ENDOKRINNÍ DISRUPCE Co je endokrinní disrupce (ED)? narušení hormonální rovnováhy organismů s potenciálními negativními následky pro celkovou homeostázu, reprodukční, vývojové a behaviorálních funkce Co jsou endokrinní disruptory(EDCs)? • Definice Evropské komise (1998): Exogénni látky, které negativně ovlivňují zdraví organismů a jejich potomstva narušením jejich endokrinních funkcí • Environmentálni látky, které přímo nebo nepřímo ovlivňují hormonální systém a mohou působit na nízkých koncentracích 88 K čemu je endokrinní systém? Endokrinní Funkce * Udržování vnitřní homeostázy * Podpora růstu buněk * Koordinace vývoje * Koordinace reprodukce * Zprostředkování odpovědi na vnější impulsy Mechanismy účinku EDCs EDCs mohou působit • přímo vazbou na receptory jako: • agonisté - chovají se jako přirozené hormony (e.g. ethinylestradiol, nonylphenol) • antagonists - blokování receptoru pro přirozené hormony (e.g. tamoxifen, TCB-77, p,p'-DDE) • nepřímo ovlivněním biosyntezy, metabolismu, vylučování a/nebo biodostupnosti přirozených hormonů Příklad: • inhibice aromatázy - blokování přeměny androgenů na estrogeny Následky disrupce Neschopnost udržet homeostazu Narušení růstu & vývoje Narušení odpovědi na vnější impulsy Změny chování Potlačená gametogeneze Embryonální malformace Zvýšená neoplasie nebo karcinogeneze Mezi endokrinní disruptory patří Pesticidy (herbicidy, insecticidy,...) Změkčovače plastů Rostlinné metabolity Farmaceutika (antikoncepce, léky,...) Deterge n ty Chemikálie z vaření & hoření Antibiotika Kovy Látky s předpokládanou potencí pro endokrinní disrupci Insecticides Nematicides Car baryi Aldicarb Chlordan DBCP (1,2-D brom-3-chlorpropan) DDT and DDE Dcofol Fungicides Deldrin Benomyl Endosulfan Fenarimol Lindan Mancozeb Methoxychlor Maneb M rex Tributyltin connpounds (TBT) Cfcychlordan Triphenyltin connpounds (TFT) Parathion Vinclozolin Toxaphen Z neb Pyrethroide Herbicides Industrial chemicals Alachlor Alkylphenols Arritrol Bsphenol A Atrazin Doxine (2,3,7,8-TCDD) 2,4-Dchlorphenoxy-acetic acid Pentachlor phenol Metribuzin Phthalate N trefen Polybromated Bphenyls (PBB) 2,4,5-Trichlorphenoxy-acetid acid Polychlorinated Bphenyls (PCB) (Oehlmann & Markert, 1997) Endocrine Activity in Sewage LC/MS/MS D Estrone D 17 j5-E=rradSDl ĽD EsiťlůL GC/MS : ES WonylphcnoL E3 Blaphřnol A BLůaJSay í D E=(rC|ŕlňfljí ívtíLTSty Sewage influent TheůTtticaJ ad i vily Bíúa&say Biological treated ; TJu'onctiCEil flfťivi[y ßioassay 0.00 0.025 0,050 0.075 0.1 i E« trage ni c act i vi ty (m g-E2/J) Hormonální regulace biologických procesů je společná charakteristika živočišného kmene - projevy ED u obratlovců i bezobratlých Následky ED ve volně žijících živočiších Abnormální funkce a vzhled štítné žlázy Snížená plodnost Snížená líhnivost Demaskulinizace a feminizace samců Defeminizace a maskulinizace samic Snížené přežívání mláďat Změna funkce imunitního systému Změny chování Důležitá fakta o účincích ED ve volně žijících živočiších • Účinky se pravděpodobněji projeví v mláďatech, než v dospělcích • Účinky jsou velmi ovlivňovány načasováním expozice - stupněm vývoje, na kterém byl jedinec exponován • Účinky odlišné během doby života organismu (fetus vs. embryo vs. dospělec) • Účinky často opožděné - Ke kompletním projevům nemusí dojít až do dospělosti Projevy u vodních obratlovců - - ■ Malformace-změny v pohlavních orgánech. Příklady: • Herni- a minipenis u aligátorů na Floridě, Jezero Apopka -způsobeno únikem DDT • Feminizace samců ryb (ovotestes) v povrchových vodách znečištěných odpadními vodami v severní Americe a v Evropě Maskulinizace samic kapra pod výpustěmi z papíren Maskulinizace samic střevle potoční v tocích pod farmami živočišné výroby Endokrinní disrupce u plazů • Samci aligátorů z jezera Apopka (Florida) demaskulinizováni • Výrazně zmenšené sekundární pohlavní znaky (1/3 až 1/2) proti normálním zdravým samcům • Nízké hladiny testosteronu i estrogenu, ale měli více estrogenu než testosteronu • Vylíhlá mláďata byla buďto samice s normálními vaječníky nebo samci s intersexem (žádní normální