Interaction of glucose and long chain fatty acids (C18) on antioxidant defences and free radical damage in porcine vascular smooth muscle cells in vitro.

Aims/hypothesis: Abnormalities of glucose and fatty acid metabolism in diabetes are believed to contribute to the development of oxidative stress and the long term vascular complications of the disease therefore the interactions of glucose and long chain fatty acids on free radical damage and endogenous antioxidant defences were investigated in vascular smooth muscle cells. Methods: Porcine vascular smooth muscle cells were cultured in 5 mmol/l or 25 mmol/l glucose for ten days. Fatty acids, stearic acid (18:0), oleic acid (18:1), linoleic acid (18:2) and gamma-linolenic acid (18:3) were added with defatted bovine serum albumin as a carrier for the final three days. Results. Glucose (25 mmol/l) alone caused oxidative stress in the cells as evidenced by free radical-mediated damage to DNA, lipids, and proteins. The addition of fatty acids (0.2 mmol/l) altered the profile of free radical damage; the response was J-shaped with respect to the degree of unsaturation of each acid, and oleic acid was associated with least damage. The more physiological concentration (0.01 mmol/l) of gamma-linolenic acids was markedly different in that, when added to 25 mmol/l glucose it resulted in a decrease in free radical damage to DNA, lipids and proteins. This was due to a marked increase in levels of the antioxidant, glutathione, and increased gene expression of the rate-limiting enzyme in glutathione synthesis, gamma-glutamylcysteine synthetase. Conclusion/Interpretation: The results clearly show that glucose and fatty acids interact in the production of oxidative stress in vascular smooth muscle cells.

Synergistic action of olive oil supplementation and dietary restriction on serum lipids and cardiac antioxidant defences

Caloric intake is higher than recommended in many populations. Therefore, enhancing olive oil intake alone may not be the most effective way to prevent cardiovascular diseases. The purpose of the present study was to analyse the association of olive oil and dietary restriction on lipid profile and myocardial antioxidant defences. Male Wistar rats (180-200 g, n = 6) were divided into 4 groups: control ad libitum diet (C), 50% restricted diet (DR), fed ad libitum and supplemented with olive oil (3 mL/(kg-day)) (OO), and 50% restricted diet and supplemented with olive oil (DROO). After 30 days of treatments, OO, DR, and DROO groups had increased total cholesterol and high-density lipoprotein cholesterol concentrations. DR and DROO animals showed decreased low-density lipoprotein cholesterol. DROO had the lowest low-density lipoprotein cholesterol concentration. Total lipids and triacylglycerols were raised by dietary restriction and diminished by olive oil. OO rats had higher myocardial Superoxide dismutase and lower catalase and glutathione peroxidase activities than C rats. DR and DROO showed enhanced cardiac Superoxide dismutase, catalase, and glutathione peroxidase activities from the control. Olive oil supplementation alone improved the lipid profile but was more effective when coupled with dietary restriction. There was a synergistic beneficial action of dietary restriction and olive oil on serum lipids and myocardial antioxidant defences.

Echinacea intake induces an immune response through altered expression of leucocyte hsp70, increased white cell counts and improved erythrocyte antioxidant defences

Objective: To study the effect of Echinacea tablets on the expression of leucocyte heat shock protein 70 (hsp70), erythrocyte haemolysis, plasma antioxidant status, serum chemistry, haematological values and plasma alkylamide concentrations. Method: Eleven healthy individuals (26-61 years of age) were evaluated at baseline (day 1) and on day 15 after consuming two commercially blended Echinacea tablets daily for 14 days. Results: Echinacea supplementation enhanced the fold increase in leucocyte hsp70 expression after a mild heat shock (P=0.029). White cell counts (WCC) were also increased (P=0.043). We also observed a preventative effect against free radical induced erythrocyte haemolysis (P=0.006) indicative of an antioxidant effect. Conclusion: The pilot study suggests that Echinacea may invoke an immune response through altered expression of hsp70 and increased WCC.

