Türkiye Acil Tıp Derneği Toksikoloji Çalışma Grubu

Yazar: Uzm. Dr. Erdem Kurt

 

18-19 yüzyıllarda özellikle endüstriyel gelişmelerle beraber insanoğlunun kimyasal ürünler üzerine ilgisi bir hayli artmış ve toplumsal yaşamı içerisinde direkt ya da dolaylı yoldan bu maddeler ile karşılaşmak durumunda kalmaya başlamıştır. Bu süreçlerin bir diğer yönü ise kimyasal maddelerin biyolojik süreçler üzerinde de etkin olmaya başlamasıdır. Fizyolojimize yabancı olan bu maddelere maruz kalan çoğu canlı organizmada ciddi sağlık sorunları meydana gelmektedir. Bu sağlık sorunları arasında özellikle insan üreme sağlığı ile ilgili bozuklukların artmakta olduğu dikkat çekmektedir. Bu süreci ‘’Seminars in Cell & Developmental Biology‘’ dergisinde yayınlanan Pranitha J.ve arkadaşlarının konuyla ilgili derlemesini üzerinden sizlerle tartışmak istiyorum.

Üreme sağlığı, yaşamın tüm aşamalarında üreme sistemini, süreci ve işlevini kapsamaktadır. Çevreye salınan bazı kimyasallara maruz kalma, üreme süreçlerinde kusurlara yol açarak organizmaları kısır hale getirmekte ve belirli koşullarda bir sonraki nesile geçerek canlıların üreme kabiliyetini üzerinde kısıtalamalar oluşturmaktadır.

İnsan erkek sperm kalitesine ilişkin son bulgular, erkek üreme işlevinde gözlenen kusurların ana nedeninin genetik kusurlardan ziyade çevresel etkilerden kaynaklandığını göstermektedir. Kirletici maddelere maruziyet ise bu çevresel etmenler içerisinde ilk sırada yer alır. Toksik maddelerinin üreme fizyolojisi üzerine etki mekanizmasını anlamak, toksisitelerine karşı koymak ve yeni stratejiler tasarlamak için çok önemlidir.Aynı zamanda üremenin moleküler mekanizmasını anlamak için bir model görevi  de görebilir.

Kısaca sperm oluşum aşamalarına değinmenin bu noktada iyi olacağını düşünüyorum. Spermatogenez, iyi kontrol edilen mitotik, miyotik bölünme serilerinin spermiyogenez ile birleşerek spermatogonial kök hücrelerden olgun sperm oluşma aşamasıdır. Seminifer tübüllerde bulunan peritübüler miyeloid hücreler ve Sertoli hücreleri, sitokinler, büyüme faktörleri ve kan damarları ile birlikte spermatogonial kök hücreleri destekleyen bazal membranı oluşturur.Sertoli hücreleri, germ hücrelerinin gelişmesi için yapısal, immünolojik ve beslenme desteği sağlar. Sertoli hücrelerinin sitoplazması, nihayetinde olgun spermler olarak lümene salınana kadar, SSC'lerden uzatılmış spermatidlere kadar gelişen germ hücrelerini çevreleyerek kalır. Foliküler uyarıcı hormon [FSH], testosteron, östradiolün hormonal etkisi ve bunların Leydig ve Sertoli hücreleri tarafından sıkı regülasyonu, spermatogenezin kaderini belirlemede çok önemlidir. FSH ve testosteron, etkilerini Sertoli hücreleri üzerinde uyguladığı ve germ hücresi gelişiminin desteklenmesine katkıda bulunduğu bilinen hormonlardır. FSH, mayoza giren spermatogonial hücrelerin sayısını artırmak için çok önemlidir ve testosteron ile birlikte, mayotik ve post-mayotik olayların ilerlemesi için gerekli genlerin ifadesi üzerinde doğrudan kontrol uygular. Ayrıca testosteron, kan testis bariyerini [KTB], mayozu, Sertoli-germ hücre adezyonunu ve sperm salınımını sürdürmek için de gereklidir.

