A importância do uso de biomarcadores histológicos em estudos de contaminação ambiental

Thayzi Zeni (30/06/2014)

A histologia é uma ferramenta muito útil para diagnósticos dos efeitos agudos e crônicos de agentes químicos para em peixes (Akaishi et al., 2004). Os biomarcadores histológicos permitem visualizar os efeitos da exposição a vários agentes, biológicos e químicos, sendo considerados uma importante ferramenta na avaliação de alterações patologias em peixes (Van der Oost et al., 1996).

A ampla utilização da histologia como uma ferramenta para o diagnóstico de impactos ambientais deve-se à sua posição intermediária dentro do espectro de complexidade biológica (Adams et al., 1989; Heath, 1995) e no aparecimento de alterações em curto e médio prazo, dependendo, portanto,  da concentração de contaminante e do tempo de exposição.

A histologia também permite que se façam inferências sobre possíveis condições de higidez dos peixes submetidos a grandes alterações ambientais, apresentando baixo custo e possibilitando a obtenção de resultados em curtos períodos de tempo (Johnson et al., 1993).

Essa ferramenta também permite uma abordagem relativamente rápida e fácil de identificação de alterações em diversos tecidos e órgão de peixes (Johnson, et al., 1993), principalmente brânquias, fígado, rim e pele (Bernet, et al., 1999). Este método também representa uma ferramenta útil na avaliação de efeitos sub-letais e crônicos de exposição a agentes químicos (Cengiz e Unlu, 2003) como o petróleo e seus derivados, por exemplo (Van der Oost et al., 2003). Além disso, as características histológicas de órgãos alvos específicos podem expressar condições ambientais e representar o tempo de exposição aos quais estão submetidos os organismos (Schmalz et al., 2002). Sendo assim, aparecem como uma resposta a estressores sub-letais sendo um método eficiente na avaliação do comprometimento de tecidos e órgãos de espécimes expostos a agentes químicos estressores (Johnson et al., 1993).

Várias metodologias já foram descritas (Beçak e Paulete, 1976; Bernet et al., 1999; Bucke, 1989; Cardoso, 2006), embora apresentem diferentes abordagens na avaliação dos danos.

Entre os órgãos e tecidos mais estudados, o fígado destaca-se como um dos principais, por seu potencial de biotransformação, bioativação e excreção de xenobiontes, podendo refletir a exposição aos contaminantes de modo eficiente (Bernet et al., 1999) (Figura 2).

O rim também se destaca como órgão alvo na histologia, por estar envolvido em processos de regulação osmótica e iônica e ser o principal responsável pelo transporte de íons divalentes (Randall et al., 1999), na regulação iônica de teleósteos marinhos e de água doce (Katoh et al., 2006).

As brânquias e a pele exibem extensas superfícies que estão permanentemente em contato com o ambiente externo, por isso foram base para vários estudos (Winkaler et al., 2001; Fujimoto et al., 2008; Costa et al., 2009, Montes et al., 2010, Santos et al., 2011).  Elas atuam como interface seletiva entre os ambientes interno e externo e possuem células de muco, que desempenham importante papel na proteção do epitélio a substâncias tóxicas e patogênicas. Além disso, as brânquias também atuam na fisiologia da osmorregulação e na troca de gases (Bernet et al., 1999) (Figura 1).

 

Figura 1. Cinética de um agente lesivo sobre brânquias e fígado de peixes. Fonte: adaptado de Pilchowski (2003).

 

Uma gama de agentes químicos pode promover alterações significativas em parâmetros histológicos de peixes, podendo estes tecidos ser caracterizados como biomarcadores histológicos. A identificação e mensuração destas alterações podem ser utilizadas para determinar a significância e amplitude de impactos causados ao ambiente aquático pela contaminação por estes compostos, seja em análise inicial como em monitorias subsequentes (Lam e Gray, 2003).

Inúmeros estudos realizados com peixes descrevem alterações histológicas decorrentes da exposição à agentes químicos de origem antrópica, tais como os agrotóxicos (Neškovic et al., 1996, Jiraungkoorskula et al., 2002, Langiano e Martinez., 2008). Estes químicos são muito perigosos, uma vez que são elaborados com o objetivo de eliminar algumas formas de vida e, por isso, podem atingir de modo letal espécies não-alvo (Albinati et al., 2009). Como exemplos de agrotóxicos amplamente utilizados, cujos efeitos são estudados através do uso de peixes como MB, têm-se o Roundup (Langiano e Martinez, 2008; Albinati et al., 2009), o metil paration – principal composto do pesticida comercial Folidol 600 (Fanta et al., 2003), o methiocarb e o endosulfan (Altinok e Capkin, 2007).

