Nutriční toxikologie – endokrinní disruptory Milena Černá 3. LF UK, Praha

Definice a obsah nutriční toxikologie Nutriční toxikologie se obecně zabývá vztahy mezi faktory výživy a biologickými procesy v organismu a zahrnuje zhruba následující oblasti: přívod toxických látek potravou a jejich nežádoucí zdravotní účinek přívod ochranných faktorů a látek s benefitním účinkem interakce makro- i mikronutrientů s toxickými či benefitními faktory v potravě interakce nutričních a toxických faktorů s fysiologickými endogenními procesy

Endokrinní disruptory jako kontaminanty životního prostředí Definice: Chemická látka nebo směsi látek v prostředí, které pozměňují endokrinní rovnováhu organismu a v důsledku těchto změn mohou vyvolat nežádoucí zdravotní účinky u exponovaného člověka nebo jeho potomstva.

Jaký je mechanismus působení? Prostřednictvím receptorů zapojených do regulace řady fyziologických funkcí. Lze je rozdělit do 3 skupin: Typ I: pro steroidní hormony Typ II: thyroid receptor (TR), vitamin D rec. (VDR), receptory pro retinoidy (RXR), receptor pro aktivaci proliferátorů peroxizomů (PPAR), aryl hydrocarbon receptor (AhR) Typ III: funkce zatím neurčena

ED – mechanismy působení Přímá vazba xenobiotika na endokrinní receptor (ER) Nepřímý účinek v důsledku modulací signálních cest. Nízkomolekulární ligandy aktivující receptor mají strukturální podobnost s řadou chemických kontaminant prostředí. Vazba chem. látky na ER a aktivace funkce (ftaláty) Kompetitivní vazba na aktivní místo ER, ale bez aktivace jeho funkce (inhibice funkce přirozených estrogenů). Aktivace transkripce genů kontrolujících ER (estrogen-like působení) Porucha signalizace mezi ER a AhR (antiestrogenita nezávislá na ER – např. dioxiny, PAH)

Možné způsoby účinku ED Imitace hormonálního účinku (falešně positivní signál) Antagonismus hormonálního účinku (falešně negativní signál) Alterace syntézy nebo metabolismu hormonů (pozměněný signál) Modifikace receptorů hormonů

Proč se zabývat látkami s vlastnostmi endokrinních disruptorů? Vzestupný trend incidence hormonálně vázaných nádorů: Ca mammy o asi 1%/rok, Ca prostaty, Ca testes Zvyšující se incidence endometriózy Zvyšující se incidence kryptorchismu, hypospadie aj. Je pozorován postupný pokles počtu spermií a snižování jejich kvality (cca 50% v období 1940 a 1990)

Sestupný trend počtu spermií v populaci

Chemické látky s účinkem ED Skupina látek označovaných jako „environmentální estrogeny, popř. antiestrogeny“ zahrnuje heterogenní chemické látky se schopností modulovat odpověď receptorů pro steroidní hormony i Ah (aryl hydrocarbon hydroxylázový) receptor: pesticidy, kongenery PCB, dioxiny, mykotoxiny i rostlinné toxiny, plasticizéry a alkylfenoly.

Chemické látky s účinkem ED POPs (persistentní organické polutanty pesticidy, kongenery PCB, dioxiny, PAU), Mykotoxiny (zearalenon, některé fumonisiny) Rostlinné toxiny Plasticizéry (ftaláty) Alkylfenoly (Bisfenol A) Kadmium

Persistentní organické polutanty (POPs) Chlorované pesticidy (DDT včetně metabolitů, HCB, a, b, g -HCH aj.) Polychlorované bifenyly (PCB) Polychlorované dioxiny (PCDD) a dibenzofurany (PCDF) Polybromované bifenyly (PBB) Polybromované dibenzoétery (PBDE – retardátory hoření) Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) a další….

