prace oryginalne Dent. Med. Probl. 2013, 50, 3, 282 290 ISSN 1644-387X Copyright by Wroclaw Medical University and Polish Dental Society Paula Kostecka-Sochoń A C, E, F A, D, F, Ewa Dąbrowska Wpływ kadmu i/lub cynku na wybrane enzymatyczne parametry bariery antyoksydacyjnej w śliniance podjęzykowej szczura The Impact of Cadmium and/or Zinc on Specific Enzymatic Parameters of the Antioxidative Barrier in Sublingual Gland in Rat Zakład Stomatologii Społecznej i Profilaktyki Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku, Białystok, Polska A koncepcja i projekt badania; B gromadzenie i/lub zestawianie danych; C opracowanie statystyczne; D interpretacja danych; E przygotowanie tekstu; F zebranie piśmiennictwa Streszczenie Wprowadzenie. Kadm należy do głównych czynników skażenia środowiska zarówno dla populacji ogólnej, jak i zawodowej. Jest pierwiastkiem toksycznym, który kumuluje się w organizmie, zaburzając czynności wielu układów i narządów z powodu stresu oksydacyjnego wywołanego jego działaniem. Za utrzymanie równowagi oksydacyjno-redukcyjnej podczas wydzielania wolnych rodników pod wpływem kadmu i innych metali ciężkich odpowiadają antyoksydacyjne systemy enzymatyczne i nieenzymatyczne z udziałem wybranych biopierwiastków. Z punktu widzenia stomatologa na szczególną uwagę zasługuje prooksydacyjne działanie kadmu w śliniance podjęzykowej przy środowiskowym narażeniu na ten metal. Cynk jest biopierwiastkiem, któremu przypisuje się rolę antyoksydanta w barierze antyoksydacyjnej. Jest kofaktorem wielu enzymów, w tym dysmutazy ponadtlenkowej. Cel pracy. Ocena wybranych enzymatycznych wskaźników bariery antyoksydacyjnej: dysmutazy ponadtlenkowej (SOD), katalazy (CAT) i peroksydazy glutationowej (GPx) w śliniance podjęzykowej szczurów eksponowanych na kadm i/lub cynk. Materiał i metody. Materiał biologiczny pochodził od 72 zwierząt, którym podawano chlorek kadmu i/lub chlorek cynku w stężeniu 5 i 50 mg Cd/dm 3 oraz 30 i 60 mg Zn/dm 3 w postaci wodnych roztworów przez 12 miesięcy. Ocenę aktywności SOD, CAT i GPx przeprowadzono po zhomogenizowaniu tkanki ślinianek podjęzykowych za pomocą gotowych zestawów diagnostycznych. Wyniki. Wykazano, że kadm zmniejszał aktywność SOD i GPx w zależności od jego stężenia, a cynk tylko w niektórych układach z kadmem zapobiegał obniżeniu SOD i CAT w tkance ślinianki podjęzykowej. Wnioski. Zmiany w aktywności badanych wskaźników bariery antyoksydacyjnej mogą sugerować zaburzenia równowagi oksydacyjno-redukcyjnej w tkance ślinianki podjęzykowej szczurów narażonych na kadm i/lub cynk (Dent. Med. Probl. 2013, 50, 3, 282 290). Słowa kluczowe: kadm, cynk, bariera anytyoksydacyjna, ślinianka podjęzykowa, szczur. Abstract Background. Cadmium is one of the chief pollutants in both general and professional environment. It is a toxic element that accumulates in the organism, disrupting the functioning of a number of systems and organs due to oxidative stress arising from cadmium activity. Maintaining the oxidoreductive balance during the generation of free radicals under the influence of cadmium and other heavy metals is the responsibility of enzymatic and nonenzymatic antioxidative systems, with the participation of specific bioelements. From the dentist s perspective, particular attention should be given to pro-oxidative activity of cadmium in the sublingual gland in the environmental Badania zostały wykonane w ramach projektu naukowego 114-929-39L w UMWB.