Os metais pesados, por sua vez, apesar de ocorrerem naturalmente no ambiente e de alguns serem considerados elementos essenciais aos processos biológicos (por exemplo, ferro, cobre, zinco e cobalto), podem ser tóxicos quando em concentrações elevadas (Kennish, 1991; Dallinger e Raimbow, 1993; Heath, 1995). Dentre os metais avaliados na indução de alterações histopatológicas em peixes estão o cloreto de mercúrio (Handy e Penrice, 1993; Dias et al., 2007), o mercúrio (Cardoso et al., 2009), zinco (Abdel-Warith et al., 2011), ocloreto de níquel (Athikesavan  et al., 2006) e o nitrato de chumbo (Khan et al., 2011).

Análises histológicas também têm sido realizadas para avaliar os efeitos de petróleo e seus derivados sobre peixes. Sabe-se que quantidades sub-letais de hidrocarbonetos podem provocar danos estruturais e funcionais nas brânquias, fígado, tecido cerebral e também nas gônadas dos peixes (Mcdonald et al., 1996).Já foram avaliados, em condições de laboratório, peixes expostos a fração solúvel do petróleo (Akaishi et al., 2004), petróleo bruto (Silva et al., 2009) e também à sua emulsão (Engelhardtet al., 1981). Alguns estudos utilizando peixes como biomarcadores são realizados in loco, utilizando exemplares coletados em área atingida por vazamento de óleo combustível (Giari et al., 2012) e também em locais atingidos pelo vazamento de óleo bunker e metanol (Katsumiti et al., 2009).

A histologia, no entanto, não é uma ferramenta específica para o diagnóstico de um tipo particular de contaminação e, isoladamente, pode gerar dados relacionados à resposta biológica ocorrida após a exposição de misturas complexas, não sendo capaz de identificar a causa pontual da lesão. Por este motivo, experimentos laboratoriais são de suma importância para identificar a relação específica de alguns tipos de agentes químicos com alterações histopatológicas. Nesse contexto, a aplicação de análises histológicas deve estar sempre associada ao uso de outras metodologias de avaliação ambiental que permitam a identificação de qual substância está impactando os peixes.

Referências

ABDEL-WARITH, A. A., YOUNIS, E. M., AL-ASGAH, N. A., WAHBI, O. M., 2011. Effect of zinc toxicity on liver histology of Nile tilapia, Oreochromis niloticus. Scientific Research and Essays, 6 (17): 3760-3769

ADAMS, S. M.,  SHEPARD, K. L.,  GREELEY JR, M. S., JIMENEZ, B. D., RYON, M. G.,  SHUGART, L. R., MCCARTHY, J. F., 1989. The use of biondicators for assessing the effects of pollutant stress on fish. Marine Environmental Research, 28 (4): 459-464

AKAISHI, F. M., SILVA DE ASSIS, H. C., JAKOBI, S. C. G., EIRASSTOFELLA, D. R., ST-JEAN, S. D., COURTENAY, S. C., LIMA, E. F., WAGENER, A. L. R., SCOFIELD, A. L., OLIVEIRA RIBEIRO, C. A., 2004.  Morphological and neurotoxicological findings in tropical freshwater fish (Astyanax sp.) after waterborne and acute exposure to water soluble fraction (WSF) of crude oil. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 46 (2): 244-253

ALBINATI, A. C. L., MOREIRA, E. L. T., ALBINATI, R. C. B., CARVALHO, J. V., LIRA. A. D., 2009. Biomarcadores histológicos – toxicidade crônica pelo Roundup em piauçu (Leporinus macrocephalus). Arquivo Brasileiro de Medicina Veterinária e Zootecnia, 61(3): 621-627

ALTINOK, I., CAPKIN, E., 2007. Histopathology of rainbow trout exposed to sublethal concentrations of methiocarb or endosulfan. Toxicologic Pathology, 35: 405 – 410

ATHIKESAVAN, S., VINCENT, S., AMBROSE, T., VELMURUGAN, B., 2006.Nickel induced histopathological changes in the different tissues of freshwater fish, Hypophthalmichthys molitrix (Valenciennes). Journal of Environmental Biology, 27 (2): 391-395

BEÇAK, W. AND PAULETE, J., 1976. Técnicas de Citologia e Histologia. Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil: Livros Técnicos e Científicos S. A. 305 pg.

