Low lead levels stunt neuronal growth in a reversible manner.

The developing brain is particularly susceptible to lead toxicity; however, the cellular effects of lead on neuronal development are not well understood. The effect of exposure to nanomolar concentrations of lead on several parameters of the developing retinotectal system of frog tadpoles was tested. Lead severely reduced the area and branchtip number of retinal ganglion cell axon arborizations within the optic tectum at submicromolar concentrations. These effects of lead on neuronal growth are more dramatic and occur at lower exposure levels than previously reported. Lead exposure did not interfere with the development of retinotectal topography. The deficient neuronal growth does not appear to be secondary to impaired synaptic transmission, because concentrations of lead that stunted neuronal growth were lower than those required to block synaptic transmission. Subsequent treatment of lead-exposed animals with the chelating agent 2,3-dimercaptosuccinic acid completely reversed the effect of lead on neuronal growth. These studies indicate that impaired neuronal growth may be responsible in part for lead-induced cognitive deficits and that chelator treatment counteracts this effect.

Lead: Inorganic Chemistry

The article covers basic inorganic chemistry of lead. As an introduction, the properties and historical uses of metallic lead are discussed, followed by aspects of lead toxicity, including the toxicity origins and effects of lead poisoning. Properties of lead as a heavy p-block element are discussed, with emphasis on the modern view of the so-called “inert pair effect”, including its origin, the influence on stability of lead oxidation states, and on the coordination chemistry of lead(II), viz., “sterically active lone pair”. This is followed by an overview of lead inorganic compounds, including halides, pseudohalides, oxides and chalcogenides, hydroxides and their chalcogenide analogs, alkoxides, oxoacids, O-donors, S- and Se-donors, Group 15 donors, compounds with lead-transition metal bonds, and finally metallic clusters (Zintl phases). This is by no means a comprehensive review, rather compounds representative for each class were presented. In most sections, structural aspects of each class of compounds are discussed, followed by applications, with the focus on modern uses in material science.

Hematobiochemical changes of lead Poisoning and amelioration with Coconut ( Cocos nucifera L.) Water in wistar albino rats

To determine the ameliorative effect of coconut water on haematobiochemical changes due to lead poisoning in wistar albino rats for six weeks, sixty rats were assigned to four groups. 0.10g/l of lead and 75ml coconut ( cocus nucifera l.) water were given orally for six weeks. The mean values of red blood cells, mean corpuscular volume, mean corpuscular haemoglobin, mean corpuscular haemoglobin concentration, red blood cell distribution width and platelets (8.10±0.63(×106μl), 52.7±0.87(μm3), 17.9±0.56(pg), 34.73±0.65(g/dl), 17.90±0.67(%) and 670.00±42.22(×103μl) respectively) reduced in lead treated rats when compared with control mean values (8.41 ± 0.90(×106μl), 56.60 ± 1.55(μm3), 19.33 ± 0.82(pg), 34.93 ± 0.90(g/dl), 18.27 ± 0.73(%) and 818.33± 123.68(×103μl) respectively ) and these values increased in75ml coconut water only group and the group of 0.10g/l lead + 75ml coconut water except mean corpuscular haemoglobin, mean corpuscular haemoglobin concentration, and red blood cell distribution width of the 75ml coconut water only. The mean values of white blood cells, lymphocytes, total cholesterol, triglyceride, high density lipoprotein-cholesterol, low density lipoprotein-cholesterol, low density lipoprotein-cholesterol/high density lipoproteincholesterol and total cholesterol/high density lipoprotein-cholesterol increased (12.23±0.57(×103μl), 79.83±3.87(%), 64.66±6.01(mg/dl), 89.00±7.94(mg/dl), 22.67±6.93(mg/dl), 21.00±4.58(mg/dl), 1.29±0.62 and 3.36±0.83 respectively ) in the lead group when compared with mean values of control group (5.83±0.74(×103μl), 69.07±10.57(%), 54.00±4.04(mg/dl), 97.33±11.34(mg/dl), 20.00±3.06(mg/dl), 17.00±6.51(mg/dl), 0.97±0.41 and 2.87±0.55 respectively) but the mean values decreased when compared with the mean values of group of 75ml coconut water only and group of 0.10g/l lead + 75ml coconut water, except the mean values of high density lipoprotein-cholesterol. These results indicate that coconut water could ameliorate effects of lead toxicity

