Biomarkeri de expunere si susceptibilitate specifici plumbului

Biomarkeri de expunere si susceptibilitate specifici plumbului

 

Plumb – aspecte generale

             Plumbul este un metal greu , cu densitate mare, deculoare gri – argintiu, cu numarul 82 in tabelul periodic.

             Este utilizat in protectia contra radiatiei ionízate, datorita densitatii mari precum si la fabricarea de greutati mici dar cu mase mari. Oxizii de plumb (miniu, litarga) se utilizeaza la fabricarea vopselelor protectoare si a chiturilor de miniu si de litarga. De asemenea, placutele de plumb se utilizeaza la fabricarea acumulatorilor pentru autoturisme. In trecut, plumbul era folosit la tuburi pentru alimentarea cu apa potabila, lucru grav, datorita toxicitatii sale ridicate. Sarurile de plumb nu se prea utilizeaza, acetatul utilizandu-se in laboratoarele de microbiologie la fabricarea unor medii de cultura (geloza cu plumb). Datorita punctului de fuziune scazut, plumbul se utilizeaza la bai cu metale topite in laborator si la fabricarea aliajelor de lipit in electrotehnica (aliaje staniu-plumb).Acesta coloreaza flacara in albastru-verzui.

              Este un elemnt chimic cu o toxicitate ridicata pentru organismul uman, intoxicatia numindu-se saturnism. Starea de agregare este solida, iar starea cristalina a elementului este cubica

Biomarkeri

               Conform lui Blandin (1997), biomarkerii se definesc astfel:    „Bioindicatorii sunt specii, populatii, sau ansambluri de specii care, datorita variabilitatii lor (biochimice, fiziologice, etologice sau ecologice), permit caracterizarea starii unui ecosistem si pun in evidenta, cat mai precoce posibil, modificarile naturale sau antropice ale acestuia”

                Biomarkerii reflecta interactiunea intre un sistem biologic si un factor extern ce prezinta un risc potential. Utilizarea biomarkerilor, si a ideii de evaluare a starii mediului cu ajutorul unor specii indicatoare isi are radacinile la inceputul sec. XX. Atunci a fost observata pentru prima oara capacitatea lichenilor de a indica umiditatea, compozitia si puritatea aerului.

                Principiul utilizat este legat de comportamentul in care o fiinta interactioneaza cu factorii externi ai mediului sau cu o alta fiinta. In timp, au fost studiate modificarile comportamentale corelate cu raspunsul la factorul de stres al mediului, pentru oferirea unui raspuns cat mai exact.

              In concluzie biomarkerii sunt indicatori care arata prezenta unor evenimente care au avut loc la nivelul unui sistem biologic si se clasifica astfel:

1. Biomarkeri ai expunerii – masurarea directa a xenobioticului exogen sau a metabolitilor lui specifici in celule, tesuturi sau fluidele organismului. Se mai numesc si biomarkeri ai dozei interne.

2. Biomarkeri ai efectului – variabila masurabila biochimic, fiziologic sau alte alterari ale organismului. Reprezinta factori de alterare a starii de sanatate, nu au specificitate de substanta. Se mai numesc si biomarkeri ai dozei biologice.

3. Biomarkeri ai susceptibilitatii – limita / pragul dobandit sau castigat in ceea ce priveste capacitatea organismului de a raspunde la substanta xenobiotica la care este expus. Se mai numesc si biomarkeri ai raspunsului biologic.

Grupuri populationale de risc

• Persoane care locuiesc in apropierea surselor industriale, din apropierea marilor autostrazi sau strazi cutrafic intens
• Copiii prescolari reprezinta grupul populational cu risc maxim, mai ales din cauza sensibilitatii sistemului nervos central aflat in plin proces de dezvoltare.
• Copiii care locuiesc in case vechi cu tencuieli zugravite cu vopsele care contin plumb
• Copiii ai caror membrii din familie lucreaza in mediu cu plumb
• Dintre adulti cei mai sensibili sunt bolnavii cardiovasculari si cei care sufera de insuficienta renala cronica.

