Effects of ethylene glycol ethers on selected markers of glucose metabolism

Etery glikolu etylenowego są grupą związków chemicznych mających szerokie zastosowanie w gospodarstwach domowych i przemyśle chemicznym. Ze względu na swoje właściwości fizykochemiczne należą do jednych z najczęściej stosowanych rozpuszczalników na świecie. Zarówno badania przeprowadzone na zwierzętach jak i obserwacje kliniczne wskazują, że EGE wywierają działanie toksyczne na układ krwiotwórczy, rozrodczy, immunologiczny oraz na płód.Najsilniejszą aktywność hemolityczną wykazują: 2-BE, a także pochodne 2-PhE i 2-IPE. 2-EE oraz 2-ME powodują zaburzenia cyklu menstruacyjnego u kobiet i zmniejszenie liczby ruchliwych plemników w spermie u mężczyzn. Dostępne dane epidemiologiczne wskazują, że narażenie zawodowe na etery glikolu jest przyczyną wad rozwojowych i upośledzeń umysłowych u ludzi. EGE wykazują również działanie toksyczne na układ immunologiczny: zmniejszają masę grasicy i śledziony, obniżają stymulowaną miogenami aktywność proliferacyjną limfocytów, a także powodują zmniejszenie produkcji przeciwciał, interferonu-γ i IL-2. Niewiele wiadomo na temat wpływu EGE na tkankę mózgową. Dostępne dane wskazują, że związki te przechodzą przez barierę krew mózg, a także przy ostrych zatruciach u ludzi wywołują bóle głowy, trwałe upośledzenie funkcji kognitywnych, zaburzenia koordynacji ruchowej, ataksję, dezorientację, problemy z mową oraz depresję CSN. Również badanie nad wpływem eterów glikolu etylenowego na komórki SH-SY5Y (ludzka neuroblastoma) w warunkach in vitro wykazało najsilniejsze działanie cytotoksyczne 2-PhE, 2-IPE i 2-BE. Inne dane wskazują, że 2-PhE hamuje funkcję receptora NMDA. Brak jest jednak dotychczas danych czy EGE wywierają cytotoksyczne działanie na komórki centralnego systemu nerwowego. Jednym z mechanizmów prowadzącym do uszkodzenia komórek nerwowych może być nieprawidłowy metabolizm glukozy skutkujący mniejszą produkcją energii niezbędnej dla utrzymania prawidłowej funkcji neuronów i działania neuroprzekaźników.Celem obecnej pracy było wykazanie czy dwa etery glikolu etylenowego tj. 2-butoksyetanol i 2-fenoksyetanol wpływają na metabolizm glukozy w móżdżku szczura. Do badań wybrano móżdżek, strukturę odpowiedzialną za koordynację ruchową, ponieważ jednym z centralnych objawów zatrucia eterami glikolu etylenowego są zaburzenia koordynacji ruchowej. Metabolizm glukozy określano poprzez oznaczenie poziomu glukozy, glikogenu i pirogronianu oraz aktywności dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej. Badane zwierzęta podzielono na trzy grupy, z czego jednej z nich podawano podskórnie, przez 4 tygodnie rozpuszczalnik, drugiej 2-fenoksyetanol, a trzeciej 2-butoksyetanol. Wyniki oznaczania glukozy i glikogenu wykazały, że nie ma różnicy w ich stężeniach pomiędzy grupą kontrolną i poddaną działaniu 2-BE i 2-PhE, co wskazuje, że badane związki nie wpływają na transport glukozy przez barierę krew-mózg oraz na magazynowanie glukozy w postaci glikogenu w komórkach móżdżku. W przeprowadzonym doświadczeniu wykazano znamienny wzrost aktywności dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej w grupie zwierząt poddanych działaniu obu badanych związków. W przypadku pirogronianu znamienny wzrost stężenia obserwowano w grupie szczurów narażonych na działanie 2-PhE. Ponieważ zarówno dehydrogenaza glukozo-6-fosforanowa jak i pirogronian wywierają działania neuroprotekcyjne, ich wzrost może być przejawem nasilenia mechanizmów obronnych organizmu spowodowanym toksycznym działaniem badanych związków. Z drugiej strony, obserwowane zmiany mogą wynikać z zahamowania przemian glukozy w cyklu Krebsa. W tym przypadku wzrost poziomu pirogronianu wynikałby z jego mniejszego zużycia w cyklu Krebsa, natomiast wzrost aktywności dehydrogenazy glukozo-6-fosforanowej byłby odpowiedzialny za skierowania glukozy na szlak pentozofosforanowy. Jednak dopiero dalsze badania określające wpływ eterów glikolu etylenowego