Exposição profissional ao chumbo : análise da indução de efeitos genotóxicos

RESUMO - A exposição contínua a substâncias químicas tem consequências para a saúde humana, algumas das quais não estão ainda totalmente estabelecidas. A toxicologia ocupacional é uma área interdisciplinar que envolve conhecimentos de higiene e de medicina ocupacional, de epidemiologia e de toxicologia e que tem por principal objectivo prevenir a ocorrência de efeitos adversos decorrentes do ambiente ocupacional sendo um dos seus principais papéis fornecer o máximo de dados que possam contribuir para o conhecimento dos potenciais efeitos na saúde. O chumbo é um tóxico de características cumulativas que provoca na saúde efeitos principalmente sistémicos, ou seja, o efeito tóxico manifesta-se em locais afastados do contacto inicial que resultam essencialmente de exposições crónicas, resultantes de períodos de exposição mais ou menos longos ao metal (entre meses e anos). Pode interagir com diferentes órgãos e tecidos, ligando-se a moléculas e constituintes celulares. Uma vez que não possui qualquer função fisiológica, a presença do chumbo no organismo humano resulta numa série de efeitos prejudiciais que afectam diversos órgãos e sistemas. A toxicidade do chumbo manifesta-se em diversos órgãos e tecidos, nomeadamente no sistema hematopoiético, no sistema nervoso, no rim, no aparelho reprodutor, no sistema cardiovascular, no sistema endócrino e no sistema imunitário. Da interferência do chumbo com o funcionamento de alguns sistemas biológicos resultam um conjunto de alterações fundamentais ao nível dos processos de transporte através das membranas, da integridade estrutural e funcional das enzimas e de várias vias metabólicas, em especial da fosforilação oxidativa e da síntese do heme sendo os primeiros efeitos bioquímicos do chumbo detectados a partir de valores de plumbémia inferiores a 10 μg/dL. As medidas de higiene e segurança actualmente em vigor nos países desenvolvidos asseguram que os casos de intoxicação grave são cada vez menos frequentes. No entanto, o risco de exposição a nível ocupacional existe em todas as actividades que envolvem materiais que o contenham como as explorações mineiras, as fundições primária e secundária, a produção de baterias de chumbo ácido, a produção de vidro com pigmentos de chumbo, as soldaduras de reparação automóvel e a instrução de tiro. Desde 2006 o chumbo é considerado pela International Agency for Research on Cancer (IARC) uma substância carcinogénica do grupo 2A (provável carcinogénio para o ser humano). Considera-se, assim, que o chumbo tem, inequivocamente, capacidade de induzir cancro em animais experimentais mas que, embora haja fortes indícios de que os mecanismos que medeiam a carcinogénese desses compostos ocorrem no ser humano, os dados disponíveis ainda não podem assegurar essa relação. Com este estudo pretendeu-se contribuir para o conhecimento da toxicidade do chumbo através do estudo da exposição ao chumbo e da influência da susceptibilidade individual (em industrias sem co-exposição significativa a outros agentes conhecidos ou suspeitos de serem carcinogénicos). Pretendeu-se estudar o caso através de uma abordagem múltipla que permitisse relacionar diferentes tipos de marcadores biológicos uma vez que a monitorização biológica integra todas as possíveis vias de entrada no organismo (para além da via respiratória), eventuais exposições fora do contexto estritamente profissional assim como uma série de factores intrínsecos individuais (relacionados com modos de via, de natureza fisiológica e comportamentais). Sendo a co-exposição a outros compostos com propriedades genotóxicas e carcinogénicas uma questão difícil de tornear quando se quer avaliar o potencial genotóxico do chumbo em populações expostas, ocupacional ou ambientalmente este estudo tem a vantagem de ter sido efectuado em populações sem co-exposição conhecida a outras substâncias deste tipo, permitindo concluir sobre os efeitos resultantes apenas da exposição a chumbo na população humana, contribuindo para explicar algumas das aparentes inconsistências e contradições entre diferentes estudos sobre este tema. Os indicadores de exposição usados foram: indicadores de dose interna (doseamento de chumbo e de PPZ no sangue), indicadores de efeitos adversos no heme e genotóxicos (actividade da ALAD, teste do cometa e mutação em TCR) e indicadores de susceptibilidade (polimorfismos genéticos de ALAD e VDR) através de uma abordagem estatística de comparação directa de sub-grupos previamente definidos na população e da aplicação de um modelo de regressão múltipla. Este estudo revelou que os níveis de plumbémia na população portuguesa baixaram significativamente nos últimos 10 anos, tanto na população ocupacionalmente exposta como na população em geral e que a presença do genótipo B-B (do gene VDR) é preditiva das variações de plumbémia, quando comparada com o genótipo mais frequente na população, B-b; ao contrário, o genótipo b-b não aparenta ter influência em nenhum dos marcadores estudados. No que diz respeito a efeitos genotóxicos concluiu-se que estes não se manifestaram na população estudada, levando a concluir que nos níveis de exposição estudados, o chumbo não tem capacidade de induzir este tipo de efeitos per si levando ao reforço da hipótese, já levantada por outros autores, de que o mecanismo de genotoxicidade do chumbo seja essencialmente de promoção de processos de genotoxicidade desencadeados por outros agentes. A realização de estudos de efeitos genotóxicos e de stress oxidativo desenhados de forma a comparar grupos de trabalhadores expostos apenas a chumbo com grupos de trabalhadores com o mesmo nível de exposição a chumbo, mas com co-exposição a outros agentes reconhecidamente carcinogénicos poderá ajudar a aumentar o conhecimento deste efeito do chumbo na saúde humana.

