PTU - Polskie Towarzystwo Urologiczne

ZAWARTOŚĆ CYRKONU W SUROWICY KRWI I TKANCE RAKA JASNOKOMÓRKOWEGO U LUDZI
Artykuł opublikowany w Urologii Polskiej 2000/53/3.

autorzy

Zygmunt Dobrowolski 1, Tomasz Drewniak 1, T. Cichocki 2, Wojciech Kwiatek 3
1 Katedra i Klinika Urologii Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego
Kierownik: dr hab. n. med. Z. Dobrowolski
2 Katedra Histologii Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego
3 Instytut Fizyki Jądrowej im. H. Niewodniczańskiego w Krakowie

słowa kluczowe

nerka rak nerki elementy śladowe powstawanie nowotworu

streszczenie

Cel pracy. Wykrycie cyrkonu w tkance nerki zmienionej nowotworowo skło-
niło nas do analizy jego ewentualnego udziału w karcinogenezie w tkance
nerkowej.
Materiał i metoda. Oznaczono stężenia cyrkonu w próbkach tkanki raka
jasnokomórkowego nerki oraz kory nerki nowotworowej nie zmienionej no-
wotworowo w grupie 36 chorych na raka jasnokomórkowego nerki i porówna-
no je ze stężeniami tego pierwiastka w korze nerki zdrowej uzyskanej w
czasie autopsji ludzi zmarłych z powodu urazu. Dodatkowo oznaczono stę-
żenie tego pierwiastka w surowicy krwi u chorych z grupy badanej przed
zabiegiem operacyjnym i porównano ze stężeniami w surowicy krwi w grupie
osób zdrowych (krwiodawcy). Do pomiarów stężeń cyrkonu zastosowano
fizyczną metodę pomiaru wielopierwiastkowego SRIXE (Synchrotron Radia-
tion Induced X-ray Emission).
Wyniki. Stwierdzono, że stężenie cyrkonu było znamiennie wyższe zarów-
no w guzie nerki, jak i w tkance nie zmienionej nowotworowo nerki w porów-
naniu z nerkami grupy kontrolnej przy p < 0,001. Zawartość cyrkonu zwięk-
szała się:
1) wraz ze wzrostem stopnia zaawansowania klinicznego (wg. TNM
2) zależnie od stopnia anaplazji (G
3) przy jednoczesnym istnieniu przerzutów odległych (M
Dodatkowo stężenie cyrkonu w korze nerki nowotworowej było wprost pro-
porcjonalne do średnicy guza nerki. Nie wykazano różnicy w poziomie tego
pierwiastka w surowicach krwi osób badanych oraz korelacji jego zawartości
w surowicy z poziomami tkankowymi.
Wnioski. Obecnie nie wiadomo czy cyrkon wykazuje cechy typowego karci-
nogenu dla nerki wg definicji podanej przez Międzynarodową Agencję Bada-
nia Raka (IARC). Wyniki te pokazują jedynie kierunki badań w celu lepszego
zrozumienia wpływu zanieczyszczenia środowiska człowieka na obserwo-
wany wzrost zachorowalności na raka jasnokomórkowego nerki.

