jelentős bizonyíték támasztja alá a fagocita leukociták és a beszivárgó makrofágok által felszabaduló gyulladásos mediátorok szerepét a tüdő reaktív oxigén- és nitrogénfajtáinak képződésében. A makrofágok NO-t (nitrogén-oxidot) termelnek az enzim indukálható formája, az NO-szintáz révén. Ezt az enzimet gyulladásos mediátorok, például citokinek, például a tumor nekrózis faktor alfa (TNF-a) szabályozzák. Ezenkívül a κB (NF-KB) nukleáris faktor gyors és tartós aktiválása alveoláris makrofágokban indukálja az NO-szintáz (iNOS) enzim és a TNF-a receptor indukálható formájának expresszióját. A rendkívül reaktív O2- (szuperoxid-anion) stimulált leukociták, köztük monociták, makrofágok és polimorfonukleáris leukociták szabadulnak fel a NADPH-oxidáz hatására. [18, 19] Az oxidatív stressz értékelésére sokféle módszer létezik. [20] Leginkább a különféle biológiai minták összetételén alapuló indexeket használják. A legtöbb publikáció legalább két módszert alkalmazott az oxidatív stressz meghatározására, az oxidatív, [21] oxidált fehérjék [22] és a DNS oxidációja által kiváltott promóterek és peroxidációs termékek értékelésére.
Áttekintjük a különböző szerveket a hígító és annak fő összetevője, a toluol belégzésével a különböző szervekben előidézett oxidatív stressz értékelésére.
HATÁSOK A SZERVEKRE
Agy
Néhány tanulmány az oxidatív stresszről azt mutatta, hogy az intraperitoneális toluol expozíció (1 g/kg, 1 óra) okozta ROS-t indukálta a kéreg nyers, szinaptoszómális és mikroszómális frakcióiban. [24] A toluol különféle dózisainak (0,5, 1,0 és 1,5 g/kg, ip) in vivo expozíciója emelkedett ROS-t váltott ki patkány tüdőből és veséből származó nyers mitokondriális frakciókban, valamint striatum és hippocampus szinaptoszóma frakcióiban. A Hippocampus volt a legmagasabb indukált ROS-szint. [25] A patkányok prenatális toluol-expozíciója (1800 ppm, napi 6 óra/nap a vemhesség 7-20. Napján) hosszan tartó változásokat idéz elő a magzati agy oxidatív állapotában és membránfrakcióiban. [26]
A toluol krónikus belégzése oxidatív stresszt okoz az agyban. A glutation-peroxidáz és a szabadgyökfolyamat fokozott aktivitását figyelték meg a maximálisan megengedett koncentráció 10-szeresével (MPC, 500 mg/m 3 toluol), és szabad gyökök aktiválódását mutatta (421 ± 70) a kontrollértékhez képest 261 ± 36). [27] A szabad gyököket közvetlenül kemilumineszcens próbával mértük, amely fluoreszcens termékeket képez a szabad gyökökkel való kölcsönhatás során. A kemilumineszcencia részleges spektrális elemzése azt mutatta, hogy a szingulett oxigén dimol emissziós csúcsai miatt a vörös fényt kibocsátó fajok túlsúlyban vannak; a lipidperoxidáció komplex szabadgyök szekvenciájából származó mellékreakció valószínűleg fénykibocsátáshoz vezet. [28]
Újabban a krónikus toluol-expozíció (15, 30 és 45 nap) hatását vizsgálták az oxidatív stresszre. A tiobarbitursav-reaktív anyag (TBARS), a glutation-reduktáz (GR), a glutation-diszulfid (GSSG) és a szuperoxid-diszmutáz (SOD) szintjének növekedését figyelték meg patkány különféle szerveiben. Ezenkívül a kéreg és a kisagy mutatta a legnagyobb növekedést egy apoptotikus markernél (kaszpáz 3), ami azt jelzi, hogy az apoptózis szerepet játszhat a toluol neurotoxicitásában. [29]
Patkányokon végzett kísérleti vizsgálatok során az inhalációs expozíció szintje 3000 ppm toluol, különböző expozíciós időtartamok mellett. A kísérleti expozíciónak ez a szintje összehasonlítható az emberen eufóriát okozó belélegzett expozícióval [30] [1. táblázat].