Heavy metal ions are potent inhibitors of protein folding.

Environmental and occupational exposure to heavy metals such as cadmium, mercury and lead results in severe health hazards including prenatal and developmental defects. The deleterious effects of heavy metal ions have hitherto been attributed to their interactions with specific, particularly susceptible native proteins. Here, we report an as yet undescribed mode of heavy metal toxicity. Cd2+, Hg2+ and Pb2+ proved to inhibit very efficiently the spontaneous refolding of chemically denatured proteins by forming high-affinity multidentate complexes with thiol and other functional groups (IC(50) in the nanomolar range). With similar efficacy, the heavy metal ions inhibited the chaperone-assisted refolding of chemically denatured and heat-denatured proteins. Thus, the toxic effects of heavy metal ions may result as well from their interaction with the more readily accessible functional groups of proteins in nascent and other non-native form. The toxic scope of heavy metals seems to be substantially larger than assumed so far.

Effects of chemical variations in aquatic environments.

Project 18050 DYC.

Efeitos da exposição ao chumbo no sistema reprodutivo de Chrysomus ruficapillus (AVES: Icteridae)

O chumbo é um metal pesado que constitui um dos grandes problemas ambientais em termos de poluição atmosférica, aquática e terrestre. O impacto da exposição ao chumbo tem consequências nas características morfológicas e bioquímicas deem aves, porém são escassos os estudos sobre os efeitos no sistema reprodutivo das aves. O objetivo deste trabalho é avaliar os efeitos do acetato de chumbo em parâmetros de integridade, histopatologia e bioquímica emnas células espermáticas. Foram coletadas 36 aves silvestres (Chrysomus ruficapillus) adultos, machos e expostas em gaiolas. Foi administrada uma dose única de 50 e 100 mg/kg de acetato de chumbo através de uma injeção intraperitoneal e o grupo controle recebeu uma injeção de solução salina. Após sete dias da administração das doses, foi realizada a coleta dos ductos deferentes e testículos para as análises nas células espermáticas. Os resultados mostraram que houve deterioração na integridade da membrana e DNA, e diminuição da funcionalidade mitocondrial nos testículos das aves expostas ao acetato de chumbo nas duas doses do estudo (P<0,05). Na histopatologia foi observada diminuição na quantidade de células dos estágios de desenvolvimento da espermatogênese, além de patologias nas mesmas. Observou-se danos oxidativos nas aves tratadas com 100mg/kg e um aumento da peroxidação lipídica nos testículos. Portanto, o acetato de chumbo causou efeitos negativos no aparelho reprodutivo de Chrysomus ruficapillius

Evaluation of the role of glutathione in the lead-induced toxicity in saccharomyces cerevisiae

