Pse stresi oksidativ është i rëndësishëm në kuptimin e ndotjes me Plumb?

Si stres oksidativ përshkruhet një gjendje metabolike në të cilën krijohen sasi të mëdha fiziologjike të lidhjeve aktive të Oksigjenit (O) (ROS-reactive oxygen species).  Këto lidhje aktive të Oksigjenit formohen në kuadër të etapave metabolike të transportit zinxhiror mitokondrial të elektroneve dhe Citokrom-P450-Oksidazës. Bëhet fjalë për Anion radikalin-Superoksid O₂¯, Peroksidin e Hidrogjenit (H₂O₂) dhe radikalin hidroksid OH.

Qelizat në gjendje normale posedojnë aftësinë, që substancat e reduktuara apo të oksiduara t’i neutralizojnë gjerësisht apo t’i deponojnë (rezervojnë). Një jobarazpeshë e tillë në mes të këtyre dy fondeve (Pools) e cila e mbingarkon funksionin riparues dhe detoksifikues, rrjedhimisht ҫon deri tek dëmtimi i të gjithë makromolekulave intra- dhe ekstracelulare, përshkruhet si stres oksidativ.

Fotografia 1 – Ilustrim i stresit oksidativ dhe dëmit që shkakton në qelizë.

Ndikimi i metaleve në këto hallka metabolike tregon efektet e mundshme në dëm të jetës në tokë, që vijnë nga ndotja e mjedisit nga burime të ndryshme si p.sh. industritë e ndryshme, metalurgjia dhe hedhja e produkteve metalike në ambient etj.

Rrjedhimisht gjithҫka që njeriu hedh në natyrë si ҫdo element tjetër krijon gradualisht ciklin e tij. Dhe fatkeqësisht njëra nga hallkat e këtij cikli janë krijuar edhe nga vetë organizmat e gjallë.

Evidenca të vazhdueshme tregojnë se mekanizmat shumëfaktorësh mund të jenë të involvuar në toksicitetin e shkaktuar nga metalet dhe është arritur në përfundimin, se njëri prej tyre është një mekanizëm i njohur mirë, ai i formimit të specieve oksigjenike reaktive. Reaksionet si ato fentonike (Fenton like Reactions) duket se luajnë një rol të madh në stresin oksidativ, i cili është observuar në toksicitetin metalik redoks-aktiv. Pakësimi i rezervave kryesore sulfhidrile tregohet si një mekanizëm indirekt shumë i rëndësishëm në stresin oksidativ i indukuar nga metalet inaktive reduktuese-oksiduese.

Metalet e rënda kanë të gjitha një afinitet për shpërndarjen e elektroneve gjerësisht, ndarjen e tyre me atome të tjera, të cilat mund të shkaktojë formimin e lidhjeve kovalente. Këto lidhje zakonisht formohen mes këtyre metaleve dhe grupeve sulfhidrile të proteinave. Tripeptidi GSH1është gjetur në indet e gjitareve në përqendrime milimolare. Roli fiziologjik dhe patologjik i GSH në rregullimin metabolik është studiuar mjaft mirë. Ndërveprimi i toksicitetit të metaleve të rënda në metabolizmin e GSH është një pjesë shumë e rëndësishme si përgjigje ndaj toksicitetit të metaleve.

Kur GSH pakësohet nga një metal i rëndë sistemet sintetizuese të GSH prodhojnë sasi më të mëdha të saj për t’i kompensuar dhe këtë e bën nga cisteina me anë të ciklit γ-glutamil. Shumë enzime antioksidante mundohen t‘i kompensojnë këto humbje, por edhe ato inaktivizohen nga metalet, sepse metalet lidhen me anën aktive të enzimës antioksidante, nëse kjo pjesë përmban pjesën sulfhidrile.

Fotografia 2 – Veprimi negativ i stresit oksidativ në biomolekula të ndryshme

Ҫfarë është Plumbi, si vjen deri te ndotja dhe cilat janë pasojat?


Plumbi

Plumbi është element kimik me simbolin kimik Pb dhe numër rendor 82. Bën pjesë në metalet e rënda dhe është helmues. Rradhitet në grupin e 14-të sipas IUPAC2, të periodës së 6-të.

Plumbi është mëi qëndrueshëm nga elementët e rënda, që haset me izotopet ²⁰⁶Pb, ²⁰⁷Pb dhe ²⁰⁸Pb. Në mbështjellsin tokësorë Plumbi gjendet me pjesëmarrje 0,0018 %. Ky metal ka përdorim të gjerë në industrinë metalurgjike, automobilistike, mjekësi, teknikë ushtarake etj.