Cyclosporine A induced changes to plasma and erythrocyte antioxidant defences

Organ transplant recipients develop pronounced cardiovascular disease, and decreased antioxidant capacity in plasma and erythrocytes is associated with the pathogenesis of this disease. These experiments tested the hypothesis that the immunosuppressant cyclosporine A (CsA) alters erythrocyte redox balance and reduces plasma antioxidant capacity. Female Sprague-Dawley rats were randomly assigned to a control or CsA treated group. Treatment animals received 25 mg/kg/day of CsA via intraperitoneal injection for 18 days. Control rats were injected with the same volume of the vehicle. Three hours after the final CsA injection, rats were exsanguinated and plasma analysed for total antioxidant status (TAS), alpha-tocopherol, malondialdehyde (MDA), and creatinine. Erythrocytes were analysed for superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPX) and glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) activities, alpha-tocopherol, and MDA. CsA administration resulted in a significant (P < 0.05) decrease in plasma TAS and significant increases (P < 0.05) in plasma creatinine and MDA. Erythrocyte CAT was significantly (P < 0.05) increased in CsA treated rats compared to controls. There were no significant differences (P > 0.05) in erythrocyte SOD, GPX, G6PD, alpha-tocopherol or MDA between groups. In summary, CsA alters erythrocyte antioxidant defence and decreases plasma total antioxidant capacity.

Antioxidant responses to an acute ultra-endurance exercise: Impact on DNA stability and indications for an increased need for nutritive antioxidants in the early recovery phase

Antioxidant requirements have neither been defined for endurance nor been defined for ultra-endurance athletes. To verify whether an acute bout of ultra-endurance exercise modifies the need for nutritive antioxidants, we aimed (1) to investigate the changes of endogenous and exogenous antioxidants in response to an Ironman triathlon; (2) to particularise the relevance of antioxidant responses to the indices of oxidatively damaged blood lipids, blood cell compounds and lymphocyte DNA and (3) to examine whether potential time-points of increased susceptibility to oxidative damage are associated with alterations in the antioxidant status. Blood that was collected from forty-two well-trained male athletes 2 d pre-race, immediately post-race, and 1, 5 and 19 d later was sampled. The key findings of the present study are as follows: (1) Immediately post-race, vitamin C, alpha-tocopherol, and levels of the Trolox equivalent antioxidant capacity, the ferric reducing ability of plasma and the oxygen radical absorbance capacity (ORAC) assays increased significantly. Exercise-induced changes in the plasma antioxidant capacity were associated with changes in uric acid, bilirubin and vitamin C. (2) Significant inverse correlations between ORAC levels and indices of oxidatively damaged DNA immediately and 1 d post-race suggest a protective role of the acute antioxidant responses in DNA stability. (3) Significant decreases in carotenoids and gamma-tocopherol 1 d post-race indicate that the antioxidant intake during the first 24 h of recovery following an acute ultra-endurance exercise requires specific attention. Furthermore, the present study illustrates the importance of a diversified and well-balanced diet to maintain a physiological antioxidant status in ultra-endurance athletes in reference to recommendations.

Biofloc contribution to antioxidant defence status, lipid nutrition and reproductive performance of broodstock of the shrimp Litopenaeus stylirostris: Consequences for the quality of eggs and larvae

The aim of this study was to determine biofloc contributions to the antioxidant status and lipid nutrition of broodstock of Litopenaeus stylirostris in relationship with their reproductive performance and the health of larvae produced. Shrimp broodstock reared with Biofloc technology (BFT) compared to Clear water (CW) exhibited a higher health status with (i) a better final survival rate during the reproduction period (52.6% in CW against 79.8% in BFT); (ii) higher glutathione level (GSH) and total antioxidant status (TAS), reduced oxidized/reduced glutathione ratio and a higher spawning rate and frequency as well as higher gonado-somatic index and number of spawned eggs. Finally, larvae from broodstock from BFT exhibited higher survival rates at the Zoe 2 (+ 37%) and Post Larvae 1 (+ 51%) stages when compared with those from females from CW treatment. The improved reproductive performance of the broodstock and higher larvae survival rate resulting from BFT treatment may be linked to the dietary supplement obtained by the shrimp from natural productivity during BFT rearing. Indeed, our study confirms that biofloc particulates represent a potential source of dietary glutathione and a significant source of lipids, particularly essential phospholipids and n-3 highly unsaturated fatty acids (HUFA) for shrimps. Thus, broodstock from BFT treatment accumulated phospholipids, n-3 HUFA and arachidonic acid, which are necessary for vitellogenesis, embryogenesis and pre-feeding larval development. The predominant essential fatty acids, arachidonic acid (ARA), eicopentaeonic acid (EPA) and docosahexaenoic acid (DHA), had levels in the eggs that were, respectively, 2.5, 2.8 and 3 fold higher for BFT compared to the CW treatment. Statement of Relevance Today, the influence of biofloc technology on shrimp broodstock is not enough described and no information was available on the larvae quality. Moreover, two key pieces of new information emerge from the present study. Firstly, biofloc is a source of further dietary lipids that can act as energetic substrates, but also as a source of phospholipids and essential fatty acids necessary to sustain reproduction, embryonic and larval development. Second, improving the reproduction of the broodstock also leads to an improvement in the quality of the larvae. We think that our research is new and important to increase knowledge on biofloc topic. We believe the paper will contribute to the development of more efficient and therefore more sustainable systems.

