Minerva Martínez-Alfaro

Departamentul de Farmacie, Universitatea din Guanajuato, Guanajuato, México

Yolanda Alcaraz-Contreras

Departamentul de Farmacie, Universitatea din Guanajuato, Guanajuato, México

Alfonso Cárabez-Trejo

Departamentul de Farmacie, Universitatea din Guanajuato, Guanajuato, México

Guillermo E. Leo-Amador

1 Departamentul de Medicină de către Facultatea de Medicină, Universitatea Autonomă de Querétaro

Abstract

Diluanții sunt amestecuri chimice utilizate ca solvenți industriali. Oamenii pot intra în contact cu diluantul prin expunere profesională sau prin abuz intenționat de inhalare. Mirosul mai subțire provoacă leziuni creierului, rinichilor, ficatului, plămânilor și sistemului reproductiv. Discutăm câteva mecanisme propuse prin care diluantul induce daune. Recent, inducerea stresului oxidativ a fost sugerată ca un posibil mecanism de deteriorare. Această lucrare analizează dovezile actuale ale efectelor stresului oxidativ induse de inhalarea mai subțire. Ideile timpurii despre efectele diluantului asupra lipidelor sunt discutate într-o singură secțiune. Discutăm mai multe studii care au arătat efectele oxidative ale inhalării mai subțiri asupra: peroxidării lipidelor, nivelurilor de enzime antioxidante, epuizarea glutationului și oxidarea proteinelor și a ADN-ului. De asemenea, am inclus studii despre efectele stresului oxidativ induse de toluen, componenta principală (60-70%) a diluantului. În cele din urmă, este discutată lucrarea care descrie efectele stresului oxidativ indus de inhalarea mai subțire asupra diferitelor organe.

INTRODUCERE

Inhalarea intenționată este o problemă de sănătate în întreaga lume. Majoritatea consumatorilor de droguri sunt copii sau adolescenți, iar cei mai mulți dintre ei sunt inițiați ca consumatori de droguri cu diluant. Unul dintre motivele pentru aceasta este că este ușor disponibil și ieftin în comparație cu alte medicamente. [1-3] În schimb, mecanismul toxicologic al inhalării mai subțiri ca amestec nu este frecvent studiat. Efectele stresului oxidativ asupra acestor organe prin inhalare mai subțire sunt revizuite. O revizuire sistematică a fost efectuată în PubMed folosind cuvântul inhalare subțire 96 de articole au fost revizuite doar 12 descrie efectul stresului oxidativ al inhalării subțiri considerând subțire ca mix.

COMPOZIȚIE MAI SUBȚIRĂ

Diluantul este un amestec de solvenți utilizat atât în ​​produsele de uz casnic, cât și în condițiile industriale; are o compoziție foarte variabilă, afișând atât diferențe temporale, cât și geografice. În plus, componentele mai subțiri variază în funcție de specificațiile de reglementare sau de tehnicile de procesare. Toluenul și acetona au fost cei mai abundenți compuși din probele comerciale mai subțiri din Mexico City analizate în 1997. Aceste probe au fost analizate prin cromatografie gazoasă, iar conținutul de toluen a variat de la 7% la 77%; [4] benzen a fost identificat în 62% din eșantioane și a reprezentat 0% - 2,2% (în medie 0,3%, v/v). În Japonia, Saito [5] a analizat patru preparate mai subțiri prin cromatografie capilară de gaze. Acetona și metil izobutil cetona, împreună cu toluenul, au fost cei mai frecvenți solvenți găsiți; hidrocarburile clorurate și derivații etilenglicolului au fost rar detectați.

