Artículo original

 

Contaminantes ambientales neurotóxicos cercanos a nuestra vida diaria

 

Neurotoxic enviromental contaminants near our daily life

 

Martha León-Olea,¹ Eduardo Sánchez-Islas,¹ Samuel Mucio-Ramírez,¹ Carolina Miller-Pérez,¹ René Garduño-Gutiérrez¹

 

¹ Departamento de Neuromorfología Funcional. Dirección de Investigaciones en Neurociencias. Instituto Nacional de Psiquiatría Ramón de la Fuente Muñiz.

 

Correspondencia:
Dra. Martha León-Olea. Departamento de Neuromorfología Funcional.
Dirección de Investigaciones en Neurociencias.
Instituto Nacional de Psiquiatría Ramón de la Fuente Muñiz.
Calz. México-Xochimilco 101, San Lorenzo Huipulco,
Tlalpan, 14370, México, DF. E.mail: marthalo@imp.edu.mx

 

SUMMARY

Chemical substances play an important role in life quality; they are present in household items and consumer products like furniture, cloths, toys, etc. However some of these substances could be dangerous for health and environment. Among the best known are the organohalogens pollutants like the polychlorinated biphenyls (PCBs) and polybrominated diphenyl ethers (PBDEs). These substances persist in the enviroment, they bioaccumulate and may cause adverse effects in humans health. There is increasing evidence that organohalogens cause neurotoxicity in rats and human brains during development. We have been studying the neurotoxicity of Aroclor 1254 (PCB mixture) and DE-71 (PBDE mixture) in collaboration with Currás-Collazo team (UC-MEXUS/CONACYT grants). We show in this paper the principal results of our research related with molecules that participate in the osmoregulatory system, learning and memory as vasopressin, PACAP and nitric oxide synthase. We exposed pregnant rats to this organohalogens perinatally; the pups were allowed to grow until three months old for an osmotic challenge. Brains were processed for immunfloures-cence, other group was used to evaluate memory with the passive inhibitory avoidance test and Western-blot was done for presynaptic proteins Synapsin I and Synaptophysin. We found a disruption in the content of VP, PACAP and nNOS suggesting that the PCB and PBDE exposure alter the function of hypothalamic neurons that regulates osmosis and water balance. We demonstrated also that PBDE treatment modifies systolic pressure and plasmatic osmolality compared with controls suggesting a cardiovascular alteration caused by PBDEs. We found an alteration in the nNOS activity in Aroclor-1254 treated rats. Memory test and presynaptic proteins expression showed an important reduction in males, suggesting that PCBs alters the expression and activity of nitric oxide and learning and memory.

Therefore, due to the neurotoxicity of the organohalogens and its constant contact with humans there is a big concern about the lack of adequate legislation in Mexico and monitoring programs to evaluate the degree of contamination in the population, especially in infants as well as the regions most affected by such contamination.

Key words: Organohalogens, nitric oxide, vasopressin, hydroelectrolitic balance.

 

RESUMEN

Las sustancias químicas son importantes en nuestra calidad de vida; éstas están presentes en artículos domésticos y de consumo humano. Algunas son nocivas para la salud y el medio ambiente, como los contaminantes organohalogenados, los bifenilos policlorinados (PCB) y los éteres difenílicos polibrominados (PBDE). Existe evidencia de su neurotoxicidad en las ratas y los humanos sobre todo cuando la exposición es durante el desarrollo. Nuestro grupo se ha interesado en estudiar la neurotoxicicidad de los PCB y PBDE sobre la regulación del equilibrio hidroelectrolítico, el aprendizaje y la memoria, en colaboración con la doctora Currás-Collazo. En este artículo presentamos los hallazgos principales de estos estudios.

Expusimos a ratas gestantes a estos organohalogenados y las crías se estudiaron a los tres meses de edad; se sometieron al modelo de estrés osmótico o a la prueba de aprendizaje y memoria (evitación pasiva). Los cerebros se procesaron para inmunofluorescencia para VP, nNOS, PACAP o histoquímica de la NADPH-d, Western-blot para nNOS y las proteínas presinápticas sinapsina I y sinaptofisina. Nuestros resultados mostraron en las ratas tratadas con los PCB y PBDE sometidas a estrés osmótico alteraciones en el contenido de VP, PACAP y NOS y un incremento en la presión sistólica y la osmolaridad plasmática al compararla con controles, sugiriendo que los PBDE alteran la función cardiovascular y osmorregulatoria. La prueba de aprendizaje mostró una disminución significativa de la adquisición y/o consolidación del aprendizaje y memoria en las ratas macho tratadas y alteraciones en la actividad de la NOS, la expresión de la nNOS y las sinapsina y sinaptofisina, lo que sugiere que la exposición perinatal a los PCB altera el aprendizaje y la memoria.