Wpływ Cd i/lub Zn na wybrane enzymatyczne parametry bariery antyoksydacyjnej w śliniance podjęzykowej 283 exposure to this metal. Zinc is a bioelement that is attributed the antioxidant s role in the antioxidative barrier. It is the co-factor of a number of enzymes, including superoxide dismutase. Objectives. The objective of this paper is to assess the specific enzymatic parameters of the antioxidative barrier: superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and glutathione peroxidase (GPx) in the sublingual gland of rats exposed to cadmium and/or zinc. Materials and Methods. The biological material was collected from 72 animals who were administered cadmium chloride and/or zinc chloride in the concentration of 5 and 50 mg Cd/dm 3, and 30 and 60 mg Zn/dm 3 in the form of aqueous solutions for 12 months. The activity of SOD, CAT and GPx was assessed after homogenizing the tissue of sublingual glands using standard diagnostic kits. Results. The conducted analysis has revealed that cadmium reduced the activity of SOD and GPx depending on its concentration, while zinc prevented the reduction of SOD and GPx in the sublingual gland tissue only in some combination with cadmium. Conclusions. The changes in the activity of analyzed antioxidative barrier indicators may suggest a disruption of the oxidoreductive balance in the sublingual gland tissue of rats exposed to cadmium and/or zinc (Dent. Med. Probl. 2013, 50, 3, 282 290). Key words: cadmium, zinc, antioxidative barrier, sublingual gland, rat. Ostatnie lata są okresem intensywnych badań nad metaboliczną rolą tlenu. Od dawna opisywano jego negatywny wpływ na organizm, dopiero badania z ostatnich lat pozwoliły jednak poznać mechanizmy jego toksyczności. Udowodniono, że cząsteczka tlenu może ulegać zarówno pełnej redukcji do cząsteczki wody, jak i stopniowej, w etapach jednoelektronowych. W wyniku tych procesów powstają reaktywne formy tlenu (RFT) [1]. Zwiększenie stężenia reaktywnych form tlenu określa się jako stres oksydacyjny, który leży u podłoża wielu chorób ogólnoustrojowych, takich jak cukrzyca, miażdżyca, choroby nowotworowe oraz przyczynia się również do niekorzystnych zmian w środowisku jamy ustnej [1 3]. W stomatologii stres oksydacyjny jest uważany za przyczynę chorób przyzębia, stanów zapalnych dziąseł i kości, nowotworów jamy ustnej, kserostomii, zespołu Sjögrena, chorób związanych z niedoborem witaminy D, C i E, tworzenia płytki nazębnej lub powstawania zmian okołowierzchołkowych [4 6]. Kadm należy do pierwiastków toksycznych, który kumuluje się w organizmie w ciągu całego życia, zaburzając czynności wielu układów i narządów. Bardzo ważnym mechanizmem toksycznego działania kadmu jest uszkadzanie bariery antyoksydacyjnej organizmu. Wykazano, że kadm powodując zwiększenie wytwarzania wolnych rodników ponadtlenkowych poprzez peroksydację fosfolipidów, błon komórkowych lizosomów, siateczki endoplazmatycznej, mitochondriów i jądra komórkowego [7, 8], indukuje stres oksydacyjny w różnych narządach [9, 10]. Jednocześnie hamuje aktywność enzymów bariery antyoksydacyjnej (SOD, GPx, CAT) na drodze interakcji z metalami będącymi w ich centrum aktywnym (Zn, Cu, Fe) [11 13]. Cynk jest biopierwiastkiem niezbędnym do prawidłowego przebiegu wielu procesów metabolicznych w organizmie. Jedną z najważniejszych funkcji cynku w organizmie jest jego działanie antyoksydacyjne. Chociaż mechanizm tego działania nie został jeszcze w pełni wyjaśniony, wiadomo, że niedobór cynku nasila uszkodzenia komórek powodowane przez reaktywne formy tlenu [12]. Oczekuje się, że suplementacja cynkiem może łagodzić prooksydacyjne działanie kadmu. Ślinianki są ważnym elementem narządu żucia. Ich prawidłowa funkcja, polegająca na wytwarzaniu śliny, wpływa na ekologię i zdrowie jamy ustnej. Głównym źródłem narażenia środowiskowego na kadm jest palenie tytoniu, dlatego ocena statusu oksydacyjno-redukcyjnego w tkankach dużych gruczołów ślinowych przy narażeniu na kadm znajduje swoje uzasadnienie, zwłaszcza że doniesień naukowych na ten temat jest niewiele. Celem pracy była ocena aktywności wybranych enzymów bariery antyoksydacyjnej: dysmutazy ponadtlenkowej (SOD), katalazy (CAT) i peroksydazy glutationowej (GPx) w śliniance podjęzykowej szczurów eksponowanych na kadm i/lub cynk. Materiał i metody Badania przeprowadzono na 72 szczurach, samcach szczepu Wistar o początkowej masie ciała około 220 g. Zwierzęta pochodziły z hodowli własnej Zakładu Toksykologii UMWB, w którym przeprowadzono doświadczenie i pobrano materiał do badań. W czasie doświadczenia szczury przebywały w klatce ze stali nierdzewnej w standardowych warunkach hodowlanych (temperatura 22 ± 2 C, wilgotność względna: 50 ± 10%, 12 godzinny cykl dobowy). Zwierzętom zapewniono nieograniczony dostęp do wody pitnej i standardowej diety typu LSM. Na przeprowadzenie badań uzyskano zgodę Lokalnej Komisji Etycznej ds. Doświadczeń na Zwierzętach w Białymstoku (nr 3/2004).
