facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Page translation
 

METABOLISM OF HEAVY METALS IN RAT’S ENAMEL DURING EXCESSIVE INFLOW OF HEAVY METALS

METABOLISM OF HEAVY METALS IN RAT’S ENAMEL DURING EXCESSIVE INFLOW OF HEAVY METALSMETABOLISM OF HEAVY METALS IN RAT’S ENAMEL DURING EXCESSIVE INFLOW OF HEAVY METALS
Lakhtin Yuriy, associate professor, candidate of medicine, associate professor

Kharkiv Medical Academy of Post-graduate Education, Ukraine

Championship participant: the National Research Analytics Championship - "Ukraine";

the Open European-Asian Research Analytics Championship;

With the help of atomic absorption spectrophotometry the character of heavy metals (Fe, Zn, Pb, Cu, Mn, Cr) accumulation in rat’s teeth enamel was studied. It was determined that in enamel of animals receiving salts of heavy metals the concentration of Zn potentially increased for 87.5%, Pb for 80.8%. There was a tendency for Fe increasing for 39.1%. At the same time the accumulation of Cu was for 57.8% less compared to control group, Cr content in enamel decreased for 30.9% and Mn for 25.7%. It was concluded that salt mixtures of Fe, Zn, Pb, Cu, Mn, Crcourse mineral imbalance in teeth enamel. Dyscrasia of metals in enamel can be a risk factor of hard tooth tissues pathology.  

Keywords: salts of heavy metals, teeth enamel, accumulation, metabolism, rats.

Environmental degradation stipulated a number of studies to find the influence on human body the harsh environment with emphasis on salts of heavy metals.

Mineral constituent of teeth and bones of vertebrata has the capacity to accumulate some impurity elements, namely, heavy metals from the environment. Structure and capacity of mineral constituent of teeth tissue in a great measure reflect physiological makers of body functioning, and also can provide important information for monitoring of environmental situation of the local area.  [4].In fact, chemical composition of enamel has such “elemental portrait” that reflects the content of those substances in the air, soil, water and food. Especially obviously we can see it in citizens of industrial or environmental unfriendly regions [7, 9, 10].

There are many projects devoted to disclose the mechanism of negative influence and biological effects of heavy metals excess on living organisms, but generally they concern changes in case of monomicroelementosis only, that is why of current interest is the question ofchemical elements accumulation in teeth enamel under the influence of heavy metal compounds mixture.

Goal of research.To study accumulation of heavy metals Fe, Zn, Pb, Cu, Mn, Crin rat’s teeth enamelduringexcessiveinflowofits mixture.

Subject and methods of research.The study was carried out on 20 mature outbred white male rats with initial weight ranging 180-200 g during 30 days.  All animals were divided into two groups: group I (n = 10) were control rats that were taking potable water. Animals in group II (n = 10) were taking potable water with SHM combined: zinc(ZnSO4 x 7H2O) - 5 mg/L, copper (CuSO4 x 5H2O) - 1 mg/L, iron (FeSO4) - 10 mg/L, manganese (MnSO4 x 5H2O) – 0.1 mg/L, lead (Pb(NO3)2) – 0.1 mg/L, chrome (K2Cr2O7) – 0.1 mg/L. Rats had free access to water. Under ether anaesthesia they were decapitated to take samples of enamel tissue. Enamel samples were de-oiled with alcohol, washed with d water and weight accurate within 0.001g. Then enamel was burned in incinerator at a temperature 450?С for organic cavity. The ash was dissolved in mixture of chlorohydric acid (2.0 ml) and nitric acid (1.0 ml) and raise to 10ml with bidistilled water. This solution was analyzed with the help of spectrophotometer C115-01 with flaming and electrothermic atomizer.   

During the experiment, the laboratory animals were kept in compliance with rules adopted by the European Convention for the Protection of Vertebrate Animals used for Experimental and other Scientific Purposes (Strasbourg, 1986) and “General Ethical Rules for Experiments Using Animals”, approved by the First Bioethics National Congress (Kyiv, 2001).