Efeito antimutagênico, antigenotóxico, antiobesidade e antioxidante da Ilex paraguariensis (erva-mate)

O extrato aquoso de erva-mate, obtido a partir de folhas secas de Ilex paraguariensis, é uma bebida amplamente consumida na América do Sul. Inicialmente, nosso objetivo foi caracterizar os compostos presentes nas amostras de erva-mate disponíveis no mercado brasileiro (CH: chimarrão; T: chá mate torrado; G: chá mate torrado, comercialmente acondicionado em garrafas ou C: em copos; TS: chá mate torrado solúvel A mutagenicidade, citotoxicidade e antimutagenicidade de todas as amostras também foram avaliadas atavés do Teste de Ames na presença e na ausência de ativação metabólica. Em seguida, analisamos a amostra TS (2,5, 5,0 e 10 mg/mL) quanto a sua atividade antioxidante e antigenotóxica. Além disso, avaliamos também os efeitos da amostra TS sobre a sinalização da leptina e da insulina no hipotálamo e o estresse oxidativo hepático de ratos adultos obesos programados pela superalimentação neonatal (S). Para induzir S, o tamanho da ninhada foi reduzido a três filhotes por lactante e as ninhadas com número padrão de filhotes (dez/lactante) foram utilizadas como controle. Aos 150 dias de vida, as proles S foram subdivididas em: TS - tratados com extrato aquoso de erva-mate (1g/kg de peso corporal/dia, por gavagem) e S - recebendo água por gavagem durante 30 dias. A prole controle (C) também recebeu água nas mesmas condições do grupo S. Em nossos resultados, verificamos a presença de ácido clorogênico, cafeína e teobromina em todas as amostras analisadas. O conteúdo de compostos fenólicos nas infusões estudadas foram CH: 5,140,23; T: 4,330,01; G: 0,930,25; C: 0,800,3 e TS: 8,350,5 mg/ml. Não observamos efeito mutagênico ou citotóxico nas amostras analisadas. Um efeito antimutagênico significativo foi observado para a cepa TA97 (pré-, co- e pós-tratamento), na presença de ativação metabólica, em todas as amostras testadas. A amostra TS também apresentou um efeito antimutagênico significativo para a TA102 (pré-, co-e e pós-tratamento), na presença de ativação metabólica. Na análise exclusiva da amostra TS, observamos uma atividade antioxidante quando utilizado o ensaio de DPPH, apresentando IC50 69,3+3,1 μg/ml. Além disso, a amostra TS apresentou um efeito protetor sobre a quebra do DNA plasmidial induzida por radicais superóxido e hidroxila, de maneira dose dependente. No teste do cometa, detectamos um efeito antigenotóxico induzido pelo TS em cultura primária de células epiteliais de esôfago. Em nossos testes in vivo observamos que os animais TS não desenvolveram sobrepeso, obesidade visceral e hiperfagia. A resistência hipotalâmica à leptina não foi significativamente revertida, porém a resistência à insulina foi minimizada pelo tratamento com TS no grupo programado pela S. No fígado, TS normalizou as atividades das enzimas antioxidantes (SOD, GPx e CAT) e diminuiu os marcadores de estresse oxidativo, MDA e 4-HNE. O tratamento com TS também reduziu o conteúdo de glicogênio e triglicerídios hepáticos. Nossos resultados sugerem que a erva-mate foi capaz de proteger o DNA contra danos oxidativos, aumentou as defesas antioxidantes, melhorou a função hepática em ratos superalimentados na lactação, talvez através da modulação da sinalização hipotalâmica da insulina podendo ser, portanto, uma importante ferramenta para prevenção e tratamento de doenças relacionadas ao estresse oxidativo.

Glucose-induced oxidative stress in mesangial cells.