284 P. Kostecka-Sochoń, E. Dąbrowska Zwierzęta podzielono losowo na 9 grup po 8 osobników każda: grupa 1 kontrolna, przez cały okres doświadczenia otrzymywała do picia wodę redestylowaną; grupa 2 otrzymywała do picia roztwór ZnCl 2 o stężeniu 30 mg Zn/dm 3 ; grupa 3 otrzymywała do picia roztwór ZnCl 2 o stężeniu 60 mg Zn/dm 3 ; grupa 4 otrzymywała do picia roztwór CdCl 2 o stężeniu 5 mg Cd/dm 3 ; grupa 5 otrzymywała do picia łącznie roztwór CdCl 2 o stężeniu 5 mg Cd/dm 3 i roztwór ZnCl 2 o stężeniu 30 mg Zn/dm 3 ; grupa 6 otrzymywała do picia łącznie roztwór CdCl 2 o stężeniu 5 mg Cd/dm 3 i roztwór ZnCl 2 o stężeniu 60 mg Zn/dm 3 ; grupa 7 otrzymywała do picia roztwór CdCl 2 o stężeniu 50 mg Cd/dm 3 ; grupa 8 otrzymywała do picia łącznie roztwór CdCl 2 o stężeniu 50 mg Cd/dm 3 i roztwór ZnCl 2 o stężeniu 30 mg Zn/dm 3 ; grupa 9 otrzymywała do picia łącznie roztwór CdCl 2 o stężeniu 50 mg Cd/dm 3 i roztwór ZnCl 2 o stężeniu 60 mg Zn/dm 3. Wodne roztwory zawierające ZnCl 2 (Merck, Niemcy) i/lub CdCl 2 (POCh, Gliwice, Polska) podawano zwierzętom w stężeniu 5 i 50 mg Cd/dm 3 oraz 30 i 60 mg Zn/dm 3 w postaci wodnych roztworów przez 12 miesięcy. W grupie 2 i 3 zwierzęta otrzymywały rozdzielnie użyte stężenia cynku, a w grupie 4 i 5 odpowiednio różne stężenia kadmu. W grupach 6 9 podawano łącznie CdCl 2 i ZnCl 2 w postaci mieszaniny w odpowiednich stężeniach. W czasie podawania wodnych roztworów metali rozdzielnie lub łącznie (mieszaniny) nie obserwowano żadnego osadu ani zmętnienia roztworu. Użyte stężenia wybrano na podstawie danych literaturowych [14, 15]. Stężenie 5 mg Cd/dm 3 odpowiada narażeniu środowiskowemu, a 50 mg Cd/dm 3 narażeniu zawodowemu. Mniejsza dawka cynku uznana za bezpieczną jest stosowana jako suplement diety, większa natomiast odpowiada dawce terapeutycznej. Przez cały okres eksperymentu kontrolowano dobowe spożycie płynów w każdej grupie i na tej podstawie oszacowano pobranie cynku i kadmu w poszczególnych grupach zwierząt. Zostało to przedstawione i opisane przez zespół Brzóska et al. w pracy, która zawiera powyższe dane w postaci tabel i opisu dobowego spożycia wody i zastosowanych w doświadczeniu metali [16]. Po zakończeniu doświadczenia od zwierząt w głębokiej narkozie wywołanej Vetbutalem (30 mg/kg masy ciała, Biowet, Polska), zgodnie z zaleceniami Lokalnej Komisji Etycznej ds. Doświadczeń na Zwierzętach pobrano ślinianki. Szczury skrwawiano, pobierając krew z serca, a następnie pobrano do badań ślinianki podjęzykowe. Wypreparowane ślinianki przechowywano w temperaturze 80 o C. Po rozmrożeniu, ślinianki ważono i homogenizowano w 0,1 M buforze fosforanowo-sodowym o ph 7,4 w stosunku 1:4. Zhomogenizowane tkanki wirowano w temperaturze 4 o C z prędkością 14000 obrotów/min przez 10 minut. Uzyskany supernatant wykorzystano do oznaczenia aktywności: dysmutazy ponadtlenkowej (SOD) za pomocą zestawu Firmy Superoxide Dismutase Assay Kit firmy Cayman; katalazy (CAT) metodą spektrofotometryczną wg Aebi oraz peroksydazy glutationowej (GPx) za pomocą zestawu Bioxytech GPx 340 TM firmy OxisResearch TM. Stężenia badanych enzymów oznaczano w postaci mu/mg białka według instrukcji producentów. Badania laboratoryjne przeprowadzono w Zakładzie Toksykologii Akademii Medycznej w Białymstoku. Uzyskane wyniki poddano analizie statystycznej za pomocą jednoczynnikowej analizy wariancji Anova z zastosowaniem testu post-hock Duncana. Przeprowadzono ponadto analizę korelacji Spearmana. Różnice między grupami i korelacje między zmiennymi uznano za istotne statystycznie przy p < 0,05. Obliczenia statystyczne wykonano z użyciem programu komputerowego Statistica 10.0. Wyniki Wpływ Zn na enzymatyczną barierę antyoksydacyjną w śliniance podjęzykowej szczurów narażanych na kadm i/lub cynk przedstawiono w tabeli 1 oraz na rycinach 1 3. Ocenę aktywności SOD w śliniance podjęzykowej szczurów narażanych na kadm i/lub cynk przedstawiono na rycinie 1. Stężenie SOD w śliniance podjęzykowej szczurów kontrolnych wynosiło 4,486 ± 0,561 U/mg białka. Podawanie zwierzętom samego cynku w obu stężeniach nie wpłynęło na aktywność enzymu w badanej tkance. Narażanie szczurów na 5 lub 50 mg Cd/dm 3 prowadziło do istotnego statystycznie zmniejszenia aktywności SOD odpowiednio o 26 i 33% w stosunku do grupy kontrolnej. W grupie szczurów, którym przez cały okres ekspozycji na 5 mg Cd/dm 3 podawano 60 mg Zn/dm 3 stężenie SOD było większe o 34% w stosunku do grupy zwierząt, którym nie podawano cynku. W grupie zwierząt, którym przez cały okres ekspozycji na kadm w stężeniu 50 mg/dm 3 podawano 30 lub 60 mg Zn/dm 3 stężenie SOD było mniejsze odpowiednio o 28 i 25% w stosunku do grupy kontrolnej. Ocenę aktywności CAT w śliniance podjęzykowej szczurów narażanych na kadm i/lub cynk przedstawiono na rycinie 2. Aktywność CAT w śliniance podjęzykowej szczurów kontrolnych wynosiła 0,384 ± 0,049 mu/mg białka. Podawanie szczurom cynku jedynie w stężeniu 60 mg Zn/dm 3 prowadziło do 2,1-krotnego zwiększenia aktywności tego enzymu w badanej
