Ion selective electrodes for determination of low and ultra low concentrations of lead (II) in natural waters

Att övervaka förekomsten av giftiga komponenter i naturliga vattendrag är nödvändigt för människans välmående. Eftersom halten av föroreningar i naturens ekosystem bör hållas möjligast låg, pågår en ständig jakt efter kemiska analysmetoder med allt lägre detektionsgränser. I dagens läge görs miljöanalyser med dyr och sofistikerad instrumentering som kräver mycket underhåll. Jonselektiva elektroder har flera goda egenskaper som t.ex. bärbarhet, låg energiförbrukning, och dessutom är de relativt kostnadseffektiva. Att använda jonselektiva elektroder vid miljöanalyser är möjligt om deras känslighetsområde kan utvidgas genom att sänka deras detektionsgränser. För att sänka detektionsgränsen för Pb(II)-selektiva elektroder undersöktes olika typer av jonselektiva membran som baserades på polyakrylat-kopolymerer, PVC och PbS/Ag2S. Fast-fas elektroder med membran av PbS/Ag2S är i allmänhet enklare och mer robusta än konventionella elektroder vid spårämnesanalys av joniska föroreningar. Fast-fas elektrodernas detektionsgräns sänktes i detta arbete med en nyutvecklad galvanostatisk polariseringsmetod och de kunde sedan framgångsrikt användas för kvantitativa bestämningar av bly(II)-halter i miljöprov som hade samlats in i den finska skärgården nära tidigare industriområden. Analysresultaten som erhölls med jonselektiva elektroder bekräftades med andra analytiska metoder. Att sänka detektionsgränsen m.hj.a. den nyutvecklade polariseringsmetoden möjliggör bestämning av låga och ultra-låga blyhalter som inte kunde nås med klassisk potentiometri. Den verkliga fördelen med att använda dessa blyselektiva elektroder är möjligheten att utföra mätningar i obehandlade miljöprov trots närvaron av fasta partiklar vilket inte är möjligt att göra med andra analysmetoder. Jag väntar mig att den nyutvecklade polariseringsmetoden kommer att sätta en trend i spårämnesanalys med jonselektiva elektroder.