Ndotja me Pb

Niveli i ndotjes me Pb në ambientin ku jeton njeriu është në një nivel dukshëm të lartë. Ky metal i rëndë tashmë sipas statistikave haset thuajse në të gjitha mediumet si ajër, ujë dhe tokë.

Burimet kryesore të ndotjes e në bazë të kësaj edhe pikat fillestare të intoksimit me Plumb janë: industria metalurgjike e plumbit, furnizimi I automjeteve me benzinë me përmbajtje plumbi, industria e ngjyrave, pesticidet dhe industritë e ndryshme të cilin e përdorin Plumbin gjatë fabrikimit.

Ky ekspozim ndaj Plumbit bart në vete edhe pasoja të cilat mund të përfundojnë deri në vdekje. Sipas institutit IHMEnë vitin 2013 rastet me Plumbizëmarrinin numrin 830.000 të cilat përfunduan me vdekje. Gjithashtu sipas IHME 9,3% e të metave neurologjike idiopatike janë në korelacion me Pb dhe 4% me sëmundjet e zemrës, të gjitha këto vlera në nivel global.

Fotografia 3- Pamje e një cope Plumb, nga xehja.

Sipas raportit të WHO5 të vitit 2010 burimet kryesore të ndotjes me Pb janë: fabrikat që këtë metal e përdorin në proceset e tyre për prodhimtari të ndryshme, ushqimi dhe duhani, uji i pijshëm ose nga burimet shtëpiake siҫ janë ngjyrat e mureve me përmbajtje Pb të cilat rrezikojnë fëmijet dhe të gjithë banorët në shtëpi.  

Tabela-1. Dozat maksimale të lejuara ndaj ekspozimit të plumbit sipas raportit të WHO 2010.

Dozat e toleruara sipas WHO

 

Ujë të pijshëm

10 µg/l

Ajër

0.5 µg/m3

Doza max. përmes ushqimit

25 µg/kg të peshës trupore në javë.

 

Sipas këtij raporti Pb ka disa efekte në shëndetin e njerëzve. Këto efekte manifestohen në forma të ndryshme dhe kategorizohen si vijon.

Efektet në fëmijë dhe gra shtatzëna

  • Fëmijët absorbojnë Plumbin 4-5 herë më shumë sesa të rriturit.
  • Potenciali për efekte negative të Plumbit në organizmin e fëmijëve është më i madh sepse raporti mes dozës së lejuar në krahasim më peshën trupore është më i madh.
  • Pika kritike tek femijët ndaj ekspozimit me Pb është se, sistemi nervor i tyre është ende në zhvillim dhe kjo paraqet rrezik në prapambetje të zhvillimit të ketij sistemi.
  • Rritja e nivelit të ekspozimit ndaj Pb mund të shkaktojë aborte te gratë shtatzëna, lindje të parakohshme si dhe malformacione të ndryshme tek të posalindurit.

Efektet akute

  • Plumbi zakonisht është një toksinë kronike dhe kumulative. Efektet e Pb në ekspozim kohëshkurtër me përqëndrime të larta shkakton probleme gastrointestinale, hepatike, renale, hipertension dhe defekte neurologjike.

Efektet kronike

  • Ekspozimi kronik ndaj Plumbit shkakton defekte hematologjike siҫ është anemia, apo neurologjike si p.sh. dhimbje koke, irritabilitet, letargji, konvulsione muskulore, ataksi apo edhe paralizë.
  • Ka edhe disa prova se ndikimi kronik i Plumbit mund te kontribuojë në zhvillimin e kancerit. IARCi ka cilësuar komponimet inorganike të Plumbit si potencialisht kancerogjene për njerëzit (Gr. 2A).

Kjo do të thotë se ka evidencë të limituar për kancerogjentitet tek njerëzit dhe evidencë të mjaftueshme për kancerogjentitet tek kafshët eksperimentale.

  • Tek meshkujt, Plumbi shkakton rënie të numrit të spermatozoideve dhe një ngritje të numrit të spermatozoideve me formë jonormale.

