Avaliação da toxicidade aguda e crônica dos fármacos psiquiátricos (nortriptilina e venlafaxina) em peixe-zebra (Danio rerio) utilizando abordagens tradicionais e genômicas

Autor: Oliveira, Ana Clara
Přispěvatelé: Villacis, Rolando André, Grisolia, Cesar Koppe
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UnB
Universidade de Brasília (UnB)
instacron:UNB
Popis: Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Animal, 2021. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). Na última década, novas substâncias começaram a aparecer em concentrações quantificáveis nos ecossistemas aquáticos. Estas substâncias, conhecidas como contaminantes emergentes, incluem os fármacos psiquiátricos, medicamentos estes que se encontram entre os mais prescritos mundialmente. Com isso, a presença deles no meio ambiente eleva-se a cada ano. Atualmente, os possíveis efeitos nocivos dos fármacos psiquiátricos em organismos não-alvo são motivos de preocupação por parte da comunidade científica e menos de um terço dessas substâncias apresentam estudos ecotoxicológicos, sendo que mais escassas ainda são as pesquisas que avaliam os efeitos crônicos desses fármacos nos ambientes aquáticos em baixas concentrações. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial nocivo de dois fármacos psiquiátricos antidepressivos amplamente utilizados, a nortriptilina (NTP) e a venlafaxina (VLX), que estão presentes em matrizes aquáticas, e que apresentam informação ecotoxicológica limitada. Para este fim utilizamos diferentes estágios de vida do peixe-zebra (Danio rerio), embrio-larval e adulto, para realizar exposições agudas e crônicas, avaliando múltiplos parâmetros de toxicidade. A exposição aguda à NTP (500; 1100; 2300; 4800; 10300; 22000; 46900 μg/L) no teste de toxicidade com embriões (168 horas), apresentou CL50 de 1800 μg/L no fim do teste; alterou o equilíbrio das larvas: após 96 horas de exposição às concentrações de 1100; 2300; 4800 de NTP; após 144 horas de exposição às concentrações de 500, 1100, 2300 μg/L de NTP; e após 168 horas de exposição à concentração de 1100 μg/L de NTP. A exposição das larvas à NTP reduziu a frequência cardíaca após 48 horas de exposição à concentração de 10300 μg/L de NTP. Apresentaram diminuição da atividade da enzima acetilcolinesterase as larvas expostas: à concentração de 500 μg/L de NTP, durante 120 e 144 horas; e às concentrações de 0,088, 1,58 e 500 μg/L de NTP, durantes 168 horas. A exposição à NTP também alterou, nas larvas, o comportamento natatório: após 120 horas de exposição à concentração de 500 μg/L de NTP; após 144 horas de exposição à concentração de 0,006, 0,088, 28,12 e 500 μg/L de NTP; e após 168 horas de exposição à concentração de 28,12 e 500 μg/L de NTP. A exposição aguda (96 horas), de peixes adultos, às concentrações de 500, 600, 800, 1100, 1400, 1800 e 2000 μg/L de NTP, apresentou CL50 de 1100 μg/L, ao final do experimento e induziu a diminuição da atividade da enzima acetilcolinesterase nos peixes expostos às concentrações de 500, 600, 800, 1100 μg/L, mas não danos no DNA pela avaliação pelo teste do cometa e micronúcleo. A exposição crônica (28 dias), de peixes adultos, às concentrações de 0,1 e 10 μg/L de NTP, não induziu mortalidade, genotoxicidade, alteração na atividade da acetilcolinesterase e alterações histopatológicas nos rins, brânquias e fígado, mas foi capaz de alterar o comportamento natatório dos animais expostos à concentração 10 μg/L de NTP, levando ao aumento na frequência de permanência na camada superior do aquário nesses animais expostos, em comparação com o controle. Nessa mesma exposição, a análise genômica por microarray, das amostras cerebrais, identificou 243 genes diferencialmente expressos nos grupos expostos em comparação ao grupo controle: sessenta e seis genes entre o grupo controle e os animais expostos à concentração de 0,1 μg/L de NTP e 184 genes são exclusivos entre o grupo controle e os animais expostos à concentração de 10 μg/L de NTP. As principais vias gênicas alteradas na concentração de 0,1 μg/L de NTP estão