Psykologinen vaikuttaminen CAST LEAD -operaatiossa

Ei-kineettinen vaikuttaminen on nousemassa – ellei jo noussut – kineettisen vaikuttamisen ohi sodankäynnin keinovalikoimassa. Viimeaikaisten konfliktien kokemukset ovat osoittaneet, että pelkällä fyysisellä voimankäytöllä ei päästä aina haluttuun lopputulokseen. Vaikka Irakissa ja Afganistanissa teknologialtaan ja kalustoltaan ylivertaiset länsiliittouman joukot saivat sotilaallisia voittoja alivoimaisista vastustajistaan, ovat ne olleet vaikeuksissa sissisotaa käyvien pienten ryhmittymien kanssa, eivätkä alueet rauhoittuneet varsinaisten sotatoimien päätyttyä. Tällöin on aloitettava taistelu sydämistä ja mielistä – ”Hearts and Minds” – ja tässä taistelussa ei pärjätä pelkästään tankein ja pommein. Omaa sanomaa levittämällä pyritään voittamaan kansan tuki itsensä taakse ja samalla viemään kannatus taistelevilta sissijoukoilta. Ilman voittoa informaatiorintamalla ei operaatiota voi voittaa. Fyysisellä voimankäytöllä on sen tuhovoiman lisäksi myös aina psykologinen vaikutus. Pitkään kestänyt tykistökeskitys aiheuttaa kranaattikauhua ja voi lamauttaa sen kohteeksi joutuneet henkisesti. Vaikutus voi ilmentyä myös muissa, kuin varsinaisen keskityksen kohteeksi joutuneissa – tieto massiivisesta tuhosta voi murentaa taistelutahdon naapurijoukoissa ilman, että se joutuisi edes tulen alle. Omissa joukoissa tieto massiivisesta tulivoimasta tukena voi vaikuttaa taistelutahtoa nostavasti. Siten myös perinteinen, fyysinen vaikuttaminen on yhä keskeinen väline psykologisessa vaikuttamisessa. Tutkimustehtävänä on selvittää, miten eri suorituskykyjä käytettiin psykologisen vaikuttamisen välineinä Israelin ja Hamasin välisessä konfliktissa 27.12.2008 - 19.1.2009. Tutkimuskysymyksinä ovat mitä eri suorituskykyjä ja niitä tukevia toimintoja käytettiin psykologisen vaikuttamisen välineinä sekä voidaanko niillä todeta olleen mitään vaikutuksia. Tutkimusmenetelmänä käytettiin teoriaohjaavaa aineiston analyysia, jossa aineisto on kerätty operaation ajalta eri uutissivustoilta sekä eri laitosten ja järjestöjen tutkimusraporteista ja selvityksistä. Aineistosta on etsitty havaintoja viitekehyksen mukaisten suorituskykyjen käytöstä ja tämän jälkeen on pyritty arvioimaan, miten kyseistä suorituskykyä käytettiin psykologisen vaikuttamisen välineenä ja olisiko sillä ollut vaikutusta. Operaation aikana molemmat osapuolet käyttivät omia suorituskykyjään vaikuttaakseen eri kohdeyleisöihin. Vaikuttamisen luonne riippui kohdeyleisöstä. Oman väestön ja joukon taistelutahtoa yritettiin vahvistaa, vastustajan taistelutahtoa yritettiin murentaa ja ulkopuolisia tahoja houkuteltiin antamaan itselle tukea ja vastustamaan toista osapuolta. Eri suorituskykyjen käytön vaikutuksia on vaikea arvioida etukäteen ja niiden aiheuttamat vaikutukset voivat olla haluttuja tai ei-haluttuja, yllättäviä tai odotettuja tai täysin arvaamattomia. Pienistäkin tapahtumista voi syntyä valtava vaikutus, mikäli se tapahtuu oikeaan aikaan oikeassa paikassa – tai päinvastoin väärässä paikassa väärään aikaan. Huolellisimminkin suunnitellut psykologiset operaatiot taas saattavat kaatua mitättömiltä tuntuviin sivuseikkoihin.

Improving Transportation and Warehousing Efficiency with Simulation-Based Decision Support Systems

Transportation and warehousing are large and growing sectors in the society, and their efficiency is of high importance. Transportation also has a large share of global carbondioxide emissions, which are one the leading causes of anthropogenic climate warming. Various countries have agreed to decrease their carbon emissions according to the Kyoto protocol. Transportation is the only sector where emissions have steadily increased since the 1990s, which highlights the importance of transportation efficiency. The efficiency of transportation and warehousing can be improved with the help of simulations, but models alone are not sufficient. This research concentrates on the use of simulations in decision support systems. Three main simulation approaches are used in logistics: discrete-event simulation, systems dynamics, and agent-based modeling. However, individual simulation approaches have weaknesses of their own. Hybridization (combining two or more approaches) can improve the quality of the models, as it allows using a different method to overcome the weakness of one method. It is important to choose the correct approach (or a combination of approaches) when modeling transportation and warehousing issues. If an inappropriate method is chosen (this can occur if the modeler is proficient in only one approach or the model specification is not conducted thoroughly), the simulation model will have an inaccurate structure, which in turn will lead to misleading results. This issue can further escalate, as the decision-maker may assume that the presented simulation model gives the most useful results available, even though the whole model can be based on a poorly chosen structure. In this research it is argued that simulation- based decision support systems need to take various issues into account to make a functioning decision support system. The actual simulation model can be constructed using any (or multiple) approach, it can be combined with different optimization modules, and there needs to be a proper interface between the model and the user. These issues are presented in a framework, which simulation modelers can use when creating decision support systems. In order for decision-makers to fully benefit from the simulations, the user interface needs to clearly separate the model and the user, but at the same time, the user needs to be able to run the appropriate runs in order to analyze the problems correctly. This study recommends that simulation modelers should start to transfer their tacit knowledge to explicit knowledge. This would greatly benefit the whole simulation community and improve the quality of simulation-based decision support systems as well. More studies should also be conducted by using hybrid models and integrating simulations with Graphical Information Systems.