Persistentní organické polutanty (POPs): Charakteristika: Persistence v prostředí Transport na dlouhou vzdálenost Dlouhý biologický poločas Bioakumulace v průběhu potravního řetězce Biokoncentrace ve vodních organismech Nežádoucí biologické účinky Nežádoucí zdravotní účinky

Charakteristika látek DDT: syntéza koncem 19. století Použití v 2. světové válce u armády jako insekticid V 50. letech rozšířený insekticid v zemích s výskytem malárie 60. léta – rezistence hmyzu, kumulace v prostředí a potravě Metabolit DDE – s podobnou toxicitou 70. léta – zákaz používání Současnost – stále přítomen v prostředí, potravních řetězcích i organismu člověka 2001 – Stockholmská dohoda regulující tuto skupinu látek

Polychlorované bifenyly Zdroj: Průmyslově vyráběny od 30. let v USA, od 50. let v Evropě a Japonsku, od 60. let na Slovensku Zač. 70. let se zjistila kumulace v organismu a možné zdravotní poškození. Zákaz výroby ve světě. U nás v 70. letech výroba vrcholila, celkem bylo vyrobeno cca 20000 tun. Zákaz výroby až koncem 1984. Použití: tepelné výměníky, hydraulické systémy, vakuová čerpadla, nehořlavé náplně transformátorů, emulgátory, přísady do barev a laků, do rtěnek

Vznik dioxinů 1) Dříve: Jako kontaminující produkty výrobních procesů: Výroba chlorovaných pesticidů a jejich použití (Vietnam, Seveso, Neratovice…); Papírenský průmysl – používání chlóru pro bělení. 2) Nyní: V důsledku neúplného spalování organické hmoty: Požáry, vulkanická činnost; Domácí topeniště, spalovny odpadů, krematoria; Spalovací motory; Kouření cigaret.

Co jsou dioxiny? 2,3,7,8-TCDD PCDD – 75 kongenerů PCDF – 135 kongenerů l O C l PCDD – 75 kongenerů C l O C l C l C l 2,3,7,8 - tetrachlordibenzo-p-dioxin C l C l (PCDD) O PCDF – 135 kongenerů 2,3,7,8 - tetrachlordibenzofuran (PCDF)

Jak byly zjištěny zdravotní účinky? (PCB, směsi PCB a dioxinů) Havárie: 1968 – kontaminovaný rýžový olej v Japonsku, postiženo přes 1000 lidí (nemoc Yusho) 1976 – Průmyslová havárie v Sevesu (Itálie) 1979 – kontaminovaný jedlý olej Thajwan, postiženo cca 2000 osob (nemoc Yusheng) Válka ve Vietnamu (Agent orange) Profesionální expozice při výrobě a použití (u nás Spolana, na Slovensku Chemko Strážské)

Nežádoucí zdravotní účinky PCB a dioxinů A) Karcinogenní: 2,3,7,8-TCDD = kat. 1 dle IARC Ostatní kongenery = kat. 3 dle IARC Předpokládá se negenotoxický mechanismus karcinogenity Podklady: Četné studie případů a kontrol u profesionálně exponované populace (výroba a aplikace herbicidů), u vietnamských veteránů vystavených Agent Orange a u populace Sevesa. Ale: nedostatek údajů o expozici, současná expozice dalším škodlivinám.

Nežádoucí zdravotní účinky dioxinů B) Nekarcinogenní: Vazba na Ah receptor, indukce enzymů: Hepatotoxicita a metabolické změny (většinou přechodné): porfyrie, hypercholesterolémie (HMGCoA red.), hyperlipidémie, snížení glukózové tolerance (DM?), zvýšení GGT a ALT; Změny v biotransformaci. Endokrinní dysbalance: Alterace funkce štítné žlázy, alterace glukózového metabolismu.

