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Biomarcadores de contaminação ambiental: um enfoque na avaliação histológica para o diagnóstico de impactos

 

Giorgi dal Pont (29/06/2014)

               O termo “biomarcador” já recebeu várias definições, sendo geralmente usado com o objetivo de incluir qualquer mensuração que reflita a interação entre um sistema biológico e um risco potencial, o qual pode ser químico, físico ou biológico (Ron van der Oost, Beyer, & Vermeulen, 2003). Peakall (1994) definiu biomarcador como sendo uma mudança na resposta biológica, desde níveis moleculares, passando pelo nível celular e fisiológico até mudanças comportamentais, que pode ser relacionada à exposição a um determinado ambiente contaminado.  Os biomarcadores podem ser classificados como de exposição ou efeito. O biomarcador de exposição é definido pela medição de uma substância exógena, seus metabólitos ou o produto da interação entre um agente xenobiótico e alguma molécula ou célula alvo num compartimento de um organismo. O biomarcador de efeito se caracteriza pela alteração de um tecido ou fluido corporal que possa ser relacionada a um impedimento à saúde (Ron van der Oost et al., 2003).

          Em geral, alterações decorrentes da exposição a um poluente apresentam maior frequência em nível celular do que em níveis de alta organização biológica, como reprodutivos e comportamentais (Ron van der Oost et al., 2003). Heath (1995) sugere que quando investigações sobre o efeito de um poluente sobre peixes, ou outros organismos, forem realizadas, deve-se focar no espectro de complexidade biológica demonstrado na Figura 1. Da extremidade inicial da seta para a sua extremidade terminal, sugere-se que xenobiontes, ou outros estressores ambientais, exercem seus efeitos primários em níveis enzimáticos ou alteram as funções celulares como a permeabilidade de membranas, por exemplo. Continuando através do espectro de complexidade biológica, a exposição crônica pode levar a disfunções orgânicas, redução do crescimento, alterações comportamentais e consequentemente, alterações populacionais. Dessa forma, o autor esquematiza que o grau de complexidade das respostas biológicas aumenta com o progresso da esquerda para a direita.

 

Figura 1

Figura 1. Espectro de complexidade biológica no estudo do efeito de qualquer fator ambiental, incluindo poluição (adaptado de Heath (1995)).  

      Vários biomarcadores têm sido avaliados para melhorar o entendimento das respostas de peixes a substâncias tóxicas e seu potencial uso como biomarcador de exposição ou efeito. Dentre esses marcadores, destacam-se enzimas de biotransformação, parâmetros de estresse oxidativo, produtos da biotransformação, proteínas de estresse (Heat Shock Proteins), metalotioneínas (MT’s), parâmetros genotóxicos, hematológicos, imunológicos, endócrinos, reprodutivos, fisiológicos, histológicos e morfológicos (Ron van der Oost et al., 2003).

         Após a exposição do peixe antártico Pagothenia borchgrevinki à fração solúvel do óleo diesel foi observado que essa espécie apresentou significativo aumento no hematócrito e na concentração de hemoglobina, tanto em condição crônica (Davison, Franklin, McKenzie, & Dougan, 1992) quanto aguda (Davison, Franklin, McKenzie, & Carey, 1993). Por outro lado, Akaishi et al. (2004) e Simonato, Guedes, and Martinez (2008) avaliaram a influência da fração solúvel de petróleo e óleo diesel em peixes (Pleuronectes flesus e Phrochilodus lineatus, respectivamente) e observaram uma redução tanto no hematócrito quanto na concentração de hemoglobina. Esses resultados demostram que um mesmo agente tóxico, nesse caso HPA, pode induzir diferentes respostas, possivelmente devido a distintos processos adaptativos das espécies, evidenciando que a utilização de alguns tipos de biomarcadores não apresenta efetividade prática no diagnóstico de impactos em casos de acidentes ambientais (Mount & Henry, 2008).