Climate driven changes in temperature, pH and food quality : effects on copepod reproduction

Increased emissions of greenhouse gases into the atmosphere are causing an anthropogenic climate change. The resulting global warming challenges the ability of organisms to adapt to the new temperature conditions. However, warming is not the only major threat. In marine environments, dissolution of carbon dioxide from the atmosphere causes a decrease in surface water pH, the so called ocean acidification. The temperature and acidification effects can interact, and create even larger problems for the marine flora and fauna than either of the effects would cause alone. I have used Baltic calanoid copepods (crustacean zooplankton) as my research object and studied their growth and stress responses using climate predictions projected for the next century. I have studied both direct temperature and pH effects on copepods, and indirect effects via their food: the changing phytoplankton spring bloom composition and toxic cyanobacterium. The main aims of my thesis were: 1) to find out how warming and acidification combined with a toxic cyanobacterium affect copepod reproductive success (egg production, egg viability, egg hatching success, offspring development) and oxidative balance (antioxidant capacity, oxidative damage), and 2) to reveal the possible food quality effects of spring phytoplankton bloom composition dominated by diatoms or dinoflagellates on reproducing copepods (egg production, egg hatching, RNA:DNA ratio). The two copepod genera used, Acartia sp. and Eurytemora affinis are the dominating mesozooplankton taxa (0.2 – 2 mm) in my study area the Gulf of Finland. The 20°C temperature seems to be within the tolerance limits of Acartia spp., because copepods can adapt to the temperature phenotypically by adjusting their body size. Copepods are also able to tolerate a pH decrease of 0.4 from present values, but the combination of warm water and decreased pH causes problems for them. In my studies, the copepod oxidative balance was negatively influenced by the interaction of these two environmental factors, and egg and nauplii production were lower at 20°C and lower pH, than at 20°C and ambient pH. However, presence of toxic cyanobacterium Nodularia spumigena improved the copepod oxidative balance and helped to resist the environmental stress, in question. In addition, adaptive maternal effects seem to be an important adaptation mechanism in a changing environment, but it depends on the condition of the female copepod and her diet how much she can invest in her offspring. I did not find systematic food quality difference between diatoms and dinoflagellates. There are both good and bad diatom and dinoflagellate species. Instead, the dominating species in the phytoplankton bloom composition has a central role in determining the food quality, although copepods aim at obtaining as a balanced diet as possible by foraging on several species. If the dominating species is of poor quality it can cause stress when ingested, or lead to non-optimal foraging if rejected. My thesis demonstrates that climate change induced water temperature and pH changes can cause problems to Baltic Sea copepod communities. However, their resilience depends substantially on their diet, and therefore the response of phytoplankton to the environmental changes. As copepods are an important link in pelagic food webs, their future success can have far reaching consequences, for example on fish stocks.

Kokemäenjoen suiston kehitys, maaperämuodostumat ja niiden kemialliset piirteet

Suurelta osin Natura-alueeseen kuuluvan Kokemäenjoen suistoalueen kuivan maan ja suiston edustan vesialueen erityyppisten maaperäkerrostumien kerrosjärjestys ja alueellinen jakautuminen selvitettiin pintamaaperän kartoituksella, tutkimuskaivannoilla ja kairauksella. Suiston kerrostumat luokiteltiin viiteen maaperämuodostumaan. Vanhimmasta nuorimpaan, Toukari, Vainio-Mattila, Hevosluoto, Lanajuopa ja Säikkä muodostumaan. Nämä edustavat vanhoja Itämeren altaan ja nuorempia merelle päin etenevän suiston eri osien kerrostumisympäristöjä. Eri muodostumien fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet kuvattiin ja ne eroavat luonteeltaan ratkaisevasti toisistaan. Suiston etenemistä edustavat Hevosluoto- ja Säikkä-muodostumat ovat kontaminoituneet 1900-luvun alkupuolelta lähtien yhä voimakkaammin ihmistoiminnasta kertyvistä raskasmetallipitoisuuksista ja orgaanisista haitta-aineista. Tämä näkyy erityisesti elohopean, kadmiumin, arseenin, lyijyn, sinkin, nikkelin, dioksiinien ja furaanien kokonaispitoisuuksien kasvuna näissä muodostumissa. Pitoisuudet ovat suurimpia muodostumien nuorimmissa osissa. Kuivalla maalla raskasmetallipitoisuudet ylittävät paikoin valtioneuvoston pilaantuneelle maaperälle asettamat kynnysarvot, jolloin säädökset on huomioitava suiston maaperää muokattaessa. Vesialueella nämä kynnysarvot ylittyvät myös orgaanisten haitta-aineiden osalta. Tietyin osin ovat esimerkiksi arseenin ja nikkelin osalta taustapitoisuudet suistoalueen vanhimmassa Toukari muodostumassa jo luontaisesti kynnysarvoja suuremmat. Tämä pitää osata ottaa huomioon maansiirtotoimenpiteitä suunniteltaessa. Suistoon kerrostuvan maa-aineksen ja nopean maankohoamisen vuoksi suisto etenee nykyisin 30-40 m vuodessa merialueelle päin. Tämä mataloittaa vääjäämättömästi suiston edustan vesialueita kerrostumisen siirtyessä merelle päin. Näin myös Natura-alueen ainutlaatuiset biotoopit vähitellen siirtyvät merelle päin.