associadas com oxidorredução, transportadores de íon cálcio e fatores de transcrição; enquanto que na concentração de 10 μg/L de NTP, os principais genes alterados estão relacionados com processos de oxirredução, transporte transmembrana de íons, sistema imunológico, metabolismo mitocondrial e comportamento locomotor. No estudo de toxicidade da VLX, a exposição a esse fármaco (100000; 177900; 237300; 316400; 421800; 562500; 750000; 1000000 μg/L) no teste de toxicidade em embriões, durante 168 horas, apresentou CL50 de 274100 μg/L ao final do experimento; antecipou a eclosão dos ovos nas concentrações de 100000 e 117900 μg/L; alterou o equilíbrio das larvas após 96 horas de exposição às concentrações de 100000; 237300; 316400; 421800 e 562500 μg/L de VLX; após 120 horas de exposição às concentrações de 316400; 421800 e 562500 μg/L de VLX; após 144 horas de exposição às concentrações de 316400 e 421800 μg/L de VLX; e após 168 horas de exposição às concentrações de 237300 e 316400 μg/L de VLX. No teste de toxicidade com embriões a exposição à VLX também reduziu a frequência cardíaca, das larvas, após 48 horas de exposição às concentrações de 237300; 316400; 421800 e 562500 μg/L. Larvas apresentaram diminuição na atividade das enzimas: acetilcolinesterase (após exposição às concentrações de 1000, 25000 e 100000 μg/L de VLX), glutationa S-transferase (após exposição às concentrações de 2, 1000 e 25000 μg/L de VLX) e aumento na atividade da enzima lactato desidrogenase (após exposição à concentração de 100000 μg/L de VLX). A exposição aguda (96 horas), de peixes adultos, às concentrações de 1000, 25000, 50000, 75000 e 100000 μg/L de VLX: apresentou CL50 superior a 100000 μg/L ao final do experimento; e, nas amostras de cabeça: foi capaz de causar a diminuição na atividade da enzima glutationa-S-transferase (após exposição às concentrações de 25000, 50000 e 100000 μg/L de VLX) e aumento na atividade da enzima lactato desidrogenase (após exposição à concentração de 100000 μg/L de VLX); e nas amostras musculares, causou o aumento na atividade da enzima glutationa-S-transferase (após exposição à concentração de 100000 μg/L). Tal exposição aguda, não se mostrou genotóxica pelas avaliações do teste do cometa e micronúcleo. A exposição crônica (28 dias), de peixes adultos, às concentrações de 0,2 e 1000 μg/L de VLX, não induziu mortalidade e genotoxicidade, mas alterou a atividade dos biomarcadores enzimáticos: aumentou a atividade das enzimas glutationa-S-transferase (após exposição à concentração de 0,2 μg/L de VLX) e lactato desidrogenase (após exposição à concentração de 0,2 e 1000 μg/L de VLX), nas amostras da cabeça. Avaliações morfométricas revelaram que, tal exposição crônica, causou no intestino redução na altura do epitélio, após exposição à concentração de 1000 μg/L de VLX; e, após exposição à concentração de 0,2 e 1000 μg/L de VLX causou redução na largura e na altura das vilosidades intestinais, além da redução do tamanho das lamelas secundárias das brânquias. A exposição crônica, à concentração de 1000 μg/L de VLX, também foi capaz de alterar o comportamento locomotor: causou redução na velocidade máxima de nado e aumento no tempo gasto e na distância percorrida na área superior do aquário pelos animais. Após essa exposição, a análise genômica por microarray, das amostras cerebrais, mostrou que 80 genes estavam diferencialmente expressos nos grupos tratados em comparação ao grupo controle, dos quais 60 são entre o controle e os animais expostos à concentração de 0,2 μg/L de VLX e 43 genes são entre o controle e os animais expostos à concentração de 1000 μg/L de VLX, sendo que para esses dois grupos expostos as principais vias gênicas alteradas estão associadas com atividade locomotora e ciclo circadiano. De maneira geral, a exposição à NTP se revelou mais tóxica em comparação com a exposição à VLX ao organismo-modelo, no teste com embriões e adultos, mas os dois antidepressivos em concentrações baixas, inclusive ambientalmente relevantes, apresentaram efeitos tóxicos nas larvas (causando