  Surse de poluare       

                  Procesele industriale elimina in aer, alaturi emisiile generate de producerea energiei termice necesara, o mare varietate de poluanti specifici fiecarui tip de proces tehnologic industria metalurgica neferoasa emanand aerosoli ai metalelor: Pb, Cu, Cd, Hg, Zn, As, precum si F, acid fluorhidric si fluoruri in cazul industriei aluminiului. Metalele grele generate se numesc  poluanti toxici sistemici – care isi exercita actiunea la nivelul diferitelor aparate si sisteme, dupa absorbtia lor in organism, producand efecte specifice substantei in cauza (metalele grele: plumb, cadmiu, mercur)

                Sursele de intoxicatie cu plumb pot fi de natura:

• Profesionala:  instalatori, mineri din minele de Pb, tipografi, vopsitori,                    constructori de nave,mecanici auto, muncitori in industrii de otel, in constructii, pompe de benzina, etc.
• Provenite din mediu: vopsele contaminate cu Pb, sol/praf contaminat cu Pb, instalatii sanitare, vase de ceramica, benzina cu Pb.
• Hobby-uri : pictura, reparatii de aparate ectronice, realizarea de vitralii, olarit, redecorarea locuintelor, etc.
• Uzul unor substante: cosmetice, aditivi pt.b e n zi n a , medicamente (remedii populare), bauturi contaminate cu Pb, alimente cu continut mare de Pb , apa contaminata datorita retelei de distributie.

                Plumbul ajunge in organism fie prin inhalarea aerosolilor,fie prin absorbtie in tractul digestiv. Daca este inhalat, plumbul la nivel distal este absorbit in intregime, insa in cazul ingerarii este absorbit in proportie de 10 – 15%, la femeile insarcinate si copii procentul crescand pana la 50%. Absorbtia in cazul ingerarii creste si infunctie de deficitul de Fe sau Ca din organism.

Poluantii toxici sistemici  

                   In aceasta categorie intra un mare numar de agenti toxici care, dupa patrunderea in circulatia generala, determina leziuni specifice la nivelul anumitor organe sau sisteme tinta. Ei cuprind atat compusi anorganici, in special metale grele si metaloizi (plumb, cadmiu, mercur, arsen, etc.) cat si compusi organici: pesticide organoclorurate si organofosforice.

                  Aceste substante se cumuleaza in mediu de unde patrund in lanturile trofice si pe acesta cale ajung in organism. Aici sunt lipsite de orice functie biologica, cumularea lor determinand intoxicatii acute sau cronice.

Mentionam indeosebi plumbul, care din cauza ca este un poluant ubiquitar, expunerea neprofesionala a devenit la ora actuala inevitabila.

Este prezent in toti factorii de mediu:

- in sol (element natural sau provenit din poluare);

• in apa (prin poluari industriale a surselor de apa sau ca urmare a solubilozarii plumbului din conductele de plumb sau material plastic);
• in alimente (cu continut natural de plumb sau crescut din cauza cultivarii in zone poluate sau a contaminarii in timpul prepararii sau a conservarii);
• in aer (provenind din poluari industriale sau din gazele de esapament ale autovehiculelor);
• in alte surse: vopsele, jucarii de plumb

Cu toate ca cea mai mare cantitate de plumb patrunde in organism prin ingestie, plumbul ingerat se absoarbe doar in proportie de 5-10%, in timp ce plumbul inhalat se absoarbe in proportie de 30-50%. Ca urmare, cresteri mici ale nivelului de poluare cu plumb a aerului prezinta riscuri semnificative pentru populatia expusa.

                      Pb inhalat

 

    Pb ========> Plamani (30 - 50% ) =>plasma

          inhalare                                                     +

                                                                    lichid extra celular

                                                                             ||

                                                                            V

                                                                      Oase si dinti

Plumbul este absorbit in sange, unde cea mai mare parte se gaseste in eritrocite. In organism plumbul se depoziteaza mai ales in oase si dinti (90%), dar odata cu varsta plumbul tinde sa se acumuleze si in tesuturile moi (ficat, rinichi, etc.). Plumbul traverseaza cu usurinta bariera feto-placentara. Prin factori inductori, plumbul poate fi din nou mobilizat de la nivelul sistemului osos, de aceea copiii scosi din zone intens poluate continua sa prezinte inca multa vreme nivele crescute ale plumbemiei, concentratia plumbului din sange dandu-ne indicatii atat cu privire la expunere cat si la gradul de incarcare a organismului.