Wpływ Cd i/lub Zn na wybrane enzymatyczne parametry bariery antyoksydacyjnej w śliniance podjęzykowej 285 Ryc. 1. Ocena aktywności SOD w śliniance podjęzykowej szczurów narażonych na kadm i/lub cynk Wartości przedstawiają średnie arytmetyczne ± SEM. Różnice uznano za istotne statystycznie przy p < 0,05 (Anova test post hoc Duncana), gdzie * p < 0,05; p < 0,01; p < 0,001 względem a kontroli, b 30 mg Zn/dm 3, d 5 mg Cd/dm 3, f 5 mg Cd/dm 3 + 60 mg Zn/dm 3 Fig. 1. Assessment of SOD activity in sublingual gland of rats exposed to cadmium and/or zinc The values are expressed as arithmetic means ± SEM. The differences were considered statistically significant at p < 0.05 (Anova Duncan s post-hoc test), where *p < 0.05; p < 0.01; p < 0.001 against a control, b 30 mg Zn/dm 3, d 5 mg Cd/dm 3, f 5 mg Cd/dm 3 + 60 mg Zn/dm 3 Ryc. 2. Ocena aktywności CAT w śliniance podjęzykowej szczurów narażonych na kadm i/lub cynk Wartości przedstawiają średnie arytmetyczne ± SEM. Różnice uznano za istotne statystycznie przy p < 0,05 (Anova test post hoc Duncana), gdzie * p < 0,05; p < 0,01; p < 0,001 względem a kontroli, b 30 mg Zn/dm 3, c 60 mg Zn/dm 3 Fig. 2. Assessment of CAT activity in sublingual gland of rats exposed to cadmium and/or zinc The values are expressed as arithmetic means ± SEM. The differences were considered statistically significant at p < 0.05 (Anova Duncan s post-hoc test), where *p < 0.05; p < 0.01; p < 0.001 against a control, b 30 mg Zn/dm 3, c 60 mg Zn/dm 3
286 P. Kostecka-Sochoń, E. Dąbrowska Ryc. 3. Ocena aktywności GPx w śliniance podjęzykowej szczurów narażonych na kadm i/lub cynk Wartości przedstawiają średnie arytmetyczne ± SEM. Różnice uznano za istotne statystycznie przy p < 0,05 (Anova test post hoc Duncana), gdzie *p < 0,05; p < 0,01; p < 0,001 względem a kontroli, b 30 mg Zn/dm 3, c 60 mg Zn/dm 3 Fig. 3. Assessment of GPx activity in sublingual gland of rats exposed to cadmium and/or zinc The values are expressed as arithmetic means ± SEM. The differences were considered statistically significant at p < 0.05 (Anova Duncan s post-hoc test), where *p < 0.05; p < 0.01; p < 0.001 against a control, b 30 mg Zn/dm 3, c 60 mg Zn/dm 3 tkance w stosunku do grupy kontrolnej. Sam kadm oraz jednoczesne podawanie zwierzętom kadmu i cynku, w obu stężeniach, nie miało natomiast wpływu na aktywność katalazy w śliniance podjęzykowej. Ocenę aktywności GPx w śliniance podjęzykowej szczurów narażanych na Cd i/lub Zn przedstawiono na ryc. 3. Stężenie GPx w śliniance podjęzykowej szczurów z grupy kontrolnej wynosiło 3,352 ± 0,518 mu/mg białka. Podawanie cynku w obu stężeniach prowadziło do istotnego wzrostu aktywności GPx w badanej tkance odpowiednio o 52% u szczurów otrzymujących 30 mg Zn/dm 3 i o 49% u otrzymujących 60 mg Zn/dm 3 w stosunku do grupy kontrolnej. Narażanie szczurów na 5 lub 50 mg Cd/dm 3 prowadziło do znacznego zmniejszenia aktywności GPx odpowiednio o 39 i 38% w stosunku do grupy kontrolnej. W grupach zwierząt, którym przez cały okres ekspozycji na kadm w obu stężeniach podawano 30 i/lub 60 mg Zn/dm 3 aktywność GPx wykazywała tendencję wzrostową w stosunku do tych, którym nie podawano cynku podczas narażenia na kadm. Nie były to jednak różnice istotne statystycznie. Omówienie Przedyskutowanie powyższych wyników jest utrudnione ze względu na niewielką liczbę doniesień dotyczących procesów oksydacyjno-redukcyjnych w śliniankach podczas narażenia na metale ciężkie, szczególnie na kadm. Toksyczny wpływ kadmu na tkanki zwierząt i ludzi jest szeroko opisywany. Szczególnie dotyczy wątroby, nerek, mózgu i kości [14, 17]. Zainteresowanie nad wpływem kadmu na status oksydacyjno-redukcyjny zapoczątkowało tę tematykę badań, zwłaszcza że są one ważne z punktu widzenia stomatologii, ponieważ dotyczą właściwego funkconowania narządu żucia [18, 19]. Jednym z mechanizmów toksycznego działania kadmu jest zdolność do interakcji z jonami cynku, żelaza, miedzi, wapnia, magnezu oraz selenu, co sprawia, że kadm może zaburzać skutecznie szlaki metaboliczne i przyczynić się do powstania zmian zarówno czynnościowych, jak i morfologicznych komórek i całych narządów [20 23]. Jest to spowodowane wypieraniem z centrów aktywnych enzymów jonów innych metali przez kadm. Kadm wnikając do organizmu, wpływa na dystrybucję i homeostazę biopierwiastków, takich jak: cynk, miedź i żelazo. Interakcje między wymienionymi metalami mogą zachodzić na poziomie absorpcji, transportu do tkanek, komórek i struktur wewnątrzkomórkowych, dystrybucji oraz wydalania. Kadm ma również zdolność do wchodzenia w reakcję z grupami sulfyhydrolowymi białek, powodując inaktywację zbudowanych z nich enzymów cytozolowych i mitochondrialnych [15, 24].