 

Mekanzimat e dëmit oksidativ të indukuar nga Plumbi

  1. Efekti direkt i Pb në membranën qelizore

Në eksperimentet e kafshëve të cilëve u është inkubuar Pb dhe acide të pangopura u vërejt një rritje e MDA-s7.  Në pulat të ekspozuara ndaj Pb u mat një rritje e acidit arakidonik dhe arahidonati/linolatit në përqendrime më të larta në serum, mëlҫi dhe eritrocite. Plumbi gjithashtu është vërejtur se ka aftësi të lidhet me membranat fosfatidilkoline (in vitro) duke shkaktuar një rënie të fosfatidilkolinës. Gjithashtu është eksperimentuar me minj të ekspozuar ndaj Plumbit dhe është observuar një peroksidim i lipideve dhe fosfolipideve. Nga këto eksperimente nxjerrim përfundimin se Plumbi ka ndikim në integritetin membranor duke shkaktuar peroksidim të lipideve, që kjo shkakton shkatërrimin e membranave.

  1. Interaksionet Pb-Hemoglobin

Interaksioni i Pb me oksihemoglobinen (oxyHb) është sugjeruar si një burim i rëndësishëm i formimit të radikaleve superokside në eritrocite. Ribarov et al. gjeti se Plumbi e rrit substancialisht auto-oksidimin e hemoglobinës në një eksperiment in vitro me një model liposomi. Ky oksidim i Hb8 u ndalua nga enzimet antioksidative, duke ardhur në përfundimin se O₂·dhe H₂O₂ ishin të përfshirë në këtë proces.  Nga kjo vijmë në përfundim se Pb indukon stresin oksidativ duke ndërvepruar me oksihemoglobinën prej nga rrjedh hemoliza peroksidative në membranën e eritrociteve.

  1. Gjenerimi i ROS përmes Aciditδ-Aminolevulinik (ALA)

Efektet e Plumbit në sistemin hematologjik janë të njohura, si shembull më i njohur është anemia e shkaktuar nga intoksikimi me Plumb. Kjo shkaktohet për arsye se Plumbi ndryshon morfologjinë e eritrociteve. Sinteza e hemit ka disa etapa, dhe në këto etapa veprojnë enzima të ndryshme të cilët i katalizojnë këto procese.  Enzimet të cilat inhibohen nga Plumbi janë dehidrataza e acidit δ-Aminolevulinik dhe ferroketalaza. ALAD është një enzimë me përmbajtje sulfhidrile. Plumbi lidhet me –SH grupin të këtij enzimi duke e inaktivizuar. Kondensimi i dy molekulave të ALA tani është bllokuar dhe me këtë rast rritet përqendrimi i ALA-së në gjak.  Është studiuar efekti i ALA-së në gjenerimin e ROS dhe është arritur në përfundimin se ALA i nënshtrohet enolizimit në pH fiziologjike. ALA e enolizuar pastaj autooksidohet dhe gjeneron anione superokside.

Efektet e Pb në sistemin mbrojtës antioksidues

Qelizat kane zhvilluar një varg sistemesh mbrojtëse kundër radikaleve të lira. GSH dhe γ-glutamil-cisteinil-glicina luajnë nje rol të madh në mbrojten e qelizës nga stresi oksidativ. Shumë grupe studimore kanë treguar se sasia e GSH në trurin e minjëve është zvogëluar kur ato janë ekspozuar ndaj Pb. Glutationreduktaza e redukton disulfid-glutationin (GSSG) në GSH, duke e përkrahur sistemin mbrojtës antioksidant. Glutationreduktaza ka një lidhje disulfide në anën aktive të tij, por Pb interferon më këtë lidhje dhe inhibon enzimën. Ky inhibim parandalon reduktimin e GSSG, duke bërë që qelizat të jenë më të pambrojtura ndaj dëmit oksidativ.

Edhe enzimat e tjera antioksidante të cilët largojnë peroksidin e hidrogjenit dhe radikalet superokside duke përfshire edhe Glutationinperoksidazën (GPx), katalazën (CAT) dhe superoksid dismutazën (SOD) janë gjithashtu shenjestër e intoksikimit me Pb. Pb është i njohur në inhibimin e sintezës së hemit, dhe pasi që CAT është një enzimë i cili përmban hemin, Pb shkakton rënien e aktivitetit të CAT.

