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BIOMONITOREO EN INFANTES
EXPUESTOS A METALES PESADOS
      QUITO - ECUADOR




                    Catalina Herrera M ¹ -²

      ¹ Universidad Central del Ecuador. U.C.E.
                           2. S. I. M .B. I. O. E.
MONITOREO BIOLÓGICO




1.   Biomonitoreo en poblaciones humanas expuestas a pesticidas
     ( Lebaillay et,al. 1998), rayos x (Cebulska, 1996), químicos
     ( Hatmann et,al. 2001), metales pesados ( Méndez., 2008)

    Epidemiología (ocupacional, ambiental y clínica)
BIOMONITOREO

1.   EXPOSICIÓN       cabello, sangre, uñas,
                          orina, heces,

2.   EFECTO           AC, ICHs, Mn, SCGE


3.   SUCEPTIBILIDAD     Genes de reparación,
                          metabolismo,
   Inducción de aneuploidía por metales pesados: su evaluación
    a través de técnicas citogenéticas en células de mamíferos
                                          A. Seoane1, F. Dulout2 1999

•   The Comet Assay as Biomarker of Heavy Metal Genotoxicity
    in Earthworms
                                     S. A. Reinecke, A. J. Reinecke 2003

   Monitoring methylmercury during pregnancy: Maternal hair
    predicts fetal brain exposure.
                                           Cernichiari E, et al. 1995

   Contribution of heavymetals to developmental disabilities
    in children. Importance Biological.
                                        Gary J. Myers, et. al ( 1997).

   Genotoxic Effects of Environmental Exposuren to Arsenic and
    Lead on Children in RegionLagunera, Mexico
                                   Javier Mendez-Gomez, et.al 2008
•Potential of Single Cell Gel Electrophoresis Assay
(Comet Assay) in Heavy Ion Radiation Biology
                 • Y.R.Ahuja* and Rashmi Saran 2001


The biological monitoring of mercury in the
Seychelles study.
                            Cernichiari E, et al. 1995

•Metal Concentrations in Hair and Cognitive
Assessment in an Adolescent Population
                       Margarita Torrente, et.al 2005


Comparative study of the age and location
dependence of some heavy metalin human hair
from two Nigerian cities
                          •F. A. Adekola et. al,2004
METALES PESADOS




A. ANTROPOGÉNICO      B. AMBIENTAL
    BRONCE 4500 AC       SUELO/ AIRE
    HIERRO 700 a.C.       AGUA

POTENCIAL RIESGO PARA LA SALUD
DISPONIBILIDAD DE METALES PESADOS
            EN LA BIÓSFERA

  Metal   Anthropogenic Natural    Total     AEF
             sources    sources
  Cd           8           1        9        89%
  Pb          300         10       310       97%
  Zn          130         50       180       72%
  Mn           40        300       340       12%
  Hg          100         50       150       66%

                               Valores en 106 kg por año
(I A R C ) 1980
    International Agency for Research on Cancer

             CARCINOGÉNICOS

MUTAGÉNICOS                      GRUPO 1
•   Mercurio ( Hg)            • Arsénico ( As)
•   Plomo ( Pb)                 Berilio ( Be)
•   Cobalto (Co)                Cadmio ( Ca)
                                 Cromo (Co)
•   Hierro (Fe)
                                 Níquel ( Ni)
•   Vanadio (Va)

GENOTÓXICOS                1 . Sobre expresión génica
                           2.Transformación celular
                                         Andrew, et.al 2003
MECANISMOS DE ACCIÓN DE
                            LOS METALES

                                                              Activation of transcripcion factors
  1. Production of ROS through redox reactions
                                                              Damage: DNA, Lipids, proteins


                                                       Impaired funtion of proteinas involved in:
2. Competition with Mg ( II) or Zn ( II) in proteins
                                                              cell cycle and apoptosis (p53)
                                                              DNA repair ( p53, XPA, etc
                                                              Gene expression