Wpływ Cd i/lub Zn na wybrane enzymatyczne parametry bariery antyoksydacyjnej w śliniance podjęzykowej 287 Mechanizm interakcji z innymi metalami polega głównie na konkurencji o miejsca wiązania. Dotyczy to jonów cynku (Zn) z dysmutazy ponadtlenkowej (SOD), jonów żelaza (Fe) z katalazy, jonów selenu (Se) z peroksydazy glutationowej [25]. Interakcje między metalami wpływają na absorpcję, kumulację i toksyczne działanie kadmu w sytuacjach niedoboru cynku [26], miedzi [27] i żelaza [15, 28]. Wykazano również, że narażenie na kadm prowadzi do peroksydacji lipidów błon komórkowych, zwiększając procesy prooksydacyjne i tym samym prozapalne z udziałem nienasyconych kwasów tłuszczowych w tym kwasu arachidynowego [29]. Z kolei suplementacja diety biopierwiastkami może doprowadzić do ograniczenia wychwytu i kumulacji metali toksycznych, co w konsekwencji może osłabić ich toksyczne działanie. Najlepszym przykładem może być cynk, który wykazuje działanie ochronne komórek i tkanek oraz osłabia toksyczne oddziaływanie kadmu i ołowiu [15, 28, 30]. Dysmutaza ponadtlenkowa (SOD) jest ważnym enzymem antyoksydacyjnym w ocenie statusu oksydacyjno-redukcyjnego tkanek podczas narażenia na metale ciężkie. W przeprowadzonych badaniach narażenie na kadm prowadziło do zmniejszenia aktywności SOD w tkance ślinianki podjęzykowej i zależało od jego stężenia. Potwierdza to prooksydacyjne działanie kadmu w tym gruczole, które zostało przedstawione również dla krwi, wątroby i nerek przez Kulikowską-Karpińską [15]. Autorka stosując te same dawki kadmu, uzyskała również zmniejszenie aktywności SOD we krwi oraz wątrobie. Może się to wiązać z interakcją kadmu z cynkiem, który jest kofaktorem SOD lub obniżeniem stężenia cynku potrzebnego do zwiększonego wytworzenia metalotioneiny (MT, białka wiążącego metale), w odpowiedzi na kumulację kadmu w narządzie. Zjawisko deponowania kadmu w śliniance podżuchwowej w zależności od dawki i czasu narażenia opisano we wcześniejszych badaniach własnych [18]. Dotyczy to również badanej ślinianki podjęzykowej (wyniki niepublikowane). W badaniach Dąbrowskiej et al. [31] w tkance ślinianki podżuchwowej stwierdzono właśnie zwiększenie stężenia MT w odpowiedzi na ilość deponowanego kadmu. Dowodzi to, że podobnie jak wątroba lub nerki, również ślinianki regulują metabolizm kadmu w organizmie na drodze wytwarzania metalotionein. Podawanie samego cynku nie wpłynęło na aktywność SOD w tkance badanej ślinianki podjęzykowej. Tylko w układzie ekspozycji zwierząt na cynk w większym stężeniu przy mniejszym narażeniu na kadm uzyskano natomiast zwiększenie aktywności SOD, co oznacza ochronną rolę cynku w wyższych dawkach. Może to wskazywać na mniejszą konkurencyjność kadmu przy stężeniu 5 mg wobec cynku, który jest kofaktorem dysmutazy ponadtlenkowej regulującym jej aktywność. Kamecka-Białowarczuk [19] w identycznym modelu doświadczalnym uzyskała podobny kierunek badań. Według autorki suplementacja cynkiem podczas narażenia na kadm powodowała ochronną rolę tylko w odniesieniu do niektórych elementów badanego układu. Peroksydaza glutationowa (GPx) jest kolejnym enzymem, którego aktywność zapobiega stanom zapalnym wywołanym przez wolne rodniki. Narażenie zwierząt na kadm wykazało dla obu stężeń tego metalu znaczne zmniejszenie aktywności GPx. Może to wynikać z konkurencyjności kadmu wobec selenu, który reguluje aktywnością tego enzymu. Taką zbieżność wykazała w swoich badaniach nad ślinianką podżuchwową Kamecka- -Białowarczuk [19], ale tylko dla dużego stężenia kadmu. Odwrotną zależność między powyższymi wynikami wykazała Kulikowska-Karpińska [15]. W badanej wątrobie, krwi i najwyraźniej w nerce wartości stężenia GPx przy wyższym stężeniu kadmu były większe niż w grupie kontrolnej. Ta rozbieżność może wynikać z różnych funkcji badanych narządów lub też krótszego czasu ekspozycji na kadm. Podobnie duże zwiększenie aktywności GPx w śliniance podjęzykowej autorzy otrzymali, podając zwierzętom sam cynk. Cynk zwiększał aktywność GPx prawie dwukrotnie w stosunku do grupy kontrolnej. Potwierdza to rolę cynku jako antyoksydanta oraz wskazuje na zasadność miejscowego stosowania preparatów do higieny jamy ustnej zawierających