Nežádoucí zdravotní účinky dioxinů (pokrač.) Kožní změny: Chlorakne, hyperkeratóza, změny nehtů Imunitní změny: Imunotoxicita, alterace lymfocytů, zvýšení incidence infekčních onemocnění (např. otitis media u dětí) Neurotoxicita (změny postupně vymizí): Polyneuropatie a encefalopatie (u prof. ex.), psychologicné změny (deprese, kognitivní poruchy, psychomotorické změny)

Nežádoucí zdravotní účinky dioxinů (pokrač.) Vliv na reprodukci: Ne zcela jednoznačné, pravděpodobně na základě endokrinní nerovnováhy. Vývojové změny: Nejednoznačné, nepotvrzené v důsledku absence dat o expozici a ukazatelů zdravotního stavu před expozicí (Seveso, Vietnam). Kardiovaskulární změny: Nejednoznačné, vzestup úmrtí na srdeční selhání v Sevesu může souviset i se psychosociálními účinky havárie.

Expozice populace Běžná populace: V důsledku havárie (Seveso) Během profesionální činnosti (u nás např. Neratovice) Běžná populace: Z více než 95% potravou, především živočišnou (hovězí, ryby, mléko a mléčné výrobky). Limity pro expozici: dány pouze pro dioxiny WHO TDI = 1 – 4 pg pg TEQ/kg těl. hm. Sci. Com. Food: PTWI = 7 pg WHO TEQ/kg těl. hm.

Odhad expoziční dávky USA (Schaum et al. 1994 v ATSDR* 2002) Zdroj Denní přívod pg TEQ/den Denní přívod % Prostředí: vzduch voda 3 2,2 0,008 2,5 1,8 0,01 Potrava: mléko a produkty maso, vejce ryby 116 42 66 7,8 97 35 55 6,6 CELKEM Na kg těl. hm. 120 1,7 100 *Agency for Toxic Substances and Disease Registry

Současné expoziční zdroje Belgická aféra – 1997 - Kontaminace asi 1500 tun krmiva, do něhož byl přidán tuk obsahující PCB a dioxiny (firma vyrábějící krmiva „ušetřila“) Povodně u nás, ale i jinde (1997, 2002) – vyplavení PCB a dioxinů ze sedimentů, zvýšení jejich průniku do potravních řetězců Výroba pesticidů a PCB v 60. a 70. letech u nás Neratovice, na Slovensku Chemko Strážské) Staré skládky (o mnohých se neví) Spalování odpadů (i krematoria)

Dlouhodobé zdravotní poškození u běžné populace? Řádově nižší expozice u profesionálně neexponované populace V průmyslových oblastech prakticky nejsou neexponované osoby Epidemiologické studie nutno provádět na velkých souborech Citlivá populace děti (látky procházejí placentou, jsou obsaženy v mateřském mléce) Možné vlivy na reprodukci, vývoj dětí (neurotoxicita, zhoršení motorického a intelektuálního vývoje, hypofunkce štítné žlázy) Zatím se zdá, že se tyto změny upravují v průběhu dalšího vývoje

Odhad expozice a zátěže populace Využití biologického monitoringu – průkaz POPs v tělních tekutinách a tkáních obsahujících tuk: Mateřské mléko – krev – podkožní tuk -…. Mezinárodní studie koordinované WHO Studie na národní úrovni (u nás první výsledky v r. 1985) POZOR!! – mateřské mléko se používá z technických (neinvazivní odběr, obsah tuku) a indikačních důvodů (charakteristika expozice populace a sledování časových trendů). Kojení je jednoznačně podporováno.

1992 – 2. kolo mezinárodní srovnávací studie WHO– suma indikátorových PCB v mateřském mléce, ng/g tuku

Malisch and van Leeuwen, Vol. 60-65, Dioxin 2003 Boston 2000/01 – 3. kolo mezinárodní srovnávací studie WHO– suma indikátorových PCB v mateřském mléce, ng/g tuku Malisch and van Leeuwen, Vol. 60-65, Dioxin 2003 Boston

PCB 153 – 4. kolo WHO studie; výsledky spojených vzorků analyzovaných v RL SRN

Subsystém 5 – Biologický monitoring Systém monitorování zdravotního stavu české populace ve vztahu k životnímu prostředí – Subsystém 5 – Biologický monitoring www.szu.cz

