II Środkowo Europejski Kongres Osteoporozy i Osteoartrozy oraz XIV Zjazd Polskiego Towarzystwa Osteoartrologii i Polskiej Fundacji Osteoporozy, Kraków 11-13.10.2007
Streszczenia:
Ortopedia Traumatologia Rehabilitacja 2007, vol 9 (Suppl. 2), s195-196.

P50
WPŁYW SUPLEMENTACJI CYNKIEM NA WYTRZYMAŁOŚĆ KOŚCI KOROWEJ W WARUNKACH CHRONICZNEGO NARAŻENIA NA KADM – BADANIA W MODELU DOŚWIADCZALNYM NA SZCZURACH

Brzóska M. M.1, Gałażyn-Sidorczuk M.1, Roszczenko A.1, Rogalska J.1, Jurczuk M.1, Majewska K.2, Moniuszko-Jakoniuk J.1

1 Zakład Toksykologii, Akademia Medyczna, Białystok
2 Katedra Przetwórstwa i Chemii Surowców Roślinnych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski, Olsztyn

Słowa kluczowe: kadm, cynk, kość korowa, gęstość kości, wytrzymałość biomechaniczna

Wstęp i cel pracy
Kadm (Cd), będący jednym z najbardziej toksycznych metali ciężkich, należy do głównych chemicznych zanieczyszczeń środowiska w krajach rozwiniętych. Coraz liczniejsze dowody z badań epidemiologicznych oraz doświadczalnych badań własnych wskazujące, iż nawet niskie długotrwałe narażenie na kadm może zwiększać ryzyko osteoporozy i złamań kości skłaniają do poszukiwania sposobów zapobiegania niepożądanym skutkom działania tego metalu. Biorąc pod uwagę interakcje zachodzące z organizmie pomiędzy kadmem i cynkiem (Zn) oraz nieliczne wyniki badań sugerujące korzystny wpływ cynku w odniesieniu do indukowanych kadmem zmian w tkance kostnej podjęto kompleksowe badania własne mające na celu wyjaśnienie czy zwiększona podaż cynku może chronić przed uszkadzającym wpływem kadmu na układ kostny. W niniejszej pracy oceniano, czy suplementacja cynkiem podczas chronicznego narażenia na kadm może chronić przed indukowanym kadmem osłabieniem właściwości biomechanicznych kości korowej.
Materiał i metody
Badania przeprowadzono w modelu doświadczalnym na szczurach stanowiącym odpowiednik umiarkowanego narażenia na kadm, które może mieć miejsce w życiu człowieka. Zwierzętom podawano w wodzie do picia kadm w stężeniu 5 mg Cd/dm3 i/lub cynk w stężeniu 30 i 60 mg Zn/dm3 przez 6 i 12 miesięcy. Właściwości biomechaniczne kości korowej oceniono w 3-pkt teście zginania (Instron) trzonu kości piszczelowej. Ponadto dokonano densytometrycznego (Prodigy) pomiaru gęstości mineralnej kości (BMD) w połowie trzonu kości piszczelowej oraz oznaczono stężenie cynku i kadmu (metodą spektrometrii atomowo-absorpcyjnej) w kości korowej.
Wyniki
Narażenie na kadm nie miało znamiennego statystycznie wpływu na BMD kości korowej, prowadziło natomiast do osłabienia jej wytrzymałości biomechanicznej oraz obniżenia stężenia cynku. Po 6 miesiącach narażenia na kadm odnotowano obniżenie siły powodującej pierwsze dające się zarejestrować uszkodzenie kości, a po 12 miesiącach obniżeniu uległa również siła powodująca złamanie kości. Suplementacja cynkiem podczas narażenia na kadm chroniła przed indukowanym kadmem osłabieniem wytrzymałości kości. Korzystny wpływ cynku był zależny od wielkości jego spożycia. Suplementacja cynkiem w stężeniu 30 mg Zn/dm3 częściowo zapobiegała, a w stężeniu 60 mg Zn/dm3 – całkowicie chroniła przed osłabieniem wytrzymałości trzonu kości piszczelowej u szczurów narażanych na kadm. Ponadto podawanie cynku zapobiegało obniżeniu stężenia tego biopierwiastka oraz zmniejszało kumulację kadmu w tkance kostnej.
Wnioski
Wyniki badań pozwalają wnioskować, iż zwiększona podaż cynku podczas narażenia na kadm może, co najmniej częściowo, chronić przed indukowanym kadmem osłabieniem wytrzymałości kości korowej i w związku z tym zmniejszać ryzyko złamań. Korzystny wpływ cynku może być związany z normalizacją stężenia tego biopierwiastka oraz mniejszą kumulacją kadmu w tkance kostnej.