Study Findings and Discussion. Results of research showed that heavy metals do not have the character of absolute accumulation in teeth enamel. In animals receiving heavy metals salts the concentration of Zn potentially increased from 69.66±10.05 mcg/L to 555.00±98.80 that is for 87.5% higher than control (p=0.0005). Content of Pb increased from 0.14±0.05 to 0.73±0.09 mcg/L, in other words for 80.8% (р=0.0004). There was a tendency for Fe increasing for 39.1% from 616.48±91.59 to  1013.4±141.60mcg/L (р=0.07).

At the same time the accumulation of Cu was for 57.8% less compared to control group – from 35.99±9.25 to 15.18±2.08 mcg/L (р=0.006),Cr content in enamel decreased from 575.39±70.38 to 397.56±59.75, that is for 30.9% less compared to control group of rats (р=0.07).Concentration of  Mn  decreased for 25.7% (from 58.74±4.53 to 43.65±5.15 mcg/L ), р=0.03.

We see that under excessive inflow of heavy metals some metals accumulated in a great measure compared with control group, but others conversely in a lesser degree. Here mineral dyscrasia of metals in teeth enamel – imbalance is present. Analogical result we get in alveolar ridge[8].

Imbalance in accumulation of heavy metals in rat’s enamel is caused, to our opinion, by peculiarities of metal interreaction. Microelements have wide range of synergetic and antagonistic interreactions[3].It was proved that between 15 specified essential elements there are 105 double-sided and 455 three-sided interreactions. Complex inflow of toxic and essential elements increases washout of some elements and accumulation of other elements [5].

Enamel is the hardest tissue in human body that effected by mouth media. It consists of 96% of non-organic and 4% of organic substances and water. Main component of nonorganic part of enamel are hydroxyapatite crystals able to accumulate metals. Apatites can have a great amount of vacancies and thereby can have some ion replacements, which determine their reactivity and biologivcal properties. As contrasted with other biominerals they have unique adaptiveness to different biological functions. Special mechanisms of charge compensation make possible molecular and ion insertions and replacements that determine properties of apatite crystal surface with relation to chemical (solvability, capacity to ion replacement, ion insertions, adsorbation and molecular insertions) and physical (surface charge of interphase energy) properties [6].Microelement metabolism is an integral part of mouth homeostasis. Change of element homeostasis leads to anomaly mineral metabolism and as a result to pathology of teeth hard tissue and alveolar ridge [1, 2].

Therefore, on the ground of our research we can make the following conclusion: environmental heavy metals, getting into the body, cause anomaly of mineral metabolism in enamel. Mineral imbalance leads to changes of crystals properties whereby the enamel can become exposed to adverse factors of local and general environment.

References:

  1. Боровский Е. В. Биология полости рта / Е. В. Боровский, В. К. Леонтьев. Изд. второе, стереотип. М. : Мед. книга; Н. Новгород : Изд-во НГМА, 2001. – 304 с.
  2. Вавилова Т. П. Биохимия тканей и жидкостей полости рта / Т. П.Вавилова. – М. : ГЭОТАР-Медиа, 2011. – 257 с.
  3. Мікроелементний склад довгих та мішаних кісток скелета в нормі / Є. В. Гусак, М. В. Погорєлов, Г. Ф. Ткач [та ін.] // Український морфологічний альманах. – 2010. – Т. 8., № 4. – С. 51 – 55.
  4. Мультиэлементный масс-спектрометрический микроанализ в исследованиях биоминеральных образований / С.Л. Вотяков, Д.В. Киселева, А.Ю. Розанов и др. // Литосфера. - 2007, № 1. - С. 123-137.
  5. Скальный А. В. Биоэлементы в медицине / А. В. Скальный, И. А. Рудаков. – М. : Издательский дом «Оникс 21 век» : Мир, 2004. – 272 с.
  6. Chemical Diversity of Apatites / C. Rey, C. Combes, Ch. Drouet, H. Sfihi //Advances in Science and Technology. – 2006. – Vol. 49. – Р. 27-36.
  7. In vivo studies on lead content of deciduous teeth superficial enamel of preschool children / V. E. Gomesa, M. da L. R. Sousa, Fernando Barbosa Jr Jr. [et al.] // Science of The Total Environment. – 2004. – Vol. 320, № 1. – P. 25–35.
  8. Lakhtin Yu.V. Accumulation of heavy metals alveolar ridge on rats’ jaws during excessive inflow of heavy metals / Yu. Lakhtin// Teoretyczne i praktyczne innowacje w nauce : materia?yMiedzynarodowej Naukowi-Praktycznej Konferencji (Gda?sk,28 - 30.04 2012). – Gda?sk, 2012. – S. 97-98.
  9. Multivariate Statistical Analysis of Metal Concentrations in Teeth of Residents of Silesian Region, Southern Poland / D. Wiechu?a, A. Fischer, J. Kwapuli?ski [et al.] // Archives of Environmental Contamination and Toxicology. -  2006. – Vol. 51, № 2. – Р. 314-320.
  10. Study of environmental burden of lead in children using teeth as bioindicator / J.D.T. Arruda-Netoa, M.C.C. de Oliveiraa,  J.E.S. Sarkis [et al.] // Environment International. – 2009. - Vol. 35, № 3. – P. 614–618.
  11. The heavy metal content of the teeth of the bank vole (Clethrionomys glareolus) as an exposure marker of environmental pollution in Poland  / J. Appleton, K. M. Lee, K. Sawicka-Kapusta [et al.] // Environ Pollut. - 2000. - Vol. 110, № 3. - P. 441-449.
0
Your rating: None Average: 7.6 (8 votes)
Comments: 12

Knyazyeva Maryna

Работа Юрия Владимировича Лахтина содержит очень интересные факты, вносящие вклад в копилку биохимических изменений тканей зуба, заполненную лишь частично. Эмаль зубов поглощает различные тяжелые металлы в различной степени. Возникает вопрос - почему? Когда-то академик В.Н.Никитин, читая одну из лекций по физиологии студентам ХГУ, высказал предположение о том, что отложение камней на зубах- это адаптивная ( пусть и неправильная) реакция организма, направленная на предотвращение разрушения ткани зуба. Цинк и медь являются кофакторами в различных ферментативных реакциях, какие виды обмена характерны для эмали зуба, как они протекают в слюне и сыворотке крови? Очень интересно было бы у этих же экспериментальных крыс одновременно с зубами исследовать печень и кости. Мне кажется, что, ответив на эти вопросы, можно здорово продвинуться в вопросах патогенеза заболеваний зубов и индивидуальном подборе тактики лечения. Работа, с моей точки зрения, очень перспективная. Желаю Вам дальнейших успехов в научных исследованиях. С уважением, проф. Князева М.В.

Lakhtin Yuriy Vladimirovich

Уважаемая Марина Владиславовна! Спасибо за Ваш положительный отзыв о нашем исследовании. Наша кафедра ХМАПО совместно с кафедрами патоморфологии, анатомии, пат. физиологии медицинского института Сумского госуниверситета проводила комплексное изучение влияния микроэлементозов на внутренние органы, кровь, костную ткань крыс. Моделировались микроэлементозы с разными комбинациями тяжелых металлов. Четко прослеживалась общая тенденция: при избыточном поступлении комбинации разных металлов одни аккумулировались в концентрациях, превышающих значения контрольных групп животных, а со стороны других металлов отмечался их дефицит, и это несмотря на то, что они тоже вводились в избытке. Скорее всего, мы здесь сталкиваемся с характером взимодействия металлов. Это не простая суммация токсических эффектов каждого из металлов, а их синергизм, антагонизм или потенцирование. Спасибо Вам за добрые пожелания. С уважением, Ю.В. Лахтин.