Asztal 1
A toluol oxidatív stressz hatása különböző szervekre
A vékonyabb belégzés agyra gyakorolt hatásairól nem sok tanulmány készült. Escobar egy patológiai és tomográfiai elemzéssel járó esetről számolt be. [32] A páciens egy 27 éves férfi volt, aki 12 évig szenvedett ragasztótól és hígabb inhalációtól, neurológiai és viselkedési zavarok alakultak ki benne, és végül meghalt. A számítógépes tomográfia agyi és kisagyi atrófiát, valamint kitágult laterális kamrákat mutatott ki, amelyeket kóros vizsgálat igazolt. A neuronok sűrűségének csökkenését diffúz gliosis, demyelinizáció és mind a kéreg, mind a corpus callosum elvékonyodása váltotta fel. Az óriási axonális degeneráció nyilvánvaló volt a gerincvelő hosszú emelkedő és csökkenő szakaszaiban. Egy másik kóros és mágneses rezonancia vizsgálat a kisagy és az agy demielinizációját, valamint a toluollal való visszaélés következtében kialakuló atrófiát írja le [33]. A 2. táblázat hígabb inhalációval végzett kísérleti kísérleteket mutat be patkányokon. Mindezek a tanulmányok toluol-koncentrációja meghaladja a 3000 ppm értéket, ez a szint összehasonlítható az emberen eufóriát okozó inhalációs expozícióval [2. táblázat].
2. táblázat
A toluol oxidatív stressz hatása különböző szervekre
Újabban a vékonyabb belégzés (45 nap) oxidatív stressz hatásait bizonyították az agyban. A vékonyabb inhaláció által kiváltott idegkárosodás glia reaktivitást generál a hippocampusban, a kéregben és a kisagyban. Ezt a reaktivitást a glia fibrilláris savas fehérje (GFAP) jelentős emelkedése bizonyítja. A melatonin, a tobozhormon, szabad gyökök megkötője, és megakadályozza a lipidek, fehérjék és nukleinsavak oxidatív károsodását, amelyet vékonyabb belégzés indukál; megakadályozza a GFPA növekedését és csökkenti a vékonyabb belégzés által kiváltott oxidatív hatásokat is. [37]
Vékonyabb belégzés (45 nap) krónikus expozíciója oxidatív stresszt váltott ki az agyban; a lipidperoxidációs szint emelkedett, és csökkent az idegsejt-adhéziós molekulák (NCAM) 140 és NCAM 180 expressziója a hippocampusban és a kéregben. A feltételezett mechanizmus az NCAM szintézisének interferenciája volt a vékonyabb indukálta oxidatív stressz hatására. Az NCAM fehérjék kulcsfontosságúak a szinaptikus helyeken a sejtkötés stabilizálása szempontjából. Ezenkívül a patkányok tanulási és memóriahiányt mutattak a passzív elkerülés és a Morris-vízlabirintus feladatok során. [38]
Krónikusan vékonyabb inhalációval (16 hét) kitett patkányok agyában az oxidatív stressz hatása az MDA növekedését és a GSH csökkenését jelentette. Ezek a hatások jól korrelálnak a limfociták oxidatív DNS-károsodásával a kezelés során. [39]
A normál agy nagy mennyiségű oxigént fogyaszt, természetes módon oxidánsokat képez egyes neurotranszmitterek automatikus oxidációjához, és viszonylag gyenge az antioxidáns kapacitása, ami különösen kiszolgáltatottá teszi az oxidatív károsodásokkal szemben [40], és segíthet megmagyarázni a hígító anyag neurotoxikus hatásait. Ennek ellenére további ismeretekre van szükség az oxidatív stressz más kóros mechanizmusokkal, például apoptózissal vagy nekrózissal való kölcsönhatásáról.
