Identificação e selecção de biomarcadores para avaliação do risco de exposição ao arsénico

Tese de mestrado, Controlo da Qualidade e Toxicologia dos Alimentos, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2012O arsénio (As) é um metalóide largamente distribuído na crusta terrestre e usualmente encontrado em diversos minérios como o de ouro (Au), prata (Ag), cobalto (Co), níquel (Ni), chumbo (Pb), e outros. A exposição ao As pode ter origem em fontes naturais, industriais, ou intencionalmente administrado como é o exemplo da sua utilização como veneno, ou em medicina. Fontes antropogénicas de As incluem a fundição de metais não-ferrosos, a aplicação de pesticidas, a combustão de carvão e de madeira, e a incineração de resíduos, entre outros. Quantidades substanciais deste metalóide podem também ser libertadas para o ar e água. A exposição crónica a compostos de As pode estar relacionada principalmente com a ingestão de alimentos ou água contaminados ou com contaminação de origem industrial. Em muitas partes do globo onde a água subterrânea (como fonte de água potável) está contaminada com elevados teores de As, a exposição a longo prazo de populações ao As tem sido considerada um perigo para a saúde pública. O As na água encontra-se, praticamente na sua totalidade, na forma inorgânica e é estável tanto na forma de arsenito como de arseniato. Como o As é omnipresente no ambiente, a dieta é a maior fonte deste elemento, quer seja na forma de compostos inorgânicos ou orgânicos. Sob o ponto de vista químico, os compostos de As podem ser classificados em compostos inorgânicos e orgânicos de As podendo o As apresentar nestes compostos diversas valências de -3, 0, +3 e +5. A toxicidade do As depende não só das formas químicas e estados de oxidação mas também de outros factores, como o estado físico e o tamanho das partículas de pó, factores que vão condicionar a taxa de absorção e eliminação nas células, e naturalmente o estado de saúde do individuo exposto. É geralmente reconhecido que os compostos inorgânicos de As solúveis são mais tóxicos que os orgânicos, e os arsenitos são mais tóxicos que os arseniatos. Relativamente aos efeitos tóxicos agudos observados no homem, podem ir desde o desconforto gastrointestinal até à morte. A exposição crónica ao As pode afectar vários órgãos, sendo a gravidade e o tipo de efeitos dependente do tempo de exposição e da dose. Um dos principais efeitos resultantes da exposição crónica ao As por via oral, é o efeito carcinogénico, podendo também observar-se problemas respiratórios, cardiovasculares, gastrointestinais, hematológicos, hepáticos, dermatológicos, oculares, neurológicos, reprodutivos e problemas a nível de desenvolvimento. Observa-se igualmente uma diminuição de peso nas pessoas expostas a este metalóide. Na tentativa de prevenir e evitar os potenciais efeitos adversos a nível da saúde, o estudo de indicadores biológicos é fundamental para avaliar os níveis de exposição ao As e tentar prevenir e evitar as potenciais consequências nefastas desta exposição a nível da saúde. Os principais biomarcadores de exposição ao As incluem a análise do As total na urina e o doseamento das coproporfirinas também na urina. A concentração de porfirinas na urina aumenta em animais e humanos expostos ao As pois este inibe alguns enzimas a nível da síntese do heme levando ao aumento da excreção de porfirinas. A coproporfirina I e III são biomarcadores relativamente mais sensíveis e específicos do que outras porfirinas. Com o objectivo de identificar e seleccionar biomarcadores para avaliação do risco de exposição ao As, realizámos um ensaio in vivo, sub-agudo (durante 8 dias), com ratos machos Wistar expostos ao As, de forma a analisar a interferência do As na excreção das porfirinas urinárias, estudar o perfil das porfirinas, e investigar a sua possível correlação com os efeitos neurotóxicos no sentido de uma proposta de um possível biomarcador de efeito neurotóxico. As coproporfirinas foram analisadas na urina por espectrofotometria de UV/visível e por cromatografia líquida de alta eficiência, e o As foi determinado por espectrofotometria de absorção atómica com forno de grafite. Após o período de exposição ao As, a concentração de coproporfirinas na urina foi determinada e verificou-se um aumento significativo do grupo exposto quando comparado com o controlo (p0,05), no grupo exposto quando comparado com o controlo. A concentração de As foi também determinada na urina, tendo sido observado um aumento significativo (p<0,05) na urina dos ratos expostos ao As, comparativamente ao controlo, após o período de exposição. Com o objectivo de avaliar o efeito do As a nível da actividade motora, foram efectuados testes comportamentais tendo sido observado um decréscimo significativo (p<0,05) na actividade motora do grupo exposto comparativamente ao controlo. Foram posteriormente feitas correlações entre os biomarcadores estudados, neste caso, entre as concentrações de coproporfirinas e o As na urina, com os dois parâmetros avaliados nos ensaios comportamentais; concluímos que ambos apresentam uma boa correlação, apresentando no entanto o As na urina uma melhor correlação com os parâmetros avaliados nos 2 ensaios comportamentais. Por fim, foi dado início a um estudo preliminar em indivíduos expostos ocupacionalmente ao As, onde se determinou a concentração de coproporfirinas em amostras de urina, tendo sido observado um aumento, embora não significativo (p>0,05), da concentração na urina dos trabalhadores quando comparadas com o grupo controlo.Arsenic (As) is a metalloid widely distributed in the earth's crust. Exposure to As occurs occupationally in several industries, including mining, pesticide, pharmaceutical, glass and microelectronics, as well as environmentally from both industrial and natural sources. Groundwater with elevated concentrations of As has been recognized as a problem of global concern. Elevated concentrations of As have been reported from several regions of the world resulting primarily from natural sources, such as erosion and leaching from geological formations, although sometimes from anthropogenic sources, such as uses of As for industrial purposes. Human chronic As exposure may cause serious adverse health effects including effects on heme synthesis and neurological problems. Owing to the effects of As in the heme synthesis, in As exposures, it is observed an increase in the excretion of total porphyrins in the urine. Thus, there is a need to develop biomakers to control and prevent the risk of neurotoxicity resulting from repeated exposure to As compounds. The aim of this study was to identify and select biomarkers for assessing the risk of exposure to As. To achieve this objective a sub-acute in vivo assay was performed with Wistar rats repeatedly orally exposed to As (sodium arsenite, 60mg/L) for 8 days. Urine was collected, and behavioral assays were accomplished before and after the exposure period. The coproporphyrins were determined by UV/visible spectrophotometry and by high-performance liquid chromatography and As was analysed by graphite furnace atomic absorption spectrometry. The concentration of urinary coproporphyrins was determined and a significant increase was observed in exposed group when compared to control (p0.05), in the exposed group when compared to the control one. The concentration of As in the urine was measured, and a significant increase (p<0.05) was observed in rats urine exposed to As comparing to control. A decrease in locomotor activity was also noticed in the As treated animals (p<0.05) compared to control. Correlations were made between the biomarkers determined in urine with the two parameters evaluated in the behavioral assays. After observing the correlations obtained, the best one was with As in urine, followed by the concentration of urinary coproporphyrins. So, we may suggest the use of As in urine as a predictive biomarker of neurotoxic effect, followed by the coproporphyrins in urine. Finally, we initiated a preliminary study in workers exposed to As, wherein the concentration of coproporphyrins in urine samples was determined; although it was observed an increase in coproporphyrins in urine of exposed individuals comparing to a control group, the difference was not significant (p>0.05)