Debido a la neurotoxicidad de los organohalogenados y a que estamos expuestos a ellos en nuestra vida diaria existe una gran preocupación por la falta de una legislación adecuada en México y programas de monitoreo para evaluar el grado de contaminación en la población mexicana especialmente en los infantes, así como las regiones más afectadas por dicha contaminación.

Palabras clave: Organohalogenados, óxido nítrico, vasopresina, equilibrio hidrolectrolítico.

 

ANTECEDENTES

Las sustancias químicas desempeñan un papel muy importante en nuestra calidad de vida. Con ellas se fabrican productos que usamos diariamente como: alimentos, ropa, muebles, juguetes, autos, edificaciones, etc. Sin embargo, algunas sustancias químicas resultan nocivas para la salud y el medio ambiente. La contaminación ambiental es un problema mundial que actualmente preocupa a los países, ya que es responsable de una lista alarmante de enfermedades, muchas de las cuales afectan al Sistema Nervioso. Los componentes más frecuentes de la contaminación son las partículas suspendidas, los óxidos de nitrógeno, los metales pesados como el plomo y el mercurio y los compuestos organohalogenados como los bifenilos policlorinados (PCB por sus siglas en inglés) y los éteres difenílicos polibromados (PBDE). Los efectos de estos compuestos generalmente se han identificado después de su uso indiscriminado o en accidentes de contaminación a gran escala (enfermedad de Yoshuo en el Japón).^1-3 Los organohalogenados como los PCB son un claro ejemplo de sustancias químicas sintéticas con propiedades que las hacen útiles para una amplia gama de aplicaciones, y que después de su distribución y comercialización intensiva se descubre que poseen características indeseables por las que se afecta adversamente la salud humana y el ambiente.^4-9 Numerosos estudios han puesto de manifiesto los efectos tóxicos de estos compuestos y la legislación ha prohibido o restringido severamente el uso de muchos de ellos.^10-12 Sin embargo, los organohalogenados permanecen omnipresentes en el medio ambiente. Por ejemplo, se estima que más de 1.3 millones de toneladas de PCB se produjeron en todo el mundo hasta 1993 y todavía se tienen cifras significativamente altas en el medio ambiente.¹³ Tras la prohibición de su producción y uso, los niveles de PCB en la fauna silvestre y el medio ambiente han disminuido lentamente, pero nuevos organohalogenados han tomado su lugar y aumenta su concentración en el medio ambiente de forma alarmante. Los compuestos bromados retardantes de flama son algunos ejemplos que han surgido recientemente. Los PBDE son compuestos organohalogenados que comparten características estructurales con los PCB (figura 1). Se conocen 209 moléculas de los PCB y 209 de los PBDE, denominadas "congéneres"; la diferencia se basa en la posición y número de bromos o cloros en la molécula.^14-16 Éstas son sustancias químicas que inhiben la ignición y propagación del fuego o retardan la fase inicial del mismo.¹⁷ Se encuentran en una variedad de bienes de consumo, como artículos electrónicos y electrodomésticos, materiales de construcción, espumas, telas y muebles tapizados, etc.^18-21

Debido a su alta producción, características lipofílicas, persistencia y bioacumulación, los PBDE se encuentran ahora en el aire y el agua, así como en peces, aves, mamíferos como los seres humanos, incluso de regiones lejanas a las zonas industriales.^22-25 Estos compuestos también han resultado ser altamente neurotóxicos y disruptores endocrinos. Debido a esto y a que su concentración en leche materna y sangre de lactantes e infantes van en aumento, diferentes países han tomado medidas para su restricción o prohibición.^26,27

