Použití radioanalytických metod při studiu thyreotoxických účinků exogenního bromidu Pavelka Stanislav ' , Vobecký Miloslav, Babický Arnošf Ustav biochemie, Přírodovědecká fakulta MU v Brně Fyziologický ústav AVČR, v.v.i., Praha 3 Ústav analytické chemie AVČR, v.v.i., Praha 2
Esenciální stopový prvek jod tvoří nezastupitelnou součást hormonů štítné žlázy, thyroxinu a trijodothyroninu. Pro savčí novorozence je jediným zdrojem tohoto prvku mateřské mléko. Produkce thyreoidálních hormonů ve štítné žláze kojených mláďat je proto extrémně závislá na fluktuacích v dodávce jodu od matek. Tyto fluktuace mohou být způsobeny například vysokým příjmem strumigenních látek, ať už rostlinného původu, jako jsou thiokyanáty, nebo antropogenního původu jako třeba bromidy. Bromid je hlavním produktem degradace brómovaných uhlovodíků používaných ve velkém měřítku v průmyslu a zejména methyl bromidu, masivně užívaného v zemědělství k fumigaci půdy ve sklenících a k posklizňovému ošetření komodit typu obilí, koření, ovoce, ořechů a tabáku . Bromid, v analogii s blízce příbuzným chloridem, je v těle distribuován téměř výhradně v extracelulární tekutině. U vyšších živočichů nejsou žádné doklady o tom, že by se bromid akumuloval v nějakém orgánu či tkáni, které by mohly indikovat nějakou specifickou fyziologickou funkci tohoto iontu 2. Protože však bromid je současně chemicky podobný jodidu, lze u bromidových iontů očekávat strumigenní účinky. Vedle dalších autoru jsme skutečně prokázali, že vysoký příjem bromidu u potkana významně snižoval akumulaci jodidu, a to nejen ve štítné žláze 4 a v kůži 5 , ale v případě laktujících samic také v mléčných žlázách 6. Bromid také zvyšoval rychlost exkrece jodidu ledvinami do moči a tím způsobem významně zkracoval biologický poločas jodu 4. Cílem předkládaných experimentů bylo, s využitím radioaktivních indikátorů ( Br a I) rozšíření našich předchozích studií 6 s tím, že tentokrát jsme oproti dřívějším experimentům měli možnost použít zvířata držená na různých dietách, s velmi rozdílným obsahem jodu; dále zjištění vlivu vysokého příjmu bromidu u laktujících samic potkana na přenos jodu na kojená mláďata a vyhodnocení případných dopadů na prosperitu mláďat; u těchto zvířat rovněž souběžné sledování přenosu nadbytečných bromidových iontů od matek na mláďata prostřednictvím mateřského mléka a posouzení eventuelních účinků přenášeného bromidu. Výsledky a diskuse Účinky vysokého příjmu bromidu u laktujících samic potkana na rozsah přenosu jodu na kojená mláďata a na produkci mateřského mléka Pro vylučování jodu z těla laktující samice existují dvě hlavní cesty: prostřednictvím mléčných žláz do mléka a prostřednictvím ledvin do moči. Následující grafy (Obr. 1 a 2) přesvědčivě dokládají supresivní účinek vysokého příjmu bromidu u matek na rozsah přenosu radiojodu na kojená mláďata prostřednictvím mateřského mléka. Radioaktivita 131I (aplikovaná samicím ve formě * 'i-značeného jodidu) přenesená mateřským mlékem a akumulovaná v těle mláďat kojených matkami, jež pily vodu s vysokou koncentrací bromidu (5 000 mg L"1), byla významně nižší v každém sledovaném časovém úseku, než byla aktivita 131 I akumulovaná v těle mláďat kontrolních samic, jež pily destilovanou vodu (Obr. 1). Současně však bylo celkové množství radiojodu zadržené v těle matek plus jejich mláďat v případě samic s vysokým příjmem bromidu rovněž významně nižší než v případě kontrolních samic (Obr. 2). Z toho je zřejmé, že vysoký příjem bromidu u matek způsobil zvýšené 45
vylučování radiojodidu do moči. Pozorované snížení množství přenášené radioaktivity " 1 je však možné vysvětlit, alespoň částečně, i jinak a to snížením množství konzumovaného (a produkovaného) mateřského mléka. Skutečně jsme zjistili, že vysoký příjem bromidu u laktujíeích samic způsobil velmi významný pokles produkce mateřského mléka, a to v průběhu celého laktačního období (Obr. 3). Zvláště nápadný byl tento pokles v případě samic, které pily vodu s nejvyšším přídavkem bromidu (5 000 mg L" ).