Çevresel kirleticiler genel olarak, östrojen analogları, dioksinler, ftalatlar, poliklorlu bifeniller (PCB'ler), perflorlu bileşikler, polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH'lar), bromlu alev geciktiriciler ve ağır metaller gibi fonksiyonel sınıflara ayrılır. Genel olarak, bu toksik maddeler doğrudan hava, kara ve su kütlelerine salınır ve daha sonra solunum, cilt maruziyeti, kontamine gıda ürünleri ve içme suyuyla insanlara ulaşır. Bu zehirli maddelerin çevrede birikmesi, avdan yırtıcı hayvana aktarılıp besin zincirine girdiklerinde de ciddi bir tehdit haline gelirler. Bu nedenle, bu kimyasalların kimyasal doğasını, metabolizmalarını ve memeli testisleri üzerindeki etkilerini anlamak, yeni sentezlenen kimyasal kısımların toksisitesini değerlendirmede kullanılabilecek kapsamlı bir toksisite profili oluşturmak için önem kazanmaktadır.

 

Östrojen Analogları;

Bisfenol A [BPA] ve ftalatlar, plastik kirleticilerin ana bileşenlerini oluşturur ve doğada her yerde bulunurlar. BPA, diş sızdırmazlık malzemeleri, yiyecek ve içecek kutularının astar malzemesi, biberonlar, termal kağıtlar, kompakt diskler, DVD'ler ve diğer elektronik devrelerde ana bileşendir. Ftalatlar kozmetiklerin, ilaçların, oyuncakların, boyaların ve inşaat malzemelerinin bileşenlerini oluşturur.Yapılan incelemelerde kanda, yetişkinlerin ve çocukların idrar örneklerinde önemli miktarda BPA saptanmaktadır ayrıca amniyon sıvısında ve anne sütünde de bulunmuştur ve oldukça şok edici bir şekilde, çocukların BPA'nın toksik etkilerine daha duyarlı oldukları gözlemlenmiştir.

Birkaç çalışma, BPA'nın küçük çocukları etkileyen epigenetik etkilere neden olabileceğini ve onların transgenerasyon yolu ile nesilden nesile aktarılan üreme yeteneklerindeki kusurların nedeni olabileceğini bildirmiştir. Yapısal olarak, BPA östrojen analoğudur ki bu onlara endokrin bozucular olarak işlev görme potansiyeli kazandıran benzersiz bir yetenektir. ABD çevre koruma ajansı, BPA'nın referans dozunu, insan sağlığı üzerinde olumsuz etkilere yol açan en düşük doz olan 50 µg / kg / gün olarak belirtmektedir. Şaşırtıcı bir şekilde, gebe kadınlarda yaklaşık 0.3-18 ng / ml'lik düşük bir BPA dozunun toksik etkilere neden olma potansiyeli olduğu bulunmuştur. Yetişkin farelerde yaklaşık 25 ng / kg'lık düşük dozun, sperm sayısında azalmaya neden olduğu ve spermatogenezi engellediği gözlenmiştir.

Çalışmalar, BPA'ya maruz kalmanın ana yolunun hava, deri, yiyecek ve içme suyu olduğunu bulmuştur. Sıçanlarda yapılan çalışmalar, artan BPA konsantrasyonlarının sperm sayısı, sperm hareketliliği, morfolojisi ve DNA hasarı üzerinde doğrudan olumsuz etkiye sahip olduğunu bulunmuştur. Bu etkiler, BPA'yı diğerleri arasında en güçlü reprotoksik madde olarak yerleştirmiştir.

Ftalatlar da iyi karakterize edilmiş endokrin bozuculardır.Ftalatlar düz karbon kişisel bakım ürünlerinde, plastikleştiricilerde ,çözücülerde,ayrıca oyuncaklarda ve tüketim ürünlerinde kullanılır.Ftalatlar plastik matrislerle bağlantılı olmadıkları için çevreye kolaylıkla sızabilirler. Ağızdan alım, inhalasyon ve transdermal yollar, bu kimyasallara insanların maruz kalmasının en belirgin biçimleridir. Paketlenmiş gıdaların alımı, kirli sular, yağmurluklardan dermal maruz kalma, sabun, şampuan, oje, parfümeri ve kozmetik ürünler için koku bazları, fotallerle kontamine olmuş tozların solunması, ipler, çıngıraklar, ilaçlar gibi bebek oyuncakları ve doğrudan PVC'den yapılan tıbbi poşet ve tüp ürünlerden enjeksiyon, insan sistemine girişlerinin ana yolları olarak tanımlanmaktadır. Ftalatlara maruziyet, % 40-69 erkek infertilite problemlerinin nedeni olarak kabul edilmiştir. BPA gibi, hormonal işlevlere müdahale ederler, KTB'yi bozarlar, Sertoli hücrelerinin işlevlerini etkiler, germ hücresinin çökmesine neden olurlar ve germ hücre apoptozunu tetiklerler. Semen örneklerinin analizi, daha yüksek ftalat konsantrasyonu ile azalan sperm sayısı ve sperm hareketliliği arasında pozitif korelasyon olduğunu ortaya koymaktadır. Fatallerin reprotoksik etkileri ayrıca spermatogenez, kolesterol biyosentezi, testosteron üretimi ve oksidatif stresle ilgili genlerin epigenetik modifikasyonlarını içerir.