WPROWADZENIE
Rola pierwiastków śladowych w organizmie człowieka jest wciąż jesz-
cze niewystarczająco poznana [16]. Z danych w aktualnym piśmiennic-
twie można stwierdzić, że za powstanie 70-80% nowotworów u człowie-
ka odpowiedzialne są czynniki egzogenne [12]. Nieprzypadkowe jest
najczęstsze wykrywanie nowotworów u człowieka w nabłonkach narzą-
dów stanowiących barierę między organizmem a środowiskiem zewnętrz-
nym, jak płuca, żołądek, jelito grube czy skóra [1]. Nerki, z racji swej funk-
cji, także aktywnie uczestniczą w procesie wymiany materii z otoczeniem,
wraz ze wszystkimi jego konsekwencjami. Wykrycie cyrkonu w tkance nerki
zmienionej nowotworowo skłoniło nas do analizy jego ewentualnego udzia-
łu w karcinogenezie w tkance nerkowej. Międzynarodowa Agencja Badań
nad Rakiem (IARC) zestawiła dane z badań epidemiologicznych, doświad-
czeń na zwierzętach i liniach komórkowych w celu wyjaśnienia ewentual-
nego działania karcinogennego pierwiastków śladowych u ludzi [2]. Kry-
terium karcinogenności pierwiastka dla człowieka było stwierdzenie
bezpośredniego i kazuistycznego związku między ekspozycją na dany pier-
wiastek a wystąpieniem nowotworu u człowieka.
W literaturze brak jest danych na temat udziału cyrkonu w metaboli-
zmie oraz karcinogenezie u ludzi. Nerki wybiórczo gromadzą jony metali,
a ich zawartość jest wyższa niż w innych narządach [13]. Odpowiedź bio-
logiczna organizmu na metale jest bardzo różna: jedne z nich spełniają rolę
substancji niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania organizmu, a
inne są obojętne lub szkodliwe. Efekt działania metali zależy w pierwszej
kolejności od zdolności metalu do dotarcia np. do nerki, osiągnięcia w niej
określonego stężenia oraz jego wpływu na metabolizm komórki [16].
Celem pracy było oznaczenie zawartości cyrkonu w próbkach tkanki raka
jasnokomórkowego nerki, kory nerki nowotworowej poza obszarem no-
wotworu i porównanie ich z zawartością tego pierwiastka w korze nerki
zdrowej uzyskanej w czasie autopsji ludzi zmarłych z powodu urazu. Do-
datkowym celem było oznaczenie stężenia tego pierwiastka w surowicy
krwi u chorych z grupy badanej przed zabiegiem operacyjnym i porówna-
nie ze stężeniami w surowicy krwi w grupie osób zdrowych.
MATERIAŁ I METODA
Praca ta obejmuje grupę 36 chorych z potwierdzonym badaniem histo-
logicznym rakiem jasnokomórkowym nerki, którzy byli leczeni operacyj-
nie w Klinice Urologii CM UJ w Krakowie w latach 1993-1996. U wszyst-
kich chorych wykonano radykalne usunięcie nerki zajętej przez guz.
Z usuniętych nerek pobrano wycinki tkankowe z części nowotworowej
oraz wycinek z nie zmienionej makroskopowo korowej części tkanki ner-
kowej. Materiał tkankowy był weryfikowany histopatologicznie. Grupę
kontrolną stanowiły wycinki tkanki kory nerki zdrowej, uzyskanej w czasie
autopsji od 15 osób zmarłych z powodu urazu. Średni wiek badanej gru-
py to 52 lata, a grupy kontrolnej 37 lat.
Tabele 1,2 i 3 przedstawiają liczebność porównywanych grup chorych
podzielonych w zależności od zawansowania miejscowego guza (staging),
stopnia anaplazji komórek nowotworowych (grading) oraz istnienia prze-
rzutów odległych (M) (tkanka raka jasnokomórkowego).