                                                           SH redox reactions
    3. Binding to SH group in ptoteins                     Metallothionein
                                                           Tubuling binding


     4. Change in DNA methylation                          Alteration gene expression


               Chromosomal changes: induction, detection methods
                   and applicability in human biomonitoring
                                                                     R.Mateuca et,al. 2006
Daño oxidativo      ( ROS).
                                                   Kasprzak, S., 1995

                                 Cánceres Humanos
                                                  Wojciech.et,al. 2002




                                Alteraciones citogenéticas




Roturas ADN, mutaciones,
  reparación, replicación
       Rodríguez. et,al. 2002               Inestibilidad genómica,
                                                       ciclo celular,
                                                           apoptosis
                                              Carrano & Natajaran 1998
Minamata disease: mercury poisoning
Itai-itai disease: Cadmium poisoning
S. O. S NIÑEZ
    •   CONCEPCIÓN
    •   20 % mal. congénitas.
    •   Procesos de desarrollo in útero
    •   Interfieren con la expresión genética
    •   Alteración celular
                riñón, hígado y cerebro
    •   Asociación con sistema inmunológico y
        endocrino.

    ENFERMEDADES
      NEURODEGENERATIVAS
        Alzheimer
        Parkinson
        Distrofia muscular
PRIORIDAD
                       Pubertad precoz o tardía


     Hipospadia                                      Hipospermia


      Aborto                                         Malformaciones
                                                      congénitas
Irregularidad en los
  ciclos ováricos,
                                                  Criptorquidia


                       CÁNCER INFANTIL
INVESTIGAR
 COMPROMISO
   SOCIAL

COOPERACIÓN
INSTITUTOS & COMUNIDAD
OBJETIVOS
GeNeRaL
Detectar el daño genótóxico en infantes expuestos a metales pesados


EsPeCíFiCoS
* Cuantificación de alteraciones cromosómicas
* Determinar el grado de daño al ADN con SCGE
* Correlacionar entre marcador de exposición y efecto
* Difundir e informar a la población expuesta sobre los riesgos
que representa a metales pesados
M ETODOLOGÍA
     AUTORIZACIÓN NOTARIZADA

          Selección de participantes
    DIAGNOSTICO AMBIENTAL,
     TOXICOLÓGICO, MÉDICO

    1.   HISTORIA MÉDICA
    2.   FIRMAS DE COMPROMISO
    3.   TOMA DE MUESTRAS
    4.   PROCESAMIENTO
    5.   ANÁLISIS
    6.   ENTREGA DE RESULTADOS
EXPOSICIÓN


                           16 METALES TÓXICOS
                            Al, Sb, As,Be, Bi,Cd, Pb, Hg, Pl,
                               Ta, To, U, Ni, Pt, Sn, Ti


                           30 OLIGOELEMENTOS
                                  Fe, Ca, Mn, Mg, etc.

cabello ( mineralograma)
  ACUMULACIÓN
E   1. Fragilidad
    cromosómica
F
E
C
T
O




    2. Ensayo Cometa
CITOGENÉTICA

1.   Cultivo : RPMI 1640 1640
               37.5 º - 48 horas

2. Cosecha : Colcemmid
             KCL 0,54%
            Fijador Carnoy

3. Extensión y tinción

4. Observación
EFECTO
Aberraciones cromosómicas
Single Cell Gel Electrophoresis ( SCGE)
                   ENSAYO COMETA

•   Técnica rápida y sensible que permite detectar los niveles
    de daño y reparación al ADN en poblaciones celulares
                      (Deeley et al., 1992)

•Identifica agentes mutagénicos y carcinogénicos humanos

                     ( Anderson et al., 1998)

     • Identifica rupturas de cadena sencilla, sitios lábiles al
    álcali, entrecruzamientos ADN-ADN y ADN-proteínas, y
     rupturas asociadas con sitios de reparación por excisión
                    • (Speit y Hartmann, 1999).
Ventajas