 

Dioksinler

Dioksinler, furan veya dioksan fonksiyonel grupları içeren halojenlenmiş siklik bileşiklerden oluşan bir lipofilik kimyasallar sınıfıdır. Poliklorlu dibenzodioksinler (PCDD'ler), poliklorlu dibenzofuranlar ve Poliklorlu Bifeniller [PCB'ler] türlerini içerirler. Biyolojik bozunmaya karşı son derece dirençlidirler ve çevrede birikmek için yüksek frekans sergilerler ve bu da onları oldukça toksik maddeler haline getirir.Bunlar temelde pestisitlerin üretiminde kullanılan kağıt hamurunun klorlu ağartılmasının yan ürünleridir ve esas olarak tıbbi atıkların ve plastiğin yakılmasıyla  oluşurlar. Dioksinler, lipofilik yapıları nedeniyle oldukça kararlı kimyasal moleküllerdir ve çevre sağlığını tehdit eden yaklaşık 50-100 yıllık yarı ömürleri vardır.Birkaç klorlu halkanın varlığı, en uzun süreli çevresel toksik madde olarak 2,3,7,8-tetraklorodibenzo-p-dioksin (TCDD) ile biyo-bozunmayı zorlaştırır. Toprakta, yeraltı sularında ve denizde devasa dioksin çökeltileri bulunmuştur, hayvanlarda maruz kalmalarının ana yolu hayvan yemi iken, insanlarda ise kontamine gıda, su, süt ürünleri ve anne sütü tüketimi başlıca maruziyet kaynağıdır. Çalışmalar, dioksinlerin insanlarda 5.8-14.1 yıl kaldığını, farelerde ise sadece 10-15 gün kaldığını ve bunun da onları insanlar için aşırı derecede toksik hale getirdiğini bilmektedir.. Toksik etkilerine, aril Hidrokarbon reseptörü [AHr] ile bağlanma yeteneklerinin aracılık ettiği bulunmuştur ve insanlarda maruz kalması klorakne, immün baskılama, tiroid disfonksiyonu ve üreme / gelişimsel anormalliklere neden olur. Erkek insan üreme yetenekleri üzerindeki etkileri bağlamında, çalışmalar, gebelik gününde (GD) 0,064 µg TCDD / kg maruziyetle sperm sayısının, özellikle epididimal sperm sayısının önemli ölçüde azalttığı bulmuştur. İnsanlarda alımlarını takiben AHr ile bağlanırlar, daha sonra CYP450 sistemi ve mono-oksijenaz enzimleri tarafından metabolize edilerek dioksinin araşidonat metabolitlerinin yanı sıra glukuronik metabolitlerin oluşmasına yol açar, bu da sonuç olarak Fas genlerinin ekspresyonunu arttırır ve pro -Hücrelerdeki oksidasyon durumu artar.İnsan sisteminde birikme potansiyeli, bunların plasenta, anne sütü yoluyla fetüse aktarılmasına izin verir ve böylece gelişimsel bozukluklara neden olur.