BERNET, D., SCHMIDT, H., MEIER, W., BURKHARDT-HOLM, P., WAHLI, T., 1999. Histopathology in fish: proposal for a protocol to assess aquatic pollution. Journal of Fish Diseases, 22, 1: 25-34

BUCKE, D., 1989. Histilogy. Methods for the microbiological examination of fish and shellfish. B. Austin and D. A. Austin. Chichester, Ellis Horwood Ltda: 69-97.

CARDOSO, M. F., 2006. Efeitos da sísmica com cabo de fundo sobre peixes recifais. Programa de Pós-graduação em Ciências Veterinárias, Universidade Federal do Paraná

CENGIZ, E. I., UNLU, E., 2003. Histopathology of gills in mosquito fish, Gambusia afinnis after long-term exposure to sublethal concentration of malathion.  Journal of Environmental Science and Health, part B. 38: 581-589

COSTA, P. M., DINIZ, M. S., CAEIRO, S., LOBO, J., MARTINS, M., FERRERIRA, A. M., CAETANO, M., VALE, C., DELVASSA, T. A., COSTA, E., 2009. Histological biomarkers in liver and gills of juvenile Solea senegalensis exposed to contaminated estuarine sediments: A weighted indices approach. Aquatic Toxicology, 92: 202–212

DALLINGER, R., RAIMBOW, P. S. 2003. Ecotoxicology of metals in invertebrates. Society of Environmental Toxicology and Chemistry Special Publication Series, Lewis Publishers, Boca Raton. 461 p.

DIAS, D. C., MAIORINO, F.C., RANZANI-PAIVA, M. J. T. ISHIKAWA, N. M., LOMBARDI, J. V., FERREIRA, J. R., FRANÇA, F. M., FERREIRA, C. M., 2007. Avaliação histopatológica do baço, coração e encéfalo de tilápia Oreochromis niloticus (LINNAEUS, 1758) exposta ao cloreto de mercúrio. Boletim do Instituto de Pesca, 33 (2): 213-220

ENGELHARD, F. R., WONG, M. P., DUEY, M.E., 1981. Hydromineral balance and gill morphology in rainbow trout Salmo gairdneri, acclimated to fresh and sea water. As affected by petroleum exposure. Aquatic Toxicology, 1 (3-4): 175-186

FANTA, E., RIOS, F. S., ROMÃO, S., VIANNA, A. C. C., FREIBERGER, S., 2003. Histopathology of the fish Corydoras paleatus contaminated with sublethal levels of organophosphorus in water and food. Ecotoxicology and Environmental Safety, 54: 119-130

FUJIMOTO, R. Y., CRUZ, C., MORAES, F. R., 2008. Análise de efluente e histologia da pele, fígado e rim de pacus (Piaractus mesopotamicus) suplementados com cromo trivalente. Boletim do Instituto da Pesca, 34(1): 117 -124

GIARI, L., SIMONI, E., MANERA, M., DEZFULI, B. S., 2008. Histo-cytological responses of Dicentrarchus labrax (L.) following mercury exposure. Ecotoxicological and Environmental  Safety, 70: 400–410

HANDY, R. D., PENRICE, W. S., 1993. The influence of high oral doses of mercuric chloride on organ toxicant concentrations and histopathology in rainbow trout, Oncorhynchus mykiss. Comparative Biochemistry and Physiology, 106C (3): 111-124

HEATH, A. G. Water Pollution and Fish Physiology. 2nd Ed. Lewis Publishers, 1995.

JIRAUNGKOORSKULA, W., UPATHAMA, E. S., KRUATRACHUEA, B. M., SAHAPHONGC, S., VICHASRI-GRAMSA, S., POKETHITIYOOKA, P., 2002. Histopathological effects of roundup, a glyphosate herbicide, on nile tilapia (Oreochromis niloticus). Science Asia, 28: 121-127

JOHNSON, L. L., STEHR, C. M., OLSON, O. P., MYERS, M. S., PIERCE, S. M., WIGREN, C. A., MCCAIN, B. B., VARANASI, U., 1993. Chemical contaminants and hepatic lesions in winter flounder (Pleuronectes americanus) from the northeast coast of the United States. Environmental Science and Technology, 27 (13): 2759-2771