Oxidatív stressz hatást figyeltek meg azoknak a patkányoknak a tüdőszövetein, amelyeket 5 hétig vékonyabb inhalációnak tettek ki. Az MDA szint szignifikánsan emelkedett a hígabb inhaláció második és ötödik hete között. A szuperoxid-diszmutáz aktivitás csökkenését figyelték meg a harmadik héttől a kezelés végéig. A glutation szintje nőtt az expozíció első 2 hetében, majd az inhalációs kezelés harmadik hetedikétől az ötödik hetéig csökkent. Krónikus gyulladásos változásokat, alveoláris epithelialis proliferációt, összeomlást, emphysematous változásokat és interstitialis fibrózist detektáltak a tüdőben. [34]
Egy hosszú távú vizsgálat során a patkányokat 12 héten keresztül hígítószer magas koncentrációjának tették ki. Az MDA értékek növekedését figyelték meg, míg a GSH értékek 6 hétig csökkentek, majd ismét növekedtek. A SOD szintje nem változott jelentősen. A tüdőben krónikus obstruktív tüdőbetegséghez hasonló emfizémát figyeltek meg. [35]
Egy nemrégiben végzett tanulmányban azt találták, hogy az N-acetil-cisztein (NAC), amely a GSH előfutára és képes feltölteni az intracelluláris GSH-raktárakat, önmagában is tisztítószerként működik. Patkányoknak hígabb inhalációval egyidejűleg adva a NAC szignifikánsan csökkentette a szöveti MDA-szintet a 8 hetes kezelés során, csak a csak hígítónak kitett patkányokhoz képest. Ezenkívül a NAC-ot kapó patkányok szöveti GSH-szintje a vékonyabb inhalálás alatt szignifikánsan magasabb volt, mint azoknál a patkányoknál, amelyek hígítót inhaláltak NAC-kezelés nélkül. Bár az MDA és a GSH szint azt jelezte, hogy a hígabb inhaláció okozta oxidatív stresszt a NAC csökkentette, fénymikroszkóppal nem tapasztaltunk jótékony hatást a tüdő morfológiájára. [36]
Vese
A toluol epikután adagolása sertésekben előrehaladott nukleáris piknózist és a bazális membrán és az alapsejtek közötti junkcionális elválasztást okozott; a szekcionálás előtt spongiosist is kiváltott. [41] A vesefunkciót toluol és xilol keverékének kitett dolgozóknál mértük. A vesefunkció károsodásának mutatói között szerepelt a teljes proteinuria, az albuminuria és a muramidáz vizelettel történő kiválasztása; ezen paraméterek szintje enyhe tubuláris elváltozásra utalt. [42]
Toluol-tartalmú ragasztó által kiváltott akut veseelégtelenségről számoltak be. A vékonyabb belégzéssel kiváltott hisztopatológiai változások tubuláris károsodást jelentettek foltok formájában és súlyos tubulointersticialis vesegyulladást a vesében. [43]
A hígabb inhaláció és dohányzás patkány vesére gyakorolt hatásait 6 héten keresztül tanulmányozták, és megfigyelték az intersticiális sejtek beszivárgását és a fibrózissal jellemzett interstitialis nephritist. Ezenkívül fokális nekrózist észleltek a proximális tubulusok hámjában a vékonyabb füstöknek és cigarettafüstnek kitett patkányok veseiben. [44]
Vér
Néhány tanulmány készült a toluol által okozott oxidatív DNS-károsodásokról. [16] Tanulmányok kimutatták a hígabb inhaláció oxidatív hatását a lipidperoxidációra, az antioxidáns enzimek szintjére; emellett glutation kimerülést figyeltek meg az inhalációs bántalmazást szenvedő serdülők és a festékhígítóval dolgozó emberek plazmájában. [2,45]
A vékonyabb belégzés oxidatív károsodást váltott ki a patkány limfociták DNS-ében. Ez az oxidatív károsodás korrelált más, széles körben alkalmazott biomarkerekkel az oxidatív stressz, a megnövekedett MDA és a csökkent GSH szintek között az agyban és a májban. [39] A hígító belélegzése oxidatív stresszt vált ki a patkányok plazmájában. Ennek ellenére a vékonyabb belégzés nem károsítja a DNS-t azáltal, hogy egy- vagy kétszálú töréseket vált ki; ráadásul a hígító nem változtatja meg a DNS helyreállítását. Ez azt jelezheti, hogy az oxidatív stressz, a hígabb inhaláció jól dokumentált hatása, nem vált ki genotoxikus hatást. [46]
A toluol expozíció növelte az oxidatív stressz paramétereit (MDA és fehérje karbonil szintje) az emberi eritrocitákban in vivo és in vitro expozíció után. Az eritrociták ozmotikus törékenysége csak in vitro toluol-expozíció után változott meg, és fontos a membránkomponensek új szintézise. A vizsgált vörösvértestek olyan személyektől származnak, akik toluolnak vannak kitéve a munkahelyen. [47]
VITA
A hígító összetett keverék nagyszámú komponenséből áll, széles körben használják az otthoni és az iparban. A való élet mindig több oldószer egyidejű expozícióját jelenti, jelezve, hogy anyagkombinációkkal kell kísérletezni. A vegyi keverékek hatásainak értékelése azonban összetett téma. A hígítószer tanulmányozása során olyan problémák merülnek fel, mint: összetételének változékonysága a piacon lévő különböző típusok között, valamint a hígító komponensek közötti komplex toxikokinetikai kémiai kölcsönhatások. Jövőbeni vizsgálatokra van szükség a vékonyabb metabolikus kölcsönhatások további tisztázásához.
ELISMERÉS
A szerzők köszönetet mondanak Dr. Dorothy Pless nyelvi segítségéért.