Badania finansowano z Grantu MNiSW (Nr 2 PO5D 027 27) oraz środków AM w Białymstoku.

P50
THE INFLUENCE OF ZINC SUPPLEMENTATION ON THE CORTICAL BONE STRENGTH AT CHRONIC EXPOSURE TO CADMIUMM – STUDIES ON A RAT MODEL

Brzóska M. M.1, Gałażyn-Sidorczuk M.1, Roszczenko A.1, Rogalska J.1, Jurczuk M.1, Majewska K.2, Moniuszko-Jakoniuk J.1

1 Department of Toxicology, Medical University, Białystok, Poland
2 Chair of Food Plant Chemistry and Processing, University of Warmia and Mazury, Olsztyn, Poland

Keywords: Cadmium, zinc, cortical bone, bone density, mechanical strength

Introduction and aim
Cadmium (Cd) is one of the most toxic heavy metals and one of the main chemical contaminants of the environment in industrialized countries. Recent epidemiological data and results of our own experimental studies give evidence that even relatively low long-term exposure to cadmium may increase a risk for osteoporosis and bone fractures. Thus, at present the growing interest has been focused on factors that can protect from toxic action of this metal. Taking into account interactions between these two metals occurring in the organism and suggestions that zinc (Zn) can have positive influence regarding to cadmium-induced changes in bone tissue, we have undertaken widely designed experimental studies to investigate whether zinc supplementation during chronic exposure to cadmium can protect against its action in the skeleton. The present study was aimed to investigate, based on the male rat model of moderate human exposure to cadmium, whether zinc supplementation may protect from cadmium-induced weakening in the cortical bone biomechanical properties.
Materials and methods
Male Wistar rats received cadmium (5 mg Cd/dm3) or/and zinc (30 and 60 mg Zn/dm3) in drinking water for 6 and 12 months. A three-point bending test (Instron) of the tibia diaphysis was performed to estimate the cortical bone biomechanical properties. Bone mineral density (BMD; DEXA technique) at the tibia mid-shaft and the cortical bone concentrations of zinc and cadmium (atomic absorption spectrometry method) were measured as well.
Results
The exposure to cadmium had no statistically significant influence on the cortical bone BMD; however, it resulted in a decrease in the bone biomechanical strength and a decrease in zinc concentration. After 6-month exposure to cadmium, the bone yield strength decreased, whereas after the 12-month exposure the fracture strength decreased as well. Zinc supplementation at the exposure to cadmium protected from this toxic metal-induced weakening in the bone strength. The protective effect of zinc depended on its intake. The supplementation with 30 mg Zn/dm3 partly, and at the concentration of 60 mg Zn/dm3 – completely protected from weakening in the tibia diaphysis strength. Moreover, the supply with zinc protected from the cadmium-induced decrease in the bone zinc concentration and decreased cadmium accumulation in the bone tissue.
Conclusions
The results seem to indicate that enhanced dietary intake of zinc at the exposure to cadmium may, at least partly, protect from the cadmium-induced weakening in the cortical bone strength and in this way decrease the risk of bone fractures. The influence of zinc may be accompanied by its ability to prevent cadmium-induced deficiency of zinc and to decrease cadmium accumulation in bone tissue.

This study was financially supported in parts by the Grant (No. 2 PO5D 027 27) from the Ministry of Science and Higher Education (Poland) and by the Medical University of Białystok.