Vokina Vera

Очень интересная статья. Как Вы считаете, может ли содержание тяжелых металлов в эмали у животных являться индикатором (биологическим маркером) загрязнения среды их обитания (как, например, содержание свинца в волосах у работающих)? Какие еще соединения Вы определяли в эмали зубов крыс и какие факторы могут оказать влияние на их концентрации?Желаю дальнейших успехов!

Lakhtin Yuriy Vladimirovich

Спасибо за проявленный интерес к нашему исследованию. Да, эмаль является той минерализованной тканью зубов, в которой способны аккумулироваться тяжелые металлы и не только они. Ее считают биоиндикатором загрязнения окружающей среды. Еще со времен аварии на ЧАЭС союзным министерством была утверждена инструкция о определении суммарной дозы облучения ликвидаторов (если отсутствовало документальное подтверждение). Эту дозу определяли в эмали удаленных зубов мудрости. Мы исследовали в эксперименте только эти соли металлов, потому что моделировали микроэлементозы, характерные для населения некоторых регионов. Фактров, влияющих на концентрации кобинации металлов много. Главный из них - особенности взаимодействия металлов. Полученные результаты показали, что накопление металлов - это не банальная суммация введенных в избытке элементов, а результат сложных их взаимодействий (синергизм, антагонизм, потенцирование).

Morozova Elena

Можно уточнить, почему в качестве индикатора загрязненности среды тяжелыми металлами была выбрана именно эмаль моляров, веди другие ткани зуба (дентин, цемент) являются более динамическими структурами и вероятно будут реагировать быстрее и выраженнее, чем зрелая ткань эмали?

Lakhtin Yuriy Vladimirovich

Да, действительно в дентине и цементе корней зубов метаболические процессы более интенсивные, чем в эмали. Но в них происходят процессы больше репаративного плана. Эмаль является пограничной тканью с внешней средой и в ней активно идут параллельные процессы деминерализации и реминерализации (в поверхностном слое). Поэтому любые изменения в элементном составе ротовой жидкости, как гомеостатической системе, сразу отражаются на "элементном портрете" эмали зубов. И отечественные специалисты, и зарубежные считают эмаль биоиндикатором состояния окружающей среды. Это была первая причина, почему мы исследовали из всех минерализованных тканей зуба только эмаль. Вторая причина нашего выбора объекта исследования заключалась в том, чтобы оценить влияние тяжелых металлов на возможное развитие кариеса зубов.

Norbert Borkach (Bark?ts)

Очень интересный доклад! Проводилось ли Вами исследование структурных изменений эмали в этом экмперименте. Наблюдались ли структурные изменения эмали, или наблюдалось только изменение концентрации тяжелых металов? Если да, то при каких концентрациях и каких металлов? С уважением: Норберт Боркач.

Lakhtin Yuriy Vladimirovich

Спасибо за внимательное изучение доклада и проявленный интерес к нашему исследованию. Да, мы изучали на растровом эл. микроскопе структурные изменения в эмали как в эксперименте, так и в эмали людей, проживающих в регионах с микроэлементозами. Исследовали в эксперименте вышеуказанную комбинацию солей тяжелых металлов в аналогичных концентрациях. Результаты исследования показали нарушение структурной организации эмали, о чем, надеемся, доложим на следующей конференции. С уважением, Ю.В. Лахтин.

Morozova Elena

Спасибо за ответ. А можно уточнить, как отделяли эмаль от остальных твердых тканей зуба животного?

Lakhtin Yuriy Vladimirovich

После высушивания твердых тканей зубов и их нагревания. Разная теплоемкость емали и дентина позволяла под USB-микроскопом с ув. х80 достаточно легко отделять эмаль от дентина.

Morozova Elena

Интересное исследование. Можно ли его экстраполировать на человека? Согласно данным зарубежной литературы эмаль крыс формируется в течении всего постэмбрионального развития (наличие энамелобластов), а у человека во взрослом состоянии энамелобласты отсутствуют?