 

Poliklorlu Bifeniller [PCB'ler]

Poliklorlu Bifeniller, plastiklerin, reçinelerin, klorlu kauçukların, alev geciktiricilerin ve mikroelektronik devrelerin imalatında kullanılan kimyasal maddelerdir. Çift düzlemli maddeler oluşturan bisiklik düzenlemelerde klorlanmış benzen halkalarına sahiptirler ve artan klorlama derecesi ile biyoakümülasyon ve yüksek toksisite sağlarlar. Endokrin sisteö bozucuları olarak hareket ederler, östrojen reseptörleri ile bağlanma etkinliği sergilerler ve birkaç genin anormal aşırı ekspresyonunu indüklerler. PCB Aroclor 1254'ün antiandrojen etki gösterdiği ve Leydig hücrelerinde testosteron üretimini azalttığı gösterilmiştir. Aroclor 254 ayrıca Sertoli hücrelerinin metabolik fonksiyonlarını bozarak canlılığını etkiler ve sperm sayısını azaltır. Ayrıca nörolojik bozukluklara, diyabete ve kansere neden olabilirler.

 

Ağır Metaller

Ağır metaller, endüstrideki uygulamalarından,gıda, besin takviyeleri, su, hava, alkollü içecekler, tütün ve sigaradaki varlıklarına kadar doğada her yerde bulunabilirler. Ağır metallerin yüksek dozda ve / veya kısa süreli maruz kalması insan sağlığı üzerinde olumsuz etkilere neden olur. Balık ve alkol başta olmak üzere başta olmak üzere gıda, su, hava, deniz ürünleri, sigara, tüketimi insanların en yaygın maruz kalma kaynaklarıdır. Çevrede bulunan çeşitli metaller arasında kurşun, cıva, kadmiyum arsenik ve krom en toksik metaller olarak kabul edilir.Kurşun sadece pillerde, X-ışını kalkanlarında bulunur ve mesleki maruziyet kurşun madenciliği, rafine etme, eritme, araba tamirini içerir ve ayrıca yiyeceklerde, içeceklerde ve şarapta bulunur.

Kadmiyum boyalar, seramikler, plastikler, gübreler, sigaralar, tahıllar,yeşil yapraklı sebzelerde  gözlenirken, cıva ise esas olarak tatlı su ve deniz balıklarında,kozmetikler, pigmentler, kostik sodalarda ve  elektronik bileşenlerde gözlenmektedir. Öte yandan arsenik, en toksik olarak kabul edilir ve herbisitlerde, anti-mikrobiyal katkı maddelerinde, balıklarda ve diğer deniz ürünlerinde bulunur.Erkeklerde ağır metallerin üremeyi önleyici etkileri, ağırlıklı olarak spermatogenezin farklı evrelerini etkilerken, testiste hormonal dengeyi de etkiler. Gözlemlenen başlıca etkiler sperm sayısında azalma, sperm sayısında anormal artış, sperm DNA hasarı ve bozulmuş sperm hareketliliğidir. Ağır metallerin ayrıca oksidatif strese yol açan reaktif oksijen türlerini artırdığı, DNA hasarını indüklediği ve BTB'yi bozma ve spermatogenez olaylarını etkileme yeteneği ile spermatozoa apoptozuna neden olduğu bulunmuştur. Genel olarak 20-40 yıllık yarı ömrü olan kadmiyum, çeşitli dokularda büyük bir birikim sergiler ve özellikle Sertoli hücrelerini etkilediği gösterilmiştir. Kadmiyum, Sertoli hücrelerinin morfolojisini değiştirmede doza bağımlı etkiler sergiler, Sertoli-germ hücrelerinin adhezyon kaybına neden olur, sıkı bağlantıları bozar ve bu da onu bir Sertoli hücre toksikantı olarak tanımlar. Kadmiyum ayrıca testislerde dejenerasyonu indükler, farelerde / sıçanlarda testis ağırlığını azaltır, mayozda G2 / M fazı durmasını teşvik eder, spermleşmeyi inhibe eder ve spermatojenik hücrelerde apoptozu indükler.Cıva ise erkeklerde özellikle saç ve kanda yüksek konsantrasyonlarda bulunurken, Leydig hücrelerinde ise civa taneleri bulunabilmektedir. Cıvanın toksik formu olan civa klonunun, hayvan çalışmalarında sperm sayısını ve sperm hareketliliğini bozduğu gösterilmiştir. İnsan semen kurşun konsantrasyonunun analizi, kandaki kurşun konsantrasyonu ile doğrudan korelasyon gösterir ve spermler anormal kuyruk morfolojisi gösterir ve ayrıca Sertoli hücre morfolojisini etkiler. Alüminyum, testislerde adenozin trifosfatazlar, alkalin fosfataz ve gama glutamil transferaz gibi çeşitli plazma membran enzimlerinin düzeyini düşürerek spermatogenez üzerinde dolaylı etkiler yaratmıştır. Krom ayrıca, BTB'yi spesifik olarak etkilediği gözlemlenen spermatogenez üzerinde de benzer etkiler gösterir.