na kluczowe enzymy cyklu Krebsa i poziom ATP zarówno w móżdżku jak i innych strukturach pozwolą na ocenę znaczenia obserwowanych w tej pracy zmiaEthylene glycol ethers are a group of chemicals widely used in domestic and industrial chemicals. Due to its physicochemical properties they are among the most commonly used solvents in the world. Both animal studies and clinical observations suggest that these compounds have toxic effects on hematological, reproductive and immune system, and also the fetus.The strongest hemolytic activity is shown by 2-BE, and derivatives of 2-PhE and 2-IPE. 2-EE and 2-ME are causing disorders of the women’s menstrual cycle and reduce the number of men’s motile sperm. Officially available epidemiological data allow to assume that occupational exposure to glycol ethers is the cause of human malformations and mental disabilities. It was also confirmed, that EGE have toxic effects on the immune system: reduce thymus’ volume, spleen weight, and also reduce lymphoproliferative responses to mitogens and decrease antibodies, interferon-γ and IL-2 production. Little is known about the effects of EGE on brain tissue. Available data indicate that they can pass through the blood-brain barrier. Acute poisoning effects of EGE cause headaches, permanent impairment of cognitive functions, impaired coordination, ataxia, confusion and depression of CSN. Research about the influence of ethylene glycol ethers on SH-SY5Y cells (human neuroblastoma) in in vitro conditions showed that the 2-PhE, 2-IPE and 2-BE have the strongest cytotoxic effect. Other data indicate that 2-PhE inhibits function of NMDA receptor. However, there are no available data about EGE’s effect on the central nervous system. One of the mechanisms leading to cell damage may be abnormal glucose metabolism resulting in low production of energy which is necessary to maintain the normal function of neurons and neurotransmitter actions.The aim of the present study was to determine whether two derivatives of ethylene glycol ethers: 2-butoxyethanol and 2-phenoxyethanol affect glucose metabolism in the rat cerebellum. Cerebellum was selected subject of this studies, because of the fact, that it is responsible for the movement coordination. EGE’s effect on cerebellum cause disorder of its proper functionality. Glucose metabolism was determined by assay level of the glucose, glycogen, pyruvate and glucose-6-phosphate dehydrogenase activity. Tested animals were divided into three groups, in one of them rats were administered subcutaneously with solvent for 4 weeks, in the second with 2-phenoxyethanol, and in the third with 2-butoxyethanol. Glucose and glycogen assay showed that there were no differences in their concentration between the control group and groups treated with 2-BE and 2-PhE. This fact indicated that tested compounds did not affect glucose transport through blood-brain barrier and did not disturbed the store of glucose as glycogen in the cells of the cerebellum. The experiment showed a significant increase of glucose-6-phosphate dehydrogenase activity in the groups of rats treated with the two test compounds. Significant growth of pyruvate’s concentration level was observed in the group of rats exposed to 2-PhE. Growth of these two parametre’s can be found as a part of defense mechanisms of the human body. On the other hand observed changes may stem from inhibition of transformation of glucose in the Krebs cycle. In this case the increased level of pyruvate could be connected with its less usage in the Krebs cycle. Increased glucose-6-phosphate dehydrogenase activity could be related with its function, and that is sending glucose directly to the pentose phosphate pathway. However, only further researches on the effect of ethylene glycol ethers on the key enzymes of the Krebs cycle and ATP levels in both the cerebellum and other structures will allow for assessment the significance of changes observed in this work