• BrOmg/1 O Br 5000 mg/l
100
I>ams + voung
?
m
-5
1 60
í i
1
i
55 'S 40
ř 20 0
24h
Obr. 1 Vliv vysokého příjmu bromidu u kojících samic na přenos radioaktivity I prostřednictvím mateřského mléka na kojená mláďata (celá hnízda po osmi mláďatech; % dávky aplikované samicím).
Obr. 2 Vliv vysokého příjmu bromidu u kojících samic na celkovou radioaktivitu 131 1 zadrženou v tělech matek plus mláďat (celých hnízd po 8 mláďatech) 3 h, 6 h a 24 h od aplikace radiojodidu samicím.
• Control H lst experimental H 2nd experimental
30 25
2
20
S
15
=
S io
10th
15th Day of lactation period
19th
Obr. 3 Úroveň produkce mateřského mléka (g/10 h) v různých dnech laktačního období v závislosti na velikosti příjmu bromidu u laktujíeích samic potkana (koncentrace bromidu v pitné vodě: Control = 0 mg L" ; lst experimental = 1 000 mg L ; 2nd experimental = 5 000 mgL1).
46
Dopady vysokého příjmu bromidu u taktujících samic potkana na kojená mláďata
•Control
• 2nd experimental
lst experimental
100
80 5£
60 '3
-z 40 c se
20
10
15 Day of life
25
20
30
Obr. 4 Časový průběh přírůstku tělesné hmotnosti mláďat potkana (g na celé hnízdo) v závislosti na velikosti příjmu bromidu u matek (koncentrace bromidu v pitné vodě: Control = 0 mg L"1; lst experimental = 1 000 mg L"1; 2nd experimental = 5 000 mg L"1).
36
Control
Exncrim.
1 Control 12
Dams
Young
J30
J2 Zi.
.c M
10
i
24
s —
—
1 18
i.S
L Experim.
1
s
I
s
Diet
0
A
Diet
Obr. 6 Vliv vysokého příjmu bromidu (koncentrace v pitné vodě: Control = 0 mg L"1; Experim. = 5 000 mg L'1) u kojících samic potkana, držených na standardní dietě s dostatečným obsahem jodu (1.2 |ig g" ; dieta B) a experimentální dietě s extrémně nízkým obsahem jodu (< 0.06 |ig g"1; dieta A), na relativní hmotnost (mg na 100 g tělesné hmotnosti) jejich štítných žláz, 17 dní od porodu.
Obr. 5 Vliv vysokého příjmu bromidu (koncentrace v pitné vodě: Control = 0 mg L" ; Experim. = 5 000 mg L"1) u kojících samic potkana, držených na standardní dietě s dostatečným obsahem jodu (1.2 (ig g"1; dieta B) a experimentální dietě s extrémně nízkým obsahem jodu (< 0.06 |ig g '; dieta A), na relativní hmotnost (mg na 100 g tělesné hmotnosti) štítných žláz jejich mláďat, 17. den po narození. 47
Obr. 4 demonstruje velice přesvědčivě negativní dopady velmi vysokého příjmu bromidu u laktujících samic potkana na jejich kojená mláďata na úrovni celého organismu. U mláďat, kojených matkami jež pily vodu s velmi vysokou koncentrací brom idu (5 000 mg L"1), došlo k velice významné retardaci růstu ve srovnání s mláďaty kontrolních samic (s přídavkem bromidu 0 mg L ). Pouze asi polovina těchto mláďat přežila a u přeživších byl jejich celkový stav velmi špatný. Protože víme, že mláďata potkana nejsou schopna samostatně přijímat pitnou vodu před 18. dnem jejich života, je zřejmé, že pozorovaná retardace růstu musela být zprostředkována mateřským mlékem. Vysoké hladiny bromidu v organismu matek také nepříznivě ovlivnily snadno zranitelné štítné žlázy jejich mláďat, zvláště v případě mláďat od matek držených na dietě A s jodovým deficitem (Obr. 5), a to už po 17 dnech od narození. Naproti tomu štítné žlázy samic nebyly krátkodobým vysokým příjmem bromidu ovlivněny (Obr. 6). Přenos nadbytečného bromidu z těl matek do těl kojených mláďat prostřednictvím mléka
mateřského
Přistoupili jsme proto k experimentálnímu ověření hypotézy, že nadbytečný bromid přijímaný laktujícími samicemi potravou přechází částečně do mateřského mléka a prostřednictvím mléka je přenášen do těl jejich kojených mláďat, u nichž působí thyreotoxicky.