           Até recentemente, vários trabalhos que avaliaram a interação do petróleo e seus derivados em organismos aquáticos focavam esforços no diagnóstico de variações em níveis enzimáticos (A. Cohen, Gagnon, & Nugegoda, 2005; Adam Cohen, Nugegoda, & Gagnon, 2001; Croce & Stagg, 1997; Martínez-Gómez et al., 2009; Nogueira, Rodrigues, Trídico, Fossa, & Almeida, 2010; Pacheco & Santos, 2001; Teles, Pacheco, & Santos, 2003), localizados na base do espectro de complexidade biológica. Entretanto, essa postura vem mudando. Uma nova tendência com enfoque na utilização de diferentes níveis do espectro de complexidade vem sendo adotada e tem sido denominada de múltiplos biomarcadores (Goanvec, Poirier, Le-Floch, & Theron, 2010; Katsumiti et al., 2008; Mos, Cooper, Serben, Cameron, & Koop, 2008; Simonato et al., 2008; Valdez-Domingos et al., 2009). Essa abordagem vem fortalecendo a utilização de biomarcadores de níveis mais altos de complexidade biológica para avaliação de contaminação ambiental.

           Complementando a nova tendência do desenvolvimento de pesquisas que utilizam a abordagem de múltiplos biomarcadores, diversos trabalhos vêm apresentando enfoque na utilização de ferramentas histológicas em relação ao diagnóstico de contaminação ambiental, sendo que o petróleo e seus derivados têm sido amplamente explorados, devido à frequência da ocorrência de eventos que levam ao seu aporte em ambientes aquáticos (Akaishi et al., 2004; Katsumiti et al., 2008; Nogueira et al., 2010; Simonato et al., 2008; Valdez-Domingos et al., 2009).

         Os biomarcadores histológicos são uma ferramenta muito poderosa para detectar e caracterizar os parâmetros toxicológicos e cancerígenos (Lauren & Hinton, 1990). Em peixes, as lesões histológicas têm uma correlação com o dano oxidativo de alguns compostos presentes tanto no óleo cru quanto no óleo diesel (Pal, Kokushi, Cheikyula, Koyama, & Uno, 2011) como os HPA e os BTEX (Nogueira et al., 2010). Esses biomarcadores têm sido utilizados com bons resultados em uma série de estudos em América do Norte e Europa (Stentiford et al., 2003) e no Brasil (Cardoso, 2006; Simonato et al., 2008; Valdez-Domingos et al., 2009).

        Os biomarcadores histopatológicos permitem visualizar os efeitos da exposição a vários poluentes (biológicos e químicos), sendo considerados como uma importante ferramenta na avaliação de características sanitárias em peixes (R Van der Oost, Goksaryr, Celander, Heida, & Vermeulend, 1996). A determinação de efeitos da contaminação por petróleo e seus derivados também pode ser realizada histologicamente, por meio da investigação de lesões e alterações em tecidos como brânquias e fígado (Ron van der Oost et al., 2003). A ampla utilização da histopatologia como uma ferramenta para o diagnóstico de impacto ambiental 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 da concentração do contaminante e do tempo de exposição (Johnson et al., 1993). Além disso, essa técnica apresenta facilidade e rapidez na sua aplicação em vários órgãos (Johnson et al., 1993), principalmente brânquias, fígado, rim e pele (Bernet, Schmidt, Meier, Burkhardt-Holm, & Wahli, 1999).

           Nesse contexto, várias metodologias para a avaliação histopatológica já foram descritas sendo que cada uma delas utiliza diferentes abordagens para a avaliação das patologias nos diferentes tecidos (Beçak & Paulete, 1976; Bernet et al., 1999; Bucke, 1989; Cardoso, 2006; Walter, Jones, & Giesy, 2000). A disponibilidade de ferramentas metodológicas que são, ao mesmo tempo, práticas, simples e funcionais, tais como os biomarcadores histopatológicos, podem viabilizar um diagnóstico seguro e confiável dos efeitos da exposição de organismos aquáticos a hidrocarbonetos em caso de acidentes ambientais.

