Genotoxicidad inducida por plomo en personas laboralmente expuestas

Jer�nimo Alberto Hern�ndez Pi�a

La Salle del Pedregal

“Resumen”.

El aumento en la producci�n y uso de qu�micos ha tenido un profundo impacto en el ambiente. La exposici�n humana a estos qu�micos ha sido relacionada con el incremento en la incidencia de varios eventos patol�gicos. Como consecuencia hay una necesidad de innovar t�cnicas que detecten los posibles riesgos que corre nuestra salud, espec�ficamente aquellas que incluyen da�o gen�tico.

Los sistemas de prueba que permiten detectar el da�o y la reparaci�n del ADN son muy importantes para la epidemiolog�a humana.

El uso del SCG (Single Cell Gel Electrophoresis), o ensayo cometa, ha incrementado en los �ltimos a�os. La relevancia del ensayo cometa radica en el requerimiento de pocas c�lulas como muestra, la facilidad para evaluar el da�o del ADN y el hecho de que se pueden obtener suficientes c�lulas de diferentes tejidos.

Mientras que los biomonitoreos citogen�ticos son hechos principalmente con linfocitos, el ensayo cometa se puede llevar a cabo con cualquier c�lula. A diferencia de los estudios citogen�ticos los cuales en la mayor�a de los casos se eval�a el efecto en c�lulas ciclando, el ensayo cometa permite evaluar el da�o en c�lulas no ciclando o arrestadas, como es el caso de los linfocitos. Aunado a esto la t�cnica permite la evaluaci�n de la reparacion del ADN en c�lulas individuales, lo que la hace una poderosa herramienta metodol�gica.

En este estudio se pudo observar que la exposici�n laboral al plomo interfiere con la capacidad celular para reparar da�os en el ADN.

Genotoxicidad inducida por plomo en personas laboralmente expuestas

El plomo (Pb) ocupa la quinta posici�n entre los metales de mayor producci�n en la industria, despu�s del fierro, cobre, aluminio y zinc; aproximadamente el 50 % del plomo producido se emplea para la fabricaci�n de bater�as aunque otros de sus usos incluyen soldaduras, cojinetes, cubiertas para cables, municiones, ca�er�as, pigmentos y calefacciones. Muchos compuestos de plomo tienen estados de oxidaci�n +2 (Pb II), y solo algunos +4 (Pb IV). Los compuestos de Pb (II) son predominantemente i�nicos, mientras que los compuestos del Pb (IV) tienden a ser covalentes. Los dos compuestos m�s comunes del Pb, son el di�xido de plomo y el sulfato de plomo, los cuales participan en una reacci�n reversible que ocurre durante la carga y descarga de una bater�a (Skerfving, 1988; Tenenbein, 1997; Johnson, 1998; Nriagu y Kim, 2000).

Aunque el envenenamiento por plomo industrial fue muy com�n, actualmente es raro, debido a la experiencia adquirida sobre sus efectos t�xicos y a la toma de medidas protectoras para prevenir dichos efectos. El Pb es un contaminantes atmosf�rico com�n (actualmente menos, que cuando a las gasolinas con plomo se les daba un uso general), y su absorci�n a trav�s del tracto respiratorio es la ruta m�s com�n de exposici�n para humanos. El mayor peligro de exposici�n pulmonar se debe a la inhalaci�n de part�culas de tama�o peque�o de �xido de plomo (especialmente en fundidoras e industrias dedicadas a la manufactura y almacenaje de bater�as), carbonatos de plomo, fosfatos y sulfatos. El Pb que alcanza el alveolo pulmonar es f�cilmente absorbido por la sangre. La otra ruta de mayor absorci�n del metal, es el tracto gastrointestinal.

La ingesta de Pb por persona puede llegar a ser de 20g por d�a. Este metal puede tener muchos mecanismos de transporte, como lo es el calcio en el tracto gastrointestinal, se sabe que la absorci�n de Pb disminuye cuando se incrementan los niveles de calcio en la dieta y viceversa. Un aspecto importante del comportamiento del Pb en el cuerpo, es su r�pido transporte al hueso donde es almacenado, el Pb tiende a bioacumularse en el hueso a trav�s de la vida, y aproximadamente el 90% de la carga corporal del metal se encuentra en el hueso despu�s de exposiciones de larga duraci�n. La vida media del Pb en el hueso de humanos se ha estimado en alrededor de 20 a�os, algunos trabajadores expuestos a Pb en la industria llegan a acumular hasta 500 mg de Pb en hueso. De los tejidos suaves, el h�gado y el ri��n tienden a tener altos niveles de Pb. Alrededor del 90% del Pb en sangre esta asociado a los eritrocitos, la cuantificaci�n de la concentraci�n de Pb en sangre es una prueba est�ndar para referir una exposici�n reciente al metal. Esta prueba es usada rutinariamente para monitorizar la exposici�n industrial a plomo y como una prueba para determinar exposici�n a Pb en ni�os.