Lead poisoning in cattle and chickens in the state of Pará, Brazil

The present study describes the occurrence of lead poisoning in cattle and chickens in Pará, Brazil. In a lot composed of 80 calves from a dairy herd, 10 animals became sick and nine died, but one animal recovered after being removed from the paddock. Upon inspection of this paddock, the presence of truck batteries used to store energy captured by solar panels was found. The clinical signs observed in calves included difficult breathing, nasal discharge, excessive salivation, corneal opacity, pushing of the head against objects and recumbency. The chickens had decreased oviposition and produced eggs with thin or malformed shells. The necropsy findings of the cattle, as well as the histopathological changes observed, were of little significance except for one animal that showed mild astrocytosis histopathology in the cerebral cortex. In one of the chickens, renal histopathology showed mild multifocal acute tubular necrosis. The mean lead concentrations in the livers and kidneys of the cattle were 93.91mg/kg and 209.76mg/kg, respectively, and the mean concentration detected in chicken livers was 105.02mg/kg. It was concluded that the source of lead poisoning in these calves and chickens were the truck battery plates, which were within reach of the animals.

Israelin strategisen kommunikaation järjestelyt ja toteutus Cast Lead -operaatiossa

Verkottuneessa ja globaalissa maailmassa ei pelkkään kineettiseen vaikuttamiseen perustuva sodankäynti ole tuottanut enää toivottuja tuloksia ja siksi sekä valtiolliset että ei-valtiolliset toimijat ovatkin kääntäneet katseensa muihin keinoihin. Vaikuttaminen on siirtymässä maa-likeskeisyydestä mielikeskeisyyteen, jossa maaleina ovat kohteen arvot, asenteet, ajatukset ja lopulta identiteetti. Näihin vaikuttamalla halutaan muuttaa kohteen käyttäytymistä omalta kannalta suotuisaan suuntaan. Teknologiset vallankumoukset ovat lisänneet informaation määrää eksponentiaalisesti ja tä-hän globaaliin informaatioon on alati kasvavalla joukolla pääsy lähes milloin ja mistä tahan-sa. Jokainen informaatioon käsiksi pääsevä voi myös ryhtyä tuottamaan informaatiota mui-den saataville, ja tämä viestinnällinen mullistus on vaikuttanut radikaalisti myös länsimaiseen sotataitoon informaation noustessa yhdeksi ratkaisevaksi tekijäksi nykyajan ja tulevaisuuden konflikteissa. Tapahtumista, joista vielä sata vuotta sitten kuultiin vasta päiviä tai viikkoja niiden jälkeen, saadaan tänä päivänä nähdä reaaliaikaista kuvavirtaa mobiilipäätelaitteen vä-lityksellä. Tämä mullistus on pakottanut niin valtiolliset kuin ei-valtiollisetkin toimijat kiin-nittämään entistä enemmän huomiota taisteluun informaatiosta informaatioympäristössä sekä yleisön mielikuvista ja mielipiteistä. Fyysisestä kontaktista voittajana selvinnyt osapuoli voi jäädä häviäjän rooliin, mikäli taistelu informaatiorintamalla hävitään. Totuus on toisarvoista, mielikuvat ratkaisevat. Jotta taistelu mielikuvista, ajatuksista ja asenteista olisi mahdollisimman tehokasta, täytyy kunkin osapuo-len organisoida omat ponnistuksensa resurssien käytön optimoimiseksi karsien päällekkäi-syydet ja ristiriidat omista sanomistaan. Kaikkien eri tahojen täytyy siis sovittaa omat vies-tinsä palvelemaan ylemmän tahon tavoitteita päätyen aina politiikan määrittämään