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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10451/4606

Título: Monitoring rates of particulate matter pollution using genetic biomarkers in small mammals
Autor: Boa-Alma, Ana Sofia Ribeiro da Costa, 1988-
Orientador: Ramalhinho, Graça
Dias, Deodália Maria Antunes, 1952-
Palavras-chave: Micromamíferos
Poluição do ar
Bioindicadores
Biomarcadores
Teses de mestrado - 2011
Issue Date: 2011
Resumo: Particulate matter is a complex mixture of ultrafine, fine and coarse particles from a variety of sources. Important compounds associated with airborne particles are polycyclic aromatic hydrocarbons, among which several are established carcinogens. Reactive intermediates, which can cause direct DNA damage, are generated by their degradation. Moreover, they can enter a reaction with other pollutants, including nitrogen oxides and ozone, and generate other potential carcinogens. The aim of the present study was to analyze the genotoxic and cytotoxic effects of particulate matter and its consequences for the environment and human health, using the Algerian mouse (Mus spretus) as a bioindicator. For this purpose we used genetic biomarkers - sperm shape abnormalities assay, micronucleus test, comet assay and determination and characterization of the genetic polymorphisms of CYP1A1 gene - in addition to registration of body and internal organs weights and evaluation of the levels of particulate matter in the respiratory tract of the animals captured at sites with different concentrations of particulate matter in the districts of Lisbon and Setubal. The results showed a significant increase in liver weight with the level of pollution, as well as an increase in the number of micronuclei and comet score. Relatively to the sperm shape abnormalities assay, there were no differences between the three groups. Through the analysis of semi-thin and electron microscopy lung cuts it was observed that some of the animals from Paio Pires had apparently macrophages with phagocytized particles, which was not observed in the animals from Lourinhã, but it is not possible to draw objective conclusions since the work was not completed. For CYP1A1 gene, it was only possible its amplification and therefore also can not draw conclusions. Then, this work can provide important information on how particles affect our health in a real environment.
O ar que respiramos está poluído com os subprodutos da combustão da indústria, geração de energia e transporte, bem como o fabrico e utilização de produtos químicos. Os principais poluentes atmosféricos na Europa e América do Norte são o dióxido de enxofre, óxidos de azoto, partículas inaláveis e ozono. Os poluentes do ar podem aparecer na forma de partículas sólidas, gotículas ou gases. Além disso, podem ser naturais ou fabricados pelo homem. As fontes de poluição do ar referem-se aos vários locais, actividades ou factores que são responsáveis pela liberação de poluentes para a atmosfera. Em concentrações suficientes, estes gases e partículas podem prejudicar a saúde humana a curto (ardor nos olhos e garganta, dificuldade em respirar) e a longo prazo (cancro e danos a longo prazo nos sistemas imunológico, neurológico, reprodutivo e respiratório). Os mecanismos pelos quais a poluição do ar influencia negativamente algumas comorbidades não são bem compreendidos. Mecanismos possíveis, como o influxo de cálcio aumentado quando em contacto com macrófagos, activação de mediadores pró-inflamatórios, viscosidade do sangue aumentada, aumento do fibrinogénio e dos níveis de proteína C-reactiva e alterações na reologia do sangue favorecendo a coagulação, têm sido sugeridos. O stress oxidativo gerado pela poluição do ar também tem sido proposto como um mecanismo importante de lesão tecidual que leva à inflamação pulmonar e sistémica. Segundo dados científicos de 2004, o excesso de partículas inaláveis provoca em Portugal quase 4000 mortes prematuras e uma redução de 6 meses na esperança média de vida dos habitantes do Porto e Lisboa (estudo da Agência Europeia do Ambiente). A Organização Mundial da Saúde estima que as doenças associadas à poluição do ar causadas por partículas inaláveis podem ser consideradas dentro das dez principais causas de morte nos países desenvolvidos. "Partículas inaláveis" é, então, um termo geral que engloba as partículas de poeira, fuligem queimada, partículas de exaustão diesel e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. As partículas inaláveis têm contribuições tanto de fontes primárias (ou seja, emitidas directamente na atmosfera) como de processos secundários (ou seja, formadas na atmosfera a partir de emissões de substâncias precursoras). Tanto as emissões primárias como as emissões precursoras secundárias podem ser originadas a partir de qualquer origem antropogénica ou natural. Enquanto que as partículas maiores que as PM10 não são muito susceptíveis de atingir o tracto respiratório inferior, as partículas grossas (PM10) podem chegar tão longe quanto os brônquios. As partículas finas (PM2.5) podem penetrar mais profundamente e atingir os alvéolos, assim como as partículas de exaustão diesel, que estão na faixa de tamanho das partículas finas (0.1-2.5 μm) e ultrafinas (<0.1 μm). Compostos importantes associados às partículas em suspensão são os, já referidos, hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, entre os quais vários são estabelecidos carcinogéneos. Os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos carcinogénicos tornaram-se recentemente o centro da atenção devido ao seu efeito potencial na etiologia do cancro, doenças respiratórias e cardiovasculares e mortalidade. Os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos carcinogénicos são componentes da matéria orgânica ligada às partículas aerosóis inaláveis (<2.5 μm). Intermediários reactivos, que podem causar danos directos no DNA, são