ENDOKRINNÍ DISRUPCE
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Co jsou endokrinní disruptory(EDCs)?
narušení hormonální rovnováhy organismů s potenciálními
negativními následky pro celkovou homeostázu,
reprodukční, vývojové a behaviorálních funkce
 Definice Evropské komise (1999):
Exogenní látky nebo směsi, které mají potenciální schopnost
způsobit endokrinní disrupci u zasaženého organismu, jeho
potomků nebo (sub)populací
 Antropogenní i přírodní látky, které přímo nebo nepřímo
ovlivňují hormonální systém a mohou působit na velmi
nízkých koncentracích
Co je endokrinní disrupce (ED)?
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
K čemu je endokrinní systém?
ES je spolu s CNS hlavní řídící systém organismu
Endokrinní Funkce
• Udržování vnitřní homeostázy
• Podpora růstu buněk
• Koordinace vývoje
• Koordinace reprodukce
• Zprostředkování odpovědi na vnější impulsy
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
- gonadotropin, růstový h.
- estradiol, testosteron
- glukokortikoidy,
mineralokortikoidy, thyroidy
- melatonin, kalcitonin, insulin,
„oxytocin“…
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
- neuropeptidy (kladení vajíček,
tep, vývoj, růst, metabolismus)
- ekdysteroidy ???
- pohlavní hormony (progesteron,
testosteron, estradiol) ???
- neuropeptidy (kladení vajíček, tep,
vývoj, růst, metabolismus)
- ekdysteroidy (svlékání, vývoj)
- pohlavní hormony (androgenní h.;
estradiol, progesteron ???)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Mechanismy účinku EDCs
EDCsEDCs mohou působitmohou působit
 přímo
vazbou na receptory jako:
 agonisté – chovají se jako přirozené hormony
(např. ethinylestradiol, nonylphenol)
 antagonisté – blokování receptorů pro přirozené hormony
(např. tamoxifen, PCB 77, p,p'-DDE)
 nepřímo
ovlivněním biosyntézy, metabolismu, vylučování
a/nebo biodostupnosti přirozených hormonů
Příklad:
 inhibice aromatázy –– blokování přeměny androgenů na
estrogeny
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Následky disrupce
Neschopnost udržet homeostázu
Narušení růstu & vývoje
Narušení odpovědi na vnější impulsy
Změny chování
Potlačená gametogeneze
Embryonální malformace
Zvýšená neoplasie nebo karcinogeneze
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Mezi endokrinní disruptory patří
Pesticidy (herbicidy, insecticidy, …)
Změkčovače plastů
Rostlinné metabolity
Farmaceutika (antikoncepce, léky,…)
Produkty rozkladu detergentů
Chemikálie z vaření & hoření
Antibiotika
Kovy
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Insecticides
Carbaryl
Chlordan
DDT and DDE
Dicofol
Dieldrin
Endosulfan
Lindan
Methoxychlor
Mirex
Oxychlordan
Parathion
Toxaphen
Pyrethroide
Nematicides
Aldicarb
DBCP (1,2-Dibrom-3-chlorpropan)
Fungicides
Benomyl
Fenarimol
Mancozeb
Maneb
Tributyltin compounds (TBT)
Triphenyltin compounds (TPT)
Vinclozolin
Zineb
Herbicides
Alachlor
Amitrol
Atrazin
2,4-Dichlorphenoxy-acetic acid
Metribuzin
Nitrofen
2,4,5-Trichlorphenoxy-acetid acid
Industrial chemicals
Alkylphenols
Bisphenol A
Dioxine (2,3,7,8-TCDD)
Pentachlorphenol
Phthalate
Polybromated Biphenyls (PBB)
Polychlorinated Biphenyls (PCB)
Látky s předpokládanou potencí pro endokrinní disrupci
(Oehlmann & Markert, 1997)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Estrogenní potenciál látek
• Jednotlivé polutanty se liší svým
estrogenním potenciálem (silou
účinku).