Background: Hyperglycaemia is a well recognized pathogenic factor of long term complications in diabetes mellitus. Hyperglycaemia not only generates reactive oxygen species but also attenuates antioxidant mechanisms creating a state of oxidative stress. Methods: Porcine mesangial cells were cultured in high glucose (HG) for ten days to investigate the effects on the antioxidant defences of the cell. Results: Mesangial cells cultured in HG conditions had significantly reduced levels of glutathione (GSH) compared with those grown in normal glucose (NG). The reduced GSH levels were accompanied by decreased gene expression of both subunits of gamma-glutamylcysteine synthetase (gamma-GCS), the rate-limiting enzyme in de novo synthesis of GSH. Elevated levels of intracellular malondialdehyde (MDA) were found in cells exposed to HG conditions. HG also caused elevated mRNA levels of the antioxidant enzymes CuZn superoxide dismutase (SOD) and MnSOD. These changes were accompanied by increased mRNA levels of extracellular matrix proteins (ECM), fibronectin (FN) and collagen IV (CIV). Addition of antioxidants to high glucose caused a significant reversal of FN and CIV gene expression; alpha-lipoic acid also upregulated gamma-GCS gene expression and restored intracellular GSH and MDA levels. Conclusions: We have demonstrated the existence of glucose induced-oxidative stress in mesangial cells as evidenced by elevated MDA and decreased GSH levels. The decreased levels of GSH are as a result of decreased mRNA expression of gamma-GCS within the cell. Antioxidants caused a significant reversal of FN and CIV gene expression suggesting an aetiological link between oxidative stress and increased ECM protein synthesis.

Methodologies for a sustainable development of estuarine ecosystems

As zonas costeiras, estuarinas e lagunares são consideradas áreas muito produtivas e dotadas de grande biodiversidade sendo, por isso, consideradas de elevado valor ecológico e económico. No entanto, nas últimas décadas tem vindo a verificar-se um aumento da contaminação destes ecossistemas como resultado de diversas actividades antrópicas. As abordagens actualmente disponíveis para avaliação do impacto da poluição em ecossistemas estuarinos e lagunares apresentam diversos tipos de lacunas, pelo que é importante desenvolver metodologias mais eficazes com organismos autóctones. Neste contexto, o objectivo central desta dissertação consistiu em desenvolver e validar métodos ecologicamente relevantes para avaliação da contaminação estuarina e dos seus efeitos, utilizando o góbio-comum (Pomatoschistus microps), quer como organismo-teste quer como espécie sentinela, devido à importante função que desempenha nas cadeias tróficas de diversos estuários da costa Portuguesa. A Ria de Aveiro foi seleccionada como área de estudo principalmente pelo facto de possuir zonas com diferentes tipos de contaminação predominante e de haver conhecimento científico de base abundante e de elevada qualidade sobre este ecosistema. Na primeira fase do estudo, foram investigados os efeitos agudos de dois hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) (benzo[a]pireno e antraceno), de um fuel-óleo e de dois metais (cobre e mercúrio) em P. microps, utilizando ensaios laboratoriais baseados em biomarcadores e em parâmetros comportamentais, os quais foram avaliados utilizando um dispositivo expressamente desenvolvido para o efeito, designado por speed performance device (SPEDE). Como biomarcadores foram utilizados parâmetros envolvidos em funções fisiológicas determinantes para a sobrevivência e desempenho dos animais (neurotransmissão, obtenção de energia, destoxificação e defesas anti-oxidantes), nomeadamente a actividade das enzimas acetilcolinesterase, lactato desidrogenase, CYP1A1, glutationa S-transferases, glutationa reductase, glutationa