tavoittee- seen. Tätä kutsutaan strategiseksi kommunikaatioksi, jota voidaan pitää ajattelua ohjaavana mallina tai jopa eräänlaisena sotataidollisena paradigmana. Tässä työssä tutkittiin Israelin suorittamaa sotilaallista operaatiota Gazan kaistaleella vuosien 2008 – 2009 vaihteessa. Operaatiosta käytetään yleisesti länsimaissa nimeä Cast Lead. Ope-raation tarkoituksena oli iskeä Gazassa toimivaa, länsimaiden terroristijärjestöksi katsomaa Hamas-järjestöä vastaan ja lopettaa sen tekemät raketti- ja kranaatti-iskut Israeliin. Tutki-muksen tarkoituksena oli selvittää, miten strateginen kommunikaatio oli järjestetty ja toteu-tettu Israelissa operaatioon liittyen. Työ on jatkoa tutkijan esiupseerikurssilla 64 laatimalle työlle ”Psykologinen vaikuttaminen CAST LEAD -operaatiossa”. Lähdemateriaalin avulla muodostettiin strategisen kommunikaation viitekehys, jota käytettiin analyysirunkona teoriaohjaavalle sisällön analyysille. Tutkittavaa operaatiota käsittelevästä avoimista lähteistä kerättyä aineistoa analysoitiin strategisen kommunikaation viitekehyksen kautta keräten havaintoja viitekehyksen eri osa-alueiden esiintymisestä. Tällä tavalla kyettiin muodostamaan kuva Israelin strategisen kommunikaation organisoinnista, eri toimijoista se-kä niiden vastuista ja eri tavoista, joilla viestejä välitettiin millekin kohdeyleisölle. Samalla pyrittiin hahmottelemaan Israelin narratiivia tutkittavaan operaatioon. Työ jakautuu kolmeen osaan. Ensimmäisessä osassa luvuissa yksi ja kaksi käsitellään tutki-muksen teoreettiset taustat, menetelmät ja metodit sekä määritellään keskeisimmät käsitteet. Luvussa kolme käsitellään strategisen kommunikaation osatekijät käsiteanalyysin kautta. Toisessa osassa luvuissa neljä ja viisi käsitellään operaation kulku ja tausta pääpiirteittäin se-kä jaotellaan strategisen kommunikaation viitekehyksen avulla tehdyt havainnot kuvaamaan strategisen kommunikaation toteutumista operaatiossa. Kolmannessa osassa luvussa kuusi käsitellään johtopäätökset sekä arvioidaan tutkimuksen toteutumista sekä jatkotutkimustarpeita. Strategisen kommunikaation viitekehys muodostettiin ulkomaisten ja suomalaisten lähdete-osten avulla. Strategisen kommunikaation käsiteanalyysissä käsiteltiin strategiaa, kommuni-kaatiota sekä näiden taustalla olevia teorioita eri lähteiden avulla ja siten pyrittiin muodosta-maan laaja-alainen kuva siitä, mitä strateginen kommunikaatio on ja miten se toimii. Tutki-muksen aineisto koottiin avoimista lähteistä internetin eri mediatalojen sivuilta ja sitä täy-dennettiin virallisten ja epävirallisten tahojen sivustojen tarjoamalla informaatiolla. Aineiston perusteella kyettiin muodostamaan kuva Israelin strategisen kommunikaation or- ganisoinnista vastuineen sekä hahmottelemaan viestejä, teemoja ja narratiivia. Strategisen kommunikaation vaikuttavuutta tässä operaatiossa on mahdotonta mitata aukottomasti, koska tapaustutkimukselle luonteenomaisesti käsiteltävänä oli ainutlaatuinen tosielämän tapahtuma ja siten suoraa vertailukohtaa ei ole. Verrokkina voidaan kuitenkin käyttää aiempia Israelin sotilaallisia toimia, joissa informaatioympäristöön ei oltu kiinnitetty yhtä paljon huomiota. Näin ollen voidaan vetää johtopäätöksiä operaation vaikuttavuudesta vertailemalla esimer-kiksi näiden ajallisesti läheisten operaatioiden aiheuttamia reaktioita maailmalla.