60
l82Br/5000 • 1311/5000 C 1311
o 50 "O
— '"eu 40 a 30 E 20 ni
as
6
6 Time (h)
12 Time (h)
Obr. 7 Časový průběh změn v distribuci radioaktivity Br, aplikované podkožní injekcí radiobromidu laktujícím samicím potkana, mezi matky a jejich kojená mláďata, reflektující přenos radiobromidu z těl matek prostřednictvím mateřského mléka do těl jejich mláďat.
131i
Obr. 8 Radioaktivita 0íiBr a ' 'I zadržená v tělech kojených mláďat (celá hnízda po 8 mláďatech) 3 h, 6 h a 24 h od aplikace radiobromidu, resp. radiojodidu matkám. Laktující samice potkana byly drženy na dietě s dostatečným obsahem jodu (dieta B) a pily vodu obsahující buď 0 nebo 5 000 mg bromidu na litr. S~i
48
Obr. 7 dokládá, že radiobromid aplikovaný podkožní injekcí kojícím samicím potkana, podobně jako jodid snadno penetroval do potkaního mléka a prostřednictvím mateřského mléka byl přenesen ve značném rozsahu do těl mláďat. K přenosu bromidu však docházelo poměrně pomalu. Po 3 hodinách od aplikace radiobromidu matkám bylo množství radioaktivity přenesené mateřským mlékem a zachycené v tělech mláďat menší než 3 % aplikované dávky. Během následujících 22 hodin se však množství přenášeného bromidu postupně výrazně zvyšovalo. Obr. 8 porovnává dynamiku přenosu radiobromidu a radiojodidu mateřským mlékem. Celotělová měření zachycené radioaktivity Br a I v tělech kojených mláďat jednoznačně dokládají, že ačkoliv bromid snadno přecházel do těl mláďat, k jeho přenosu mateřským mlékem docházelo mnohem pomaleji než v případě jodidu. Závěry 1. Velmi vysoký příjem bromidu u samic potkana v průběhu laktačního období (ca. 220 mg bromidu na zvíře a den) způsobil významný pokles přenášeného množství jodu na mláďata prostřednictvím mateřského mléka. 2. Nadbytečný příjem bromidu u matek způsobil velmi výraznou retardaci růstu jejich mláďat. 3. U kojených mláďat od matek, které trvale potravou přijímaly nadbytečný bromid, současně (ještě před jejich odstavem) došlo k významnému zvětšení relativní hmotnosti štítných žláz. 4. Bromid přijímaný laktujícími samicemi snadno přecházel do mléka a prostřednictvím mateřského mléka byl přenášen ve značné míře na mláďata, u nichž působil thyreotoxicky. Tato práce byla finančně podpořena Akademií věd ČR (výzkumné záměry AV0Z50110509 a AV0Z40310501) a MŠMT (výzkumný záměr MSM0021622413). 1. Pavelka S., in Elements and Their Compounds in the Environment. Occurrence, Analysis and Biological Relevance, 2nd ed. (E. Merian, M. Anke, M. Ihnat, M. Stoeppler, Eds.). Wiley-VCH Verlag, Weinheim 2004, Vol. 3,p. 1445. 2. Pavelka S., Physiol Res., 53 (Suppl. 1) (2004) S81. 3. Van Leeuwen F.X.R., Hanemaaijer R., Loeber J.G., Arch. Toxicoi, 12 (Suppl.) (1988) 93. 4. Pavelka S., Babický A., Vobecký M., Lener J., Bioi Trace Elem. Res., 82 (2001) 125. 5. Pavelka S., Babický A., Vobecký M., Lener J„ Bioi Trace Elem. Res., 82(2001) 133. 6. Pavelka S., Babický A., Lener J., Vobecký M., Food Chem. Toxicoi., 40 (2002) 1041.
The use of radioanalytical methods in studies of thyrotoxic effects of exogenous bromide Pavelka Stanislav1,2, Vobecký Miloslav'\ Babický Arnošt3 1
Institute of Biochemistry, Faculty of Science, Masaryk University, Brno Institute of Physiology, v.v.i., Acad. Sci. of the Czech Republic, Prague 3 Institute of Analytical Chemistry, v.v.i., Acad. Sci. of the Czech Republic, Prague 2
The páper reviews some previous studies of the authors and describes results of new experiments, substantiating the following conclusions. Věry high intake of bromide in the rat dams (about 220 mg bromide per dam per day) in the course of lactation period caused a marked decrease in the iodine transfer through mother's milk to the suckling. Excessive bromide intake in the mothers caused a marked decrease in the body weight increments in their pups. At the samé time, a significant increase in the relative weight of the thyroids was found in the offspring of mothers that had been continually receiving excessive bromide. Bromide ions ingested by the dams readily moved into the rat milk and via mother's milk were transferred in a large extent to the suckling.
49