Proporțiile de ingrediente variază semnificativ; legile actuale de reglementare au redus considerabil includerea benzenului, iar în Mexic există un diluant comercial fără benzen. Acest lucru este important, deoarece benzenul este clasificat drept genotoxic de către IARC. [6]

IDEI TEMPORALE DESPRE MECANISMUL TOXICITĂȚII

S-a observat in vitro inhibarea enzimelor integrale acetilcolinesterază (AChE) și ATPaza membranei sinaptozomale de șobolan după incubare cu 3 mM toluen. Întreruperea interacțiunilor lipidă-proteină a fost sugerată ca un mecanism de inhibare. [11]

Recent, studiile biofizice ale interfeței proteină-lipidă, elasticitatea curburii și potențialul polimorf al ansamblurilor lipidice au arătat dinamica membranei lipidice, care poate influența funcția proteinelor membranei. Modificările lipidelor membranare au un efect asupra fluctuațiilor elastice ale stratului stratificat lipidic care influențează inserția proteinelor și modificările conformaționale ale structurii proteinelor, care sunt importante pentru funcția proteinelor. [12]

STRES OXIDATIV

Stresul oxidativ este o stare celulară caracterizată printr-un exces de oxidanți (oxigen reactiv și specii de azot) care copleșește capacitatea antioxidantă. Oxidanții sunt constituiți din specii de radicali liberi care conțin specii reactive de oxigen și azot. Prezența electronilor nepereche îi face instabili și foarte reactivi. ADN, ARN, proteine ​​și lipide sunt țintele acestor radicali. Speciile reactive de oxigen (ROS) includ radicalii liberi derivați de oxigen: radicalul anion superoxid și radicalul hidroxil sau derivații săi, cum ar fi peroxidul de hidrogen. ROS sunt rezultatul mediului aerob, iar radicalul anion superoxid apare în timpul respirației mitocondriale. Coenzima Q (CoQ) pierde sporadic un electron în transferul echivalenților reducători prin lanțul de electroni. Acest electron este transferat pentru a dizolva O2 producând superoxid. Se estimează că 1-2% din O2 consumat de mitocondrii este transformat în radical anion superoxid. [13] Stresul oxidativ induce oxidarea lipidelor, proteinelor și ADN-ului în celule și un răspuns al unei varietăți de sisteme de detoxifiere celulară: superoxid dismutază (SOD), glutation peroxidază (GPX) și glutation (GSH).

Inhalarea mai subțire induce stresul oxidativ. Activarea proceselor de radicali liberi stă la baza efectului multor substanțe toxice precum: etanol, toluen, radiații ionizante, plumb, arseniat etc. [14] În cazul diluantului, există câteva mecanisme propuse:

Unul dintre ele este metabolismul oxidativ al benzenului, toluenului, xilenului, etanolului, acetonei și tri-metilbenzenului, care generează NADH citosolic. NADH este oxidat indirect de transportul electronilor mitocondriilor, în funcție de mecanismul de transfer al hidrogenului care implică purtători din membrana interioară mitocondrială. Această afecțiune care crește NADH mitocondrial și crește presiunea reducătoare asupra lanțului de transport al electronilor fără a crește rata respirației promovează formarea de O2 în lanțul de transport al electronilor. [15]

Producerea de chinone de către citocromul P450, în special în timpul metabolizării toluenului și benzenului este un alt mecanism propus. Aceste chinone sunt capabile să stabilească un ciclu redox inutil (chinone și radicali semiquinone), în timpul cărora se acumulează ROS citotoxice. [16]

Un alt mecanism este non-mitocondrial, care crește formarea ROS. Metabolismul componentelor diluantului are ca rezultat activarea izoformelor citocromului P450 precum CYP2E1, care este predispusă la formarea radicalilor. [17]

În plus, expunerea la substanțe toxice provoacă inflamații. În cazul unui diluant, inhalarea induce un răspuns inflamator în plămâni. Dovezi considerabile susțin rolul mediatorilor inflamatori eliberați de leucocitele fagocitare și de infiltrarea macrofagelor în generarea speciilor reactive de oxigen și azot în plămâni. Macrofagele produc NO (oxid nitric) printr-o formă inductibilă a enzimei, NO sintază. Această enzimă este reglată în sus de mediatori inflamatori, cum ar fi citokine, cum ar fi factorul de necroză tumorală alfa (TNF-α). Mai mult, activarea rapidă și persistentă a factorului nuclear κB (NF- κB) în macrofagele alveolare induce expresia unei forme inductibile a enzimei NO sintază (iNOS) și a receptorului TNF-α. O2- (anion superoxid) foarte reactiv este eliberat de leucocite stimulate, inclusiv monocite, macrofage și leucocite polimorfonucleare prin acțiunea NADPH oxidazei. [18,19] Există multe metode diferite de evaluare a stresului oxidativ. [20] Indicii pe baza compoziției diferitelor specimene biologice sunt cei mai utilizați. Majoritatea publicațiilor au folosit cel puțin două metode pentru a testa stresul oxidativ, evaluarea promotorilor și a produselor de peroxidare induse de oxidant, [21] proteine ​​oxidate, [22] și oxidare ADN. [23]