II Środkowo Europejski Kongres Osteoporozy i Osteoartrozy oraz XIV Zjazd Polskiego Towarzystwa Osteoartrologii i Polskiej Fundacji Osteoporozy, Kraków 11-13.10.2007
Streszczenia:
Ortopedia Traumatologia Rehabilitacja 2007, vol 9 (Suppl. 2), s196-197.

P51
WPŁYW KADMU NA STRUKTURĘ I FUNKCJĘ PRZYTARCZYC – BADANIA W MODELU DOŚWIADCZALNYM NA ZWIERZĘTACH

Piłat-Marcinkiewicz B.1, Brzóska M. M.2, Lebda-Wyborny T.3, Sawicki B.1

1 Zakład Histologii i Embriologii, Akademia Medyczna w Białymstoku
2 Zakład Toksykologii, Akademia Medyczna w Białymstoku
3 Zakład Histologii i Embriologii, Śląska Akademia Medyczna w Katowicach-Ligocie

Słowa kluczowe: kadm, przytarczyce, parathormon, szczur

Wstęp i cel pracy
Ostatnie wyniki badań epidemiologiczych oraz doświadczalnych wskazują, iż nawet względnie niskie, długotrwałe narażenie na kadm stanowi czynnik ryzyka uszkodzeń układu kostnego. Mechanizmy oddziaływania kadmu na układ kostny pomimo wielu badań wciąż pozostają nie w pełni wyjaśnione. Przytarczyce, poprzez sekrecję parathormonu (PTH), uczestniczą w regulacji gospodarki wapniowej i metabolizmu tkanki kostnej. W związku z tym badając mechanizmy uszkadzającego wpływu kadmu na układ kostny wzięto pod uwagę również możliwości oddziaływania kadmu poprzez wpływ na przytarczyce.
Celem pracy była ocena struktury i funkcji przytarczyc w modelu doświadczalnym na samcach szczura stanowiącym odpowiednik niskiego i wysokiego narażenia na ten metal, które może mieć miejsce w życiu człowieka.
Materiał i metody
Zwierzęta narażano na kadm w postaci wodnych roztworów CdCl2 o stężeniu 1 i 50 mg Cd/dm3, podawanych jako jedyny płyn do picia przez 12 miesięcy. Szczury kontrolne pojono wodą niezanieczyszczoną kadmem. Do badań pobrano tarczyce wraz z przytarczycami oraz krew (na skrzep). Dokonano oceny struktury histologicznej przytarczyc w mikroskopie świetlnym. W przytarczycach wykrywano peptyd pokrewny do parathormonu (PTHrP) techniką immunohistochemiczną Avidin Biotin Peroxidase Complex (ABC) stosując swoiste przeciwciała królicze. Ponadto, w surowicy oznaczono stężenie PTH (zestawem ELISA, Immunotopics Inc.). Do oceny intensywności reakcji immunohistochemicznej (stosunek średniej gęstości optycznej mierzonego pola do jego powierzchni) na PTHrP użyto programu morfometrycznego Image Pro Plus 4.5 (Media Cybernetics).
Wyniki
W obrazie morfologicznym przytarczyc u zwierząt narażanych na kadm w obu stężeniach zaobserwowano poszerzone naczynia krwionośne oraz wyraźnie jasne, hipertroficzne komórki główne. W grupie narażanej na 50 mg Cd/dm3 zaobserwowano lokalne zmiany degeneracyjne tych komórek przy naczyniach krwionośnych. Zmiany w obrazie morfologicznym przytarczyc były bardziej nasilone przy wyższym poziomie ekspozycji. U zwierząt narażanych na 50 mg Cd/dm3 odnotowano wzrost intensywności odczynu immunohistochemicznego na PTHrP, czemu towarzyszył wzrost stężenia PTH w surowicy. Przy narażaniu na 1 mg Cd/dm3 intensywność odczynu immunohistochemicznego na PTHrP i stężenie PTH w surowicy nie odbiegały od wartości kontrolnych.
Wnioski
Wyniki badań wskazują, iż kadm, nawet w warunkach niskiego narażenia może powodować zmiany w strukturze przytarczyc, natomiast w warunkach wysokiego narażenia na ten metal dochodzi również do zmian degeneracyjnych oraz do zwiększenia syntezy i sekrecji PTH. Biorąc pod uwagę fakt, iż PTH jest silnym czynnikiem resorbującym tkankę kostną, na podstawie przeprowadzonych badań można wnioskować, iż wpływ kadmu na przytarczyce może być włączony w patomechanizmy oddziaływania tego metalu na układ kostny.