Eliminarea plumbului din organism are loc in principal prin fecale si urina, si in proportii mai mici prin fanere si sudoare. De asemenea, plumbul ajunge si in lapte. 

 

Efectele plumbului asupra sanatatii

                In organism, plumbul este distibuit in sange, 99% fiind asociat eritrocitelor iar restul de 1% ajungand in plasma de unde ajunge la nivelul tesuturilor moi (rinichi, ficat, maduva osoasa, creier ) si a tesuturilor dure (oase si dinti in procent de 99% la adulti si 73% la copii). Plumbul o data ajuns in os are 2 componente:

• Una labila: se face schimb de Pb cu intreg organismul
• Una inerta: foarte periculoasa in cazul unei imunitati deficitare

                 Plumbul la nivelul osului spongios se pune mai rapid in libértate spre deosebire de osul compact. Din sangele matern intre 85% - 90% din acest element se afla in sangele fetal.

                  Timpul  de injumatatire a plumbului la nivelul sangelui este de 36 de zie, la nivelul oaselor este de 27 de ani iar la nivelul tesuturilor moi este de 40 de zile.

                 Efectele plumbului asupra sistemului nervos sunt:

• La copii  - sunt mai sensibili si astfel pot aparea efecte neurologice – encefalopatie saturnica efecte ce sunt irevocabile si pot provoca o dezvoltare neuropsihica deficitara, intelect la limita, déficit de memorie si de atentie, tulburari comportamentale, scaderea acuitatii auditive etc.
• La adulti -  la nivelul sistemului nervos central pot aparea efecte cognitive si motorii cum ar fi modificari comportamentale discrete, oboseala iar la nivelul sistemului nervos periferic poate aparea neuropatia periferica si paralizia nervului radial. La nivele joase este afectata velocitatea conducerii nervoase

                La nivelul aparatului renal se poate instala: nefropatia prin instalarea la nivelul tubului proximal a aminoaciduriei, a glicozuriei si a hiperfosfaturiei, HTA de cauza renala, guta prin tulburarea metabolismului purinelor ce duce la hiperuricemie

                La nivelul aparatului digestiv si cardiovascular pot aparea disfunctii ale functiei mecanice si electrice a inimii, HTA, colica saturnica, greata, constipatie, anorexie, pierderea in greutate, afectiuni ale ficatului prin efecte asupra biosintezei hemului si pasupra metabolismului unor substante de natura chimica.

                 Asupra organismului, plumbul are multiple efecte si afecteaza:

• reproducerea (prin pierdere de sarcina, dezvoltarea deficitara a fatului sau moartea acestuia, nastere prematura, azoospermie, motilitatea redusa a spermatozoizilor);
• glanda tiroida, sistemul imunitar;
• la nivel hematologic afecteaza

• biosinteza hemului (plumbul avand o afinitate spre hemoglobina fetala);
• influenteaza activ enzime precum 5 - aminolevulinat dehidraza (aceasta scade si consecutiv creste acidul aminolevulinic) si 5- aminolevulinat intetaza -coproporfirinogen oxidaza (este inhibata si creste excretia coproporfirinelor);
• eritrocitele – prin cresterea ratei de distrugere a eritrocitelor ceea ce conduce la anemie de tip hemolitic
• asupra vitaminei D prin nivelul sangvin al 25 – hidroxivitamina D;
• nivelele de Ca, Mg, P, parathormon etc la nivelul sangelui

             La nivelul organismului, biomarkerii expunerii la plumb sunt:

·         biomarkeri de expunere:

- ALA din urina

- vitamina D

- Pb din urina

- Pb din sange

·         biomarkeri de efect:

- ALAD din sange

- ALA din urina

- zincprotoporfirina

- coproporfirina din urina

             Pentru intoxicatia cu plumb, exista indicatori biologici ce ne pot forma o idee despre cand a avut loc expunerea astfel incat plumbul din sange reprezinta o expunere recenta, plumbul din dinti inseaman o expunere de lunga durata, plumbul la nivelul oaselor se acumuleaza inca din perioada fetala iar plumbul din par este un indicator de expunere.