Effects of anthropogenic and natural hydrological changes on the behavior of the acidic metal discharge from acid sulfate soils in a river- and lake system in western Finland

Larsmo-Öjasjön i Österbotten skapades genom invallningar på 1960-talet pga. industrins behov av sötvatten. Sedan dess har vattenområdet drabbats av återkommande försurning och fiskdöd, och invallningen har ofta beskyllts för problemen. Avhandlingen undersöker syrabelastningen i området; bl.a. hur markanvändning, hydrologi och klimatförändringen påverkar belastningen. Konsekvenserna undersöks med fiskyngel som bioindikator, och olika miljömetoder testas och diskuteras. Ökad kunskap om försurningen hjälper oss att tillämpa effektiva miljömetoder och få förbättrad vattenkvalitet i framtiden. Den primära orsaken till den försämrade vattenkvaliteten under de senaste 40 åren är intensiv dikning av svavelrika sediment. Detta leder till oxidering av svavlet till svavelsyra och uppkomst av sura sulfatjordar. Syran löser upp mängder med toxiska metaller som spolas ut i vattendragen. Undersökningen visar att tiotusentals ton svavelsyra tillsammans med stora mängder metaller rinner till Larsmo-Öjasjön per år från sura sulfatjordar. Åarna bidrar med mest belastning, men den sammanlagda belastningen från de otaliga dikena och bäckarna är oväntat stor. Andra potentiella källor till försurningen, t.ex. muddringar och humussyror, beräknas vara obetydliga. Syra- och metallbelastningen varierar kraftigt med hydrologin, dvs. störst belastning sker under vår- och höstflöden. En eventuell klimatförändring kan ändra på avrinningsmönstret och orsaka mera belastning vintertid. Den årligt återkommande syra- och metallbelastningen kan ofta hindra lakens förökning, vilket kan ha större långtgående konsekvenser för fiskpopulationerna än de relativt sällsynta stora surchockerna med synlig fiskdöd. För att förebygga skador på vattendragen bör man undvika att dränera svavelrika sedimenten. På redan existerande sura sulfatjordar visade sig kontroll av grundvattennivån kunna möjliggöra en effektiverad markanvändning utan märkbart ökade miljökonsekvenser.

Mitigation possibilities to Greenhouse gas emissions from power production in India

Global warming is assertively the greatest environmental challenge for humans of 21st century. It is primarily caused by the anthropogenic greenhouse gas (GHG) that trap heat in the atmosphere. Because of which, the GHG emission mitigation, globally, is a critical issue in the political agenda of all high-profile nations. India, like other developing countries, is facing this threat of climate change while dealing with the challenge of sustaining its rapid economic growth. India’s economy is closely connected to its natural resource base and climate sensitive sectors like water, agriculture and forestry. Due to Climate change the quality and distribution of India’s natural resources may transform and lead to adverse effects on livelihood of its people. Therefore, India is expected to face a major threat due to the projected climate change. This study proposes possible solutions for GHG emission mitigation that are specific to the power sector of India. The methods discussed here will take Indian power sector from present coal dominant ideology to a system, centered with renewable energy sources. The study further proposes a future scenario for 2050, based on the present Indian government policies and global energy technologies advancements.

Effectiveness of plant growth promoting rhizobacteria in facilitating lead and nutrient uptake by little seed canary grass

We investigated the effectiveness of Nitroxin inoculation on lead (Pb) and nutrient uptakes by little seed canary grass. The factors tested included inoculation (or not) with Nitroxin and different soil concentrations of Pb (0, 200, 400 and 800mgPbkg-1 soil). Increasing soil concentrations of Pb decreased stem, leaf and root dry weights. Shoot phosphorus concentrations increased in parallel with increasing soil Pb concentrations. Nitroxin inoculation did not alter the phosphorus concentration of the roots. The Pb translocation factor was >1 in inoculated treatments in the Pb soil concentration range of 200 to 400mgkg-1; the translocation factor for 800mgPbkg‑1 with no inoculation of Nitroxin was, however, <1. Our results indicated that the Pb bioaccumulation factor for little seed canary grass was <1, indicating that it is a Pb excluding plant.