Lakhtin Yuriy Vladimirovich

Спасибо за проявленный интерес к моему докладу. Исследование концентрации тяжелых металлов проводилось в эмали моляров. У крыс зубы монофиодонтны, т.е., прорезывается только одна генерация зубов, без этапа временных или молочных. Это касается только моляров. А вот резцы - постоянно растущие зубы, потому что из-за особенностей функционирования зубочелюстной системы крыс они подвергаются постоянному истиранию (грызуны). Вполне естественно, что в зоне роста резцов постоянно происходит процесс амелогенеза и присутствуют энамелобласты. Во всех постоянных зубах взрослого человека энамелобласты отсутствуют. Эмаль прошла все этапы амелогенеза и минерализации. Сохраняется только естественный динамический процесс деминерализации и реминерализации на протяжении всего периода онтогенеза индивидума. С определенной степенью условности полученные результаты можно экстраполировать и в отношении постоянных зубов человека.
Comments: 12

Knyazyeva Maryna

Работа Юрия Владимировича Лахтина содержит очень интересные факты, вносящие вклад в копилку биохимических изменений тканей зуба, заполненную лишь частично. Эмаль зубов поглощает различные тяжелые металлы в различной степени. Возникает вопрос - почему? Когда-то академик В.Н.Никитин, читая одну из лекций по физиологии студентам ХГУ, высказал предположение о том, что отложение камней на зубах- это адаптивная ( пусть и неправильная) реакция организма, направленная на предотвращение разрушения ткани зуба. Цинк и медь являются кофакторами в различных ферментативных реакциях, какие виды обмена характерны для эмали зуба, как они протекают в слюне и сыворотке крови? Очень интересно было бы у этих же экспериментальных крыс одновременно с зубами исследовать печень и кости. Мне кажется, что, ответив на эти вопросы, можно здорово продвинуться в вопросах патогенеза заболеваний зубов и индивидуальном подборе тактики лечения. Работа, с моей точки зрения, очень перспективная. Желаю Вам дальнейших успехов в научных исследованиях. С уважением, проф. Князева М.В.

Lakhtin Yuriy Vladimirovich

Уважаемая Марина Владиславовна! Спасибо за Ваш положительный отзыв о нашем исследовании. Наша кафедра ХМАПО совместно с кафедрами патоморфологии, анатомии, пат. физиологии медицинского института Сумского госуниверситета проводила комплексное изучение влияния микроэлементозов на внутренние органы, кровь, костную ткань крыс. Моделировались микроэлементозы с разными комбинациями тяжелых металлов. Четко прослеживалась общая тенденция: при избыточном поступлении комбинации разных металлов одни аккумулировались в концентрациях, превышающих значения контрольных групп животных, а со стороны других металлов отмечался их дефицит, и это несмотря на то, что они тоже вводились в избытке. Скорее всего, мы здесь сталкиваемся с характером взимодействия металлов. Это не простая суммация токсических эффектов каждого из металлов, а их синергизм, антагонизм или потенцирование. Спасибо Вам за добрые пожелания. С уважением, Ю.В. Лахтин.

Vokina Vera

Очень интересная статья. Как Вы считаете, может ли содержание тяжелых металлов в эмали у животных являться индикатором (биологическим маркером) загрязнения среды их обитания (как, например, содержание свинца в волосах у работающих)? Какие еще соединения Вы определяли в эмали зубов крыс и какие факторы могут оказать влияние на их концентрации?Желаю дальнейших успехов!

Lakhtin Yuriy Vladimirovich

Спасибо за проявленный интерес к нашему исследованию. Да, эмаль является той минерализованной тканью зубов, в которой способны аккумулироваться тяжелые металлы и не только они. Ее считают биоиндикатором загрязнения окружающей среды. Еще со времен аварии на ЧАЭС союзным министерством была утверждена инструкция о определении суммарной дозы облучения ликвидаторов (если отсутствовало документальное подтверждение). Эту дозу определяли в эмали удаленных зубов мудрости. Мы исследовали в эксперименте только эти соли металлов, потому что моделировали микроэлементозы, характерные для населения некоторых регионов. Фактров, влияющих на концентрации кобинации металлов много. Главный из них - особенности взаимодействия металлов. Полученные результаты показали, что накопление металлов - это не банальная суммация введенных в избытке элементов, а результат сложных их взаимодействий (синергизм, антагонизм, потенцирование).

