Vliv oxidačního poškození na výsledky těhotenství Oddělení genetické ekotoxikologie Ústav experimentální medicíny AV ČR, v.v.i.
• Oxidační poškození makromolekul → důsledek znečištěného ovzduší • Nejitenzivněji studované polutanty: prachové částice PM2.5 a na ně navázané polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU). • Polycyklické aromatické uhlovodíky – řada z nich je podezřelá z karcinogenity; B[a]P je prokázaný lidský karcinogen; mutagenní (IARC 1983).
PAU • Vznikají nedokonalým spalováním organické hmoty (WHO 2010) a v životním prostředí jsou široce rozšířené. • Zdroje PAU: průmysl, automobilová doprava, domácí topeniště, kouření, potrava a jiné. • Škodlivý efekt na organismus až po metabolické aktivaci → metabolismus PAU může vést i ke vzniku ROS (Reactive oxygen species).
Vysoké hladiny ROS
Inhibice antioxidačních mechanismů
Spotřebování antioxidantů
Oxidační stres = důsledek nerovnováhy mezi mezi hladinami oxidačních činidel a antioxidantů Adaptace obranných mechanismů Kompletní obrana proti poškození
Oxidační poškození makromolekul (DNA, lipidů, sacharidů, proteinů)
Nekompletní obrana proti poškození
Neutralizace oxidačního stresu
Žádná obrana proti poškození
Poškození tkání Zánik buňky nekrózou nebo apoptózou Onemocnění
Žádné onemocnění Dalle-Donne I., Giustarini D., Colombo R., Rossi R., Milzani A. Trend Mol. Med. 2003, 9 (4), 169
Expozice PAU v těhotenství • Schopnost PAU prostupovat placentou (Manchester et al., 1992) → nadměrný oxidační stres v těhotenství může vést k poškození plodu. → LBW - nízká porodní váha → IUGR - nitroděložní růstová retardace (Dejmek et al., 2000) → předčasné porody (Choi et al., 2008) • U dětí s IUGR nebo s LBW: ↗ riziko poškození plicních fcí (Van Wassenaer, 2005) ↗ riziko astmatu v dětství (Lipsett et al., 2006) ↗ riziko změn imunit. systému (Sparfel et al. 2010)
Expozice PAU v těhotenství
• Negativní důsledky expozice PAU, které byly indukovány v těhotenství, se mohou projevit až po mnoha letech po narození (Martin-Gronert and Ozanne, 2007) -
DM II. typu, hypertenze ateroskleroza.
Celková expozice u jedince • Multifaktoriální záležitost: → znečištěné ovzduší → genetická predispozice → životní styl • Negativní vliv celkové expozice na lidské zdraví je dlouhodobě analyzován pomocí tradičních biomarkerů: → hladin PAU-DNA adduktů → parametrů oxidačního poškození makromolekul → sledování chromozomálních aberací (mikrojadérka, translokace)
Biomarker oxidačního poškození DNA 8-Oxodeoxyguanosin (8-oxodG) • Nejčastější modifikovaná báze indukovaná působením ROS. • Přítomnost 8-oxodG v DNA vede ke vzniku mutací (transverzí GC-TA). • Detekce v moči: kompetitivní ELISA
Biomarker oxidačního poškození lipidů (peroxidace lipidů)
15-F2t-isoprostan • Vznikají v buněčných membránách důsledkem působení ROS na arachidonovou kyselinu.
• Z membrán jsou uvolňovány působením fosfolipázy. • Detekce v krevní plazmě nebo v moči: kompetitivní ELISA.