Los PCB y PBDE se acumulan en el tejido adiposo y en la sangre, pasan la barrera placentaria y a la leche materna.^28,29 Los efectos son más graves si la exposición es durante el desarrollo. La exposición de ratas gestantes a estos compuestos puede provocar en las crías deficiencias de aprendizaje, alteraciones en la comunicación neuronal y cambios neuroquímicos.^30-34 Las ratas sometidas a inhalación de los PCB presentan una alta concentración de éstos en el tejido cerebral.³⁵ Los PCB son neurotóxicos, causan muerte neuronal y alteraciones en el comportamiento, en la regulación hormonal, en la reproducción y los procesos autonómicos como la regulación del equilibrio hídrico, la temperatura, respiración e ingesta de alimentos.^8,36-41 Los PCB causan sus efectos neurotóxicos al afectar las vías de señalamiento intracelular como la liberación del ácido 3H-araquidónico (3H-AA), alteran la homeostasis del calcio, la translocación de la proteína cinasa C (PKC).^42-44 Estas alteraciones resultan de gran importancia si se considera el papel de la señalización celular durante el desarrollo neural y durante el aprendizaje y la memoria.^45-47 Las alteraciones de la señalización intracelular se han propuesto como uno de los mecanismos de acción en que los PCB y PBDE producen efectos nocivos en el neurodesarrollo.⁴⁷ Las mezclas de los PBDE como el DE-71 alteran la translocación de la PKC y el calcio intracelular en el Sistema Nervioso y estos efectos son comparables con los de las mezclas de los PCB como el Aroclor 1254.⁴⁷

Los PBDEs no se fabrican en México, pero se incorporan a una gran variedad de productos de consumo humano por empresas automotrices, electrónicas, textiles y de la construcción. En los únicos estudios existentes en México de la concentración de estos compuestos, realizados por el Departamento de Toxicología Ambiental de la Facultad de Medicina de la Universidad Autónoma de San Luís Potosí y el Instituto Nacional de Ecología, se demostró la presencia de PBDE en plasma de mujeres que viven en la ciudad de San Luís Potosí y en la leche de mujeres indígenas que viven en una zona rural de la Huasteca Potosina. Las concentraciones promedio de los PBDE detectadas fueron de 29.1 y de 4.4ng/g de lípidos, respectivamente.⁴⁸ En otros estudios demostraron que 88% de los niños evaluados, residentes de cuatro localidades urbanas y suburbanas de México, presentaron concentraciones séricas elevadas de los PBDE.^49,50 Estos resultados confirman la presencia de estos contaminantes en poblaciones abiertas en México.

La demostración de que los niños de México se encuentran expuestos a los PBDE crea la necesidad de estudiar a fondo la toxicidad de estos compuestos.

Desde hace algunos años nuestro grupo, en colaboración con el grupo de la doctora Margarita Currás-Collazo de la Universidad de California Riverside (proyectos UC-MEXUS/CONACYT), nos hemos interesado en el estudio de la neurotoxicidad de estos compuestos sobre diferentes funciones cerebrales como el aprendizaje, la memoria y la regulación del equilibrio hídrico a nivel central.

En este artículo presentamos los hallazgos principales de estos estudios.

 

REGULACIÓN DEL EQUILIBRIO HIDROELECTROLÍTICO

Estos estudios se centran en algunos péptidos y neurotransmisores que participan en la regulación fina de la hormona antidiurética o vasopresina (VP), como el óxido nítrico (NO) y el péptido activador de la adenilato ciclasa de la pituitaria (PACAP).

La VP se produce en las neuronas magnocelulares neuroendocrinas, localizadas en los núcleos supraóptico (SON) y paraventricular (PVN) hipotalámico. La VP tiene múltiples funciones como el mantenimiento de la homeostasis hídrica, la regulación cardiovascular, participa en el aprendizaje y la memoria y en el desarrollo del Sistema Nervioso entre otras. La VP es liberada por las terminales axónicas en la porción posterior de la pituitaria y enviada a la circulación. También se libera del soma y dendritas de las neuronas magnocelulares, en los núcleos PUN y SON, en respuesta a la estimulación hiperosmótica e hipovolémica. La VP circulante actúa como hormona antidiurética y vasopresora para promover la retención de agua y volver a la homeostasis osmótica y cardiovascular. La VP liberada por las dendritas y el soma ejerce un efecto autorregulatorio de la liberación de VP a la circulación.^51-54 La liberación de VP también es regulada por diferentes neurotransmisores y neuropéptidos entre ellos el NO^55-57 y el PACAP.^58-60