comprometimento da atividade de enzimas biomarcadores e a alteração do padrão locomotor) e em peixes adultos (causando desregulação da expressão de genes). Além disso, após exposição crônica (à concentração de 10 μg/L de NTP e à concentração de 1000 μg/L de VLX), os dois fármacos causaram fenótipo semelhante: provocaram um comportamento locomotor mais relaxado de nado, indicando que ambas as exposições são capazes de alterar comportamentos primários de sobrevivência desses animais. Os resultados aqui apresentados são inéditos na literatura e contribuem para um melhor entendimento do efeito tóxico dos fármacos psiquiátricos descartados no meio ambiente em organismos não-alvo. In the last decade, new substances began to appear in quantifiable concentrations in different aquatic ecosystems. These substances, known as emerging contaminants, include psychiatric drugs. These medicines are among the most prescribed worldwide and their presence in the environment tends to increase each year. Currently, the possible harmful effects of psychiatric drugs on non-target organisms are of concern to the scientific community. Less than one-third of these drugs present ecotoxicological studies. Particularly, there is a lack of research that evaluates the chronic effects of drugs in aquatic environments and in low concentrations. In this context, the objective of this study was to evaluate the harmful potential of two psychiatric drugs (nortriptyline and venlafaxine) present in aquatic matrices and with little or no ecotoxicological information. For this purpose we used different life stages of zebrafish (Danio rerio), acute and chronic exposures and multiple parameters of toxicity. Acute exposure to NTP (500; 1100; 2300; 4800; 10300; 22000; 46900 μg/L) in the embryo toxicity test (168 hours), showed LC50 of 1800 μg/L at the end of the test; altered the larvae equilibrium after 96, 120, 144 and 168 hours of exposure and reduced the heart rate after 48 hours of exposure to the concentration of 10300 μg/L of NTP. The larvae exposure led to enzyme activity acetylcholinesterase decreased: at 500 μg/L NTP concentration, after 120 and 144 hours of exposure; and 0.088, 1.58 and 500 μg/L NTP concentration, after 168 hours of exposure. Exposure to NTP also altered swimming behavior in larvae: after 120 hours of exposure at 500 μg/L of NTP concentration; after 144 hours of exposure at 0.006, 0.088, 28.12 and 500 μg/L of NTP concentration; and after 168 hours of exposure at 28.12 and 500 μg/L NTP concentration. The adult fish acute exposure (96 hours) to 500, 600, 800, 1100, 1400, 1800 and 2000 μg/L of NTP, showed a CL50 of 1100 μg/L at the end of the experiment and induced a enzyme acetylcholinesterase activity decrease’s in fish exposed to concentrations of 500, 600, 800, 1100 μg/L, but not DNA damage. Adult fish chronic exposure (28 days) to 0.1 and 10 μg/L of NTP concentrations did not induce mortality, genotoxicity, changes in acetylcholinesterase activity and histopathological changes in the kidneys, gills and liver, but was able to alter the swimming behavior of animals exposed to the 10 μg/L of NTP concentration, leading to an increase in the frequency of permanence in the upper layer of the aquarium in these exposed animals, compared to the control animals. In that same exposure, brain samples genomic analysis by microarray, identified 243 genes differentially expressed in the exposed groups in comparison to the control group: 59 genes are exclusive between the control group and the animals exposed to 0.1 μg/L of NTP concentration and 177 genes are exclusive between the control group and the animals exposed to 10 μg/L of NTP concentration. The main altered gene pathways in the concentration of 0.1 μg/L of NTP are associated with oxidoreduction, calcium ion transporters and transcription factors; while at 10 μg/L of NTP concentration, the main altered genes are related to oxidoreduction processes, ion transmembrane transport, immune system, mitochondrial metabolism and locomotor behavior. In the VLX toxicity