• Lze ho vyjádřit pomocí EEF –
estradiol ekvivalentní faktor
Ten se stanovuje většinou pomocí
standardních in vitro testů (ESCREEN,
kvasinkový test…)
- Klíčový faktor vlivu
xenoestrogenů na organismy! diethylphthalate 3.2x10-8
bisphenol A 7.8x10-6
4-octylphenol (OP) 1.4xl0-6
4-nonylphenol (NP) 2.3x10-5
Dieldrin 2.4x10-7
o,p'-DDT 9.1x10-6
Diadzein 1.3x10-4
Genistin 2.6x10-4
Estriol 1.0
Estrone 1.6x10-2
Ethynyl-estradiol 1.2
17ß-Estradiol 1
(ER-CALUX assay; Legler et al.,
1999 a 2002)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Estrogenní aktivita v ČOV
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Následky ED ve volně žijících organismech:
• 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
• Poruchy svlékání a růstu
 vliv na populaci  vliv na ekosystém
Hormonální regulace biologických procesů je společná
charakteristika živočišného kmene – projevy ED u obratlovců i
bezobratlých
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Důležitá fakta o účincích ED ve volně žijících
živočiších
• Účinky se projeví po expozici i velmi malými dávkami látek
• 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
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Projevy u vodních obratlovců
Malformace-změny v pohlavních orgánech. Příklady:
 Hemi- 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 výpustmi
z papíren
 Maskulinizace samic střevle potoční
v tocích pod farmami živočišné výroby
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
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
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Endokrinní disrupce v populacích ryb
• V závislosti na látce:
– Feminizace samců
– Maskulinizace samic
• Změněný poměr pohlaví
• Snížená plodnost, kvalita a kvantita
spermatu
• Vymizení populací
– Jezerní pstruh v jezeře Ontario
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Důvod intersexuality v rybách?
• Samci ryb jsou ‘feminizováni’
estrogeními látkami.
• Mnoho látek s estrogenní aktivitou je
přítomno ve výpustích ČOV a tak
uvolňováno do řek.
• Steroidní estrogeny, jak přírodní (např.
estradiol, estrone) tak syntetické (např.
ethynylestradiol) jsou pravděpodobně
základní příčinou.
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
• Řada důkazů ED a narušení reprodukce v
rybách v tocích pod výpustěmi ČOV:
– Poměr pohlaví: velká převaha samic
– Intersex: zvýšený výskyt
– Neobvyklý vývoj ovárií
– Zvýšené hladiny vitellogeninu (proteinu
vaječného žloutku) v dospívajících samcích
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Expozice dospělých
ryb estrogenními
látkami vede k
feminizaci samců
Halančík
(Fundulus heteroclitus)
• 3 populace
• 2 estrogenní látky
– NP, BPA
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Produkce vitellogeninu v samcích ryb
exponovaných látkami z výpustí ČOV v
prostředí
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Ekosystémová studie – Kanada
2000-2005
Estrogen (17α-ethynylestradiol) aplikován
do jezera – cílová konc. 5 ng/L
(v povrchových vodách v Evropě 0–23ng/L)
- poločas života 12 dní
- aplikován 3x týdně po 21 týdnů (jaro-podzim)
- 1. rok - nejvýznamnější účinky u ryb s kratší dobou života, které
se třou jen 1x za sezonu (střevle) – zvýšení hladin VTG 9000x u
samců, zpoždění vývoje gonád
- 2.,3. rok – vajíčka v samčích gonádách, pokles reprodukce,
téměř žádná nová generace střevlí – kolaps populace
- podobné, ale méně výrazné účinky u tloušťů - výskyt
intersexu (delší doba života, více tření za sezonu)
- 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)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Některé kontaminanty mohou působit
jako androgeny (anti-estrogeny)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Organocíny
Image by M & T Chemicals Inc., Woodbridge, NJ.