Nuestro grupo demostró que el PACAP liberado en el SON es un fuerte estimulador de la liberación somatodendrítica durante los retos fisiológicos. Esto está acompañado de un incremento en la inmunorreactividad al PACAP y a su receptor (PAC-1) en ratas sujetas a una prolongada deshidratación in vivo. Y sugerimos que el PACAP puede funcionar como un freno fisiológico, para la liberación excesiva de VP durante una demanda fisiológica prolongada. Sin este freno fisiológico una liberación exhaustiva de VP puede llevar a la depleción de las reservas de VP en la pituitaria e intervenir en la regulación de la osmolaridad plasmática.⁶⁰

EI óxido nítrico es un neurotransmisor gaseoso que participa en múltiples funciones cerebrales, como endocrinas y neuroendocrinas, neurotransmisión, tono vascular, aprendizaje y memoria entre otras.⁶¹ La expresión de la enzima sin-tasa del NO (NOS) y su mRNA, así como su actividad, se incrementan en el hipotálamo especialmente en el SON y PVN durante la estimulación osmótica: deshidratación, hipovolemia ya sea aguda o crónica. Lo que indica que la demanda de NO se incrementa probablemente para la modulación del sistema magnocelular.^57,62-67 Varios grupos de investigación, incluyendo el nuestro, reportamos que la exposición a los PCB afecta la actividad de la sintasa del NO (NOS).^68-74 El NO es crítico para la regulación de la liberación de VP y el mantenimiento de la presión arterial;^51-54,60 esto sugiere que los PCB pueden provocar la falta de regulación del agua corporal.

Con estos antecedentes, decidimos estudiar el efecto de la exposición oral perinatal de Aroclor 1254 (una mezcla muy usada de los PCB), del día 10 al 19 gestacional (30mg/ kg vía oral) y del DE-71 (mezcla de PBDE), del día seis gestacional al 21 postnatal (30mg/kg vía oral) sobre el contenido de VP, PACAP y la enzima sintasa del óxido nítrico neuronal (nNOS), en las neuronas magnocelulares del SON y PVN. El estudio se realizó con técnicas de inmunohisto-química con anticuerpos específicos para estos péptidos, en cortes de cerebros de ratas adultas (tres meses) que fueron expuestas perinatalmente a los organohalogenados. Se trabajo con cuatro grupos experimentales control, deshidratadas, tratadas y tratadas deshidratadas. Nuestros resultados demostraron que los organohalogenos Aroclor 1254 y DE-71 alteran el contenido de PACAP, VP y nNOS en las neuronas magnocelulares, especialmente durante la deshidratación y sugerimos que con estas alteraciones habría una consecuente desregulación de la osmolaridad plasmática y de la función cardiovascular (figuras 2, 3 y 4).^70,73,75-78 Para demostrar esto, en un trabajo realizado por el grupo de la doctora Curraz-Collazo, en el que colaboramos, midieron la presión arterial y la osmolaridad plasmática en ratas expuestas a diferentes congéneres de PBDE durante la gestación y estudiadas a los 14 meses de edad. Demostramos que las ratas sometidas a deshidratación y tratadas con PBDE tienen un incremento significativo de la presión sistólica y de la osmolaridad plasmática en comparación con las ratas deshidratadas no tratadas. Estos resultados sugieren que la exposición a los PBDE altera permanentemente la función cardiovascular y osmorregulatoria.⁷⁹

 

APRENDIZAJE Y MEMORIA

El óxido nítrico es un neurotransmisor importante en los procesos de aprendizaje y la memoria. La inhibición de la NOS produce alteraciones de estas funciones cerebrales e inhibe la potenciación a largo plazo (LTP, una forma de plasticidad sináptica).^80-84 Con base en los antecedentes de que los PCB inhiben la actividad de la enzima sintasa del NO,^{43,44,70,73-75} nos interesó conocer el efecto de la exposición perinatal a los PCB (Aroclor 1254) sobre la actividad de la NOS, y la expresión de las proteínas presinápticas, sinapsina (SynI) y sinaptofisina (Sph) que participan en el establecimiento del aprendizaje y la memoria.^63,85-89 Administramos Aroclor 1254 durante la gestación del día 10-19 y las crías se dejaron crecer hasta los 3 meses de edad. Se realizó la prueba de evitación inhibitoria (para la medición de la memoria espacial). Posteriormente llevamos a cabo un estudio en un grupo para ver la actividad de la NOS (expresada como la actividad de la NADPH-d), en cortes de cerebro de diferentes regiones cerebrales (corteza prefrontal, hipocampo y tálamo dorsal) y en otro cuantificamos la nNOS, SynI y Sph por medio de Western Blot. Mostramos un aumento de la actividad de la NOS en todas las regiones cerebrales estudiadas en las ratas tratadas comparadas con los controles, principalmente en los machos. Con respecto a la expresión de las proteínas presinápticas SynI y Sph, se observó un decremento que no fue significativo. La prueba de aprendizaje mostró una disminución significativa de la adquisición y/o consolidación del aprendizaje y memoria en las ratas macho tratadas (figura 5).⁷⁴ La exposición perinatal a los PCB altera la síntesis y expresión del NO y de proteínas que participan en la consolidación de la memoria con mayor efecto en los machos. El efecto de los PCB sobre la inhibición de la NOS parece no ser a largo plazo, ya que se observa un incremento de su actividad en las ratas tratadas, aunque una disminución en su expresión; sin embargo, este efecto sí tiene una repercusión en la función. Hay que hacer notar que aproximadamente 50% de las crías mueren antes de llegar a los tres meses de edad, por lo que probablemente estemos estudiando a las menos afectadas.