peroxidase, superóxido dismutase, catalase, tendo ainda sido determinados os níveis de peroxidação lipídica como indicador de danos oxidativos. De forma global, os resultados indicaram que os agentes e a mistura testados têm a capacidade de interferir com a função neurológica, de alterar as vias utilizadas para obtenção de energia celular, induzir as defesas antioxidantes e, no caso do cobre e do mercúrio, de causarem peroxidação lipídica. Foram ainda obtidas relações concentração-resposta a nível dos parâmetros comportamentais testados, nomeadamente a capacidade de nadar contra a corrente e a distância percorrida a nadar contra o fluxo de água, sugerindo que os agentes testados podem, por exemplo, diminuir a capacidade de fuga aos predadores, as probabilidades de captura de presas e o sucesso reprodutivo. Na segunda fase, tendo sido já adaptadas técnicas para determinação de vários biomarcadores em P. microps e estudada a sua resposta a dois grupos de poluentes particularmente relevantes em ecossistemas estuarinos e lagunares (metais e HAPs), foi efectuado um estudo de monitorização utilizando P. microps como bioindicador e que incluiu diversos parâmetros ecológicos e ecotoxicológicos, nomedamente: 20 parâmetros indicativos da qualidade da água e do sedimento, concentração de 9 metais em sedimentos e no corpo de P. microps, 8 biomarcadores e 2 índices de condição na espécie seleccionada. A amostragem foi efectuada em quatro locais da Ria de Aveiro, um considerado como referência (Barra) e três com diferentes tipos predominantes de contaminação (Vagueira, Porto de Aveiro e Cais do Bico), sazonalmente, durante um ano. Os resultados obtidos permitiram uma caracterização ecotoxicológica dos locais, incluindo informação sobre a qualidade da água, concentrações de contaminantes ambientais prioritários nos sedimentos e nos tecidos de P. microps, capacidade desta espécie para bioacumular metais, efeitos exercidos pelas complexas misturas de poluentes presentes em cada uma das zonas de amostragem nesta espécie e possíveis consequências para a população. A análise multivariada permitiu analisar de forma integrada todos os resultados, proporcionando informação que não poderia ser obtida analisando os dados de forma compartimentalizada. Em conclusão, os resultados obtidos no âmbito desta dissertação indicam que P. microps possui características adequadas para ser utilizado como organismoteste em ensaios laboratoriais (e.g. abundância, fácil manutenção, permite a determinação de diferentes tipos de critérios de efeito utilizando um número relativamente reduzido de animais, entre outras) e como organismo sentinela em estudos de monitorização da poluição e da qualidade ambiental, estando portanto de acordo com estudos de menor dimensão previamente efectuados. O trabalho desenvolvido permitiu ainda adaptar a P. microps diversas técnicas bioquímicas vulgarmente utilizadas como biomarcadores em Ecotoxicologia e validá-las quer no laboratório quer em cenários reais; desenvolver um novo bioensaio, utilizando um dispositivo de teste especialmente concebido para peixes epibentónicos baseado na performance natatória de uma espécie autóctone e em biomarcadores; relacionar os efeitos a nível bioquímico com parâmetros comportamentais que ao serem afectados podem reduzir de forma drástica e diversificada (e.g. aumento da mortalidade, diminuição do sucesso reprodutivo, redução do crescimento) a contribuição individual para a população. Finalmente, foi validada uma abordagem multidisciplinar, combinando metodologias ecológicas, ecotoxicológicas e químicas que, quando considerada de forma integrada utilizando análises de estatística multivariada, fornece informação científica da maior relevância susceptível de ser utilizada como suporte a medidas de conservação e gestão em estuários e sistemas lagunares.

