PTU - Polskie Towarzystwo Urologiczne

OZNACZENIA ZAWARTOŚCI WYBRANYCH PIERWIASTKÓW
Artykuł opublikowany w Urologii Polskiej 1995/48/1.

autorzy

Dariusz Borowiec 1, Tadeusz Spruch 1, Maria Juszkiewicz 2
1 Z Kliniki Urologii Akademii Medycznej w Lublinie
Kierownik Kliniki: Prof. dr hab. T. Spruch
2 Z Zakładu Farmakologii Akademii Medycznej w Lublinie
Kierownik Zakładu: Prof. dr hab. Z. Kleinrok

streszczenie

Oznaczono zawartość czterech podstawowych pierwiastków śladowych: cynku,
kadmu, miedzi i żelaza w tkankach niezmienionego gruczołu krokowego przy użyciu
absorbcyjnej spektrofotometrii atomowej. Wykonano także oznaczenia stężeń tych
pierwiastków w raku i gruczolaku stercza. Stwierdzono, że w gruczole krokowym
kumulują się duże ilości mikroelementów. Wykazano istotne różnice pomiędzy
zawartością cynku i kadmu w tkankach niezmienionego chorobowo stercza oraz
gruczolaka i raka stercza. Nie znaleziono natomiast istotnych statystycznie różnic
pomiędzy zawartością miedzi i żelaza w tych stanach. Przeprowadzone badania
pozwalają przypuszczać, że cynk i kadm mogą mieć znaczenie w powstawaniu raka
stercza.

Spośród wielu różnych elementów środowiska biologicznego człowieka ważną pozycję zajmują pierwiastki śladowe zwane także mikroelementami. Ich rola w fizjo- logii i patologii organizmów żywych nie jest do końca wyjaśniona. Niektóre z nich, takie jak cynk (Zn), miedź (Cu), żelazo (Fe), selen (Se) są niezbędne dla przebiegu wielu procesów metabolicznych warunkujących zdrowie a nawet życie. Inne nato- miast, a wśród nich ołów (Pb) i kadm (Cd) wykazują silną toksyczność, oddziaływując na ustrój ludzki zdecydowanie negatywnie (15). Zainteresowanie mikroelementami rośnie w ostatnich latach w związku ze stale postępującą degradacją środowiska, naruszającą ich naturalny obieg. Te same pierwiastki, które w śladowych ilościach są niezbędne dla życia, mogą w przypadku ich nadmiaru wywoływać szereg zaburzeń zagrażających zdrowiu człowieka. Istnieją również pewne sugestie wskazujące na indukowanie przez nadmiar niektórych mikroelementów procesów patologicznych takich jak rozrost nowotworowy. Wiele prac dotyczy tych zagadnień. Natrafiono jednak tylko na pojedyncze doniesienia na temat wpływu pierwiastków śladowych na gruczoł krokowy.


Rak gruczołu krokowego zajmuje w statystykach wysokie pozycje pod względem częstości występowania i przyczyn śmiertelności (2, 9, 16). Uważa się, że czynniki środowiskowe mają ważne znaczenie w jego powstawaniu. Stwierdzono również fakt częstszego występowania raka stercza w rejonach wysoko uprzemysłowionych (5). Podjęto więc badania, których celem było określenie zawartości wybranych mikro- elementów w gruczole krokowym w stanie fizjologicznym, w gruczolaku i raku stercza.