Los efectos bioqu�micos m�s comunes ocasionados por el Pb, son la inhibici�n de la s�ntesis del hemo, un complejo de una porfirina sustituida y Fe2+ en hemoglobina y citocromos. El Pb interfiere en la conversi�n del �cido -aminolevul�nico a porfobilin�geno, resultando en la acumulaci�n de los productos metab�licos, y da�o hematol�gico. El Pb inhibe enzimas que tienen grupos sulfhidrilo, sin embargo la afinidad del Pb por los grupos -SH no es tan alta como la presentada por el cadmio o mercurio.
El Pb ejerce efectos adversos en varios sistemas corporales, la inhibici�n de la s�ntesis de hemoglobina es uno de ellos que en conjunto con la reducci�n de la vida media de los eritrocitos, resulta en anemia, la cual es una de las principales manifestaciones de la intoxicaci�n por Pb. El sistema nervioso central es seriamente afectado por el Pb, desencadenando encefalopat�a incluyendo degeneraci�n neuronal, edema cerebral y muerte de las c�lulas de la corteza cerebral. El Pb puede interferir con la funci�n de neurotransmisores incluyendo -dopamina y �cido but�rico, y esto puede retrasar la neurotransmisi�n. S�ntomas psicopatol�gicos de insomnio, pesadez, irritabilidad y p�rdida de la memoria, as� como, ataxia, dolor de cabeza y estremecimiento muscular pueden ocurrir a consecuencia de la intoxicaci�n por Pb. En casos extremos pueden presentarse convulsiones, seguidas de estado de coma e incluso hasta la muerte. El sistema nervioso perif�rico tambi�n es afectado por el Pb, causando neuropat�a perif�rica. La par�lisis por Pb es una sintomatolog�a com�n observada en trabajadores de la industria minera que refleja un alto grado de intoxicaci�n. El Pb causa da�o reversible en el ri��n ocasionando efectos adversos en los t�bulos proximales, debido a estos procesos perjudiciales es que el ri��n absorbe glucosa, fosfatos y amino�cidos antes de la secreci�n de orina. Los efectos renales a largo plazo ocasionados por la ingesta de Pb, consisten en una degradaci�n general del �rgano (nefritis cr�nica), incluyendo atrofia glomerular, fibrosis intestinal y esclerosis de bazo.

Algunos efectos de la intoxicaci�n por Pb, tales como los ocurridos en los t�bulos proximales del ri��n y la inhibici�n de la s�ntesis del hemo son reversibles cuando se aleja de la fuente de exposici�n. La intoxicaci�n por Pb, puede ser tratada mediante terapias de quelantes, en las cuales el Pb es solubilizado y eliminado por un agente quelante. Uno de los agentes quelantes que se usa frecuentemente es el �cido etilendiaminotetra�cetico (EDTA), el cual se une fuertemente con la mayor�a de los cationes +2 y +3. Este quelante es administrado en las terapias de intoxicaci�n por Pb en forma de calcio quelado para evitar la perdida neta de calcio por solubilizaci�n y excreci�n. Otro compuesto empleado en estas intoxicaciones es el BAL (British anti-Lewisite), el cual fue desarrollado originalmente para tratar intoxicaciones causadas por ars�nico, sin embargo, se sabe que BAL quela al Pb a trav�s de sus grupos sulfhidrilos y una vez quelado es excretado por el ri��n y la bilis.

As� como se tienen bien documentados los efectos sist�micos causados por la exposici�n a Pb, a�n no est� determinada la carcinogenicidad del metal en humanos, por lo cual, es de suma importancia ahondar sobre los mecanismos de genotoxicidad ocasionados por la exposici�n laboral a Pb con la finalidad de determinar si altos niveles de exposici�n afectan los mecanismos de defensa end�genos del organismo como son los mecanismos de reparaci�n del DNA.
Si bien la exposici�n a plomo ha disminuido en los �ltimos a�os por la sustituci�n del plomo de las gasolinas, existen poblaciones en nuestro pa�s que est�n expuestas a altas concentraciones de este metal. Es por ello que esta investigaci�n realizada en trabajadores expuestos ocupacionalmente a plomo, contempla el estudio de la genotoxicidad as� como de capacidad reparativa del ADN.

El objetivo principal del proyecto es identificar los factores bioqu�micos y moleculares que modulan las respuestas en humanos expuestos ocupacionalmente a plomo.