Efeitos genotóxicos e bioquímicos de xenobióticos em animais aquáticos

No presente trabalho, foi estudado um largo espectro de efeitos genotóxicos e bioquímicos na tainha-garrento (Liza aurata). Nos Capítulos II e III são descritos os efeitos de exposição de curta duração ao fenantreno, um hidrocarboneto aromático policíclico (HAP). A exposição de curta duração (16 horas) demonstrou a capacidade deste composto induzir a actividade da enzima de fase I da biotransformação, etoxiresorufina O-desetilase (EROD), provocar decréscimos de integridade no ADN hepático e aumento de anomalias nucleares eritrocíticas (ANE). Em termos de respostas de stresse, os níveis plasmáticos de cortisol e glucose aumentaram face à exposição a este HAP. A exposição ao fenantreno induziu o decréscimo da glutationa peroxidase (GPx) nas guelras, enquanto que no fígado a actividade da GPx aumentou. No rim, a actividade da glutationa S-transferase (GST) foi inibida. Nas guelras, verificou-se um aumento da catalase. O fenantreno demonstrou igualmente a capacidade de induzir um aumento dos níveis de glutationa nas guelras e fígado. Estas respostas demonstraram a sensibilidade de L. aurata, a este HAP, realçando a especificidade das respostas em termos de órgãos. Apesar dos aumentos das defesas antioxidantes, o potencial tóxico deste composto foi demonstrado pelo aumento da peroxidação lipídica nos três órgãos. Nos capítulos seguintes, são descritas as respostas de L. aurata capturada na Ria de Aveiro, em locais com diferentes perfis de contaminação, inicialmente no Outono de 2005 (Capítulos III a IX) e posteriormente analisando respostas sazonais (Capítulos X e XI). A análise de respostas de stresse (cortisol, glucose e lactato) revelou que L. aurata capturada em Vagos (local contaminado por HAPs) apresentava níveis baixos de cortisol, enquanto que no Laranjo (local contaminado por mercúrio) apresentavam elevados níveis de glucose e lactato. Relativamente às hormonas do eixo hipotálamo – hipófise – tiróide (HHT), foram observados elevados níveis plasmáticos da hormona estimuladora da tiróide (TSH) nos organismos capturados no Laranjo, baixos níveis de tiroxina (T4) nos organismos da Barra (local sujeito a tráfego naval) e baixos níveis de triiodotironina (T3) no Rio Novo do Príncipe (próximo de um antigo efluente de pasta de papel), Laranjo e Vagos. A avaliação das defesas antioxidantes, dano oxidativo e genotóxico nas guelras, rim e fígado revelou diferenças significativas nas respostas dos órgãos. L. aurata capturada na Barra apresentou dano oxidativo nas guelras (Capítulo V). No rim foi detectada uma diminuição da integridade do ADN no Rio Novo do Príncipe e Vagos (Capítulo VI), enquanto que no fígado foi observado dano lipídico na Gafanha e Vagos (Capítulo VIII). O dano não esteve sempre associado a um decréscimo das defesas. As análises da água e do sedimento da Ria de Aveiro (Outono de 2005) revelaram elevadas concentrações de metais (Cd, Hg, Cu e Zn),principalmente, no Laranjo e Rio Novo do Príncipe. L. aurata capturada nestes locais apresentou os níveis mais elevados de metalotioninas hepáticas (Capítulo VII) que parecem responsáveis pela inexistência de danos no fígado (Capítulo VIII). O dano oxidativo no ADN, avaliado através da quantificação dos níveis plasmáticos de 8-hidroxi-2-desoxiguanosina (8-OHdG) e o dano clastogénico/aneugénico, avaliado através da quantificação da frequência de ANE, foram estudados, no Outono de 2005, em duas espécies de peixes (L. aurata e Dicentrarchus labrax - robalo) (Capítulo IX). Os resultados revelaram grande sensibilidade de D. labrax em termos de dano oxidativo no ADN na Gafanha, Rio Novo do Príncipe e Vagos, enquanto que L. aurata apresentou dano oxidativo apenas no Laranjo. O aumento da frequência de ANE apenas foi detectado em L. aurata, em Vagos, não se tendo detectado correlação entre estes dois parâmetros. O estudo sazonal (Maio de 2006 a Março de 2007) do dano oxidativo no ADN e frequência de ANE em L. aurata (Capítulo X) demonstrou a variação destes parâmetros com a estação do ano, apesar de não se ter verificado correlação com os parâmetros hidrológicos determinados. No entanto, no local de referência não se verificaram diferenças sazonais, o que sugere que estes biomarcadores reflectem variações de biodisponibilidade de contaminantes. A análise global dos resultados das diferentes estações do ano revelou que L. aurata capturada no Rio Novo do Príncipe e em Vagos apresentou maior susceptibilidade a dano oxidativo no ADN. No entanto, apenas L. aurata capturada em Vagos apresentou frequência de ANE superior à do local de referência. Os dados do estudo sazonal revelaram uma correlação entre dano oxidativo e ANE, sugerindo o stresse oxidativo como um possível mecanismo envolvido na formação de anomalias. A integridade do ADN das guelras, rim, fígado e sangue de L. aurata foi igualmente estudada ao longo de um ano (Capítulo XI), tendo-se verificado uma grande variabilidade ao longo deste período. Não foi demonstrada sensibilidade a um perfil de contaminação específico, tendo-se verificando variabilidade sazonal no local de referência. Globalmente, os resultados demonstraram a importância da utilização de uma bateria de biomarcadores na monitorização ambiental e a especificidade da resposta dos diferentes órgãos de L. aurata.