Revizuim diferitele teste pentru evaluarea stresului oxidativ indus în diferite organe prin inhalarea diluantului și a componentei sale principale, toluenul.

EFECTE PE ORGANE

Creier

Unele studii privind stresul oxidativ au arătat inducerea ROS cauzată de expunerea intraperitoneală la toluen (1 g/kg, 1 oră) în fracțiuni brute, sinaptozomale și microsomale ale cortexului. [24] Expunerea in vivo la diferite doze (0,5, 1,0 și 1,5 g/kg, ip) de toluen a determinat ROS crescut în fracții mitocondriale brute obținute din plămân și rinichi de șobolan și fracții sinaptozomale din striat și hipocamp. Hipocampus a avut cele mai ridicate niveluri induse de ROS. [25] Expunerea prenatală a șobolanilor la toluen (1800 ppm, 6 ore/zi în zilele 7-20 de sarcină) induce modificări de durată în starea oxidativă și fracțiunile de membrană ale creierului fetal. [26]

Inhalarea cronică a toluenului produce stres oxidativ în creier. Activități crescute de glutation peroxidază și procesul radicalilor liberi au fost observate cu o doză de 10 ori concentrația maximă admisibilă (MPC, 500 mg/m 3 de toluen) și au arătat activarea radicalilor liberi (421 ± 70) în comparație cu valoarea martor 261 ± 36). [27] Radicalii liberi au fost măsurați direct folosind o sondă chemiluminiscentă care formează produse fluorescente la interacțiunea cu radicalii liberi. Analiza spectrală parțială a chimioluminiscenței a arătat o predominanță a speciilor care emit lumină roșie care provin din vârfurile de emisie de oxigen dimol singulare; o reacție secundară derivată din secvența complexă de radicali liberi a peroxidării lipidelor duce probabil la emisia de lumină. [28]

Mai recent, a fost investigat efectul expunerii cronice la toluen (15, 30 și 45 de zile) asupra stresului oxidativ. Au fost observate creșteri ale nivelului de substanță reactivă a acidului tiobarbituric (TBARS), glutation reductază (GR), disulfură de glutation (GSSG) și superoxid dismutază (SOD) în diferite organe ale șobolanului. Mai mult, cortexul și cerebelul au arătat cea mai mare creștere a unui marker apoptotic (caspaza 3), indicând faptul că apoptoza poate juca un rol în neurotoxicitatea toluenului. [29]

În studiile experimentale efectuate pe șobolani, nivelurile de expunere prin inhalare sunt 3000 ppm toluen la diferite durate de expunere. Acest nivel de expunere în experimentare este comparabil cu expunerea inhalată care produce euforie la om [30] [Tabelul 1].

tabelul 1

Efectele de stres oxidativ ale toluenului asupra diferitelor organe

subțiri

Nu există multe studii privind efectele inhalării mai subțiri asupra creierului. Un caz cu analize patologice și tomografice a fost raportat de Escobar. [32] Pacientul era un bărbat în vârstă de 27 de ani, dependent de 12 ani de lipici și inhalare mai subțire, dezvoltând tulburări neurologice și comportamentale și, în cele din urmă, a murit. Tomografia computerizată a arătat atrofie cerebrală și cerebeloasă și ventriculi laterali dilatați care au fost confirmați prin examen patologic. A existat o scădere a densității neuronilor înlocuită de o glioză difuză, demielinizare și subțierea atât a cortexului, cât și a corpului calos. Degenerarea axonală gigantică a fost evidentă în tractele lungi ascendente și descendente ale măduvei spinării. Un alt studiu de rezonanță patologică și magnetică descrie demielinizarea cerebelară și cerebrală, precum și atrofia la om ca urmare a abuzului de toluen. [33] Tabelul 2 prezintă studii experimentale de inhalare mai subțire la șobolani. Toate aceste studii concentrațiile de toluen sunt mai mari de 3000 ppm, acest nivel este comparabil cu expunerea inhalată care produce euforie la om [Tabelul 2].