Krew do analizy poziomów pierwiastków pobrano przed zabiegiem
operacyjnym od 15 chorych. Grupę kontrolną stanowiła surowica od 8
krwiodawców. Średni wiek grupy badanej to 56, a kontrolnej 35 lat.
Wycinki tkankowe suszono w temperaturze 50° C przez 18 godzin na
szkiełku w suchym powietrzu, następnie próbki homogenizowano w moź-
dzierzu agatowym.
Z suchejmasy tkanki, w prasie stalowej wykonano pastylki o średnicy
10 mm i grubości 1 mm do analizy pierwiastkowej metodą SRDCE. Pastyl-
ki naklejono na taśmę Scotch i umocowano na stanowisku pomiarowym
w komorze próżniowej.
Badaną surowicę umieszczano na podkładce z polimeru formwarowe-
go za pomocą pipety jednorazowej. Następnie suszono w kasecie przez
jedną godzinę w temperaturze pokojowej do czasu ekspozycji na wiązce
pomiarowej. Tak prosta preparatyka umożliwia uniknięcie zanieczysz-
czenia badanej próbki. Stężenie cyrkonu w surowicy krwi i próbkach tka-
nek było mierzone za pomocą fizycznej metody analizy wielopierwiast-
kowej SRIXE (Synchrotron Radiation Induced X-ray Emission) pozwalającej
wykryć pierwiastki o stężeniu ok. 10 ppb (partes per billion) [11]. Badania
wykonano na synchrotronie NSLS (National Synchrotron Light Source) w
Brookhaven National Laboratory na Long Island w USA (ryc. 1 i 2).
Metoda ta jest bardzo atrakcyjna z uwagi na:
1.bardzo krótki czas analiz (10-20 sek,),
2.nie niszczący charakter analizy,
3.możliwość analizy w mikroobszarach (5 mm2),
4.możliwość jednoczesnej analizy wielopierwiastkowej,
5.bardzo dobrą wykrywalność, nawet poniżej 10 ppb (partes per bil-
lion).
Analizę statystyczną otrzymanych wyników wykonano testami niepa-
rametrycznymi. Przy porównywaniu grup badanej z kontrolną zastoso-
wano test Kruskal-Wallisa. Analizując zmiany w badaniach zależnych,
czyli między korą nerki nowotworowej niezmienionej nowotworowo a
tkanką raka jasnokomórkowego nerki, stosowano test Friedmana esty-
mowany X2 i test McNemary [3,4].
WYNIKI
Stężenie cyrkonu w surowicy krwi chorych nie różniło się znamiennie
statystycznie od surowicy krwi grupy kontrolnej.
W tabeli 4 przedstawiono średnie stężenie cyrkonu w surowicy krwi
grupy badanej i w surowicy krwi grupy kontrolnej.
Szczegółowe wyniki porównania stężeń tkankowych cyrkonu przed-
stawiają ryc. 1, 2 i 5, a porównanie wartości średnich stężeń ryc. 6.
Ryc. 1 przedstawia porównanie stężenia cyrkonu w tkance raka jasno-
komórkowego nerki grupy badanej ze stężeniem cyrkonu w korze zdro-
wej nerki grupy kontrolnej. Wartość średnia stężenia cyrkonu w grupie
badanej wynosi 9 ppm przy minimalnym stężeniu cyrkonu 0 ppb i mak-
symalnym stężeniu 289 ppb. Natomiast w grupie kontrolnej mediana wy-
nosiła 3 ppb, minimum 1 ppb, maksimum 7 ppb. Badane grupy różnią się
znamiennie statystycznie pod względem stężenia cyrkonu na poziomie
prawdopodobieństwa p < 0,001.
Na ryc. 2 przedstawiono porównanie stężenia cyrkonu w niezmienio-
nej nowotworowo korze nerki chorej ze stężeniem cyrkonu w korze nerki
zdrowej grupy kontrolnej. Wartość średnia stężenia cyrkonu w grupie
badanej wynosi 15 ppb przy minimalnym stężeniu cyrkonu 4 ppb i mak-
symalnym stężeniu 562 ppb. Natomiast w grupie kontrolnej mediana wy-
nosiła 3 ppb, minimum 1 ppb, maksimum 7 ppb. Badane grupy różnią się
statystycznie znamiennie pod względem stężenia cyrkonu na poziomie
prawdopodobieństwa p < 0,001.
Jak przedstawiono na ryc. 3 i 4, poziom cyrkonu w surowicy krwi w
grupie badanej nie jest skorelowany z zaawansowaniem miejscowym raka
jasnokomórkowego nerki, ani ze stopniem anaplazji komórek raka.
Ryc. 5 przedstawia porównanie stężenia cyrkonu w tkance raka jasno-
komórkowego nerki grupy badanej ze stężeniem cyrkonu w korze nerki
nowotworowej niezmienionej nowotworowo grupy kontrolnej. Wartość
średnia stężenia cyrkonu w grupie badanej wynosi 9 ppb przy minimal-
nym stężeniu cyrkonu 0 ppb i maksymalnym stężeniu 289 ppb. Natomiast
w grupie kontrolnej mediana wynosiła 15 ppb, minimum 4 ppb, maksi-
mum 562 ppb. Badane grupy różnią się statystycznie znamiennie pod wzglę-
dem stężenia cyrkonu na poziomie prawdopodobieństwa p < 0,001.