Badania częściowo finansowano w Grantu KBN (Nr 6PO5D 093 20).

P51
FFECT OF CADMIUM ON THE STRUCTURE AND FUNCTION OF THE PARATHYROID GLAND – STUDIES ON A RAT MODEL

Piłat-Marcinkiewicz B.1, Brzóska M. M.2, Lebda-Wyborny T.3, Sawicki B.1

1 Department of Histology and Embryology, Medical University of Białystok, Poland
2 Department of Toxicology, Medical University of Białystok, Poland
3 Department of Histology and Embryology, Silesian Medical University, Katowice-Ligota, Poland

Key words: Cadmium, parathyroid, parathormone, rat

Introduction and aim
Recent epidemiological and experimental data indicate that even relatively low chronic exposure to cadmium poses a risk for skeletal damage. Mechanisms of cadmium action on the skeleton, in spite of numerous studies, are still not completely explained. The parathyroid gland via parathormone (PTH) secretion is involved in the regulation of calcium and bone tissue metabolism. Thus, studying the mechanisms of cadmium influence on the skeleton we have also took into account the possibility of its action via parathyroid damage. The aim of the study was to estimate the structure and function of parathyroid on a male rat model corresponding to low and relatively high human exposure.
Material and methods
The animals were treated with cadmium in the form of an aqueous solution of CdCl2 at the concentration of 1 and 50 mg Cd/dm3, administered as the only drinking fluid, for 12 months. Control animals drank water free of cadmium. The thyroid lobes with parathyroids and blood from the heart (for cloth) were collected for analysis. Microscopic analysis of the parathyroids structure was perfomed in a light microscope. In the parathyroid gland, the parathyroid hormone-related protein (PTHrP) was detected immunohistochemically by Avidin Biotin Peroxidase Complex technique (ABC) with the use of specific rabbit antibodies. Moreover, serum PTH concentration was determined using Rat Intact PTH Elisa kit (Immunotopics Inc.). The intensity of the immunohistochemical reaction (ratio of the mean optic density of the measured object to its area) for PTHrP was estimated using a morphometric programme (Image Pro Plus 4.5 Media Cybernetics).
Results
In the morphological picture of the parathyroid gland in the animals exposed to cadmium dilatation of blood vessels and hipertrophia of the parathyroid chief cells were observed. Changes in the morphological picture of the parathyroid in the group exposed to 50 mg Cd/dm3 were more intensive than in those exposed to 1 mg Cd/dm3. The exposure to 50 mg Cd/dm3 led to an increase in the intensity of the immunohistochemical reaction for PTHrP and the serum PTH concentration. In the lower level of the exposure to cadmium, the intensity of immunohistochemical reaction for PTHrP and the serum PTH concentration did not differ compared to control.
Conclusions
The results seem to indicate that cadmium, even at low chronic exposure may lead to changes in the structure of the parathyroid, whereas high exposure to this metal also results in degenerative changes and in an increase in the synthesis and secretion of PTH. Taking into account the fact that PTH is a strong bone-resorbing factor, based on the study it may be concluded that cadmium influence on the parathyroid gland may be involved in the patomechanisms of its action in the skeleton.

This study was in part supported financially by the Grant (No. 6PO5D 093 20) from the Committee for Scientific Research (KBN, Poland).

I Środkowo Europejski Kongres Osteoporozy i Osteoartrozy oraz XIII Zjazd Polskiego Towarzystwa Osteoartrologii i Polskiej Fundacji Osteoporozy, Kraków 6-8.10.2005

Streszczenia:
Ortopedia Traumatologia Rehabilitacja 2005, vol 7 (Suppl. 1), s204-205.