              Determinarea plumbului prin metoda colorimetrica are la baza principiul conform caruia plumbul reactioneaza cu ditizona formand un compus colorat (in mediu

puternic alcalin), extractibil cu cloroform . Reactivii sunt : acid azotic concentrat , chloroform,  ditizona , sol. Tampón, sol de spalare , sol etalon  1 ml = 5 µg  p b. Determinarea asupra organismului in expunerea la plumb se face prin plumbemie, plumburie, acid deltaaminolevulinic urinar, coproporfirinele libere eritrocitare si prin deltaminolevulinat dehidraza

Efectele expunerii la plumb asupra sanatatii populatiei generale

                 Efectele toxice ale plumbului depind de nivelul expunerii si de varsta la care aceasta se produce.

                 In expunerea neprofesionala intoxicatia acuta saturnina apare in situatii exceptionale (cel mai frecvent datorita contaminarii alimentelor si a bauturilor acide cu plumb) si la copii care prezinta fenomenul pica (prin ingerare de tencuieli zugravite cu vopsele care contin plumb).

  Copiii mici reprezinta grupul populational cu risc maxim, mai ales din cauza sensibilitatii sistemului nervos central aflat in plin proces de dezvoltare. Encefalopatia apare la nivele ale plumbemiei de peste 80mg/dl si are o rata a mortalitatii crescuta. Supravietuitorii raman adesea cu sechele precum epilepsia, retardare mintala si neuropatie optica sau chiar orbire in unele cazuri. La nivele mai mici de expunere se constata iritabilitate, tulburari de somn si reducerea performantelor scolare din cauza tulburarilor de memorie si de invatare, deficit de vorbire si limbaj, deficitul de inteligenta psihomortica. Neurotoxicitatea este cu atat mai evidenta cu cat expunerea are loc mai devreme (prenatal si imediat postnatal). Pe baza modificarilor neuro-psihice care apar la copiii expusi concentratiilor mici de plumb se incearca stabilirea unor valori normale ale plumbemiei, biomarkerul de expunere cel mai bine studiat si interpretat. Odata cu aprofundarea acestor studii, nivelul admis pentru plumbul din sange a scazut continuu, in prezent valoarea admisa fiind de 10mg/dl.

Dintre adulti cei mai sensibili sunt bolnavii cardiovasculari, efectul cel mai important in populatia generala fiind hipertensiunea arteriala, precum si cei care sufera de insuficienta renala cronica, asupra rinichiului plumbul avand actiune nefrotoxica, prin scleroza vasculara, atrofia celulelor tubilor contorti proximali, fibroza interstitiala si afectare glomerulara.

Alte efecte ale expunerii la plumb se refera la sterilitate, avort, morbiditate si mortalitate neonatala, precum si la imunosupresia data de alterarea sistemului imun umoral.

Dovezile asupra carcinogenicitatii sunt adecvate la animale, dar insuficiente la om, motiv pentru care plumbul a fost incadrat in clasa 2B in ceea ce priveste tumorile aparatului respirator si digestiv si posibil si cele renale.

Hemul, grupul prostetic ce contine fier sau cofactorul din diferite organe ce contin hem-proteine, este afectat in mod deosebit de expunerea la plumb. Figura de mai sus prezinta pasii necesari sintezei hemului si locul de actiune al plumbului. Acesta actioneaza prin: dezinhibitia feedbecului (stimularea) activitatii ALA-sintetazei, inhibarea ALA-dehidrazei (porfobilinogen sintetazei), alterarea utilizarii coproporfirinelor si a insertiei fierului la nivelul protoporfirinei IX pentru formarea grupului prostetic hem.