samci) a byla u nich zvýšená mortalita • Byla snížená líhnivost v populaci Endokrinní disrupce v populacích ryb V závislosti na látce: - Feminizace samců - Maskulinizace samic Změněný poměr pohlaví Snížená plodnost Vymizení populací - Jezerní pstruh v jezeře Ontario Důvod intersexuality v rybách? • Samci ryb jsou 'feminizovánľ estrogeními látkami. • Mnoho látek s estrogenní aktivitou je přítomno ve výpustích ČOV a tak uvolňováno do řek. • Steroidní estrogeny, jak přírodní (e.g. estradiol, estrone) tak syntetické (e.g. ethinyl estradiol) jsou pravděpodobně základní příčinou. • Řada důkazů ED a narušení reprodukce v rybách v tocích pod výpustěmi odpadních vod: - Poměr pohlaví: velká převaha samic - Intersex: zvýšený výskyt - Neobvyklý vývoj ovarií -Zvýšené hladiny vitelogeninu (proteinu vaječného žloutku) v dospívajích samcích Expozice dospělých ryb estrogenními látkami vede k feminizaci samců Halančík (Fundulus heteroclitus) • 3 populace • 2 estrogenní látky 27 M 23 54 2.1. N 7 6 4 .í I IB) fl . I Nnnylplie™ i i [A rV"« i *Ji- D.30 0.15 ÍXM -D.I5 -4L10 - o.« - ßispbmnl-A -----1----- C mi tni] .h, ID 50 Dcbe {m&íg) Produkce vitelogeninu v samcích ryb exponovaných látkami z výpustí odpadních vod v prostředí ■fr* ■fr* 100000 -, o 10000 OJ (ľ o o o (Ľ en _o "öi > OJ E OJ 1000 100 10 1 ■fr* ■n--------nn--------^r^--------nn--------^ Tap River 9% 18% 38% 100% water water Concentration of sewage effluent Expozice estrogenními látkami během embryonálního a larválního vývoje vede k permanentnímu poškození 1 ^B ■ ' *^Ě ^m T J Jí Ä v 4 JKytwľ^ ^^^^^^^^^^^^^E S Ekosystémová studie - Kanada 2000-2005 Estrogen (17ß-ethynylestradiol) aplikován do jezera - cílová konc. 5 ng/L - poločas života 12 dní - aplikován 3x týdně po 21 týdnů (jaro-podzim) -Nejvýznamnější účinky u ryb s kratší dobou života, které se třou jen 1x za sezónu (střevle) - zvýšení hladin VTG 9000x u samců, zpoždění vývoje gonád -2.,3. rok - vajíčka v samčích gonádách, pokles reprodukce, téměř žádná nová generace - kolaps populace - podobné, ale méně výrazné účinky u tloušťů (výskyt intersexu) -delší doba života, více tření za sezónu - 3. rok pokles populací a méně mladých i u dravých ryb - pstruha jezerního - především díky nedostatku potravy -OVLIVNĚNÍ CELÉHO EKOSYSTÉMU -Po ukončení aplikace - za 2 roky - recovery - znovubudování populací střevlí a tloušťů, zvýšení populačních hustot pstruha -Kidd et al., 2006, 2007 Některé kontaminanty mohou působit jako androgeny (anti-estrogeny) Organocíny Stabilizátory plastů Biocidy: Fungicidy Insekticidy Bactericidy Nátěry proti zarůstání a nánosům (Anti-fouling paints) TBT = tributylcín Pomalá biodegradace Akumulace ve vodě a sedimentu Bioakumulace Image by M & T Chemicals Inc., Woodbridge, NJ. Metabolismus steroidních hc?* hormonů P450 aromatase Cholesterol (27 carbons) HCT v v HcT Pregnenolone (21 carbons) Dehydroepšuidrofterone "ĽHEA" (19 carbons) O Androstenedione (19 carbons) Cortisol (21 carbons) ■ Progesterone - Glucocorticoid - ! (£ 1 cartons} * -Prost ■■or" Corticosterone (21 cartons) - Glucocorticoid - - MiJif ralccrticoid TBT způsobuje maskulinizaci ryb (a) Ö 0.01 0.1 1 10 100 TBT (ng/L) Danio pruhované (Danio rerió) Ryby exponované TBT od vykulení po 70 dní McAllister & Kirne, 2003 Účinky T BT u Danio rerio a * m * • * * b * -* • • * * t C * • -• • -■ ■ ■ .Control ■ 1 ng/L 100 ng/L (C) 0 0.01 0.1 1 10 TBT(ngl-) McAllister & Kirne, 2003 Endokrinní disrupce u dravých i ptáků DDT a ztenčování skořápek v dravých (rybožravých) ptácích • DDT bylo hojně používáno přes 30 let - ^etf^U • Biokoncentruje se v potravním řetězci • V dravých ptácích způsobilo ztenčování skořápek • To způsobilo, že se mnoho vajíček rozbilo ještě před • Populace některých dravých ptáků dramaticky poklesly • Po zákazu DDT od té doby vzrostly D�2D Přírodní populace: Dravci a DDT Eggshell thickness index ö k> ^ č» č» ö ho CO šitŕii:-:^:-^:':- ŠKÍÄ-; y CO en 1 : XÄi XX* j Wl|,:,;,;.fl;.:.;.;.;.: xir x C'3 •XX CO Í-Päŕ* XX J ŕv->:-v'i' o "■'^•'<Ä'J *|f'fi :,,:XlÉ........... vÖvX;;^ X xj||| x ** *x x» III. Ö? CO ||ff ipx Vvvv v x