Bibliografia Citada:

Adams, S. M., Shepard, K. L., Jr, M. S. G., Jimenez, B. D., Ryon, M. G., Shugart, L. R., . . . Hinton, D. E. (1989). The use of bioindicators for assessing the effects of pollutant stress on fish. Marine Environmental Research, 28(1-4), 459-464.

Akaishi, F. M., Silva de Assis, H. C., Jakobi, S. C. G., Eiras-Stofella, D. R., St-Jean, S. D., Courtenay, S. C., . . . 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. doi: 10.1007/s00244-003-2260-1

Beçak, W., & Paulete, J. (1976). Técnicas de Citologia e Histologia. Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brasil: Livros Técnicos e Ciêntíficos S.A.

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. In B. Austin & D. A. Austin (Eds.), Methods for the microbiological examination of fish and shellfish (pp. 69-97). Chichester: Ellis Horwood Ltda.

Cardoso, M. F. (2006). Efeitos da sísmica com cabo de fundo sobre peixes recifais. (Programa de Pós-graduação em Ciênicias Veterinárias), Universidade Federal do Paraná, Curitiba.  

Cohen, A., Gagnon, M., & Nugegoda, D. (2005). Alterations of Metabolic Enzymes in Australian Bass, Macquaria novemaculeata, After Exposure to Petroleum Hydrocarbons. Archives of Environmental Contamination and Toxicology, 49(2), 200-205. doi: 10.1007/s00244-004-0174-1

Cohen, A., Nugegoda, D., & Gagnon, M. M. (2001). Metabolic Responses of Fish Following Exposure to Two Different Oil Spill Remediation Techniques. Ecotoxicology and Environmental Safety, 48(3), 306-310. doi: DOI: 10.1006/eesa.2000.2020

Croce, B., & Stagg, R. M. (1997). Exposure of atlantic salmon parr (Salmo salar) to a combination of resin acids and a water soluble fraction of diesel fuel oil: A model to investigate the chemical causes of Pigmented Salmon Syndrome. Environmental Toxicology and Chemistry, 16(9), 1921-1929. doi: 10.1002/etc.5620160922

Davison, W., Franklin, C. E., McKenzie, J. C., & Dougan, M. C. R. (1992). The effects of acute exposure to the water soluble fraction of fuel oil on survival and metabolic rate of an Antarctic fish (Pagothenia borchgrevinki). Comparative Biochemistry and Physiology, 102C, 185–188.

Davison, W., Franklin, G. E., McKenzie, J. C., & Carey, P. W. (1993). The effects of chronic exposure to the water soluble fraction of fuel oil on an Antarctic fish Pagothenia borchgrevinki. Comparative Biochemistry and Physiology, 104C, 67–70.

Goanvec, C., Poirier, E., Le-Floch, S., & Theron, M. (2010). Branchial structure and hydromineral equilibrium in juvenile turbot (Cophthalmus maximus) exposed to heavy fuel oil. Fish Physiology and Biochemistry, 1-9. doi: 10.1007/s10695-010-9435-2

Heath, A. G. (1995). Water Pollution and Fish Physiology (2nd Ed ed.): Lewis Publishers.

Johnson, L. L., Stehr, C. M., Olson, O. P., Myers, M. S., Pierce, S. M., Wigren, C. A., . . . Varanasi, U. (1993). Chemical contaminants and hepatic lesions in winter flounder (Pleuronectes americanus) from the northeast coast of the United States. Environmental Science & Technology, 27(13), 2759–2771.

Katsumiti, A., Domingos, F., Azevedo, M., da Silva, M., Damian, R., Almeida, M., . . . Freire, C. (2008). 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), 209-222. doi: 10.1007/s10661-008-0309-3

Lauren, D. E., & Hinton, D. J. (1990). Liver structural alterations accompanying chronic toxicity in fishes: Potential biomarkers of exposure. In J. F. McCarthy & L. R. Shugart (Eds.), Biomarkers of Environmental Contamination (pp. 472): CRC Press.