Studie „Vliv znečištěného ovzduší na oxidační poškození makromolekul novorozenců“ Účastníci studie Vysoká škola chemickotechnologická v Praze (VŠCHT)
Ústav experimentální medicíny AV ČR, v.v.i. (ÚEM) Matky z řad dobrovolnic a jejich novorozenci
Gynekologickoporodnické a neonatologické oddělení České Budějovice (ČB) Nemocnice ČB, a.s. ve spolupráci se ZSF JU ČB
(nekuřačky) Porodnice Karviná Grantová Agentura ČR P301/13/13458S
Organizace studie Matky a novorozenci ve dvou lokalitách: České Budějovice a Karviná. Celkem osloveno 360 matek. I. Etapa – LETNÍ ODBĚR – srpen, září 2013 České Budějovice – 95 vzorků Karviná – 60 vzorků II. Etapa – ZIMNÍ ODBĚR České Budějovice – 95 vzorků Karviná – 60 vzorků Prováděné analýzy: - biologické: oxidační poškození DNA a lipidů - monitorování znečištění ovzduší
Odebíraný biologický materiál a dotazníky
A. Biologický materiál
B. Dotazníková data
1. Lékařský dotazník – vyplní lékař
1. Pupečníková krev – novorozenec 2. Žilní krev – matka 3. Moč – novorozenec 4. Moč – matka
Cíle studie: • Zhodnotit koncentrace škodlivin ve venkovním ovzduší pomocí stacionárního měření. • Analyzovat biomarkery oxidačního poškození makromolekul (DNA a lipidů) u matek a novorozenců. • Vyhodnotit vztah mezi koncentracemi škodlivin a biomarkery oxidačního poškození makromolekul.
• Vyhodnotit vztah mezi mezi oxidačním poškozením indukovaným znečištěným ovzduším a nemocností dětí.
Výsledky
7.8. 10.8. 13.8. 16.8. 19.8. 22.8. 25.8. 28.8. 31.8. 3.9. 6.9. 9.9. 12.9. 15.9. 18.9. 21.9. 24.9. 27.9. 30.9. 3.10. 6.10. 9.10. 12.10. 15.10. 18.10. 21.10.
µg/m3 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
40
2.8. 5.8. 8.8. 11.8. 14.8. 17.8. 20.8. 23.8. 26.8. 29.8. 1.9. 4.9. 13.9. 16.9. 19.9. 22.9. 25.9. 28.9. 1.10. 7.10. 11.10. 14.10. 17.10.
µg/m3
Vývoj znečištěného ovzduší v roce 2013 (letní odběr) PM2.5 a PM10 Karviná
České Budějovice
PM2.5 (HiVol)
PM2.5 (HiVol)
PM10 (ČHMÚ)
PM10 (ČHMÚ)
30
20
10
0
80
19.1. 22.1. 25.1. 1.2. 4.2. 7.2. 10.2. 13.2. 16.2. 19.2. 22.2. 25.2. 28.2. 3.3. 9.3. 12.3. 13.3. 16.3. 17.3. 19.3. 28.3. 31.3. 1.4. 3.4. 7.4. 8.4. 10.4. 11.4. 14.4. 15.4. 25.4.
µg/m3
13.1. 16.1. 19.1. 23.1. 28.1. 3.2. 6.2. 12.2. 18.2. 24.2. 27.2. 3.3. 8.3. 11.3. 14.3. 17.3. 23.3. 27.3. 30.3. 4.4. 10.4. 16.4. 22.4.
µg/m3
Vývoj znečištěného ovzduší v roce 2014 (zimní odběr) PM2.5 a PM10
250 200 150 100 50 0
Karviná
České Budějovice PM2.5 (HiVol)
PM2.5 (HiVol)
PM10 (ČHMÚ)
PM10 (ČHMÚ)
60
40
20
0
7.8. 10.8. 13.8. 16.8. 19.8. 22.8. 25.8. 28.8. 31.8. 3.9. 6.9. 9.9. 12.9. 15.9. 18.9. 21.9. 24.9. 27.9. 30.9. 3.10. 6.10. 9.10. 12.10. 15.10. 18.10. 21.10.
ng/m3 6,00
2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 2.8. 5.8. 8.8. 11.8. 14.8. 17.8. 20.8. 23.8. 26.8. 29.8. 1.9. 4.9. 13.9. 16.9. 19.9. 22.9. 25.9. 28.9. 1.10. 7.10. 14.10. 17.10.
ng/m3
Vývoj znečištěného ovzduší v roce 2013 (letní odběr) B[a]P
Karviná
České Budějovice B[a]P
4,00
2,00
0,00
B[a]P
13.1. 16.1. 19.1. 23.1. 28.1. 3.2. 6.2. 12.2. 18.2. 24.2. 27.2. 3.3. 8.3. 11.3. 14.3. 17.3. 23.3. 27.3. 30.3. 4.4. 10.4. 16.4. 22.4.