 

Tarım İlaçları

Pestisitler genel olarak gıda üretimini geliştirmek ve üretimin işlenmesine yardımcı olmak için insanlarda ,yabani otlarda, mantarlarda veya hayvanlarda hastalık vektörleri dahil olmak üzere istenmeyen böcekleri önlemek veya yok etmek için kullanılan maddelerdir. Pestisitler genellikle böcekleri (böcek ilaçları), mantarları (mantar ilaçları), yabani otları (herbisitler) ve gübreleri (büyüme verimini artırmak için) yok etmek için üretilir. Mesleki, diyetsel ve çevresel maruziyet, pestisitlerin insanlara girmesinin üç ana yoludur. Araştırmalar, pestisitlerin endokrin bozucu olarak davrandığını ve hormonal veya genotoksik yolla spermatogenezi etkileyebileceğini ve genlerin ekspresyonunu etkilediğini göstermektedir. Pestisitler hormonal denge, epigenetik değişiklikler, bozulmuş Sertoli hücre fonksiyonları üzerinde etki gösterir, bu da değişen sperm morfolojileri ile sonuçlanır ve sperm sayısını azaltır. Ayrıca serbest radikaller ürettikleri ve hücrelerde oksidatif stresi artırdıkları ve SSC'lerde apoptozise yol açtıkları gösterilmiştir. İyi bilinen pestisitlerden organofosfat içerenler, maruz kalındığında sperm sayısı, sperm hareketliliği, testosteron seviyeleri ve testis ağırlığının azalmasına neden olurlar.

 

Spermatogenezde Çevresel Kirleticilerin Genetik ve Moleküler İşlem Mekanizması

Çevresel kirletici maddelere maruz kalma, detoksifikasyon enzimleri tarafından metabolize edilerek insan sistemine girmelerine neden olur. Genel olarak insan sistemi, yabancı maddelerin metabolizmasına ve detoksifikasyonuna adanmış çeşitli enzimlere sahiptir. Bunlar arasında sitokrom −P450 enzim sistemi üyeleri, glutatyon S-transferazlar, metal lothionlar gibi metaloenzimler ve dizink alkalin fosfatazlar, süperoksit dismutazlar ve arilesterazlar bulunur.

Ancak bu enzimler, çevreye salınan kirleticileri tamamen metabolize etmek için dizayn edilmemiştir. Bu nedenle, bu enzimlerin endüstriyel kirleticiler üzerindeki spesifik olmayan metabolik eylemleri, başlangıç ​​kimyasalları ile birlikte insan hücreleri için ciddi şekilde toksik hale gelen çeşitli son ürünler verir. Dahası, bu kimyasalların farklı yarılanma ömürleri vardır ve bazılarının insanlarda 10 yıldan fazla bir süre kalıcı olarak birikebileceği bulunmuştur. Metabolize edildikten sonra, bu kimyasallar dolaşım sistemi yoluyla farklı hedef dokulara ulaşırlar.Membrana bağlı reseptörler ana hedefleri olmakla  beraber farklı dokularda yayılırlar. Testislerde Sertoli ve Leydig hücreleri, çeşitli sinyal kaskadlarını uyaran FSH ve LH gibi spesifik hormonlara özel bağlanma bölgeleri oluşturan  somatik hücreleri oluşturur. Aktive edilmiş sinyalleme kaskadları, farklı moleküler fonksiyonları etkilemekten sorumlu olan genleri tetikler. Öte yandan, bu çevresel kimyasalların bu hücrelerin normal hücresel işleyişine karışması, ilgili genlerin ekspresyonu üzerinde zararlı etkilere neden olur. Bu genler üzerindeki çevre kimyasallarının moleküler mekanizmasının incelenmesi, genellikle epigenetiği anlamak için ana mod olarak işlev görür. Histon modifikasyonları, DNA metilasyonu ve miRNA gibi küçük moleküllü RNA'ların ekspresyonu, genlerin ekspresyonunu düzenlemek için epigenetik modifikasyonların ortaya çıktığı ana mekanizma olarak kabul edilir. Bu çevresel toksik maddeler, hücresel hedeflerle karşılaşmalarının bir sonucu olarak da benzer etkiler sergiler. Son yıllarda, çevresel epigenetik düzenlemelerin altında yatan mekanizmaları açıklamak için birkaç inceleme yapılmıştır.