 

LOCUL DE ACTIUNE	EFECTE	DISCUTII
Inhibarea activitatii ALA-Dehidrazei	Acumularea ALA in organism si excretia sa	Cresterea nivelului ALA in plasma si urina; la nivele mari ALA poate fi neurotoxic
Dezinhibitia activitatii ALA-sintetazei (feedback)	Acumularea ALA in organism si excretia sa	Mult mai putin sensibila decat ALA-D, Pb-Sg > 40μg/dl
Inhibarea conversiei coproporfirinelor	Acumularea de coproporfirine in urina	Inhibarea utilizariicoproporfirinelor; indica actiunea expunerii la Pb
Inhibarea conversiei protoproporfirinelor IX (ZnPP, PP libere eritrocitare)	Acumularea PP libere si ZnPP in globulele rosii	Masurare sensibila a toxicitatii Pb; cresterea indica leziuni la nivelul mitocondriei

 

                  Figura prezinta consecintele ce decurg din actiunea plumbului asupra biosintezei hemului. Cele mai multe dintre acestea au fost dovedite, in timp ce altele sunt numai sugerate pe baza datelor experimentale. Toate aceste efecte pot fi rezumate astfel:

1. Alterarea sintezei hemoglobinei are drept consecinta afectarea transportului de oxigen datorita anemiei si exacerbarea efectelor hipoxice a altor substante, cu toate consecintele hipoxiei.
2. Efecte neurologice cauzate de reducerea la nivelul sistemului nervos a cantitatii hemo-proteinelor necesare pentru energetica celulelor din creier, dezvoltarea neuronilor, axonilor, celulelor gliale.
3. Efectele renal-endocrine – se refera la dereglarea activarii vitaminei D la nivelul rinichilor din cauza lipsei hemo-proteinelor care mediaza acest proces. Metabolitul vitaminei D, 1,25(OH)₂-colecalciferol, este un hormon important, avand numeroase functii metabolice, in special reglarea functiei si metabolismului calciului.
4. Efectele hepatice se refera la faprul ca plumbul poate altera capacitatea sistemelor enzimatice hepatice hem-dependente implicate in detoxifierea adecvata a substantelor straine.

                  Pe langa efectele care decurg din actiunea plumbului asupra sintezei hemului, plumbul mai poate produce si alte modificari la nivelul celulelor rosii din sange, cum ar fi cresterea fragilitatii si in consecinta a ratei hemolizei, ce conduce la accentuarea anemiei. Mai mult, plumbul poate altera formarea si maturizarea celulelor rosii prin afectarea metabolismului pirimidinic.

               Biomarkerii utilizati pentru supravegherea expunerii la plumb si a efectelor asupra sanatatii:

• Biomarkeri ai expunerii: plumbemia
• Biomarkeri de efect:
• Acidul delta-amino-levulinic, care se elimina prin urina in cantitate mai mare;
• Dehidraza acidului delta-amino-levulinic este inhibata si are o activitate enzimatica scazuta fata de normal;
• Coproporfirinele urinare eliminate in exces;
• Protoporfirinele eritrocitare au nivel crescut si sunt libere nefixand fierul
• Biomarkeri de susceptibilitate: deficitd

                  In tabelul urmator sunt redate efectele care au fost observate la copii pentru diferite nivele de expunere la plumb.

Cele mai mici nivele ale plumbemiei la care au fost observate diverse efecte la copii

 

Pb-emia (μg/dl)	EFECTE NEUROLOGICE	SINTEZA HEMULUI	ALTE EFECTE
10-15 (prenatal si postnatal)	Deficite in: - dezvoltarea neuro- comportamentala;	Inhibitia ALA-dehidrazei	Reducerea varstei gestationale si a greutatii la nastere; Talie redusa pana la varsta de 7-8 ani
15-20		PP libere eritrocitare crescute	Alterarea metab. vitaminei D; Inhibarea pirimidin-5`-nucleotidazei: - afecteaza degenerarea moleculelor de acid nucleic - interfereaza cu producerea energiei celulare implicata in formarea eritrocitelor mature.
25	IQ scazut, timp de reactie mai lent
30	Viteza scazuta a conductibilitatii nervoase
40		Hemoglobina redusa; coproporfirine si ALA-urinar crescute
70	Neuropatie periferica	Anemia franca
80-100	Encefalopatie		Colica + alte efecte gastrointestinale; nefropatie