Interesujące jest zestawienie zawartości cyrkonu w tkankach w zależ-
ności od stopnia zaawansowania miejscowego T wg TNM, stopnia ana-
plazji G oraz współistnienia przerzutów odległych (M). Uzyskane wyniki
przedstawiają ryc. 7, 8 i 9.
Analiza statystyczna powyższych danych wykazała znamienny wzrost
zawartości cyrkonu w korze nerki nowotoworowej wraz z zaawanso-
waniem procesu nowotoworowego (T, M wg TNM) i stopnia anaplazji.
Zawartość cyrkonu w tkance raka jasnokomórkowego nerki wykazy-
wał także tendencję wzrostową wraz z postępem choroby, lecz niezna-
mienną statystycznie.
Wzajemne porównanie stężenia cyrkonu w surowicy i w badanych tkan-
kach nie wykazało znamienności statystycznej.
Przeprowadzono również analizę korelacji stężeń badanych pierwiast-
ków z wielkością guza określoną histologicznie. Stężenie cyrkonu wyka-
zuje wprost proporcjonalną zależność od średnicy guza. W przedstawia-
nym materiale stężenie cyrkonu w korze nerki niezmienionej nowotworowo
koreluje statystycznie znamiennie na poziomie prawdopodobieństwa
p < 0,05 ze średnicą guza, przy czym korelacja ta jest dodatnia, co ozna-
cza, że im większa średnica guza, tym większą obserwujemy zawartość
cyrkonu w korze nerki otaczającej guz.
Ze względu na znamienne różnice stężeń tkankowych oraz różnice w
średniej wieku porównywanych grup postanowiono ocenić wpływ wie-
ku metrykalnego na poziom cyrkonu w guzie nerki. Po analizie staty-
stycznej nie stwierdzono wzajemnych korelacji.
DYSKUSJA
Z powodu rosnącego uprzemysłowienia, w naturalnym środowisku czło-
wieka następuje zmiana jakościowa i ilościowa pierwiastków [1, 8, 13].
Cyrkon jest metalicznym pierwiastkiem chemicznym należącym do gru-
py tytanowców. Jest odporny chemicznie w temperaturze pokojowej, a
ogrzewany reaguje z siarką, azotem, węglem i krzemem. W przyrodzie
cyrkon występuje w niewielkich ilościach. Używany jest m.in. do osłony
elementów paliwowych reaktorów jądrowych (pochłaniacz neutronów),
jako dodatek stopowy, np. stali, zwiększający jej twardość, ciągliwość i od-
porność na korozję, w produkcji lamp błyskowych oraz magnesów.
Związki cyrkonu stosuje się w przemyśle ceramicznym (tlenek) i mikro-
elektronice (borek) [7].
W dostępnym piśmiennictwie nie napotkano doniesień o wykryciu cyr-
konu w tkance raka jasnokomórkowego nerki. Brak jest również doniesień
o roli tego pierwiastka w metabolizmie organizmów żywych [5, 7,8].
W pracy tej stwierdzono, że stężenie cyrkonu było znamiennie wyższe
zarówno w guzie nerki, jak i w tkance niezmienionej nowotworowo ner-
ki poza obszarem guza w porównaniu z nerkami grupy kontrolnej przy
p < 0,001. Zawartość cyrkonu zwiększała się:
1)wraz ze wzrostem stopnia zaawansowania klinicznego (wg. TNM),
2)zależnie od stopnia anaplazji (G),
3)oraz przy jednoczesnym istnieniu przerzutów odległych.
Dodatkowo stężenie cyrkonu w korze nerki nowotworowej było wprost
proporcjonalne do średnicy guza nerki. Nie wykazano różnicy w pozio-
mie tego pierwiastka w surowicach krwi osób badanych oraz korelacji
jego zawartości w surowicy z zaawansowaniem choroby nowotworo-
wej, zawartością w badanych tkankach nerki oraz wiekiem grupy bada-
nej.
Obecnie nie wiemy czy cyrkon wykazuje cechy typowego karcinogenu
dla nerki wg podanej we wstępie definicji Międzynarodowej Agencji Ba-
dania Raka [2]. Na podstawie wyników możemy jedynie podejrzewać
istnienie związku przyczynowego. Jego wyższe stężenie w korze nerki
nowotoworowej może prowadzić do inicjacji procesu nowotoworowego
w komórkach kanalików proksymalnych i indukować powstanie bardziej
złośliwych raków jasnokomórkowych nerki. Znając mechanizm działa-
nia kadmu na nerkę [6, 9, 10, 15], możemy przypuszczać, że również
cyrkon odkłada się wybiórczo w nerce, a po uzyskaniu odpowiedniego
stężenia tkankowego włącza się w metabolizm komórki, uszkadzając ją.
Uzyskane w tej pracy wyniki wyznaczają jedynie kierunki poszuki-
wań w celu lepszego zrozumienia wpływu zanieczyszczenia środowiska
człowieka na obserwowany w krajach wysoko uprzemysłowionych
wzrost zachorowalności na raka jasnokomórkowego nerki [1,14].