Mercury in feral fish: distribution, accumulation and toxicity

O principal objectivo desta dissertação foi estudar a acumulação de mercúrio em vários tecidos de peixes marinhos, a sua relação com factores biológicos e as respectivas respostas bioquímicas. O trabalho realizado permitiu obter novos conhecimentos sobre a acumulação de mercúrio em peixes, possibilitando avaliar a influência da biodisponibilidade do elemento e as suas possíveis implicações no ambiente. O trabalho foi desenvolvido na Ria de Aveiro (Portugal), uma zona costeira onde existe um gradiente ambiental de mercúrio, o que oferece a oportunidade de estudar a sua acumulação e os seus efeitos tóxicos em condições realísticas. As amostragens foram efectuadas em dois locais considerados críticos em termos de contaminação por mercúrio – Largo do Laranjo (L1 e L2) e num local afastado da principal fonte de poluição, usado como termo de comparação (Referência; R); L1 e L2 corresponderam a locais moderadamente e altamente contaminados, respectivamente. Foram escolhidos juvenis de duas espécies ecologicamente diferentes e representativas da comunidade piscícola local, a tainha garrento (Liza aurata) e o robalo (Dicentrarchus labrax). Em cada local foram recolhidas amostras de água e de sedimento para determinação de mercúrio. Foram quantificadas as concentrações de mercúrio total (T-Hg) e orgânico (O-Hg) em vários tecidos dos peixes, escolhidos tendo em conta a sua função relativamente à toxicocinética e toxicodinâmica de metais. As respostas antioxidantes (Catalase- CAT, glutationa peroxidase- GPx, glutationa reductase- GR, glutationa –S-transferase- GST e conteúdo em glutationa total- GSHt), o dano peroxidativo (LPO) e o conteúdo em metalotioninas (MTs) foram também avaliados. A acumulação de T-Hg foi semelhante para as duas espécies de peixes estudadas, embora D. labrax tenha apresentado concentrações tendencialmente maiores. Ambas as espécies demonstraram capacidade de reflectir o grau de contaminação ambiental existente, indicando claramente que a acumulação depende da concentração ambiental. A acumulação revelou-se específica de cada tecido. O padrão da acumulação em L. aurata foi rim > fígado > músculo > cérebro > guelras > sangue e em D. labrax foi fígado > rim > músculo > cérebro ≈ guelras > sangue. Relativamente à acumulação de OHg, verificou-se que D. labrax exibiu concentrações mais elevadas que L. aurata. Todos os tecidos foram capazes de reflectir diferenças entre R e L2. Os níveis de O-Hg no fígado, músculo e nos conteúdos intestinais foram diferentes entre espécies, sendo mais elevados para D. labrax. As guelras e o intestino foram os tecidos onde se obtiveram os valores mais baixos de O-Hg e observaram-se valores idênticos para as duas espécies. Com excepção das guelras, as concentrações de O-Hg variaram em função do valor observado nos conteúdos intestinais, indicando que a alimentação é a via dominante da acumulação. As concentrações de O-Hg nos conteúdos intestinais revelaram ser uma informação relevante para prever a acumulação de O-Hg nos tecidos, pois verificou-se uma razão praticamente constante entre o teor de mercúrio no fígado, no músculo e nos conteúdos intestinais. A percentagem de O-Hg no músculo e no fígado variou de acordo com o grau de contaminação ambiental e com o tipo de assimilação preferencial do elemento (alimentação vs. água), sugerindo que o fígado exerce um papel protector em relação à acumulação de mercúrio nos outros órgãos. Ambas as espécies de peixes demonstraram ser boas sentinelas da contaminação ambiental com mercúrio (T-Hg e O-Hg), sendo o cérebro e o músculo os tecidos que melhor reflectiram o grau de acumulação com o elemento. A análise conjunta dos dados de bioacumulação e de respostas ao stress oxidativo permitiram estabelecer uma relação entre as concentrações de mercúrio nas guelras, fígado, rim e cérebro e a sua toxicidade. As respostas do cérebro aos efeitos tóxicos do mercúrio revelaram ser específicas de cada espécie. Enquanto que para o cérebro de L. aurata se verificou um decréscimo de todos os parâmetros antioxidantes estudados nos locais contaminados, sem haver evidência de qualquer mecanismo compensatório, no D. labrax observaram-se respostas ambivalentes, que indicam por um lado a activação de mecanismos adaptativos e, por outro, o decréscimo das respostas antioxidantes, ou seja, sinais de toxicidade. Embora em ambas as espécies de peixe fosse evidente uma condição pró-oxidante, o cérebro parece possuir mecanismos compensatórios eficientes, uma vez que não se verificou peroxidação lipídica. As respostas antioxidantes do cérebro de D. labrax foram comparadas em diferentes períodos do ano - quente vs. frio. O período quente mostrou ser mais crítico, uma vez que no período frio não se verificaram diferenças nas respostas entre locais, ou seja, a capacidade antioxidante do cérebro parece ser influenciada pelos factores ambientais. As guelras revelaram susceptibilidade à contaminação por mercúrio, uma vez que se verificou uma tendência para o decréscimo da actividade de CAT em L2 e ausência de indução em L1. O fígado e o rim demonstraram mecanismos adaptativos face ao grau de contaminação moderada (L1), evidenciados pelo aumento de CAT. O rim também demonstrou adaptabilidade face ao grau elevado de contaminação (L2), uma vez que se verificou um aumento GST. Embora o grau de susceptibilidade tenha sido diferente entre os órgãos, não se verificou peroxidação lipídica em nenhum. A determinação do conteúdo em MTs em D. labrax e em L. aurata revelou que este parâmetro depende não só da espécie, mas também do tecido em causa. Assim, em D. labrax foi observado um decréscimo de MTs no cérebro, bem como a incapacidade de síntese de MTs no sangue, guelras, fígado, rim e músculo. Em L. aurata observou-se um aumento do conteúdo em MTs no fígado e no músculo. Estes resultados indicam que a aplicabilidade das MTs como biomarcador de exposição ao mercúrio parece ser incerta, revelando limitações na capacidade de reflectir os níveis de exposição ao metal e por consequência o grau de acumulação. Este trabalho comprova a necessidade de se integrarem estudos de bioacumulação com biomarcadores de efeitos, de modo a reduzir os riscos de interpretações erróneas, uma vez que as respostas nem sempre ocorrem para os níveis mais altos de contaminação ambiental com mercúrio.