Morozova Elena

Можно уточнить, почему в качестве индикатора загрязненности среды тяжелыми металлами была выбрана именно эмаль моляров, веди другие ткани зуба (дентин, цемент) являются более динамическими структурами и вероятно будут реагировать быстрее и выраженнее, чем зрелая ткань эмали?

Lakhtin Yuriy Vladimirovich

Да, действительно в дентине и цементе корней зубов метаболические процессы более интенсивные, чем в эмали. Но в них происходят процессы больше репаративного плана. Эмаль является пограничной тканью с внешней средой и в ней активно идут параллельные процессы деминерализации и реминерализации (в поверхностном слое). Поэтому любые изменения в элементном составе ротовой жидкости, как гомеостатической системе, сразу отражаются на "элементном портрете" эмали зубов. И отечественные специалисты, и зарубежные считают эмаль биоиндикатором состояния окружающей среды. Это была первая причина, почему мы исследовали из всех минерализованных тканей зуба только эмаль. Вторая причина нашего выбора объекта исследования заключалась в том, чтобы оценить влияние тяжелых металлов на возможное развитие кариеса зубов.

Norbert Borkach (Bark?ts)

Очень интересный доклад! Проводилось ли Вами исследование структурных изменений эмали в этом экмперименте. Наблюдались ли структурные изменения эмали, или наблюдалось только изменение концентрации тяжелых металов? Если да, то при каких концентрациях и каких металлов? С уважением: Норберт Боркач.

Lakhtin Yuriy Vladimirovich

Спасибо за внимательное изучение доклада и проявленный интерес к нашему исследованию. Да, мы изучали на растровом эл. микроскопе структурные изменения в эмали как в эксперименте, так и в эмали людей, проживающих в регионах с микроэлементозами. Исследовали в эксперименте вышеуказанную комбинацию солей тяжелых металлов в аналогичных концентрациях. Результаты исследования показали нарушение структурной организации эмали, о чем, надеемся, доложим на следующей конференции. С уважением, Ю.В. Лахтин.

Morozova Elena

Спасибо за ответ. А можно уточнить, как отделяли эмаль от остальных твердых тканей зуба животного?

Lakhtin Yuriy Vladimirovich

После высушивания твердых тканей зубов и их нагревания. Разная теплоемкость емали и дентина позволяла под USB-микроскопом с ув. х80 достаточно легко отделять эмаль от дентина.

Morozova Elena

Интересное исследование. Можно ли его экстраполировать на человека? Согласно данным зарубежной литературы эмаль крыс формируется в течении всего постэмбрионального развития (наличие энамелобластов), а у человека во взрослом состоянии энамелобласты отсутствуют?

Lakhtin Yuriy Vladimirovich

Спасибо за проявленный интерес к моему докладу. Исследование концентрации тяжелых металлов проводилось в эмали моляров. У крыс зубы монофиодонтны, т.е., прорезывается только одна генерация зубов, без этапа временных или молочных. Это касается только моляров. А вот резцы - постоянно растущие зубы, потому что из-за особенностей функционирования зубочелюстной системы крыс они подвергаются постоянному истиранию (грызуны). Вполне естественно, что в зоне роста резцов постоянно происходит процесс амелогенеза и присутствуют энамелобласты. Во всех постоянных зубах взрослого человека энамелобласты отсутствуют. Эмаль прошла все этапы амелогенеза и минерализации. Сохраняется только естественный динамический процесс деминерализации и реминерализации на протяжении всего периода онтогенеза индивидума. С определенной степенью условности полученные результаты можно экстраполировать и в отношении постоянных зубов человека.
PARTNERS
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.