Hladina indikátorových PCB v mateřském mléce vyjádřena jako suma kongenerů (138+153+180) x 1.7 – srovnání s výsledky v r. 1985

Hladiny indikátorového PCB 153 v tuku mateřského mléka – pokles v čase

Závěr - PCB Expozice, resp. zátěž české populace PCB se od zákazu výroby a používání v r. 1984 významně snižuje. Přesto jsou hladiny PCB v organismu české populace stále vyšší než v jiných průmyslových státech. Lokální a individuální diference v expozici existují v důsledku rozdílné kontaminace prostředí a konsumovaných potravin, odlišných stravovacích zvyklostí. Přesto, že nežádoucí zdravotní účinky jsou prokazovány při expozici/zátěži minimálně o řád vyšší, než je úroveň zátěže české populace, lze předpokládat, že malá část populace by mohla této úrovně dosáhnout.

Chlorované pesticidy mateřském mléce (mediány, ng/g tuku)

Výhody kojení vs. možné riziko Kojení má ve výživě dítěte téměř absolutní prioritu Limitní hodnoty jsou stanoveny pro celoživotní expozici daným koncentracím, kojení zaujímá z tohoto pohledu pouze zanedbatelný časový úsek. Přívod POPs kojením nevede tedy ke zvýšení celoživotní zátěže a obsah POPs v organismu kojených a nekojených dětí se vyrovná do 6-7 let věku dítěte. POPs u kojených dětí se neukládá v tuku a z velké části se vylučuje stolicí. Poločas (tj. odstranění poloviny absorbovaného množství) je u novorozenců odhadován na cca 4 měsíce (u dospělých 5-10 let).

Máme se obávat chemických látek v mateřském mléce? Podpora kojení a výsledky monitorování xenobiotik v mateřském mléce se vzájemně nevylučují. Jedná se o paralelní preventivní přístupy Kojení je jednoznačným přínosem pro dítě a je nutno je podporovat Výsledky monitorování nejsou v žádném případě určeny pro regulaci kojení, ale pro regulaci expozice populace chemickým látkám Maminkám se nedoporučuje rychle hubnout v průběhu kojení

Ftaláty Nepatří mezi persistentní látky, ale patří mezi ED Zdravotně významné jsou DBF a DEHF Použití: změkčovadlo při výrobě plastických hmot (od r. 1949) Expozice: inhalační – spalování plastových odpadů perorální – průnik z obalů do potravin a nápojů děti vkládáním hraček do úst parenterální – plastové součásti při dialýze apod. Účinky: karcinogenita (2B), hyperplasie jater, proliferace peroxisomů, indukce P450 Biomonitoring: obtížný pro možnou kontaminaci vzorků tělních tekutin z vnějšího prostředí Lze sledovat metabolity v moči

Další xenobiotika s ED účinkem Polycyklické aromatické uhlovodíky (benzo(a)pyren a další produkty neúplného spalování organické hmoty) Kadmium ze skupiny těžkých kovů Zearalenon ze skupiny mykotoxinů

Závěry – možnosti prevence? Systematické mezinárodní aktivity (Stockholmská úmluva 2001 pro regulaci POPs) Technická a technologická řešení (regulace u zdroje): Omezení tvorby dioxinů a průniku do prostředí. (záchyt dioxinů na filtrech spaloven, dokonalejší spalovací procesy, regulace zátěže z dopravy). Odhalení, evidence a likvidace starých skládek. Regulace v potravinách. Individuální ochrana: Obtížná, reálné je omezení konsumace živočišných tuků. Aktuální problematika genetické toxikologie, Brno, 5. – 7. 5. 2003

Mezinárodní regulační aktivity Stockholmská konvence: 22. – 23. 5. 2001 Regulace 12 skupin: Pesticidy: aldrin, DDT, dieldrin, endrin, chlordan, heptachlor, HCB, mirex, toxafen Průmyslové produkty: PCB Vedlejší produkty průmyslových a spalovacích procesů – PCDD, PCDF PAU???