The effect of intracellular reduced glutathione (GSH) in the lead stress response of Saccharomyces cerevisiae was investigated. Yeast cells exposed to Pb, for 3 h, lost the cell proliferation capacity (viability) and decreased intracellular GSH level. The Pb-induced loss of cell viability was compared among yeast cells deficient in GSH1 (∆gsh1) or GSH2 (∆gsh2) genes and wild-type (WT) cells. When exposed to Pb, ∆gsh1 and ∆gsh2 cells did not display an increased loss of viability, compared with WT cells. However, the depletion of cellular thiols, including GSH, by treatment of WT cells with iodoacetamide (an alkylating agent, which binds covalently to thiol group), increased the loss of viability in Pb-treated cells. In contrast, GSH enrichment, due to the incubation of WT cells with amino acids mixture constituting GSH (l-glutamic acid, l-cysteine and glycine), reduced the Pb-induced loss of proliferation capacity. The obtained results suggest that intracellular GSH is involved in the defence against the Pb-induced toxicity; however, at physiological concentration, GSH seems not to be sufficient to prevent the Pb-induced loss of cell viability.

Saccharomyces cerevisiae Mutants Affected in Vacuole Assembly or Vacuolar H+-ATPase are Hypersensitive to Lead (Pb) Toxicity

Lead is an important environmental pollutant. The role of vacuole, in Pb detoxification, was studied using a vacuolar protein sorting mutant strain (vps16D), belonging to class C mutants. Cells disrupted in VPS16 gene, did not display a detectable vacuolar-like structure. Based on the loss of cell proliferation capacity, it was found that cells from vps16D mutant exhibited a hypersensitivity to Pb-induced toxicity, compared to wild type (WT) strain. The function of vacuolar H?-ATPase (VATPase), in Pb detoxification, was evaluated using mutants with structurally normal vacuoles but defective in subunits of catalytic (vma1D or vma2D) or membrane domain (vph1D or vma3D) of V-ATPase. All mutants tested, lacking a functional V-ATPase, displayed an increased susceptibility to Pb, comparatively to cells from WT strain. Modification of vacuolar morphology, in Pb-exposed cells, was visualized using a Vma2p-GFP strain. The treatment of yeast cells with Pb originated the fusion of the medium size vacuolar lobes into one enlarged vacuole. In conclusion, it was found that vacuole plays an important role in the detoxification of Pb in Saccharomyces cerevisiae; in addition, a functional V-ATPase was required for Pb compartmentalization.

Lead acetate toxicity in vitro: Dependence on the cell composition of the cultures.

It is well known that exposure to low doses of lead causes long-lasting neurobehavioural deficits, but the cellular changes underlying these behavioural changes remain to be elucidated. A protective role of glial cells on neurons through lead sequestration by astrocytes has been proposed. The possible modulation of lead neurotoxicity by neuron-glia interactions was examined in three-dimensional cultures of foetal rat telencephalon. Mixed-brain cell cultures or cultures enriched in either neurons or glial cells were treated for 10 days with lead acetate (10(-6) m), a concentration below the limit of cytotoxicity. Intracellular lead content and cell type-specific enzyme activities were determined. It was found that in enriched cultures neurons stored more lead than glial cells, and each cell type alone stored more lead than in co-culture. Moreover, glial cells but not neurons were more affected by lead in enriched culture than in co-culture. These results show that neuron-glia interactions attenuate the cellular lead uptake and the glial susceptibility to lead, but they do not support the idea of a protective role of astrocytes.

Lead acetate toxicity in vitro: Dependence on the cell composition of the cultures.

It is well known that exposure to low doses of lead causes long-lasting neurobehavioural deficits, but the cellular changes underlying these behavioural changes remain to be elucidated. A protective role of glial cells on neurons through lead sequestration by astrocytes has been proposed. The possible modulation of lead neurotoxicity by neuron-glia interactions was examined in three-dimensional cultures of foetal rat telencephalon. Mixed-brain cell cultures or cultures enriched in either neurons or glial cells were treated for 10 days with lead acetate (10(-6) m), a concentration below the limit of cytotoxicity. Intracellular lead content and cell type-specific enzyme activities were determined. It was found that in enriched cultures neurons stored more lead than glial cells, and each cell type alone stored more lead than in co-culture. Moreover, glial cells but not neurons were more affected by lead in enriched culture than in co-culture. These results show that neuron-glia interactions attenuate the cellular lead uptake and the glial susceptibility to lead, but they do not support the idea of a protective role of astrocytes.