Germ hücresi oluşumu sırasında, konakçı genom, baba / maternal özgüllüklere dayalı olarak genlerin susturulmasından veya aktivasyonundan sorumlu olan genomik baskı adı verilen süreç tarafından epigenetik yeniden programlamaya tabi tutulur. Germ hücresi oluşumu sırasında bireyin çeşitli çevresel toksik maddelere maruz kalmasının, birkaç nesilden nesile aktarılan sperm / ova genomunda spesifik epigenetik modifikasyonlar sağladığı gösterilmiştir. Çevresel kirleticilerin indüklediği epijenetik transgenerasyonlar da birkaç nesil boyunca ciddi doğurganlık bozukluklarına neden olduğu  da gösterilmiştir. Çevresel toksik maddelere maruz kalma düzeyi ve süresi ve bunların genlerin ekspresyonunu düzenlemedeki etkileri, nesilleri aşan etkilerle sonuçlanan, toksisite profillerini anlamak için de çok önemlidir.

Ayrıca, çevresel toksik maddeler, hedef hücrelerin içindeki çeşitli proteinlerle doğrudan bağlanma kabiliyetine de sahiptir ve bunun sonucu, toksik etkileri ile doğrudan ilişkilidirler.

Herhangi bir ekosistemin temel gelişimi, döl oluşumuna ve sağlam üreme sağlığına bağlıdır. Geçtiğimiz yüzyılda sanayileşme ve modernleşmedeki artış, insanlığın ve diğer canlı organizmaların üreme sağlığı için uzun süreli bir tehdit oluşturduğu ortaya çıkan çok sayıda sentetik bileşiğin çevreye sokulmasında kalıcı bir etki oluşturmuştur. Yukarıda bildirilen çalışmalardan elde edildiği gibi, bu çevresel kirletici maddelerin erkeklerde üreme kapasitesinin azalmasına ve spermatogenez sürecinde çeşitli kusurlara yol açtığı açıktır. Mevcut durumun en endişe verici kısmı, bu toksik maddelerin kısırlık ve ilgili kusurlara yol açabilmlerinin yanı sıra , sonraki nesilleri de etkileyebilmeleridir. Dünya Sağlık Örgütü hala dünyanın belirli yerlerinde aşırı nüfus sorunu ve bunu önlemek için erkek doğum kontrol yönteminin kullanılmasıyla mücadele etse de, gelişmiş ve yerleşik ülkelerde erkeklerde üreme bozuklukları ve kısırlık oranı konusunda artan bir endişe var. Spermatogenez üzerindeki çevresel kirletici maddelerin incelenmesi, madalyonun her iki tarafına da hizmet eder; spermatogenezi etkileyen çeşitli genetik ve moleküler faktörleri anlamak ve bu olayları daha iyi kontrol etmek ve etkili ve güvenli kontraseptiflerin geliştirilmesinde kullanmak için bilgimizi genişletmek için bir çalışma modeli olarak kullanılabilir. Öte yandan, bu tür çalışmalar, bu kirletici maddelerin üreme sağlığı üzerindeki etkileri konusunda farkındalık yaratarak, çok toksik maddelere maruz kalmanın getirdiği hastalıklara ve kısırlık sorunlarına karşı koymamıza yardımcı olacaktır. Son olarak, tüm canlı organizmalar için güvenli ve sağlam bir gelecek sağlayacak yeni sentezlenmiş bileşiklerin yanı sıra mevcut kirletici maddelerin kullanımında katı düzenlemeler oluşturmak için bilinçli ve güvenli bir karar vermemiz gerekiyor.

 

Kaynak

  • Jenardhanan Pranitha, Panneerselvam Manivel, Mathur Premendu P.EFFECT OF ENVIRONMENTAL CONTAMINANTS ON SPERMATOGENESIS. Seminars in Cell and Developmental Biology http://dx.doi.org/10.1016/j.semcdb.2016.03.024