Sex- and melanism-specific variations in the oxidative status of adult tawny owls in response to manipulated reproductive effort.

Oxidative stress, determined by the balance between the production of damaging reactive oxygen species (ROS) and antioxidant defences, is hypothesized to play an important role in shaping the cost of reproduction and life history trade-offs. To test this hypothesis, we manipulated reproductive effort in 94 breeding pairs of tawny owls (Strix aluco) to investigate the sex- and melanism-specific effects on markers of oxidative stress in red blood cells (RBCs). This colour polymorphic bird species shows sex-specific division of labour and melanism-specific history strategies. Brood sizes at hatching were experimentally enlarged or reduced to increase or decrease reproductive effort, respectively. We obtained an integrative measure of the oxidative balance by measuring ROS production by RBCs, intracellular antioxidant glutathione levels and membrane resistance to ROS. We found that light melanic males (the sex undertaking offspring food provisioning) produced more ROS than darker conspecifics, but only when rearing an enlarged brood. In both sexes, light melanic individuals had also a larger pool of intracellular antioxidant glutathione than darker owls under relaxed reproductive conditions (i.e. reduced brood), but not when investing substantial effort in current reproduction (enlarged brood). Finally, resistance to oxidative stress was differently affected by the brood size manipulation experiment in males and females independently of their plumage coloration. Altogether, our results support the hypothesis that reproductive effort can alter the oxidative balance in a sex- and colour-specific way. This further emphasizes the close link between melanin-based coloration and life history strategies.

L’impact d’une diète néonatale déficiente en nutriments essentiels à la défense antioxydante sur le métabolisme énergétique à long terme

Les prématurés subissent un stress oxydant qui résulte d’une défense antioxydante faible et/ou d’une charge oxydante. Des données suggèrent qu’un stress oxydant peut affecter le métabolisme énergétique et mener au syndrome métabolique. Hypothèse: Une faible défense antioxydante tôt dans la vie est suffisante pour affecter le métabolisme énergétique à long terme. Méthodes: Quatre groupes de cobayes (n=21) ont reçu entre leurs 3e et 7e jours de vie une diète standard (C-1sem, C-14sem) ou une diète déficiente (DC-1sem, DC-14sem). À 7 jours, les groupes C-1sem et DC-1sem ont été sacrifiés, le plasma et le foie collectés. Les groupes C-14sem et DC-14sem ont reçu la diète standard jusqu’à 14sem de vie. La glycémie et les triglycérides plasmatiques ont été mesurés à 1, 3, 11, et 13-14sem. La tolérance au glucose a été évaluée à 13sem. Les antioxydants hépatiques et les protéines régulant le métabolisme énergétique ont été analysés à 1 et 14sem. Résultats: Un statut redox oxydé du glutathion était associé avec la diète déficiente et était maintenu oxydé au moins jusqu’à 14sem (p<0.01). Les faibles niveaux de triglycérides plasmatiques et de glycémies, ainsi qu’une meilleure tolérance au glucose à 14sem (p<0.05) étaient associés avec un statut redox plus oxydé. Conclusion: Le faible taux de glutathion observé chez les prématurés a été reproduit dans notre modèle. Puisque nos données suggèrent un rôle protecteur d’un redox plus oxydé et que l’environnement redox est un important régulateur métabolique influençant le développement, il faudrait faire attention avant d’initier des traitements antioxydants agressifs chez les prématurés.

Rôle du stress oxydant en période néonatale dans l'hypertension artérielle et la dysfonction vasculaire et métabolique de l'adulte

Thèse réalisée dans le cadre d'une cotutelle entre l'Université de Montréal et l'Université d'Auvergne en France