La investigación de la Estación Marina Hopkins de la Universidad de Stanford ha identificado una sustancia en el petróleo que tiene la culpa de la cardiotoxicidad observada en peces expuestos a derrames de petróleo crudo. Más que un peligro para la vida marina expuesta al petróleo, el contaminante identificado por este equipo es abundante en el airecontaminación y podría representar una amenaza global para la salud humana.
El contaminante en el centro de este hallazgo, el fenantreno, es un tipo de hidrocarburo aromático policíclico HAP. Debido al uso generalizado del petróleo, los HAP también se encuentran en la escorrentía de aguas pluviales terrestres, el suelo contaminado de sitios industriales difuntos y el airecontaminación. Los HAP han sido investigados como productos químicos causantes de cáncer durante casi cien años, pero otros efectos potenciales para la salud han recibido mucha menos atención. Los riesgos para la salud ambiental del fenantreno, en particular, han recibido una consideración secundaria a otros HAP más fuertemente implicados en eldesarrollo de cáncer.
"Al aislar cuidadosamente las células cardíacas de los atunes, los olímpicos del mar, y utilizando técnicas de microscopía electrofisiológica y confocal, registramos corrientes iónicas y encontramos exactamente dónde el fenantreno bloquea la vía de acoplamiento de excitación-contracción cardíaca, que es el vínculo entreapagado, o excitación, y la contracción que impulsa cada latido del corazón ", dijo Barbara Block, profesora de ciencias marinas. Block fue el autor principal del artículo, publicado en la edición del 31 de enero de Informes científicos .
amplio potencial para la interrupción de los corazones
Los experimentos descritos en el documento proporcionan evidencia directa de cómo el fenantreno impacta el corazón, mostrando cómo causa latidos cardíacos irregulares arritmia y contracciones más débiles de las células cardíacas. Se encontraron resultados similares en las células cardíacas de las tres especies analizadas: aleta azuly atunes de aleta amarilla y caballa. A nivel celular, estos peces atléticos con equilibrio aeróbico notable son similares a los vertebrados superiores, que incluyen mamíferos y aves. Esto sugiere que los cardio-tóxicos también pueden actuar sobre los corazones de los vertebrados superiores, como todosestos animales tienen métodos similares para regular la activación de las células del corazón.
"El mecanismo que altera la función cardíaca en los peces y la proteína que ataca el fenantreno, el canal iónico responsable del movimiento del potasio desde la célula, también está presente en los humanos", dijo Fabien Brette, investigador asociado de la Universidad de Stanford en elmomento del estudio y coautor principal del artículo actual: "Lo que medimos en las células cardíacas de los peces puede ocurrir en las células cardíacas humanas y esto podría significar el riesgo de muerte súbita".
La contaminación del aire urbana, cargada de HAP, se ha implicado en la angustia cardíaca. El estudio actual señala con el dedo el fenantreno, que podría ingresar al torrente sanguíneo a través de vías respiratorias como la respiración.
Exxon Valdez y Deepwater Horizon
Las tendencias actuales en este campo fueron influenciadas por la investigación que siguió al desastre de Exxon Valdez en 1989. El petrolero encalló en el Prince William Sound de Alaska y derramó casi 11 millones de galones de petróleo crudo en un ecosistema prístino.los peces expuestos a este derrame de petróleo exhibieron anormalidades en el desarrollo, los científicos comenzaron a observar más de cerca los HAP. Estos productos químicos estaban relacionados con una variedad de defectos cardíacos en el salmón rosado y el arenque del Pacífico, especies que se reprodujeron en hábitats costeros aceitados después del derrame.
"A partir de los resultados del esfuerzo de evaluación de Exxon Valdez, y de estudios de laboratorio posteriores utilizando el modelo experimental de pez cebra, planteamos la hipótesis de que la vía de excitabilidad de las células del corazón es un objetivo farmacológico clave para los HAP en el petróleo crudo", dijo Nat Scholz, el líderdel Programa de Ecotoxicología Pesquera NOAA en el Centro de Ciencias Pesqueras del Noroeste y coautor de este estudio. "Sin embargo, esto siguió siendo una conjetura durante más de una década, ya que no teníamos la experiencia y el equipo adecuados en nuestras instalaciones para probar esto.directamente."
En 2010, el desastre de Deepwater Horizon resultó en uno de los mayores derrames de petróleo en la historia, derramando 4 millones de barriles de petróleo crudo en el Golfo de México en primavera cuando desovan múltiples especies de peces, incluido el atún rojo del Atlántico. Después de este derrame, Stanford publicó una investigación, publicada en Science, que muestra que el petróleo crudo interrumpió la vía de acoplamiento de excitación-contracción cardíaca en los atunes, bloqueando específicamente un canal crítico de iones de potasio.