Single versus multiple occupancy - Effects on toxicity parameters measured on Eisenia fetida in lead nitrate-treated soil

The mortality (7 and 14 d), weight change (7 and 14 d), and metal uptake of Eisenia fetida (Savigny, 1826) kept in Pb(NO3)(2)-treated Kettering loam soil in single- and multiple-occupancy (10 earthworms) test containers were determined. The number of earthworms to dry mass (g) ratio of soil was 1:50 in both sets of test containers. Lead concentrations were in the nominal range of 0 to 10,000 mg Pb/kg soil (mg/kg hereafter). Levels of mortality at a given concentration were statistically identical between the single- and multiple-occupancy tests, except at 1,800 mg/kg, at which significantly (p less than or equal to 0.05) more mortality occurred in the multiple-occupancy tests. Death of individual earthworms in the multiple-occupancy tests did not trigger death of the other earthworms in that soil. The LC50 values (concentration statistically likely to kill 50% of the population) were identical between the multiple- and single-occupancy soils: 2,662 mg/kg (2,598-2,984, 7 d) and 2,589 mg/kg (2,251-3,013, 14 d) for the multiple-occupancy soils and 2,827 mg/kg (2,443-3,168, both 7 and 14 d) for the single-occupancy soils (values in brackets represent the 95% confidence intervals). Data were insufficient to calculate the concentration statistically likely to reduce individual earthworm mass by 50% (EC50), but after 14 d, the decrease in earthworm weight in the 1,800 and 3,000 mg/kg tests was significantly greater in the multiple- than in the single-occupancy soils. At 1,000, 1,800, and 3,000 mg/kg tests, earthworm Pb tissue concentration was significantly (p less than or equal to 0.05) greater in earthworms from the multiple-occupancy soils. The presence of earthworms increased the NH3 content of the soil; earthworm mortality increased NH3 concentrations further but not to toxic levels.

Lead (pb) toxicity in saccharomyces cerevisiae: the role of cell wall

O chumbo é utilizado em muitos produtos, tais como baterias, gasolina, tintas e corantes, resultando na sua libertação no meio ambiente. Neste trabalho, foi examinado o papel da parede celular da levedura Saccharomyces cerevisiae como uma barreira ou como alvo da toxicidade do chumbo. A biodisponibilidade do Pb é muito reduzida pelos componentes do meio de cultura YEPD, o que dificulta a avaliação da toxicidade deste elemento em concentrações ambientalmente realistas. Para avaliar a toxicidade de Pb em S. cerevisiae, em condições de crescimento, foram efetuadas diferentes diluições (10-100 vezes) do meio YEPD, as quais foram misturadas com várias concentrações de Pb (0,1-1,0 mmol/l). Observou-se que o YEPD diluído 25 vezes constituía a melhor condição de compromisso entre o crescimento celular e a precipitação de Pb. Os genes CWP1 e CWP2 codificam para duas grandes manoproteínas da parede celular da levedura S. cerevisiae; a deleção destes genes CWP aumenta a permeabilidade da parede celular. A suscetibilidade de células de levedura interrompidas no gene CWP1 (estirpe cwp1Δ) ou CWP2 (estirpe cwp2Δ) foi comparada com a da estirpe, isogénica, selvagem (WT). Verificou-se que o crescimento das estirpes cwp1Δ e cwp2Δ, no meio de cultura YEPD 25 vezes diluído, na presença de Pb, não diferiu do crescimento da estirpe WT. Este resultado sugere que a alteração da permeabilidade da parede celular não altera a sensibilidade de células de levedura ao Pb. Foi investigada o impacto do Pb na parede celular de levedura. Para este efeito, comparou-se a suscetibilidade ao dodecil sulfato de sódio (SDS), ao calcofluor (CFW) e a uma enzima que degrada a parede da célula (liticase), em células da estirpe WT não expostas ou expostas a Pb durante 4, 8 ou 24 h. Além disso, o conteúdo de quitina da parede celular de levedura foi investigada por coloração das células com CFW. Os resultados não mostraram uma alteração da suscetibilidade ao SDS e ao CFW, nas células tratadas com Pb; contudo, nas células tratadas durante 24 h com Pb, observou-se um aumento da sensibilidade à liticase e um aumento da coloração com CFW. Estes resultados sugerem que o chumbo interage com a parede celular da levedura e influencia a sua composição. Deve ser levado a cabo trabalho adicional a fim de confirmar estes resultados.