piśmiennictwo

  1. [1] American Cancer Society: Cancer facts andfigures-1993. Amer. Cancer
  2. Society, GA, Atlanta 1993.
  3. [2] Boff etta, P. Carcinogenicity of tracę elernents with reference to evaluations made
  4. by the International Agencyfor Research on Cancer. Scand. J. Work Environ.
  5. Health. 1993,19, 67-70.'
  6. [3] Domański, C.: Statystyczne testy nieparametryczne. PWE, Warszawa 1996.
  7. [4] Domański, C: Testy statystyczne. PWE, Warszawa 1990.
  8. [5] Drakę, E. N., Sky Peck, H. H.: Discńminant analysis of tracę element distribu-
  9. tion in normal and malignant human tissues. Cancer Res. 1989, 49, 4210-4215.
  10. [6] Fowler, B.: Mechanisms of kidney cell injury from metals. Environ. Health Per-
  11. spect. 1993,100, 57-63
  12. [7] Gliman, J. R, Swierenga, S. H.: Inorganic carcinogenesis. Amer. Chem. Soc.
  13. 1984, 577-630.
  14. [8] Harris, C. C: Chemical andphyskal carcinogenesis: Adnances and perspectives for
  15. the 1990's. Cancer Res. 1991, Suppl. 51, 5023.
  16. [9] IARC: Cadmium and cadmhtm compounds. IARC, Lyon 1993, 58 (1ARC mono-
  17. graphs on the evaluation of carcinogenic risks to humans).
  18. [10] Kolonel, L. N.: Association of cadmium with renal cell carcinoma. Cancer 1976,
  19. 37, 1782-1787.
  20. [11] Kwiatek, W. M.: Bio-medical application of synchrotron radiation X ray fluore-
  21. scence. Acta Phis. Polon. 1994, 86, 695-703.
  22. [12] Madej, A. J.: Etiologia i patogeneza nowotworów, a - medica press 1996.
  23. [13] Magos, L.: Epidemiological and experimental aspects of metal carcinogenesis. Envi-
  24. ron. Health. Perspect. 1991, 95, 157-89.
  25. [14] Newling, D. W.: Renal cell carcinoma. Eur. Urol. Update 1996,5, 73-78.
  26. [15] Nordberg,_G., Alessio, L., Herber, R. F. M.: Cadmium in human erwironment:
  27. toxicity and carcinogenicity. IARC, Lyon 1992,118.
  28. [16] Rose, J.: Trace elernents in health. Ed., Butterworth Co. Ltd. London 1983.