Martínez-Gómez, C., Fernández, B., Valdés, J., Campillo, J. A., Benedicto, J., Sánchez, F., & Vethaak, A. D. (2009). Evaluation of three-year monitoring with biomarkers in fish following the Prestige oil spill (N Spain). Chemosphere, 74, 613–620.

Mos, L., Cooper, G. A., Serben, K., Cameron, M., & Koop, B. F. (2008). Effects of Diesel on Survival, Growth, and Gene Expression in Rainbow Trout (Oncorhynchus mykiss) Fry. Environmental Science & Technology, 42(7), 2656-2662. doi: 10.1021/es702215c

Mount, D. R., & Henry, T. R. (2008). Ecological Risk Assessment. In R. T. D. Giulio & D. E. Hinton (Eds.), The toxicology of fishes (pp. 1101). Boca Raton, Flórida: CRC Press.

Nogueira, L., Rodrigues, A. C. F., Trídico, C. P., Fossa, C. E., & Almeida, E. A. d. (2010). Oxidative stress in Nile tilapia (Oreochromis niloticus) and armored catfish (Pterygoplichthys anisitsi) exposed to diesel oil. Environmental Monitoring and Assessment, Disponível online. doi: 10.1007/s10661-010-1785-9

Pacheco, M., & Santos, M. A. (2001). Tissue distribution and temperature-dependence of Anguilla anguilla L. EROD activity following exposure to model inducers and relationship with plasma cortisol, lactate and glucose levels. Environment International, 26(3), 149-155. doi: Doi: 10.1016/s0160-4120(00)00101-x

Pal, S., Kokushi, E., Cheikyula, J. O., Koyama, J., & Uno, S. (2011). Histopathological effects and EROD induction in common carp exposed to dietary heavy oil. Ecotoxicology and Environmental Safety, 74(3), 307-314. doi: 10.1016/j.ecoenv.2011.01.003

Peakall, D. W. (1994). Biomarkers: the way forward in environmental assessment. Toxicology and Ecotoxicology News, 1, 55-60.

Simonato, J. D., Guedes, C. L. B., & Martinez, C. B. R. (2008). Biochemical, physiological, and histological changes in the neotropical fish Prochilodus lineatus exposed to diesel oil. Ecotoxicology and Environmental Safety, 69(1), 112-120. doi: DOI: 10.1016/j.ecoenv.2007.01.012

Stentiford, G. D., Longshaw, M., Lyons, B. P., Jones, G., Green, M., & Feist, S. W. (2003). Histopathological biomarkers in estuarine fish species for the assessment of biological effects of contaminants. Marine Environmental Research, 55(2), 137-159. doi: 10.1016/s0141-1136(02)00212-x

Teles, M., Pacheco, M., & Santos, M. A. (2003). Anguilla anguilla L. liver ethoxyresorufin O-deethylation, glutathione S-tranferase, erythrocytic nuclear abnormalities, and endocrine responses to naphthalene and [beta]-naphthoflavone. Ecotoxicology and Environmental Safety, 55(1), 98-107. doi: Doi: 10.1016/s0147-6513(02)00134-3

Valdez-Domingos, F. X., Assis, H. C. S., Silva, M. D., Damian, R. C., Almeida, A. I. M., Cestari, M. M., . . . Ribeiro, C. A. O. (2009). Anthropic Impact Evaluation of Two Brazilian Estuaries Trough Biomarkers in Fish. Journal of the Brazilian Society of Ecotoxicology, 4(1-3), 21-30. doi: 10.5132/jbse.2009.01.004

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(2), 57-149. doi: 10.1016/s1382-6689(02)00126-6

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.

Walter, G. L., Jones, P. D., & Giesy, J. P. (2000). Pathologic alterations in adult rainbow trout, Oncorhynchus mykiss, exposed to dietary 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin. Aquatic Toxicology, 50(4), 287-299.