masa 2

Efectele de stres oxidativ ale toluenului asupra diferitelor organe

Mai recent, efectele stresului oxidativ ale inhalării mai subțiri (45 de zile) au fost demonstrate în creier. Leziunile neuronale induse de inhalarea mai subțire generează reactivitate glială în hipocamp, cortex și cerebel. Această reactivitate este demonstrată de o creștere marcată a proteinei acide fibrilare gliale (GFAP). Melatonina, un hormon pineal, este un agent de eliminare a radicalilor liberi și previne deteriorarea oxidativă a lipidelor, proteinelor și acizilor nucleici indusă de inhalarea mai subțire; previne, de asemenea, creșterea GFPA și scade efectele oxidative induse de inhalarea mai subțire. [37]

Expunerea cronică la inhalare mai subțire (45 de zile) a indus stres oxidativ în creier; nivelul de peroxidare a lipidelor a fost crescut, iar expresia moleculelor de adeziune a celulelor neuronale (NCAM) 140 și NCAM 180 în hipocamp și cortex a fost redusă. Mecanismul postulat a fost interferența cu sinteza NCAM prin stresul oxidativ indus mai subțire. Proteinele NCAM sunt cruciale pentru stabilizarea legării celulelor la siturile sinaptice. În plus, șobolanii au prezentat deficite de învățare și de memorie în sarcinile de evitare pasivă și labirint de apă Morris. [38]

Efectele stresului oxidativ la nivelul creierului șobolanilor expuși la inhalare cronică mai subțire (16 săptămâni) au fost o creștere a MDA și o scădere a GSH. Aceste efecte se corelează bine cu deteriorarea ADN-ului oxidativ în limfocite pe parcursul tratamentului. [39]

Creierul normal consumă o cantitate mare de oxigen, formează în mod natural oxidanți pentru auto-oxidarea unor neurotransmițători și are o capacitate antioxidantă relativ slabă, ceea ce îl face deosebit de vulnerabil la deteriorarea oxidativă [40] și ar putea ajuta la explicarea efectelor neurotoxice ale diluantului. Cu toate acestea, sunt necesare cunoștințe suplimentare despre interacțiunea stresului oxidativ cu alte mecanisme patologice, cum ar fi apoptoza sau necroza.

Efectele stresului oxidativ au fost observate asupra țesuturilor pulmonare ale șobolanilor expuși timp de 5 săptămâni la inhalare mai subțire. Nivelurile de MDA au crescut semnificativ între a doua și a cincea săptămână de inhalare mai subțire. O scădere a activității superoxid dismutazei a fost observată din a treia săptămână până la sfârșitul tratamentului. Nivelurile de glutation au crescut în primele 2 săptămâni de expunere și apoi au scăzut de la a treia până la a cincea săptămână de tratament prin inhalare. Modificări inflamatorii cronice, proliferare epitelială alveolară, colaps, modificări emfizematoase și fibroză interstițială au fost detectate în plămâni. [34]

Într-un studiu pe termen lung, șobolanii au fost expuși timp de 12 săptămâni la concentrații mari de diluant. S-a observat o creștere a valorilor MDA, în timp ce valorile GSH au scăzut până la 6 săptămâni și apoi au crescut din nou. Nivelurile de SOD nu s-au schimbat semnificativ. Emfizem similar cu boala pulmonară obstructivă cronică a fost observat în plămâni. [35]