gerados pela sua degradação. Além disso, eles podem induzir uma reacção com outros poluentes, nomeadamente óxidos de azoto e ozono, além de gerar outros potenciais cancerígenos. A biomonitorização ambiental pode fazer uso de organismos “sentinela” que vivem no seu habitat natural e reflectir uma exposição contínua, a longo prazo. Estudos de pequenos mamíferos, principalmente roedores selvagens, têm demonstrado uma capacidade de acumular um amplo espectro de poluentes. Assim, eles são adequados para a monitorização da poluição ambiental e risco de exposição de pessoas que vivem numa área contaminada, além de serem geralmente abundantes em áreas facilmente identificadas e rapidamente capturados. Quando se trata da monitorização da genotoxicidade no ambiente, uma questão de suma importância, para além da selecção adequada de organismos representativos como sentinelas, é a realização de testes sensíveis e confiáveis, tais como aqueles projectados para a avaliação de danos no DNA. Independentemente das características particulares do evento de contaminação como um todo, é também muito importante que o ensaio de escolha tenha sido devidamente validado por laboratórios no mundo inteiro e que possa ser usado para monitorizar praticamente qualquer espécie selvagem potencialmente ameaçada. Desta forma, o objectivo do presente estudo foi analisar os efeitos genotóxicos e citotóxicos das partículas inaláveis e as suas consequências para o meio ambiente e para a saúde humana, utilizando o rato argelino (Mus spretus) como bioindicador. Para este efeito, foram utilizados biomarcadores genéticos em animais de locais com diferentes concentrações de partículas inaláveis nos distritos de Lisboa e Setúbal. Objectivos específicos podem ser apontados: avaliação do papel do rato argelino (Mus spretus) como um indicador de poluição ambiental; identificação de efeitos adversos, ou seja, mudanças de peso nos órgãos dos ratinhos e comparação com os níveis de exposição; avaliação dos níveis de partículas inaláveis no tracto respiratório dos animais capturados; avaliação dos efeitos genotóxicos e citotóxicos das partículas inaláveis através do teste das anomalias dos espermatozóides, teste do micronúcleo e ensaio do cometa; determinação e caracterização dos polimorfismos genéticos do gene CYP1A1, envolvidos no metabolismo de xenobióticos, incluindo hidrocarbonetos aromáticos policíclicos; confirmação do risco para a saúde pública e ambiental causado pela poluição por partículas inaláveis. Assim, os animais foram capturados nas três zonas seleccionadas de acordo com os níveis de poluição por partículas inaláveis. Depois de sacrificados, foram feitas medições morfológicas, ou seja, tirados os pesos e medidas corporais e dos órgãos internos e feito o teste das anomalias dos espermatozóides, o teste do micronúcleo e o ensaio do cometa. Para além disso, foi também retirado o músculo para análise genética, nomeadamente, a determinação dos polimorfismos do gene CYP1A1 e feita a observação em microscopia electrónica de transmissão de macrófagos presentes nos pulmões dos animais capturados, com o intuito de encontrar partículas fagocitadas. Como resultado, pôde-se observar medidas corporais superiores nos animais de Paio Pires, assim como o peso relativo do fígado, baço, rins e testículos. Tal seria de esperar visto o fígado ser o principal órgão essencialmente exposto a substâncias tóxicas e essenciais que entram no organismo através de inalação ou ingestão e o baço ser bastante sensível a infecções. Ao contrário do teste das anomalias dos espermatozóides que não revelou diferenças significativas entre os grupos, o que poderá ser devido em parte a artefactos técnicos, o teste do micronúcleo e o ensaio do cometa mostraram valores superiores com o aumento do nível de poluição por partículas inaláveis. Para além disto, também foi possível amplificar o gene CYP1A1, mas a determinação dos seus polimorfismos não pôde ser concluída, assim como a microanálise das possíveis partículas observadas em microscopia electrónica. Através deste estudo pode-se concluir que a inalação de partículas em altas concentrações tem um risco genotóxico significativo que pode induzir danos no DNA e, consequentemente, levar a sérios problemas de saúde. Embora este trabalho esteja dirigido para o estudo dos efeitos que as partículas inaláveis têm sobre a saúde dos seres vivos, é natural que outros xenobióticos possam ser responsáveis por alguns dos efeitos adversos registados. No entanto, embora não possamos manipular e controlar muitas das variáveis, este tipo de estudo é muito útil para analisar os efeitos da poluição como um todo e exactamente da maneira como ela nos afecta. No laboratório podemos controlar essas variáveis, mas apenas observamos os efeitos que cada poluente pode ter e não os efeitos da interacção entre todos eles, além do facto de que as doses de poluentes podem por vezes ser administradas em quantidades muito diferentes do registado num ambiente real. Os nossos resultados podem fornecer informações valiosas sobre os riscos para a saúde decorrentes de partículas urbanas e industriais, assim, alertando-nos para a necessidade da utilização de biomarcadores de efeitos, exposição e susceptibilidade e estabelecer medidas de prevenção antes de sermos confrontados com a carga social e o custo económico das doenças causadas pela poluição atmosférica por partículas inaláveis. Assim, neste trabalho foi utilizado o Mus spretus como espécie bioindicadora dos efeitos que a poluição ambiental, especificamente por partículas inaláveis, pode ter sobre a saúde, sendo possível, dentro de certos limites e sempre com cautela, transferir estes dados para os seres humanos.
Descrição: Tese de mestrado. Biologia (Biologia Humana e Ambiente). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2011
URI: http://hdl.handle.net/10451/4606
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