Stabilizátory plastů
Biocidy: Fungicidy
Insekticidy
Bactericidy
Nátěry proti zarůstání a
nánosům na trupech lodí
(Anti-fouling paints)
TBT = tributylcín
Pomalá biodegradace
Akumulace ve vodě a sedimentu
Bioakumulace
TBT používán na lodě od 60. let
První efekty na měkkýších - 70. léta
Zákaz používání v EU - 2003
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Vliv naVliv na
metabolismusmetabolismus
ssteroidteroidníchních
hormonhormonůů
P450P450 aromatasearomatase
TBTTBT
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
TBT způsobuje maskulinizaci ryb
Ryby exponované TBT od vykulení po 70 dní
TBT (ng/L)
McAllister & Kime, 2003
Danio pruhované
(Danio rerio)
Spermie po 3 - 5 měsících expozice
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
DDT a ztenčování skořápek v
dravých (i rybožravých) ptácích
• DDT bylo hojně používáno přes 30 let
• Biokoncentruje se v potravním řetězci
• V dravých ptácích způsobilo ztenčování skořápek
• To způsobilo, že se mnoho vajíček rozbilo ještě před
vylíhnutím
• Populace některých dravých ptáků dramaticky poklesly
• Po zákazu DDT (70. léta) zase vzrostly
Endokrinní disrupce u dravých
ptáků
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Přírodní populace: Dravci a DDT
Mechanismus není zcela znám
hypotéza: ovlivnění prostaglandinu → transportu Ca a Na2CO3
zjištěno ztenčení skořápek po expozici estradioly
 na úrovni ED ?
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Populace sokolovitých ptáků ve
Velké Británii
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
U obojživelníků působí ED´s na několika úrovních:
• v embryonálním a larválním období
• při metamorfóze
• v období diferenciace gonád
• v období sekundární pohlavní diferenciace a
v dospělosti (narušením chování)
Narušení endokrinního systému
obojživelníků
Obojživelníci mají vyšší citlivost k
znečištění prostředí (transdermální přenos)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Ovlivnění sexuálního vývoje
Některé EDCs ovlivňují regulační systém pohlavních steroidů. Pokud takové
EDCs působí na populaci larev v období vývoje gonád, dochází ke změně
poměru pohlaví, intersexu.
Ovlivnění druhotných pohlavních znaků - velikost svalu m. dilatator laryngis. U
samců je tento sval vyvinut mohutněji. Při působení xenoandrogenů se sval
zvětšuje.
Endokrinní disrupce u obojživelníků
Ovlivnění procesu metamorfózy
Následkem předčasné
metamorfózy vznikají extrémně
malí jedinci, neschopní reagovat
na změny přírodních podmínek,
živit se větší potravou a s nízkými
energetickými rezervami.
Možný abnormální vývoj končetin
- výskyt malformací končetin.
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Rana pipiens
(skokan levhartí)
Kontrolní samec - testes Kontrolní samice - ovaria
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Expozice atrazinem způsobuje
hermafroditismus u samců žab
0.1 ppb atrazin (30 krát méně než US limit na pitnou vodu a 2000 krát méně než
standard pro krátkodobou lidskou expozici)
Samec – testes → oocyty v testes Samec – testes → ovaria
spermie
oocyty
malá oblast se
semennými váčky
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Abnormality gonád u samců žab
exponovaných atrazinem
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Projevy ED u bezobratlých:
Narušení reprodukce, rodivosti (fekundita)
Poruchy růstu, sexuálního dozrávání (maturace)
Zvětšení/zmenšení pohlavních žláz
Narušení sexuálního dimorfismu, Intersex, Imposex,
další procesy řízené hormony: pigmentace,
regenerace končetin, diapauza
?AG
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
 Zkratka pro „superimposed sex“:
dodatečná tvorba samčích pohlavních znaků v samicích
gonochoristických předožábrých plžů, která vede ke sterilitě
 Je indukován působením přírodních i syntetických androgenů