Los objetivos particulares son determinar la concentraci�n de plomo en la sangre,
evaluar la cantidad de rompimientos en el DNA (genotoxicidad) y la funcionalidad de los mecanismos de reparacion del DNA y explorar las posibles interrelaciones entre estos par�metros. Previo a la toma de muestras se invit� a cada uno de los individuos a participar en el estudio, explic�ndoles en que consiste el mismo. Los individuos que accedieron a participar firmaron una carta de consentimiento informado, gener�ndose as� un compromiso por parte de los investigadores de mantener la confidencialidad as� como de informar los resultados obtenidos a partir de sus muestras, en caso de que ellas as� lo requieran. Se obtuvo el consentimiento de 23 personas expuestas a plomo y 25 individuos control (para el presente reporte solo se utilizaron 9 personas expuestas laboralmente al plomo).

Se obtuvieron 10 ml de sangre por punci�n venosa por medio de la utilizaci�n de jeringas est�riles, bajo la supervisi�n de la Dra. Maria Maldonado. La sangre se deposito en dos tubos de 5 ml preheparinizados los cuales se mantuvieron a temperatura hasta la llegada al laboratorio.
La evaluaci�n de la capacidad de reparaci�n del ADN se llev� a cabo mediante el ensayo cometa. A las c�lulas despu�s del tratamiento, se les someti� a un post-tratamiento de 3 Gy de radiaci�n y posteriormente se les dej� reparar en un medio limpio. A diferentes tiempos de reparacion se tomaron c�lulas y se les evalu� el da�o en el ADN, para posteriormente ser comparados contra el da�o inducido por la radiaci�n, de esta manera conocimos la capacidad de reparaci�n de estas c�lulas.

Encontramos que el da�o en el ADN aument� despu�s de haber sometido este a 3Gy pero su capacidad para repararse no fue �ptima (Fig1), debido a que la longitud de cola sigue siendo mayor a�n cuando se haya permitido al ADN reparar. En cuanto a la capacidad reparativa individual (Fig 2) se puede apreciar que todos los donadores tienen una capacidad reparativa nula o muy disminuida. As� mismo se encontr� una correlaci�n entre la concentraci�n de plomo en la sangre y el da�o remanente despu�s de los 60 minutos, lo que quiere decir que en las personas con mayor concentraci�n de plomo en la sangre despu�s de 60 minutos despu�s de la irradiaci�n con 3 gy de radiaci�n gamma, manten�an los niveles mas alto de da�o en sus c�lulas sangu�neas.

Fig1.Da�o en el ADN de personas expuestas a plomo bajo distintas condiciones y su reparaci�n.

Fig2. Evaluaci�n de la capacidad reparativa en individuos expuestos a plomo..

Fig3. Correlaci�n entre el porcentaje de da�o remanente y la concentraci�n de plomo en sangre en personas expuestas ocupacionalmente.

El plomo es considerado por la agencia Internacional para el estudio del c�ncer como un posible carcin�geno para el humano, dentro de los posibles mecanismos de acci�n propuestos para este elemento se encuentra su interferencia con enzimas que mantienen la integridad gen�mica.

En este estudio observamos que el plomo tiene un efecto importante en la capacidad que tienen los leucocitos de personas expuestas laboralmente de reparar un reto de alg�n otro agente xenobi�tico, en este caso radiaci�n gamma.

Encontramos que independiente de la concentraci�n de plomo en la sangre, los expuestos a este metal, pierden su capacidad de reparar los insultos de otros xenobi�ticos. Estos efectos se podr�an deber principalmente a la interacci�n del plomo con algunas enzimas que participan en la reparacion por escisi�n de bases. Nuestros resultados sugieren que las personas expuestas laboralmente podr�an presentan un mayor riesgo a presentar efectos cuando se exponen a otros xenobi�ticos.

“Referencias”.

Skerfving, S (1988) Biological monitoring of exposure to inorganic lead. En Clarkson,T.W. L. Frieberg, GF Nordberg y P.R. Sager. Biological monitoring to toxic metals. Plenun Press New York,USA. pp 169-197.
Tenenbein, M (1997) Leaded gasoline abuse: the role of tetraethyl lead. Hum.Exp.Toxicol.16(4):217-222.
Johnson, FM( 1998) The genetics effects of environmental lead. Mutat. Res. 410:123-140.
Nriagu J.O. y Kim M.J. (2000) Emissions of lead and zinc from candles with metal-core wicks. Sci. Total Environ 250(1-3) 37-41.
Manahan S.E. (2003) Toxicological Chemistry and Biochemistry. Lewis Publishers, USA. Capitulo 10 pp 220-223

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