cynk. Jednoczesne podanie cynku i kadmu wykazało jedynie tendencję do zwiększenia aktywności GPx w śliniance podjęzykowej. Może się to wiązać z wykorzystaniem cynku do budowy metalotioneiny, której ilość w intoksykacji kadmem wzrasta. Taką tendencję zależności między kadmem, cynkiem i metalotioneiną uzyskano we wcześniejszych badaniach dla ślinianki podżuchwowej szczura w tym samym układzie doświadczalnym [31]. Aktywność katalazy (CAT) w różnych tkankach jest inna. Największa dotyczy wątroby, nerek, erytrocytów i błon śluzowych [32 34]. Funkcje, jakie spełnia katalaza, dotyczą przede wszystkim ochrony przed nadtlenkiem wodoru i produktami jego rozpadu. Interpretacja aktywności CAT opiera się na interakcji kadmu i żelaza, które jest kofaktorem katalazy. Narażenie na kadm w większym stężeniu wywołało spadek aktywności CAT we krwi i wątrobie. Jedynie w nerce według przedstawionych dla tych narządów badań Kulikowskiej- -Karpińskiej [15] otrzymano jednocześnie zwiększenie aktywności CAT i SOD i GPx. Być może ten proces reguluje ilość wiążącej kadm metalotioneiny, która jest w nerce najważniejszym ogni-
288 P. Kostecka-Sochoń, E. Dąbrowska Tabela 1. Aktywność badanych enzymów SOD, CAT i GPx w śliniance podjęzykowej szczura Table 1. Activity of analyzed SOD, CAT and GPx enzymes in sublingual gland in rat SOD (U/mg of proteins) CAT (mu/mg of proteins) GPx (mu/mg of proteins) gr. I Control 4,486 ± 0,561 0,384 ± 0,049 3,352 ± 0,518 gr. II 30 mg Zn/dm 3 4,839 ± 0,35 0,491 ± 0,094 5,109 ± 0,245 aǂ gr. III 60 mg Zn/dm 3 3,975 ± 0,223 0,79 ± 0,081 aǂbᵻ 4,994 ± 0,163 aǂ gr. IV 5 mg Cd/dm 3 3,344 ± 0,253 a * b 0,208 ± 0,044 bᵻcǂ 2,037 ± 0,246 aᵻbǂcǂ gr. V 5 mg Cd/dm 3 + 30 mg Zn/dm 3 3,527 ± 0,332 b* 0,274 ± 0,08 b*cǂ 2,815 ± 0,169 bǂcǂ gr. VI 5 mg Cd/dm 3 + 60 mg Zn/dm 3 4,469 ± 0,409 d* 0,29 ± 0,032 b* cǂ a* bǂcǂ 2,412 ± 0,267 gr. VII 50 mg Cd/dm 3 w 3,018 ± 0,137 aᵻ bǂ fᵻ 0,27 ± 0,048 b* cǂ 2,094 ± 0,189 aᵻbǂcǂ gr. VIII 50 mg Cd/dm 3 + 30 mg Zn/dm 3 3,221 ± 0,264 a*b f* 0,311 ± 0,056 cǂ 2,701 ± 0,421 bǂcǂ gr. IX 50 mg Cd/dm 3 + 60 mg Zn/dm 3 3,379 ± 0,278 a*bᵻ f* 0,341 ± 0,043 cǂ 2,694 ± 0,171 bǂcǂ Wartości przedstawiają średnie arytmetyczne ± SEM. Różnice uznano za istotne statystycznie przy p < 0,05 (Anova test post hoc Duncana), gdzie *p < 0,05; p < 0,01; p < 0,001 względem a kontroli, b 30 mg Zn/dm 3, c 60 mg Zn/dm 3, d 5 mg Cd/dm 3, e 5 mg Cd/dm 3 + 30 mg Zn/dm 3, f 5 mg Cd/dm 3 + 60 mg Zn/dm 3, g 50 mg Cd/dm 3, h 50 mg Cd/dm 3 + 30 mg Zn/dm 3. The values are expressed as arithmetic means ± SEM. The differences were considered statistically significant at p < 0.05 (Anova Duncan s post-hoc test), where * p < 0.05; p < 0.01; p < 0.001 against a control, b 30 mg Zn/dm 3, c 60 mg Zn/dm 3, d 5 mg Cd/dm 3, e 5 mg Cd/dm 3 + 30 mg Zn/dm 3, f 5 mg Cd/dm 3 + 60 mg Zn/dm 3, g 50 mg Cd/dm 3, h 50 mg Cd/dm 3 + 30 mg Zn/dm 3. wem w metabolizmie kadmu. W badanej śliniance podjęzykowej narażenie zwierząt na kadm w obu stężeniach nie miało wpływu na aktywność katalazy. Może to wynikać ze specyfiki funkcji tej ślinianki w porównaniu ze ślinianką podżuchwową. Kamecka-Białowarczuk [19], badając wpływ kadmu na śliniankę podżuchwową szczurów przez 6 i 12 miesięcy, uzyskała zmniejszenie aktywności katalazy (CAT) we wszystkich badanych grupach. Rozkład aktywności zależał jednak od dawki i czasu ekspozycji. W grupie zwierząt narażonych na kadm przez 6 miesięcy i o stężeniu 5 mg Cd/dm 3 aktywność katalazy (CAT) spadła w porównaniu z grupą kontrolną. Z kolei w grupie narażonych na Cd 50 mg Cd/dm 3 nastąpiło dalsze obniżenie aktywności CAT zarówno w stosunku do grupy kontrolnej, jak i w stosunku do grupy 5 mg Cd/dm 3 [19]. Można przypuszczać, że w śliniance podżuchwowej wpływ kadmu na czułość katalazy jest większy niż w podjęzykowej. Być może w każdej z dużych ślinianek (podżuchwowej, przyusznej i podjęzykowej) inaczej reagują na kadm te same enzymy bariery antyoksydacyjnej. Wymaga to dalszych porównawczych badań dotyczących nie tylko aktywności wskaźników procesów oksydacyjno-redukcyjnych, ale i jednoczesnej zawartości metali oraz biopierwiastków w badanych tkankach dużych gruczołów ślinowych. Podsumowując uzyskane wyniki należy