Lead (Pb2+) and cadmium (Cd2+) inhibit the dipsogenic action of central beta-adrenergic stimulation by isoproterenol

We have previously demonstrated that acute third ventricle injections of both Pb2+ and Cd2+ impair the dipsogenic response elicited by three different situations: dehydration and central cholinergic or angiotensinergic stimulation. ß-Adrenergic activation is part of the multifactorial integrated systems operating in drinking behavior control in the central nervous system. In the present study acute third ventricle injections of Pb2+ (3, 30 and 300 pmol/rat) or Cd2+ (0.3, 3 and 30 pmol/rat) blocked the dipsogenic response induced by third ventricle injections of isoproterenol (ISO; 160 nmol/rat) in a dose-dependent manner. Normohydrated animals receiving ISO + NaAc (sodium acetate) or saline (controls) displayed a high water intake after 120 min (ISO + saline = 5.78 ± 0.54 ml/100 g; ISO + NaAc = 6.00 ± 0.6 ml/100 g). After the same period, animals receiving ISO but pretreated with PbAc at the highest dose employed (300 pmol/rat) drank 0.78 ± 0.23 ml/100 g while those receiving ISO and pretreated with the highest dose of CdCl2 (30 pmol/rat) presented a water intake of 0.7 ± 0.30 ml/100 g. Third ventricle injections of CdCl2 (3 nmol/rat) or PbAc (3 nmol/rat) did not modify food intake in rats deprived of food for 24 h. Thus, general central nervous system depression explaining the antidipsogenic action of the metals can be safely excluded. It is concluded that both Pb2+ and Cd2+ inhibit water intake induced by central ß-adrenergic stimulation

Opiatergic participation in the thirst-inhibiting effect of acute third ventricle injections of cadmium (Cd2+) and lead (Pb2+)

We have previously demonstrated that acute third ventricle injections of both lead and cadmium prevent the dipsogenic response elicited by dehydration or by central injections of dipsogenic agents such as angiotensin II, carbachol and isoproterenol in rats. We have also shown that the antidipsogenic action of cadmium may be due, at least in part, to activation of thirst-inhibitory central serotonergic pathways. In the present paper we show that in Wistar male rats the antidipsogenic effect of both lead acetate (3.0 nmol/rat) and cadmium chloride (3.0 nmol/rat) may be partially dependent on the activation of brain opiatergic pathways since central injections of naloxone (82.5 nmol/rat), a non-selective opioid antagonist, blunt the thirst-inhibiting effect of these metals. One hundred and twenty minutes after the second third ventricle injections, dehydrated animals (14 h overnight) receiving saline + sodium acetate displayed a high water intake (7.90 ± 0.47 ml/100 g body weight) whereas animals receiving saline + lead acetate drank 3.24 ± 0.47 ml/100 g body weight. Animals receiving naloxone + lead acetate drank 6.94 ± 0.60 ml/100 g body weight. Animals receiving saline + saline drank 8.16 ± 0.66 ml/100 g body weight whilst animals receiving saline + cadmium chloride drank 1.63 ± 0.37 ml/100 g body weight. Animals receiving naloxone + cadmium chloride drank 8.01 ± 0.94 ml/100 g body weight. It is suggested that acute third ventricle injections of both lead and cadmium exert their antidipsogenic effect by activating thirst-inhibiting opioid pathways in the brain.