Konkluzion i shkurtër

Nga shumë të dhëna të cilat dalin ҫdo ditë nga eksperimentet, që bëhen sot, mësojmë se njeriu me gjithë përparimin e tij teknologjik ka shkaktuar një implikim të materialeve të cilat fillimisht i përdori për qëllime tjera. Duke u nisur nga ky fakt kemi mbledhur të dhëna që kanë të bëjnë me ndotjen e Plumbit. Ky metal shumëkujt mund ti duket i panjohur në jetën e përditshme por efekti toksik i tij mund të jetë i madh. Duke analizuar të dhënat shkencore shohim se efekti i dëmshëm i tij tani është i pashmangshëm nga njeriu dhe si pasojë shumë sëmundje korrelohen me të.

Ndikimet e këtij elementi në shëndetin tonë vijnë nga mekanizma të ndryshëm dhe ato mekanizma zakonisht janë përmes gjakut. Stresi oksidativ është një pasojë e shpeshtë, që shkaktohet nga Plumbi dhe me këtë ҫrregullim në nivel qelizor pasojnë simptomat të cilat ne i përceptojmë si shkallë të fundit të këtyre mekanizmave.


[1] Glutation

[2] International Union of Pure and Applied Chemistry.

[3] Institute for Health Metrics and Evaluation.

[4] Efektët toksike të plumbit emërohën në klinikë si plumbizëm.

[5] World Health Organization

[6] International Agency for Resarch of Cancer

[7]Malondialdehid

[8]Hemoglobin

 

COPYRIGHT: Ky artikull është pronë e We Speak Science, institutit jo fitimprurës themeluar nga dy shkencëtaret shqipëtare Dr. Detina Zalli (Harvard University) dhe Dr. Argita Zalli (Imperial College London). Artikulli është shkruar nga Dardan Beqaj (Msc. Biologji, Universiteti i Prishtines).

 

REFERENCAT: 

  1. Alhazza, I. M., and A. S. A. Haffor. "Effects of lead toxicity on free radical production in rats." J Med Sci 7 (2007): 901-904.
  2. Allouche, Lynda, et al. "Effect of long-term exposure to low or moderate lead concentrations on growth, lipid profile and liver function in albino rats." Adv Biol Res 5.6 (2011): 339-347.
  3. Amador, Elias, Lionel E. Dorfman, and Warren EC Wacker. "Serum lactic dehydrogenase activity: an analytical assessment of current assays." Clinical Chemistry 9.4 (1963): 391-399.
  4. Ercal, Nuran, Hande Gurer-Orhan, and Nukhet Aykin-Burns. "Toxic metals and oxidative stress part I: mechanisms involved in metal-induced oxidative damage." Current topics in medicinal chemistry 1.6 (2001): 529-539.
  5. Gilbert, Daniel L., and Carol A. Colton. Reactive oxygen species in biological systems: an interdisciplinary approach. Kluwer academic publishers, 1999.
  6. Haffor, A. S. A., and I. M. Alhazza. "Effects of lead and hyperoxia on lactate dehydrogenase activity in rats." J. Med. Sci 7.3 (2007): 452-456.
  7. Ibrahim, Nabil M., et al. "Effect of lead acetate toxicity on experimental male albino rat." Asian Pacific journal of tropical biomedicine 2.1 (2012): 41-46.
  8. Klaine, Stephen J., et al. "Nanomaterials in the environment: behavior, fate, bioavailability, and effects." Environmental Toxicology and Chemistry 27.9 (2008): 1825-1851.
  9. Ott, Martin, et al. "Mitochondria, oxidative stress and cell death." Apoptosis 12.5 (2007): 913-922.
  10. Paglia, DONALD E., W. N. Valentine, and J. G. Dahlgren. "Effects of low-level lead exposure on pyrimidine 5'-nucleotidase and other erythrocyte enzymes. Possible role of pyrimidine 5'-nucleotidase in the pathogenesis of lead-induced anemia." Journal of Clinical Investigation 56.5 (1975): 1164.
  11. Rao, Gayathri M., and Beena V. Shetty. "Evaluation of lead toxicity and antioxidants in battery workers." (2007).
  12. Şlencu, B. G., et al. "Effect of Selenium Supplementation on Serum Amylase, Lactate Dehydrogenase and Alkaline Phosphatase Activities in Rats Exposed to Cadmium or Lead." Cercetari Agronomice in Moldova 47.4 (2014): 113-121.
  13. Wikipedia.org/Lead
  14. World Health Organization, Guidelines for Drinking-water Quality, Fourth Edition, 2011.

 

Fotografitë:

http://www.enzolifesciences.com/platforms/cellular-analysis/oxidative-stress/

http://www.intechopen.com/source/html/44537/media/image3.png

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7d/Lead-288819.jpg/440px-Lead-288819.jpg