stwierdzić, że w pracy tej po raz pierwszy (brak danych w piśmiennictwie) przeprowadzono badania dotyczące aktywności wybranych enzymów antyoksydacyjnych (SOD, GPx, CAT) w tkance ślinianki podjęzykowej szczurów narażonych na kadm i/lub cynk. Stwierdzono, że narażenie na 5 i 50 mg Cd/dm 3 indukuje stres oksydacyjny w śliniance podjęzykowej. Kadm zmniejsza aktywność SOD i GPx, nie wpływa natomiast na aktywność CAT. Uszkadzające działanie kadmu na śliniankę podjęzykową jest związane z wpływem tego metalu na aktywność wybranych enzymów antyoksydacyjnych (SOD i GPx). Suplementacja cynkiem (30 i 60 mg Zn/dm 3 ) podczas narażenia na kadm w istotny sposób zapobiegała zmniejszeniu aktywności SOD. Aktywność GPx wykazywała natomiast tendencję wzrostową, nie były to jednak różnice istotne statystycznie. Korzystny wpływ zwiększonej podaży cynku na śliniankę podjęzykową w warunkach narażenia na kadm jest związany z wpływem tego biopierwiastka na aktywność SOD i GPx. Wyniki badań mają istotne znaczenie poznawcze oraz implikacje praktyczne. Przyczynia-
Wpływ Cd i/lub Zn na wybrane enzymatyczne parametry bariery antyoksydacyjnej w śliniance podjęzykowej 289 ją się do lepszego zrozumienia udziału gruczołów ślinowych, w tym ślinianki podjęzykowej, w procesach oksydacyjno-redukcyjnych zachodzących w jamie ustnej w warunkach chronicznej ekspozycji na kadm. Pozwalają także wnioskować, iż zwiększenie podaży cynku podczas narażenia na kadm chroni badaną tkankę przed oksydacyjnym uszkodzeniem, co jest ważne szczególnie z punktu widzenia zdrowia jamy ustnej. Piśmiennictwo [1] Abraham-Inpijn L.: The significance of endocrine factors and microorganisms in the adevelopment of gingivitis in pregnant women. Stomatol. 1996, 75, 15 18. [2] Ciężka E., Pioruńska-Stolzmann M., Surdacka A.: Assessment of selected antioxidants in the saliva of pregnant women with PGDM. Dent. Forum, 2011, 39, 31 37 [in Polish]. [3] Liu J., Qu W., Kadilska M.B.: Role of oxidative stress in cadmium toxicity and carcinogenesis. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2009, 238, 209 2014. [4] Brock G.R., Butterworth C.J., Matthews J.B., Chapple I.L.: Local and systematic total a antioxidant capacity in periodontitis and health. J. Clin. Periodontol. 2004, 31, 515 521. [5] Czeczot H., Skrzycki M.: Enzymatic and non-enzymatic antioxidants of saliva a literature review. Czas. Stomatol. 2003, 56, 817 823 [in Polish]. [6] Konopka T., Gmyrek-Marciniak A., Kozłowski Z., Kaczmarek U., Wnukiewicz J.: Antioxidative potential of saliva with peridontitis and squamous cell carcinoma of lower oral cavity. Dent. Med. Probl. 2006, 43, 354 362 [in Polish]. [7] Li W., Kagan H.M., Chou I.N.: Alternations in cytoskeletal organization and homeostasi of cellular thiols in cadium resistant cell. Toxicol. Appl. Pharmacol. 1994, 126, 114 123. [8] Malara P., Langowska-Adamczyk H., Kwapuliński J., Malara B.: The impact of smoking on the presence of cadmium and lead in dental hard tissues. Czas. Stomatol. 2005, 58, 335 342 [in Polish]. [9] Brzóska M.M., Rogalska J.: Protective effect of zinc supplementation against cadmium-induced oxidative stress and RANK/RANKL/OPG system imbalance in the bone tissue of rats. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2013, 272, 208 220. [10] Jomova K., Valko M.: Advances in metal-induced oxidative and human disease. Toxicol. 2011, 283, 65 87. [11] Bagchi D., Vuchetich P.J., Bagchi M., Tran M.X., Krohn R.L., Ray S.D., Stohs S.J.: Protective effects of zinc salts on TPA induced hepatic and brain lipid peroxidation, glutathione depletion, DNA damage and peritoneal macrophage activation in mice. Gen. Pharm. 1998, 10, 43 50. [12] Prasad A.S., Bao B., Beck F.W.J., Kucuk O., Sarkar F.H.: Antioxidant effect of zinc in humans. Free Radic. Biol. Med. 2004, 37, 1182 1190. [13] Valko M., Morris H., Cronin M.T.D.: Metals, toxicity and oxidative stress. Curr. Medicin. Chem. 2005, 12, 1161 1208. [14] Brzóska M.M., Rogalska J., Gałażyn-Sidorczuk M., Jurczuk M., Roszczenko A., Kulikowska-Karpińska E., Moniuszko-Jakoniuk J.: Effect of zinc supplementation on bone metabolism in male rats chronically exposed to cadmium. Toxicol. 