ng/m3 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00
5,00
19.1. 22.1. 25.1. 1.2. 4.2. 7.2. 10.2. 13.2. 16.2. 19.2. 22.2. 25.2. 28.2. 3.3. 6.3. 9.3. 12.3. 13.3. 16.3. 17.3. 19.3. 28.3. 31.3. 1.4. 3.4. 8.4. 10.4. 11.4. 14.4. 15.4. 25.4. 28.4. 29.4.
ng/m3
Vývoj znečištěného ovzduší v roce 2014 (zimní odběr) B[a]P
Karviná
České Budějovice B[a]P
B[a]P
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
Koncentrace polutantů v ovzduší: souhrn 2013 a 2014
70,00
Průměrné koncentrace PM2.5 v ovzduší
60,00
µg/m3
50,00 40,00 ČB
30,00
Karviná
20,00 10,00 0,00 srpen září říjen leden únor březen duben (2013) (2013) (2013) (2014) (2014) (2014) (2014)
V Karviné jsme v obou obdobích naměřili významně vyšší koncentrace PM2.5 a B[a]P, I když tam byla patrná vysoká variabilita hladin naměřených hodnot.
Koncentrace polutantů v ovzduší: souhrn 2013 a 2014
70,00
Průměrné koncentrace PM2.5 v ovzduší
60,00
µg/m3
50,00 40,00 ČB
30,00
Karviná
20,00 10,00 0,00 srpen září říjen leden únor březen duben (2013) (2013) (2013) (2014) (2014) (2014) (2014) Letní odběr 2013 (min - max): České Budějovice: 3,86 – 35,16 µg/m3 Karviná: 5,38 – 49,54 µg/m3
Zimní odběr 2014 (min -max): České Budějovice: 8,82 – 98,69 µg/m3 Karviná: 14,42 – 214,27 µg/m3
ng/m3
Koncentrace polutantů v ovzduší: souhrn 2013 a 2014
10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00
Průměrné koncentrace B[a]P v ovzduší
ČB Karviná
srpen září říjen leden únor březen duben (2013) (2013) (2013) (2014) (2014) (2014) (2014) V Karviné jsme v obou obdobích naměřili významně vyšší koncentrace B[a]P a PM2.5 a, i když tam byla patrná vysoká variabilita naměřených hodnot.
ng/m3
Koncentrace polutantů v ovzduší: souhrn 2013 a 2014
10,00 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00
Průměrné koncentrace B[a]P v ovzduší
ČB Karviná
srpen září říjen leden únor březen duben (2013) (2013) (2013) (2014) (2014) (2014) (2014) Letní odběr 2013 (min – max): České Budějovice: 0,01 – 2,05 ng/m3 Karviná: 0,13 – 5,05 ng/m3
Zimní odběr 2014(min - max): České Budějovice: 0,13 – 4,39 ng/m3 Karviná: 0,74 – 24,35 ng/m3
Komentář:
8-oxodG (matky) 3,0
Rozdíly v oxidaci DNA mezi lokalitami jsou pro matky i děti patrné jen v zimním období.
2,5 2,0 1,5 1,0 0,5
ČB
Karviná
ČB
Karviná
0,0 léto 2013 České Budějovice
zima 2014
8-oxodG (novorozenci)
Karviná
Komentář: Zatímco u dětí je oxidace DNA zvýšena u karvinských vzorků, u matek je trend opačný. Může to souviset s adaptací dospělého organismu na nepříznivé podmínky prostředí.
8-oxodG (nmol/mmol kreatininu)
8-oxodG (nmol/mmol kreatininu)
Porovnání hladin 8-oxodG (poškození DNA) mezi lokalitami v rámci odběrového období
9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0
ČB
Karviná
léto 2013 České Budějovice
ČB
Karviná
zima 2014 Karviná
Porovnání hladin 8-oxodG (poškození DNA) mezi obdobími v rámci lokality Komentář:
3
U matek z Českých Budějovic došlo v zimním období k významnému zvýšení poškození DNA ve srovnání s letním obdobím.