Effect of lead acetate on neurobehavioral development of rats

We investigated the effects of lead exposure during the pre- and postnatal period on the neurobehavioral development of female Wistar rats (70-75 days of age, 120-150 g) using a protocol of lead intoxication that does not affect weight gain. Wistar rats were submitted to lead acetate intoxication by giving their dams 1.0 mM lead acetate. Control dams received deionized water. Growth and neuromotor development were assessed by monitoring daily the following parameters in 20 litters: body weight, ear unfolding, incisor eruption, eye opening, righting, palmar grasp, negative geotaxis, cliff avoidance and startle reflex. Spontaneous alternation was assessed on postnatal day 17 using a T maze. The animals' ability to equilibrate on a beaker rim was measured on postnatal day 19. Lead intoxication was confirmed by measuring renal, hepatic and cerebral lead concentration in dams and litters. Lead treatment hastened the day of appearance of the following parameters: eye opening (control: 13.5 ± 0.6, N = 88; lead: 12.9 ± 0.6, N = 72; P<0.05), startle reflex (control: 13.0 ± 0.8, N = 88; lead: 12.0 ± 0.7, N = 72; P<0.05) and negative geotaxis. On the other hand, spontaneous alternation performance was hindered in lead-exposed animals (control: 37.6 ± 19.7; lead: 57.5 ± 28.3% of alternating animals; P<0.05). These results suggest that lead exposure without concomitant undernutrition alters rat development, affecting specific subsets of motor skills.

Central lead administration inhibits water intake and sodium appetite in rats

We have demonstrated that acute third ventricle injections of lead acetate (PbAc) exert a powerful antidipsogenic effect and induce a significant increase in renal sodium excretion. In the present study we confirm the antidipsogenic effect of lead and demonstrate that central administration of this metal, in minute amounts, significantly reduces salt intake both during dehydration and after central angiotensinergic stimulation. Adult male Wistar rats had the third ventricle cannulated seven days before the experiments. During this period they had free access to distilled water and hypertonic saline solution (1.5%). After a 24-h period of fluid deprivation, experimental animals received third ventricle injections of PbAc (0.3, N = 8 and 3.0 nmol/rat, N = 14) while controls received sodium acetate (NaAc; 3.0 nmol/rat, N = 10). Rats treated with PbAc at the highest dose showed a significant reduction (P<0.05) both in water and hypertonic saline intake when compared to controls. When the effect of lead administration on angiotensin II-induced water and salt intake was studied, normohydrated animals received third ventricle injections of angiotensin II (9.6 nmol/rat) after pretreatment with 3.0 nmol/rat of PbAc (experimental group, N = 10) or NaAc (controls, N = 8). The group pretreated with PbAc presented a significant reduction (P<0.05) in both water and salt intake compared to controls. Thus, this study confirms the antidipsogenic effect of central lead injections and demonstrates that the presence of lead in the brain exerts a significant inhibition of sodium appetite.

Antidepressant-like effect of lead in adult mice

It has been reported that lead can cause behavioral impairment by inhibiting the N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor complex. MK-801, a noncompetitive NMDA receptor antagonist, exhibits an antidepressant-like action in the forced swimming test. The purpose of the present study was to determine whether subacute lead exposure in adult male Swiss mice weighing 30-35 g causes an antidepressant-like action in a forced swimming test. Mice were injected intraperitoneally (ip) with 10 mg/kg lead acetate or saline daily for 7 consecutive days. Twenty-four hours after the last treatment, the saline and lead-treated mice received an injection of MK-801 (0.01 mg/kg, ip) or saline and were tested in forced swimming and in open-field tests. Immobility time was similarly reduced in the saline-MK-801, Pb-saline and Pb-MK-801 groups compared to the saline-saline group (mean ± SEM; 197.3 ± 18.5, 193.5 ± 15.8, 191.3 ± 12.3 and 264.0 ± 14.4 s, respectively; N = 9). These data indicate that lead may exert its effect on the forced swimming test by directly or indirectly inhibiting the NMDA receptor complex. Lead treatment caused no deficit in memory of habituation and did not affect locomotor activity in an open-field (N = 14). However, mice that received MK-801 after lead exhibited a deficit in habituation (22% reduction in rearing responses between session 3 and 1; N = 14) as compared to control (41% reduction in rearing responses; N = 15), further suggesting that lead may have affected the NMDA receptor activity. Forced-swim immobility in a basin in two daily consecutive sessions was also significantly decreased by lead exposure (mean ± SEM; day 1 = 10.6 ± 3.2, day 2 = 19.6 ± 3.6; N = 16) as compared to control (day 1 = 18.4 ± 3.8, day 2 = 34.0 ± 3.7; N = 17), whereas the number of crossings was not affected by lead treatment, further indicating a specific antidepressant-like action of lead.