MATERIAŁ I METODY


Materiał do badań stanowiły wycinki z gruczołu krokowego pobrane od 134 mężczyzn. Materiał uzyskano w czasie wyłuszczania gruczolaka stercza, a także podczas elektroresekcji przezcewkowej. Chorzy od których pobierano wycinki byli to mężczyźni, którzy poza podstawowym schorzeniem urologicznym nie mieli chorób towarzyszących. Uzyskane tkanki badano histo-patologicznie celem weryfikacji wcześniejszych rozpoznań klinicznych. Materiał kontrolny stanowiły pobrane podczas sekcji wycinki z gruczołów krokowych nie objętych procesami chorobowymi. Wycinki te pobierano od mężczyzn, którzy zmarli z innych przyczyn niż choroby stercza i u których nie stwierdzono chorób gruczołu krokowego i innych schorzeń przewlekłych. Oznaczenia zawartości mikroelementów w badanym materiale wykonano stosując absorbcyjną spektrofotometrię atomową (ASA) w spektrofotometrze firmy Varian-Techtron model 1-200. Przygotowane do oznaczeń próbki tkanki gruczołu krokowego ważono, a następnie mineralizowano w piecu elektrycznym w temperaturze 450°C. Spopielone próbki rozpuszczano w odpowiedniej ilości In kwasu solnego. Zn, Cu, Fe oznaczano bezpośrednio w mineralizatach, natomiast Cd po uprzedniej ekstrakcji do fazy organicznej ketonem izo-butylo-metylowym (17). Wyniki oznaczeń zawartości mikroelementów w tkankach gruczołu krokowego zostały podane w przeliczeniu na świeżą tkankę. Uzyskane w trakcie badań wyniki poddano analizie statystycznej korzystając z testu Manna-Whithneya.


WYNIKI


A. Określenie stężeń pierwiastków śladowych w całym badanym materiale. W 134 wycinkach tkanek gruczołów krokowych oznaczono stężenia 4 pierwiast- ków śladowych: cynku (Zn), miedzi (Cu), żelaza (Fe), kadmu (Cd). Średnie stężenia poszczególnych mikroelementów przedstawiono w tab. I: B. Ocena stężeń pierwiastków śladowych w grupie kontrolnej, gruczolaku stercza i raku stercza.


Wykonano oznaczenia zawartości Zn w 20 wycinkach tkanek pochodzących z fizjologicznego gruczołu krokowego (grupa kontrolna). Średnie stężenie cynku wynosiło 126,78 mg/kg świeżej tkanki. Zbadano również 88 wycinków pobranych od mężczyzn z gruczolakiem stercza. Stwierdzono, że średnie stężenie cynku wynosiło 222,36 mg/kg. Otrzymany wynik był istotnie wyższy w porównaniu do grupy kontrolnej (p< 0,001). Natomiast w 25 próbkach tkanek gruczołu krokowego po- chodzących od chorych z rakiem stercza średnie stężenie cynku wynosiło 77,74 mg/kg świeżej tkanki. Zawartość Zn w tej grupie była istotnie niższa niż w grupie kontrolnej i grupie mężczyzn z gruczolakiem stercza (tab. II). Podobnie oznaczono zawartość miedzi i żelaza w grupach kontrolnej, gruczola- ków i raków stercza. Jednak w odniesieniu do obu tych pierwiastków różnice stężeń pomiędzy poszczególnymi grupami nie były statystycznie istotne (tab. III, tab. IV).


Statystycznie istotne różnice występowały w oznaczeniach stężeń kadmu. Najniż- sze średnie stężenie uzyskano w grupie kontrolnej, wynosiło ono 0,23 mg/kg świeżej tkanki. Nieznacznie wyższą średnią zawartość kadmu wykazywali mężczyźni z gru- czolakiem stercza, w 85 wycinkach pochodzących od tych chorych stężenie badanego pierwiastka wynosiło 0,25 mg/kg. Wyraźnie wyższe stężenie Cd otrzymano w 24 próbkach pobranych od mężczyzn z rakiem stercza. Średnia zawartość Cd w tych tkankach wynosiła 0,33 kg/kg. Różnice stężeń pomiędzy rakiem, a grupa kontrolną i gruczolakiem były istotne statystycznie (p<0,05) (tab. V).