                   BIOMARCADOR DE EFECTO

l   Colección de datos a nivel de células individuales, representa
    Col
    resultados estadísticos robustos.
l   Se necesitan pequeñas cantidades de células ( 10,000)
l   Sensibilidad para detectar el daño al ADN.
CATEGORÍAS
                                                  33.5
                       27.7




I : 17,5 – 25              II : 26 – 30
                                 um               III: 31 – 40 um
      um




          IV: 40 – 70 um                  V: 70 > um

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Metales pesados monitoreo por Catalina Herrera M

  • 1. BIOMONITOREO EN INFANTES EXPUESTOS A METALES PESADOS QUITO - ECUADOR Catalina Herrera M ¹ -² ¹ Universidad Central del Ecuador. U.C.E. 2. S. I. M .B. I. O. E.
  • 2. MONITOREO BIOLÓGICO 1. Biomonitoreo en poblaciones humanas expuestas a pesticidas ( Lebaillay et,al. 1998), rayos x (Cebulska, 1996), químicos ( Hatmann et,al. 2001), metales pesados ( Méndez., 2008)  Epidemiología (ocupacional, ambiental y clínica)
  • 3. BIOMONITOREO 1. EXPOSICIÓN cabello, sangre, uñas, orina, heces, 2. EFECTO AC, ICHs, Mn, SCGE 3. SUCEPTIBILIDAD Genes de reparación, metabolismo,
  • 4. Inducción de aneuploidía por metales pesados: su evaluación a través de técnicas citogenéticas en células de mamíferos A. Seoane1, F. Dulout2 1999 • The Comet Assay as Biomarker of Heavy Metal Genotoxicity in Earthworms S. A. Reinecke, A. J. Reinecke 2003  Monitoring methylmercury during pregnancy: Maternal hair predicts fetal brain exposure. Cernichiari E, et al. 1995  Contribution of heavymetals to developmental disabilities in children. Importance Biological. Gary J. Myers, et. al ( 1997).  Genotoxic Effects of Environmental Exposuren to Arsenic and Lead on Children in RegionLagunera, Mexico Javier Mendez-Gomez, et.al 2008
  • 5. •Potential of Single Cell Gel Electrophoresis Assay (Comet Assay) in Heavy Ion Radiation Biology • Y.R.Ahuja* and Rashmi Saran 2001 The biological monitoring of mercury in the Seychelles study. Cernichiari E, et al. 1995 •Metal Concentrations in Hair and Cognitive Assessment in an Adolescent Population Margarita Torrente, et.al 2005 Comparative study of the age and location dependence of some heavy metalin human hair from two Nigerian cities •F. A. Adekola et. al,2004
  • 6. METALES PESADOS A. ANTROPOGÉNICO B. AMBIENTAL BRONCE 4500 AC SUELO/ AIRE HIERRO 700 a.C. AGUA POTENCIAL RIESGO PARA LA SALUD
  • 7. DISPONIBILIDAD DE METALES PESADOS EN LA BIÓSFERA Metal Anthropogenic Natural Total AEF sources sources Cd 8 1 9 89% Pb 300 10 310 97% Zn 130 50 180 72% Mn 40 300 340 12% Hg 100 50 150 66% Valores en 106 kg por año
  • 8. (I A R C ) 1980 International Agency for Research on Cancer CARCINOGÉNICOS MUTAGÉNICOS GRUPO 1 • Mercurio ( Hg) • Arsénico ( As) • Plomo ( Pb) Berilio ( Be) • Cobalto (Co) Cadmio ( Ca) Cromo (Co) • Hierro (Fe) Níquel ( Ni) • Vanadio (Va) GENOTÓXICOS 1 . Sobre expresión génica 2.Transformación celular Andrew, et.al 2003