KATOH, F., TRESGUERRES, M., LEE, M. K., KANEKO, T., AIDA, K., GOSS, G. G., 2006. Cloning of rainbow trout SLC26A1: involvement in renal sulfate secretion. American Journal of Physiology Regulatory Integrative and Comparative Physiology, 290: 1468 – 1478

KATSUMITI, A., F. DOMINGOS, F. X.,AZEVEDO,  M., SILVA, M. D., DAMIAN, R. C. , ALMEIDA, M. I., ASSIS,  H. C., CESTARI,  M. M., RANDI, M. A., RIBEIRO, C. A., FREIRE, C. A., 2009. An assessment of acute biomarker responses in the demersal catfish Cathorops spixii after the Vicuña oil spill in a harbour estuarine area in Southern Brazil. Environmental Monitoring and Assessment, 152 (1-4): 209-222

KENNISH, M. J., 1991. Anthropogenic impacts on estuaries. Em: KENNISH, M.J. (ed). Ecology of Estuaries. Vol. 2. Biological Aspects CRC Press, Boca Raton: 1-8

KHAN, H. A., SIKDAR-BAR, M., KAMLESH B, ADIL, A. W., PERVAIZ A., 2011. Lead nitrate induced histopathological changes in the gills of the african catfish Clarias batrachus. Journal of Applied Sciences Research, 7 (7): 1087-1092

LAM, P. K. S.. GRAY, J. S. 2003. The use of biomarkers in environmental monitoring programmes. Marine Pollution Bulletin, 46 (2): 182-186

LANGIANO, V. C., MARTINEZ, C. R. B., 2008. Toxicity and effects of a glyphosate-based herbicide on the Neotropical fish Prochilodus lineatus. Comparative Biochemistry and Physiology, Part C, 147: 222-231

MONTES, C. S., FERREIRA, M. A. P., SANTOS, S. S. D., VON LEDEBUR, E. I. C. F., ROCHA, R., 2010. Branchial histopathological study of Brachyplatystoma rousseauxii (Castelnau, 1855) in the Guajará bay, Belém, Pará state, Brazil. Acta Scientiarum Biological Sciences, 32 (1): 93-99

NEŠKOVIC, N. K., POLEKSIC, V., ELEZOVIC,I., KARAN, V., BUDIMIR M., 1996. Biochemical and histopathological effects of glyphosate on carp, Cyprinus carpio L. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 56: 295-302

RANDALL, D. J, BURGGREN, W., FRENCH, K. Fisiologia Animal: Mecanismos e Adaptações. 4ª Edição. Editora Guanabara Koogan. Rio de Janeiro, RJ. 729 p.p, 1999

SANTOS, T. C. A., GOMES, V., PASSOS, M. J. A. C. R., ROCHA, A. J. S., SALAROLI, R. B., NGAN, P. V., 2011.  Histopathological alterations in gills of juvenile Florida pompano Trachinotus carolinus (Perciformes, Carangidae) following sublethal acute and chronic exposure to naphthalene. Pan-American Journal of Aquatic Sciences, 6 (2):109-120

SCHMALZ, W. F., HERNANDEZ, A. D., WEIS, P., 2002. Hepatic histopathology in two populations of the mummichog Fundulus heteroclitus. Marine Environmental Research, 54: 539-542

SILVA, C. A., OLIVEIRA RIBEIRO, C. A., KATSUMITI, A., ARAÚJO, M. L. P., ZANDONÁ, E. M., COSTA SILVA, G. P., MASCHIO, J., ROCHE, H., SILVA DE ASSIS, H. C., 2009. Evaluation of waterborne exposure to oil spill 5 years after an accident in Southern Brazil. Ecotoxicology and Environmental Safety, 72 (2):400-409

VAN DER OOST, R., BEYER, J., VERMEULEN, N. P. E., 2003. Fish bioaccumulation and biomarkers in environmental risk assessment: a review. Environmental Toxicology and Pharmacology, 13: 57-149

VAN DER OOST, R., GOKSARYR, A., CELANDER, M., HEIDA, H. VERMEULEND, N. P. E., 1996. Biomonitoring of aquatic pollution with feral eel (Anguilla anguilla). II Biomarkers: pollution-induced biochemical responses. Aquatic Toxicology, 36: 189-222

WINKALER, E. U., SILVA, A. G., GALINDO, H. C., MARTINEZ, C. B. R., 2001. Biomarcadores histológicos e fisiológicos para o monitoramento da saúde de peixes de ribeirões de Londrina, Estado do Paraná. Acta Scientiarum, 23, 2: 507-514