 Byl pozorován u více než 160 druhů na světě
Imposex
Intersex
 Změna nebo nahrazení samičích pohlavních znaků u samic
samčími znaky a naopak
 Postupná přeměna morfologie samičích pohlavních znaků k
morfologické struktuře samčích znaků a naopak
 Je hodnocen jako Intersexový Index (ISI) = průměrná hodnota
všech stupňů intersexu ve vzorku
Superfemale
 abnormální velikost, počet nebo funkce samičích pohlavních
orgánů
 Je indukován působením přírodních i syntetických estrogenů
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Projevy intersexu u korýšů
Ostrava-Karviná
- zatopené poklesové plochy
- reflotace
- Chráněný druh
Intersex u přírodní populace
raka bahenního (Pontastacus
leptodactylus)
Blešivec potoční
(Gammarus fossarum)
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
TBTTBT narušujenarušuje hormonhormonálníální
rovnováhurovnováhu u měkkýšůu měkkýšů
Hladina testosteronu Hladina estrogenů
MorcilloMorcillo & Porte 2000& Porte 2000
Velká kobercová škebleVelká kobercová škeble (RuditapesRuditapes decussatusdecussatus))
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
FF
IMPOSEX u předožábrých plžůIMPOSEX u předožábrých plžů
Nepřímý xeno-androgenní efekt organocínů
(persistentní, používány na nátěry lodí)
- Tvorba penisu a chámovodu u samic
- Maskulinizace samic
- Efekt chronické expozice biocidu TBT u
necílových organismů
(EC50=0.72μg TPhT/kg u P. antipodarum)
F M
Důsledek: lokální vymizení populací měkkýšů
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
SUPERFEMALE u předožábrých plžůSUPERFEMALE u předožábrých plžů
Estrogenní efekt alkylfenolů na samičku ampulárky
(Marisa cornuarietis)
A - negativní kontrola B, C – expozice BPA
superfemale – ruptura oviduktu způsobená
nadprodukcí vajíček
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Širší souvislosti kontaminace
organocíny ve vodním prostředí
Kolaps populace měkkýšů
Snížení spásání řas a makrofyt
Velký rozvoj populací vodních rostlin,
zarůstání vodních toků
Pokles populací ryb
Takto je dramaticky ovlivněn celý
akvatický ekosystém
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Standardní testy OECD
• Androgenised Female Stickleback Screening Assay - antiandrogenní
aktivita u koljušky
• 21-day Fish Endocrine Screening Assay – ED u střevle a dania
• Repeat Dose 28-Day Oral Toxicity Study in Laboratory Rats - ED u
potkanů
• Hershberger Assay – detekce androgenní agonistů, antagonistů a
inhibitorů 5α-reduktázy u potkanů
• Stably Transfected Transcriptional Activation (TA) Assay – in vitro
estrogenní aktivita na receptoru lidských rakovinných buněk
• Uterotrophic Bioassay – estrogenní aktivita u potkanů
• Reprodukční standardní in vivo testy – ryby, ptáci, hlodavci,
kroužkovci, hlísti, chvostoskok, dafnie
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Problémy testování ED
• Prokázání kauzality expozice – efekt
• Nelinearita křivky dávka/odpověď
• Nedostatečné informace o mechanismech
účinku, zaměření pouze na efekty na
receptorech
• Problém environmentálních vzorků, směsí
• Nedostatečné informace o ED potenciálu látek
• Velmi nízké účinné koncentrace EDCs
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)
Shrnutí
• Endokrinní disruptory jsou rozšířeny v prostředí a
zahrnují přírodní i antropogenní látky
• Mají různou chemickou strukturu a působí na velmi
nízkých koncentracích – obtížně chemicky stanovitelné
• Mohou mít závažné důsledky pro volně žijící organismy,
neboť přímo narušují reprodukci a tím i „evoluční
kondici“
• Biologické testy hrají významnou roli v detekci,
charakterizaci potenciálního vlivu endokrinních
disruptorů, a hodnocení jejich odstraňování v
čistírenských procesech, což je velmi aktuální
problematika
You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)