DYSKUSJA


Wyniki badań wskazują na istotne różnice w zawartości niektórych pierwiastków śladowych w tkankach gruczołu krokowego zmienionego chorobowo w porównaniu ze stanem fizjologicznym. Stwierdzono istotnie wyższe stężenia cynku w gruczolaku w porównaniu do grupy kontrolnej, natomiast w raku gruczołu krokowego zawartość cynku była istotnie niższa niż w gruczolaku i sterczu niezmienionym chorobowo. Cynk jest jednym z podstawowych mikroelementów. Niektórzy uważają go za modulatora androgenowego (14). Jego stężenia w sterczu należą do najwyższych w organizmie ludzkim (8). Przekształcenie testosteronu do biologicznie aktywniejego 5 alfa ? dwuhydrotestosteronu przez 5 alfa ? reduktazę jest regulowane przez cynk (6) Cynk jest konieczny dla wiązania przekształconego kompleksu DHT-receptor cytoplazmatyczny do jądra komórkowego, a ta interakcja indukuje transkrypcję RNA i syntezę białek takich jak: białka wydzielnicze gruczołu krokowego czy też białka receptorowe (3, 4). Można by więc sądzić, że następstwem zmiany zawartości cynku w sterczu mogą być zmiany w metabolizmie testosteronu, co z kolei w sytuacji zmienionej funkcji androgenowej jądra w starszym wieku mogłoby powodować ujawnienie się lub nawet powstanie schorzeń gruczołu krokowego. Leake i wsp. (7) stwierdzili in vitro, w supernatancie otrzymanym z ludzkiego gruczolaka stercza, że cynk dodany w niskich stężeniach nasila redukcję 5 alfa ? testosteronu, podczas gdy ego wysokie stężenia hamują metabolizm testosteronu. Rozumując tym tokiem należałoby sądzić, że w wyniku szybszego metabolizmu testosteronu powstaje dużo aktywnych metabolitów, które nie mogą być w jądrze komórek gruczołu krokowego w sposób prawidłowy wykorzystane (zaburzenie wiązania kompleksu DHT-receptor cytoplazmatyczny do receptora jądrowego). Interesujące wydają się być również wyniki oznaczeń zawartości kadmu w gruczole krokowym. Stwierdzono istotne statystycznie zwiększenie stężenia Cd w komórkach raka stercza w porównaniu do stercza fizjologicznego, a także do gruczolaka. Dane z piśmiennictwa sugerują, że związki kadmu mogą być czynnikiem wywołującym nowotwory gruczołu krokowego [13). Cd jest wysoce toksycznym pierwiastkiem śladowym (1). Jak wynika z badań Socentiniego (10) Cd w wysokich stężeniach hamuje syntezę DNA poprzez inhibicję polimerazy DNA. Blokuje on również kinazę tymidylową co w konsekwencji zaburza replikację materiału genetycznego (12). Wykazuje również bezpośrednie działanie niszczące DNA poprzez indukowanie aktywnych postaci tlenu (11).


Trudne do interpretacji wydają się być wyniki oznaczeń zawartości pierwiastków śladowych w gruczolaku stercza, w którym wysokiemu stężeniu cynku towarzyszy niezmieniona w stosunku do grupy kontrolnej zawartość kadmu.


W komórkach organizmów żywych zarówno Zn jak i Cd pozostają w ścisłych zależnościach z miedzią i żelazem. Wykonano więc oznaczenia zawartości tych pierwiastków celem sprawdzenia czy w schorzeniach gruczołu krokowego zachodzą istotne różnice w zawartości miedzi i żelaza w porównaniu do fizjologicznego stercza. Badania własne nie wykazały statystycznie istotnych zmian w stężeniach Cu i Fe pomiędzy gruczołem krokowym niezmienionym chorobowo a gruczolakiem lub rakiem stercza. Pomimo istotnych zmian w zawartości Cd i Zn w różnych stanach gruczołu krokowego stężenia Cu i Fe nie odbiegały od stężeń stwierdzanych w grupie kontrolnej. Na podstawie przeprowadzonych badań nie jest możliwe określenie wpływu tych mikroelementów na gruczoł krokowy.


