Nutriční toxikologie – endokrinní disruptory

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

2. 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

3. 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.

4. 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

5. 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)

6. 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

7. 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)

8. Sestupný trend počtu spermií v populaci

9. 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

10. 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….

11. 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

12. 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

13. 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

14. 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.

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

16. 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)

17. 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.

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

19. 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)

20. 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.

21. Expozice 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.

22. Odhad expoziční dávky USA(Schaum et al. 1994 v ATSDR* 2002) *Agency for Toxic Substances and Disease Registry

23. 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)

24. 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

25. 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.

26. 1992 – 2. kolo mezinárodní srovnávací studie WHO– suma indikátorových PCB v mateřském mléce, ng/g tuku

27. 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

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

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

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

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

32. 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.

33. 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).

34. 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

35. 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

36. 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

37. 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.

38. 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???