study, exposure to this drug (100000; 177900; 237300; 316400; 421800; 562500; 750000; 1000000 μg / L) in the embryo toxicity test, for 168 hours, showed a 274100 μg/L CL50 at the end of the experiment; anticipated the hatching of eggs at 100000 and 117900 μg/L of VLX exposure; altered the balance of the larvae after 96 hours of exposure, at 100000; 237300; 316400; 421800 and 562500 μg/L of VLX concentration, after 120 hours of exposure, at 316400; 421800 and 562500 μg/L of VLX concentrations, after 144 hours of exposure, at 316400 and 421800 μg/L of VLX concentrations and after 168 hours of exposure, at 237300 and 316400 μg/L of VLX concentrations; and, also, it reduced the larvae heart rate, after 48 hours of exposure to 237300; 316400; 421800 and 562500 μg/L of VLX concentrations. Larvae showed acetylcholinesterase enzymes decrease’s activity of (after exposure to 1000, 25000 and 100000 μg/L of VLX), decreased glutathione S-transferase (after exposure to 2, 1000 and 25000 μg/L of VLX) and increased activity of the lactate dehydrogenase enzyme (after exposure to 100000 μg/L of VLX). The adult fish acute exposure (96 hours) to 1000, 25000, 50000, 75000 and 100000 μg/L of VLX: showed an LC50 higher than 100000 μg/L at the end of the experiment; and, in the head samples: it was able to cause enzyme glutathione-S-transferase decrease’s activity (after exposure to 25000, 50000 and 100000 μg/L of VLX) and increase’s activity of the enzyme lactate dehydrogenase (after exposure to 100000 μg/L of VLX); and in muscle samples, caused activity of the enzyme glutathione-S-transferase increase’s (after exposure to 100000 μg/L of VLX). Such acute exposure was not genotoxic by evaluations of the comet and micronucleus test. Adult fish chronic exposure (28 days) to 0.2 and 1000 μg/L of VLX did not induce mortality and genotoxicity, but altered the activity of enzyme biomarkers: increased activity of the enzyme glutathione-S-transferase (after exposure to the 0.2 μg/L of VLX) and lactate dehydrogenase (after exposure to 0.2 and 1000 μg/L of VLX), in the head samples. Morphometric evaluations revealed that such chronic exposure caused in the intestine epithelium height reductions, after exposure to 1000 μg/L of VLX; and, after exposure to 0.2 and 1000 μg/L of VLX concentrations caused intestinal villi width and height reductions, besides the gills size secondary lamellae of the reductions. Chronic exposure, to 1000 μg/L of VLX, change the locomotor behavior: causing maximum swimming speed reductions and time and distance spent in the upper area of the aquarium covered increases. After this exposure, the brain samples genomic analysis by microarray, showed that 80 genes were differentially expressed in the treated groups compared to the control group, which 37 are exclusive between the control and the animals exposed to the concentration of 0.2 μg/L of VLX and 20 genes are exclusives between the control and the animals exposed to the concentration of 1000 μg/L of VLX, and for these two groups exposed the main altered gene pathways are associated with locomotor activity and circadian cycle. In general, exposure to NTP proved to be more toxic compared to exposure to VLX to the model organism, in embryo and adult test, but the two antidepressants at low concentrations, including environmentally relevant ones, had toxic effects on the larvae (causing impairment of the activity of biomarker enzymes and alteration of the locomotor pattern) and in adult fish (causing deregulation of gene expression). In addition, after chronic exposure (to 10 μg/L of NTP and to 1000 μg/L of VLX) caused a similar locomotor phenotype: relaxed swimming locomotor behavior indicating that both exposures are capable to altering primary survival behaviors of these animals. The results presented here are unprecedented in the literature and contribute to a better understanding of the toxic effect of psychiatric drugs discarded in the environment in non-target organisms.
Databáze: OpenAIRE
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