Într-un studiu recent, s-a constatat că N-acetilcisteina (NAC), care este un precursor al GSH și care poate umple depozitele intracelulare de GSH, acționează și ca agent de eliminare. Când a fost administrat șobolanilor concomitent cu inhalarea mai subțire, NAC a scăzut semnificativ nivelurile de MDA tisulare pe parcursul tratamentului de 8 săptămâni, în comparație cu șobolanii expuși numai la diluant. În plus, nivelurile GSH de țesut la șobolanii cărora li s-a administrat NAC în timp ce inhalează mai subțire au fost semnificativ mai mari decât cele ale șobolanilor care au inhalat mai subțire fără tratament cu NAC. Cu toate acestea, deși nivelurile de MDA și GSH au indicat că stresul oxidativ cauzat de inhalarea mai subțire a fost redus de NAC, nu s-a observat niciun efect benefic asupra morfologiei pulmonare prin microscopie cu lumină. [36]

Rinichi

Administrarea epicutană de toluen la porci a cauzat progresiva pirnoză nucleară și separarea joncțională între membrana bazală și celulele bazale; a indus, de asemenea, spongioză înainte de separarea joncțională. [41] Funcția renală a fost măsurată la lucrătorii expuși la un amestec de toluen și xilen. Indicatorii insuficienței funcției renale au inclus proteinurie totală, albuminurie și excreția urinară a muramidazei; nivelurile acestor parametri au sugerat leziuni tubulare ușoare. [42]

A fost raportată insuficiența renală acută indusă de adezivul care conține toluen. Modificările histopatologice induse de inhalarea mai subțire au fost leziuni tubulare sub formă de plasturi și nefrită tubulointersticial severă la rinichi. [43]

Efectele inhalării mai subțiri și fumatului asupra rinichilor de șobolan au fost studiate timp de 6 săptămâni și s-au observat dovezi ale infiltrării celulelor interstițiale și ale nefritei interstițiale caracterizate prin fibroză. În plus, necroza focală în epiteliul tubilor proximali a fost observată în rinichiul șobolanilor care au fost expuși fumului mai subțire și fumului de țigară. [44]

Sânge

Au existat câteva studii cu privire la deteriorarea ADN-ului oxidativ cauzată de toluen. [16] Studiile au arătat efectele oxidative ale inhalării mai subțiri asupra peroxidării lipidelor, nivelurile de enzime antioxidante; în plus, epuizarea glutationului a fost observată în plasma adolescenților cu abuz de inhalant și a persoanelor care lucrează cu diluant de vopsea. [2,45]

Inhalarea mai subțire a indus leziuni oxidative în ADN-ul limfocitelor de șobolan. Această leziune oxidativă a fost corelată cu alți biomarkeri de stres oxidativ, utilizați pe scară largă, a crescut MDA și a scăzut nivelul GSH în creier și ficat. [39] Inhalarea diluantului induce stres oxidativ în plasma șobolanilor. Cu toate acestea, inhalarea mai subțire nu dăunează ADN-ului prin inducerea pauzelor cu catenă simplă sau dublă; în plus, diluantul nu modifică repararea ADN-ului. Acest lucru poate indica faptul că stresul oxidativ, un efect bine documentat al inhalării mai subțiri, nu induce efecte genotoxice. [46]

Expunerea la toluen a crescut parametrii stresului oxidativ (niveluri de MDA și proteine ​​carbonil) la eritrocitele umane după expunerea in vivo și in vitro. Fragilitatea osmotică a eritrocitelor a fost modificată numai după expunerea in vitro la toluen, iar noua sinteză a componentelor membranei este importantă. Eritrocitele testate provin de la persoane expuse la toluen la locul de muncă. [47]

DISCUŢIE

Diluantul constă dintr-un număr mare de componente dintr-un amestec complex, utilizat pe scară largă în casă și industrie. Viața reală implică întotdeauna expuneri simultane la mai mulți solvenți, indicând necesitatea unei lucrări experimentale cu combinații de substanțe. Cu toate acestea, evaluarea efectelor amestecurilor chimice este un subiect complex. În cazul studierii substanțelor subțiri, probleme precum: variabilitatea compoziției sale între diferitele tipuri de pe piață și interacțiunile chimice complexe toxicocinetice dintre componentele mai subțiri. Sunt necesare studii viitoare pentru a clarifica în continuare interacțiunile metabolice mai subțiri.

CONFIRMARE

Autorii îi mulțumesc Dr. Dorothy Pless pentru asistența lingvistică.