2 léto 2013 zima 2014
1 léto 2013
0
zima 2014
České Budějovice
léto zima 2013 2014
8-oxodG (novorozenci)
Karviná
Komentář:
U novorozenců v Karviné došlo v zimním období k významnému zvýšení poškození DNA ve srovnání s letním obdobím. Opačně tomu bylo u novorozenců z Českých Budějovic.
8-oxodG (nmol/mmol kreatininu)
8-oxodG (nmol/mmol kreatininu)
8-oxodG (matky)
10 8 6
léto 2013
4 2 0
zima 2014 léto 2013
zima 2014
České Budějovice
léto zima 2013 2014 Karviná
Porovnání hladin 15-F2t-IsoP (poškození lipidů) mezi lokalitami v rámci odběrového období Komentář:
15-F2t-IsoP (matky) 80 České Budějovice
0
ČB
léto 2013
ČB
Karviná
20
Karviná
zima 2014
15-F2t-IsoP (novorozenci)
U novorozenců z ČB došlo v letním období k významnému zvýšení peroxidace lipidů ve srovnání s novorozenci z Karviné.
15-F2t-IsoP (pg/ml plasmy)
Komentář:
160 140 120 100 80 60 40 20 0
České Budějovice Karviná
ČB
léto 2013
ČB
Karviná
40
Nezjistili jsme významné rozdíly v poškození lipidů u matek při srovnání lokalit v jednotlivá odběrová období. Avšak trend změn je obdobný jako pro poškození DNA.
Karviná
60 Karviná
15-F2t-IsoP (pg/ml plasmy)
100
zima 2014
Porovnání hladin 15-F2t-IsoP (poškození lipidů) mezi obdobími v rámci lokality Komentář:
15-F2t-IsoP (matky) 80
60
léto 2013
40 20 0
zima 2014
léto zima 2013 2014
léto zima 2013 2014
České Budějovice
Karviná
Komentář: U novorozenců v Karviné došlo v zimním období k významnému zvýšení poškození lipidů v porovnání s letním obdobím. Toto neplatí pro novorozence z Českých Budějovic.
U matek v Českých Budějovicích došlo v zimním období ke zvýšení poškození lipidů ve srovnání s letním obdobím. Toto neplatí pro matky z Karviné.
15-F2t-IsoP (novorozenci) 15-F2t-IsoP (pg/ml plasmy)
15-F2t-IsoP (pg/ml plasmy)
100
160 140 120 100 80 60 40 20 0
léto 2013 zima 2014
léto zima 2013 2014
zima léto 2014 2013
České Budějovice
Karviná
Shrnutí hlavních poznatků • Vyšší koncentrace polutantů jsou v ovzduší v Karviné a v zimním období. • K vyššímu oxidačnímu poškození DNA dochází většinou v zimním období. Mezi lokalitami se liší jen v zimním období; u dětí z Karviné je vyšší. • Oxidační poškození lipidů je u matek z obou lokalit srovnatelné v obě odběrová období. Avšak trend změn je obdobný jako pro poškození DNA. Peroxidace lipidů u novorozenců v ČB byla v obou odběrových obdobích významně vyšší v porovnání s karvinskými novorozenci z letního období. Nejvyšší oxidační poškození lipidů však bylo zjištěno u novorozenců z Karviné v zimním období.
Co zbývá dokončit
• Vyhodnotit vztah mezi mezi oxidačním poškozením makromolekul a dalšími faktory např. typem porodu, porodní váhou apod. prostřednictvím multivariátní analýzy. • Vyhodnotit vztah mezi mezi oxidačním poškozením indukovaným znečištěným ovzduším a nemocností dětí a genovou expresí.
Poděkování. • Dobrovolnice z řad nastávajících maminek • Kolektivy zaměstnanců: – Gynekologicko-porodnického a neonatologického oddělení Nemocnice České Budějovice – Porodnice Karviná – Vysoké školy chemicko-technologické
– Ústavu experimentální medicíny AV ČR, v.v.i. • Grantová Agentura České republiky (P301/13/13458S)
Děkuji za pozornost