  • 9. MECANISMOS DE ACCIÓN DE LOS METALES Activation of transcripcion factors 1. Production of ROS through redox reactions Damage: DNA, Lipids, proteins Impaired funtion of proteinas involved in: 2. Competition with Mg ( II) or Zn ( II) in proteins cell cycle and apoptosis (p53) DNA repair ( p53, XPA, etc Gene expression SH redox reactions 3. Binding to SH group in ptoteins Metallothionein Tubuling binding 4. Change in DNA methylation Alteration gene expression Chromosomal changes: induction, detection methods and applicability in human biomonitoring R.Mateuca et,al. 2006
  • 10. Daño oxidativo ( ROS). Kasprzak, S., 1995 Cánceres Humanos Wojciech.et,al. 2002 Alteraciones citogenéticas Roturas ADN, mutaciones, reparación, replicación Rodríguez. et,al. 2002 Inestibilidad genómica, ciclo celular, apoptosis Carrano & Natajaran 1998
  • 13. S. O. S NIÑEZ • CONCEPCIÓN • 20 % mal. congénitas. • Procesos de desarrollo in útero • Interfieren con la expresión genética • Alteración celular riñón, hígado y cerebro • Asociación con sistema inmunológico y endocrino. ENFERMEDADES NEURODEGENERATIVAS Alzheimer Parkinson Distrofia muscular
  • 14. PRIORIDAD Pubertad precoz o tardía Hipospadia Hipospermia Aborto Malformaciones congénitas Irregularidad en los ciclos ováricos, Criptorquidia CÁNCER INFANTIL
  • 15. INVESTIGAR COMPROMISO SOCIAL COOPERACIÓN INSTITUTOS & COMUNIDAD
  • 16. OBJETIVOS GeNeRaL Detectar el daño genótóxico en infantes expuestos a metales pesados EsPeCíFiCoS * Cuantificación de alteraciones cromosómicas * Determinar el grado de daño al ADN con SCGE * Correlacionar entre marcador de exposición y efecto * Difundir e informar a la población expuesta sobre los riesgos que representa a metales pesados
  • 17. M ETODOLOGÍA AUTORIZACIÓN NOTARIZADA Selección de participantes DIAGNOSTICO AMBIENTAL, TOXICOLÓGICO, MÉDICO 1. HISTORIA MÉDICA 2. FIRMAS DE COMPROMISO 3. TOMA DE MUESTRAS 4. PROCESAMIENTO 5. ANÁLISIS 6. ENTREGA DE RESULTADOS
  • 18. EXPOSICIÓN 16 METALES TÓXICOS Al, Sb, As,Be, Bi,Cd, Pb, Hg, Pl, Ta, To, U, Ni, Pt, Sn, Ti 30 OLIGOELEMENTOS Fe, Ca, Mn, Mg, etc. cabello ( mineralograma) ACUMULACIÓN
  • 19. E 1. Fragilidad cromosómica F E C T O 2. Ensayo Cometa
  • 20. CITOGENÉTICA 1. Cultivo : RPMI 1640 1640 37.5 º - 48 horas 2. Cosecha : Colcemmid KCL 0,54% Fijador Carnoy 3. Extensión y tinción 4. Observación
  • 22. Single Cell Gel Electrophoresis ( SCGE) ENSAYO COMETA • Técnica rápida y sensible que permite detectar los niveles de daño y reparación al ADN en poblaciones celulares (Deeley et al., 1992) •Identifica agentes mutagénicos y carcinogénicos humanos ( Anderson et al., 1998) • Identifica rupturas de cadena sencilla, sitios lábiles al álcali, entrecruzamientos ADN-ADN y ADN-proteínas, y rupturas asociadas con sitios de reparación por excisión • (Speit y Hartmann, 1999).
  • 23. Ventajas BIOMARCADOR DE EFECTO l Colección de datos a nivel de células individuales, representa Col resultados estadísticos robustos. l Se necesitan pequeñas cantidades de células ( 10,000) l Sensibilidad para detectar el daño al ADN.
  • 24. CATEGORÍAS 33.5 27.7 I : 17,5 – 25 II : 26 – 30 um III: 31 – 40 um um IV: 40 – 70 um V: 70 > um