Διερεύνηση της δράσεως του καδμίου και άλλων βαρέων μετάλλων στην συμπεριφορά, αντιοξειδωτική κατάσταση, ένζυμα και βιογενείς αμίνες εγκεφάλου επιμύων

Abstract

Exposure to heavy metals is associated with impairment of vital functions and organ damage and even cases of death have been reported after high dose heavy metal exposure (UN 2001). Heavy metal toxicity such as that of cadmium (Cd), may be intercepted with chelating agents, such as cysteine (Cys). The goal of the present study was to explore the actions of Cd and other heavy metals with experiments assessing acetylcholinesterase (AchE) activity and total antioxidant status (TAS) in the rat brain after administration of Cd, zinc (Zn) and Cys. Cd was then chosen for the rest of the experiments as this metal seems to be the most toxic, according to biochemical measurements. In addition, these experiments were carried out in both sexes in order to investigate possible sex differences in the rats’ responses. In particular, several behavioral, neurochemical, endocrinological and biological indices were studied in female and male rats, after administration of Cd and coadministration of it with various doses of Cys. The results of the present study show that subchronic Cd administration seems to increase AChE activity and inhibit TAS in the brain. Zn appears to increase AChE activity as well but does not appear to affect TAS while coadministration with Cd results in maintenance of high values of AChE activity and inhibition of the Cd-induced decrease of TAS. Cys administration induced a considerable increase in AChE activity and a significant increase in TAS in the brain. When coadministered with Cd, even though Cys does not modify the increased AChE activity, it appears to block Cd-induced oxidative stress as well as prolong the survival of rats that received a toxic dose of Cd. Cd also appears to disrupt memory function in both sexes and coadministration with all doses of Cys reverses this disruption. In the open field apparatus, reduced locomotor activity and stereotypy are observed in rats administered Cd- a phenomenon that is reversed mainly with higher doses of Cys. At the same time, Cd administration results in decreased “total sniffing” in female rats in comparison to corresponding male rats. Cd stimulates dopaminergic activity in male rats in the striatum and hippocampus and coadministration with Cys reverses this effect, mainly in the hippocampus. In addition, Cd decreases serotonergic activity in the hippocampus of male rats, an effect which is reversed with Cys coadministration. On the other hand, no effect on serotonergic activity is observed in the striatum. As far as female rats are concerned, Cd administration seems to affect the striatum where it stimulates serotonergic activity- a phenomenon which is reversed with Cys coadministration. In contrast, Cd does not seem to affect dopaminergic activity in the striatum and dopaminergic and serotonergic activity in the hippocampus. Moreover, Cys appears to decrease dopaminergic activity in the striatum. ..............

Η έκθεση σε βαρέα μέταλλα σχετίζεται με βλάβες σε ζωτικές λειτουργίες και όργανα, ενώ έχουν καταγραφεί ακόμη και θάνατοι λόγω έκθεσης σε υψηλές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων (UN 2001). Η τοξικότητα των βαρέων μετάλλων, όπως το κάδμιο (Cd), δύναται να αναχαιτισθεί με χηληκές ενώσεις, όπως η κυστεΐνη (Cys). Στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η διερεύνηση της δράσης του Cd και άλλων βαρέων μετάλλων και ο στόχος αυτός προσεγγίσθηκε αρχικά με τη μελέτη του ενζύμου της ακετυλοχολινεστεράσης (AchE) και της ολικής αντιοξειδωτικής κατάστασης (TAS) στον εγκέφαλο αρσενικών επιμύων, κατόπιν χορήγησης Cd, ψευδαργύρου (Zn) και Cys. Στη συνέχεια, μελετήθηκαν διάφοροι συμπεριφορικοί, νευροχημικοί, ενδοκρινολογικοί και βιολογικοί δείκτες σε θηλυκούς και αρσενικούς επίμυες, κατόπιν χορήγησης Cd και διαφόρων δόσεων Cys. Επιλέχθηκε το Cd για τη συνέχεια της έρευνας, καθώς φαίνεται να είναι το πλέον τοξικό μέταλλο, όπως προκύπτει από τις βιοχημικές μετρήσεις, ενώ η εκτέλεση των πειραμάτων έγινε και στα δύο φύλα, με σκοπό να διερυνηθεί η πιθανή διαφυλική διαφορά στην απόκριση των επιμύων. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας δείχνουν ότι η υποχρόνια χορήγηση Cd φέρεται να αυξάνει τη δραστικότητα της AChE και να αναστέλει την TAS στον εγκέφαλο. O Zn φαίνεται να αυξάνει επίσης τη δραστικότητα της AChE, αλλά δε φαίνεται να επηρεάζει την TAS, ενώ όταν συγχορηγείται με Cd, διατηρεί τις υψηλές τιμές δραστικότητας της AChE και φαίνεται να αποτρέπει την προκαλούμενη από το Cd μείωση της TAS. Χορηγούμενη η Cys προκαλεί μία πολύ μεγάλη αύξηση της δραστικότητας της AChE και μία σημαντική αύξηση της TAS του εγκεφάλου. Στη συγχορήγησή της με το Cd, η Cys αν και δε μεταβάλλει την αυξημένη δραστικότητα της AChE, εμφανίζεται να αποτρέπει το προκαλούμενο από το Cd οξειδωτικό στρες, ενώ επιπλέον επιμηκύνει την επιβίωση των επιμύων που έλαβαν τοξική δόση Cd. Το Cd φαίνεται να προκαλεί διαταραχή της λειτουργίας της μνήμης και στα δύο φύλα, ενώ συγχορήγηση του με όλες τις δόσεις Cys αντιστρέφει την διαταραχή αυτή. Στη δοκιμασία της συμπεριφοράς ανοιχτού πεδίου, παρατηρείται μειωμένη «κινητικότητα» και «στερεοτυπική συμπεριφορά» στους επίμυες που έλαβαν Cd, φαινόμενο το οποίο αντιστρέφεται με τη συγχορήγηση κυρίως των μεγαλύτερων δόσεων Cys. Παράλληλα, η χορήγηση Cd προκαλεί μειωμένη «ολική όσμηση» των θηλυκών επιμύων σε σχέση με τους αντίστοιχους αρσενικούς. Το Cd διεγείρει τη ντοπαμινεργική λειτουργία των αρσενικών επιμύων τόσο στο ραβδωτό σώμα, όσο και στον ιππόκαμπο, ενώ η συγχορήγηση Cys αντιστρέφει την επίδραση αυτή, κυρίως στον ιππόκαμπο. ..................