2007, 237, 89 103. [15] Kulikowska-Karpińska E.: The impact of zinc on oxidoreductive processes in the organism of a rat exposed to various concentrations of cadmium or lead. Habilitation dissertation. Białystok 2004 [in Polish]. [16] Brzóska M.M., Gałażyn-Sidorczuk M., Rogalska J., Roszczenko A., Jurczuk M., Majewska K., Moniuszko- -Jakoniuk J.: Beneficial effect of zinc supplementation on biomechanical properties of femoral distal end and femoral diaphysis of male rats chronically expose to cadmium. Chem. Biol. Interact. 2008, 171, 312 324. [17] Rogalska J., Pilat-Marcinkiewicz B., Brzóska M.M.: Protective effect of zinc against cadmium hepatotoxicity depends on this bioelement intake and level of cadmium exposure: A study in a rat model. Chem. Biol. Interact. 2011, 193, 191 203. [18] Dąbrowska E.: Effect of cadmium and zinc on submandibular salivary gland and other elements in the rat masticatory system. Habilitation dissertation, Białystok 2006 [in Polish]. [19] Kamecka-Białowarczuk E.: The impact of cadmium and zinc on specific parameters of the oxidoreductive system in submandibular gland in rats. Doctoral thesis, Białystok 2010 [in Polish]. [20] Czeczot H., Skrzycki M.: Cadmium the useless element for the organism. Postępy. Hig. Med. Dośw. 2010, 64, 8 49 [in Polish]. [21] Noda M., Yasuda M., Kitagawa M.: Iron as possible aggravating factor for osteopathy in Itai-itai disease, a disease associated with chronic cadmium intoxication. J. Bone Miner. Res. 1991, 6, 245 255. [22] Ziętek M., Baranowski K., Andrzejak R.: Lesions in peridontium in employees exposed to industrial pollutions. Progress stage of lesions according to seniority and smoking. Czas. Stomatol. 1999, 52, 451 463 [in Polish]. [23] Jurczuk M., Brzóska M.M., Gałażyn-Sidorczuk M., Moniuszko-Jakoniuk J., Rogowski F.: Distribution of the Fe radioisotope in the organism of a rat after a subacute exposure to cadmium. Clin. Chem. 1993, 39, 757 765 [in Polish]. [24] Friberg L., Elinder C.G., Kjellstorm T.: Cadmium. Environmental Health Criteria.134, World Health Organization. Geneva 1992.
290 P. Kostecka-Sochoń, E. Dąbrowska [25] Smith J.B., Smith L., Pijuan V., Zhuang Y., Chen Y.C.: Transmembrane signals and protooncogene induction evoked by carcinogenic metals and prevented by zinc. Environ. Health Perspect. 1994, 102, 181 189. [26] Panemangalore M., Bebe F.N.: Effects of low oral lead and cadmium exposure and zinc status on heme metabolites in weanling rats. Int. J. Occup. Med. Environ. Health 1996, 9, 141 151. [27] Bremner I., Campbel J.K.: The influence of dietary cooper intake on the toxicity of cadmium. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1980, 355, 319 332. [28] Okawara S., Kaji T., Yamamoto C., Fujiwara Y., Sakamoto M.: Interaction between cadmium and zinc in the production and sulfation of glycosaminoglycans in cultured bovine vascular endothelial cells. J. Toxicol. Environ. Health 1991, 107, 63 72. [29] Młynek V., Skoczyńska A.: The proinflammatory activity of cadmium. Post. Hig. Med. Dosw. 2005, 59, 1 8 [in Polish]. [30] Yoshida M., Fukumoto M., Kishimoto T., Yamamura Y., Shimizu H., Sakai O.: Effects of zinc, selenium and calcium on the nephrotoxicity of cadmium in primary cultures of rat renal proximal epithelial cells. Biol. Trace Elem. Res. 1993, 36, 219 227. [31] Dąbrowska E., Letko R., Gałażyn-Sidorczuk M., Kulikowska-Karpińska E., Łapińska J.: Effect of exposure to cadium on the level of metallothionein in the rat submandibular gland. Pol. J. Environm. Stud. 2009, 18, 6A, 186 189. [32] Bartosz G.: Oxygen s second nature. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2008. [33] Ścibior D., Czeczot H.: Catalase structure, properties, functions. Post. Hig. Med. Dośw. 2006, 60, 170 180 [in Polish]. [34] Sies H.: Oxidative stress: oxidants and antioxidants. Exp. Physiol. 1997, 82, 291 295. Adres do korespondencji: Ewa Dąbrowska Zakład Stomatologii Społecznej i Profilaktyki UMB ul. Akademicka 3 15-286 Białystok tel.: 501 204 937 e-mail: helpdent@umwb.edu.pl Praca wpłynęła do Redakcji: 10.06.2013 r. Po recenzji: 9.09.2013 r. Zaakceptowano do druku: 30.09.2013 r. Received: 10.06.2013 Revised: 9.09.2013 Accepted: 30.09.2013