WNIOSKI


1.Wyniki badań wskazują, że gruczoł krokowy należy do tkanek, w których kumulują się duże ilości mikroelementów.


2.Wykazano istotne zmiany stężeń Zn i Cd w różnych schorzeniach stercza.


3.Można przypuszczać, że wysoka zawartość Cd i niskie stężenie Zn w gruczole krokowym, w warunkach przestrojenia hormonalnego starzejącego się organizmu, mogą sprzyjać rozwojowi raka stercza.

piśmiennictwo

  1. 1. Boffeta P.\ Methodological aspects of the epidemiological association between cadmium
  2. and cancer in humans. IARC Sci. Publ., 1992, 118, 425. ? 2. Carter H.B., Coffey D.S.: The
  3. prostate: an increasing medical problem. Prostate, 1990, 16, 39. ? 3. Ccmalard D.S., Wilson
  4. E.M.: Zinc potentiation of androgen receptor binding to nuclei in vitro. Biochemistry, 1984, 23,
  5. 3471. ? 4. Covalard D.S., Wilson E.M.: Androgen receptor binding to nuclear matrix in vitro
  6. and its inhibition by 8S androgen receptor promoting factor. Biochemistry, 1984, 23, 3479. ? 5.
  7. Gar da-Sanchez A., Antona J.F., Urrutia M.: Geochemical prospeetion of cadmium in a high
  8. incidence area of prostate cancer, Sierra de Gata, Salamanca, Spain. Sci. Total Environ., 1992,
  9. 116, 243. ? 6. Habib F.K.: Evaluation of androgen metabolism studies in human prostate
  10. cancer ? correlation with zinc levels. Preventive Med., 1980, 9, 650. ? 7. Leake A., Chisholm
  11. G.D., Habib F.K.: The effect of zinc on the 5a-reduction of testosterone by the hyperplastic
  12. human prostate gland. J. Steroid Boochem., 1984, 20, 651. ? 8. Leissner K.M., Fielkegard B.,
  13. Tisen L.E.: Concentration and content of zinc in human prostate. Invest. Urol., 1980, 18, 32.
  14. ? 9. Muir CS., Nectoux J., Staszewski J.: The epidemiology of prostatic cancer. Acta
  15. Oncologica, 1991, 30, 133. ? 10. Nocentini S.: Inhibition of DNA replication and repair by
  16. cadmium in mammalian cells. Protective interaction of zinc. Nucleic Acids Res., 1987, 15, 10.
  17. 11. Ochi T.y Ishiguro T., Ohigawa M.; Participation of active oxygen Species in the
  18. induction of DNA single-strand scissions by cadmium chloride in cultured Chinese hamster
  19. cells. Mutation Res., 1983, 122, 169. ? 12. Prasad A.S., Obetleas D.: Thimidine kinase activity and incorporation of thymidine into DNA in zinc deficient tissue. J. Lab. Clin. Med., 1984, 83, 634. - Waalkes M.P., Rehm S., Perantoni A.D., Coogan T.P.: Cadmium exposure in rats AND TUMORS of the prostate. IARC Sci Publ., 1992, 118, 391. ? 14. Wallace A. M., Grant J. K.: Effecto of zinc on androgen metabolism in human hyperplastic prostate. Biochem. Soc. Trans., 1975, 3. 540. - 15. Wasserman O.: The epidemiology of toxic stews. Reviews in Oncology, 1991, 4, 15. - 16. Zaridze D.G., Boyle P.: Cancer of the prostate: epidemiology and aetiology. Br. J. Urol., 1987, 59, 493. ? 17. Źmudzki J.: Oznaczanie zawartości kadmu w materiale biologicznym metodą absorbcyjnej spektrofotometrii atomowej. Bromat, Chem. Toksykol., 1980, 13,77.