El incremento reciente en el número de niños con trastornos del desarrollo neurológico, diagnosticados y tratados como autistas o con síndrome de falta de atención ha generado la necesidad pública de una investigación científica para identificar a los agentes ambientales que pueden contribuir a su etiología. Reportes recientes sugieren la posible participación de los PBDE, ya que se encontró en estudios hechos en humanos y experimentales una asociación significativa entre la exposición a PBDE y un decremento en el puntaje del IQ, alteraciones sensoriales y motoras, del aprendizaje y la memoria y déficit de atención de la infancia.^90-93 Se han observado cambios morfológicos sutiles en la corteza, el hipocampo y el cerebelo después de la exposición a los bifenilos policlorinados (PCB) durante el desarrollo.

Nuestro grupo demostró que la exposición a los PBDE y PCB reduce significativamente el contenido de VP y PACAP⁹⁴ y estos péptidos participan en el desarrollo cerebral y en el comportamiento social que está afectado en el autismo, tales como la interacción social, afiliación y el aprendizaje social.^95-97 Actualmente, en colaboración con la doctora Margarita Curraz-Collazo (Universidad de California Riverside), llevamos a cabo un estudio donde probaremos si la exposición a PBDE durante el desarrollo recapitula algunas de las características conductuales y neuropatológicas fenotípicas de los niños con síndrome de autismo.

 

EPÍLOGO

La situación en México acerca de la gestión de sustancias químicas es preocupante. No hay estudios sistemáticos de monitoreo que permitan saber el grado de contaminación con estos compuestos en la población. Los PBDE están en productos muy cercanos a nuestra vida diaria, como aparatos electrónicos, textiles, automóviles, alimentos, etc., por lo que aumenta su concentración día a día. Infinidad de estudios, incluyendo los nuestros, demuestran la neurotoxicidad de estos compuestos sobre todo cuando la exposición es durante el desarrollo. Esta preocupación se basa en que no sólo no tenemos una legislación adecuada, sino que además no hay un sistema de monitoreo real de estas sustancias ni en la población (particularmente mujeres y niños) ni en el ambiente. De las 21 sustancias listadas en el Anexo A del Convenio de Estocolmo firmado por México, nuestro país no tiene la capacidad analítica de medir alrededor de nueve, y de las que sí podemos medir no se hace un monitoreo efectivo, por lo que no se sabe si las medidas tomadas han tenido un efecto real en la salud de la población y del ambiente (Comunicación personal doctor Gerardo Gold, CINVESTAV Mérida; Para mayor información consultar las páginas: www.ine.gob.mx, www.cristinacortinas.net, www.cec.org.). Es necesario tomar acciones efectivas que lleven a mejorar esta situación.

 

AGRADECIMIENTOS

Financiado parcialmente por el proyecto UC-MEXUS CONACYT MLO-Margarita Curras. Fondo Miguel Alemán y Fondo de Apoyo a la Investigación INPRFM. A los doctores Gainer H (NIH)⁹⁸ y Hannibal J. por los anticuerpos para vasopresina y PACAP respectivamente; al doctor Kodavanti P. (USEPA) por la donación de los PBDE; al técnico Feliciano Camacho García, por su asistencia técnica y a la doctora Mhar Alvarez, pasante de investigación por su ayuda en la preparación del manuscrito.

 

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