Ahora, al utilizar tres enfoques distintos de electrofisiología cardíaca en varias especies de peces estrechamente relacionados, tanto en células auriculares como ventriculares, los mismos investigadores han proporcionado evidencia directa de que el fenantreno es suficiente para interrumpir el ritmo normal y la contracción cíclica de las células cardíacas aisladas.
cómo ocurre el daño
Los atunes rojos son capaces de realizar viajes transoceánicos y la especie atlántica crece hasta alcanzar un tamaño enorme, superando las 1,400 libras. Son difíciles de estudiar ya que pocos se mantienen con éxito en cautiverio.
Durante más de 20 años, los investigadores de Stanford han mantenido atunes rojos y aletas amarillas en colaboración con el Acuario de la Bahía de Monterey en una instalación única llamada Centro de Investigación y Conservación del Atún. Aquí los atunes nadan en tanques cautivos y proporcionan la capacidad para realizar investigaciones fisiológicas.
Cada latido de un corazón depende de la sincronización exquisita de los canales iónicos que se abren y cierran para acelerar la ritmo cardíaco. Una vez que las células cardíacas individuales se aislaron de los atunes, los investigadores utilizaron microscopía confocal y pinzamiento de parches, una técnica que permite grabaciones eléctricas delas corrientes de iones cardíacos: en las instalaciones de la Universidad de Stanford en la estación marina de Hopkins para probar cómo los diferentes HAP afectaron la fuerza y el ritmo de las contracciones de las células. Los investigadores mostraron que el fenantreno interrumpe el acoplamiento de excitación cardíaca, el proceso que vincula la excitabilidad al músculocontracción, en tres niveles clave.
Usando microscopía confocal, los investigadores midieron los cambios en los iones de calcio en las células musculares vivas individuales como un indicador de la fuerza contráctil. La electrofisiología de fijación con parche reveló aún más el flujo de iones a través de canales que controlan el ritmo y el ritmo normales del latido del corazón del pez.
Después de la exposición al fenantreno, el movimiento de iones de calcio dentro y fuera de las células del corazón fue interrumpido y reducido. Esta exposición también condujo a irregularidades en dos corrientes iónicas principales, incluida una interrupción significativa del flujo de iones de potasio hacia afuera - un hallazgo consistentecon los primeros experimentos con petróleo crudo completo y químicamente complejo.
Es importante destacar que los experimentos demostraron que las exposiciones a bajas concentraciones de HAP individuales, que se encuentran comúnmente en la mezcla total de HAP de petróleo crudo, indican que los HPS de benceno de tres anillos fenantreno tienen impactos fisiológicos distintos. Interrumpen la fisiología del corazóncélula más severamente en comparación con los HAP compuestos por dos y cuatro anillos.
Los cambios adversos en la función de las células musculares del calor se manifestaron en segundos, lo que indica que la exposición al fenantreno provoca una interrupción inmediata y es más que un problema crónico.
"A corto plazo, la disfunción cardíaca en estos peces puede afectar actividades realmente exigentes metabólicamente como la natación, la reproducción o el forrajeo. A largo plazo, si la función cardíaca está comprometida, podría ser fatal", dijo Holly Shiels, profesora asociadade ciencias de la vida en la Universidad de Manchester y coautor principal de este estudio.
De peces a humanos
Se necesitan más estudios sobre los efectos nocivos del fenantreno y podrían conducir a mejoras sustanciales en nuestra capacidad para ayudar a los peces afectados por derrames de petróleo y otros casos de exposición a HAP. Esto podría incluir nuevas herramientas para detectar este químico cardiotóxico y nuevos enfoques para evaluarLos impactos de los derrames de petróleo en los peces y otros animales salvajes.
Los investigadores también sugieren que el fenantreno atmosférico merece más atención por el posible impacto que podría tener en la salud cardiovascular de las personas.
"Este documento muestra que el fenantreno tiene las propiedades de muchos medicamentos que causan ritmos cardíacos anormales como efectos secundarios graves y potencialmente mortales", dijo John Incardona, biólogo del desarrollo del Programa de Ecotoxicología Pesquera NOAA en Seattle. "Esto significa quelas personas en áreas urbanizadas con alta densidad de tráfico están potencialmente respirando algo que tiene las mismas propiedades "
Una mejor comprensión de la conexión entre el fenantreno y la salud humana podría conducir a ideas sobre qué aspectos de la quema de combustibles fósiles son más dañinos y, a partir de ahí, nuevas opciones para reducir este daño, como la selección de aceites crudos que liberan menos fenantreno.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Taylor Kubota. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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