P71
STĘŻENIE PARATHORMONU W SUROWICY KRWI I ODCZYN IMMUNOHISTOCHEMICZNY W PRZYTARCZYCACH SAMCÓW SZCZURA PO DŁUGOTRWAŁYM, UMIARKOWANYM NARAŻANIU NA KADM

Piłat-Marcinkiewicz B.1, Lebda-Wyborny T.2, Brzóska M.M.3, Zabel M.4
1Zakład Histologii i Embriologii, Akademia Medyczna, Kilińskiego 1, 15-089 Białystok
2 Zakład Histologii i Embriologii, Akademia Medyczna, Medyków 18, 40-762 Katowice-Ligota, 3 Zakład Toksykologii, Akademia Medyczna, Mickiewicza 2C, 15-222 Białystok
4 Katedra i Zakład Histologii i Embriologii, Akademia Medyczna, ul. Chałubińskiego 6a,
50-368 Wrocław

Słowa kluczowe: Kadm, przytarczyce, parathormon, szczur

Wstęp i cel pracy
Przytarczyce poprzez sekrecję parathormonu (PTH) są zaangażowane
w regulację gospodarki wapniowej i metabolizmu tkanki kostnej. Uważa się, że jednym z patomechanizmów rozwoju uszkodzeń kości w warunkach narażenia na kadm (Cd) jest wpływ tego metalu na funkcję dokrewną przytarczyc. W związku z tym postanowiono dokonać oceny funkcji przytarczyc w modelu doświadczalnym na samcach szczura stanowiącym odpowiednik umiarkowanego narażenia środowiskowego człowieka na kadm.
Materiał i metody
Badania przeprowadzono na samcach szczura rasy Wistar. Zwierzęta poddano ekspozycji na kadm w postaci wodnego roztworu CdCl2 o stężeniu 5 mg Cd/dm3 podawanego jako jedyny płyn do picia przez 12 miesięcy. Szczury kontrolne pojono wodą nie zanieczyszczoną Cd. Do badań pobrano krew i oba płaty tarczycy wraz z przytarczycami. W surowicy oznaczono stężenie PTH z użyciem zestawu ELISA (Immunotopics Inc.). W przytarczycach wykrywano peptyd pokrewny do parathormonu (PTHrP) techniką immunohistochemiczną Avidin Biotin Peroxidase Complex (ABC) stosując swoiste przeciwciała królicze. Reakcje zostały wykonane na 5 µm parafinowych skrawkach utrwalonych w płynie Bouin’a. Do oceny intensywności reakcji immunohistochemicznej (stosunek średniej gęstości optycznej mierzonego pola do jego powierzchni) na PTHrP użyto programu morfometrycznego Image Pro Plus 4.5 (Media Cybernetics).
Wyniki
U szczurów eksponowanych na 5 mg Cd/dm3 odnotowano dwukrotnie wyższe stężenie PTH w surowicy z jednoczesnym osłabieniem intensywności odczynu immunohistochemicznego na PTHrP w przytarczycach.
Wnioski
Otrzymane wyniki mogą sugerować, że chroniczna ekspozycja na Cd prowadzi do zwiększenia sekrecji parathormonu przez przytarczyce. Wzrost stężenia PTH w surowicy w warunkach chronicznego narażenia na kadm może stymulować resorpcję tkanki kostnej i przyczyniać się do rozwoju uszkodzeń kości.

Badania częściowo finansowano w Grantu KBN (Nr 6PO5D 093 20).

P71
THE LEVEL OF PARATHORMONE IN SERUM AND IMMUNOHISTOCHEMICAL REACTION IN THE PARATHYROID GLAND OF MALE RATS AT CHRONIC, MODERATE EXPOSURE TO CADMIUM

Piłat-Marcinkiewicz B.1, Lebda-Wyborny T.2, Brzóska M.M.3, Zabel M.4
1 Department of Histology and Embryology, Medical University, Kilińskiego 1, 15-089 Białystok, Poland, 2 Department of Histology and Embryology, Medical University, Medyków 18, 40-762 Katowice-Ligota, Poland, 3 Department of Toxicology, Medical University, Mickiewicza 2C, 15-222 Białystok, Poland
4 Department of Histology and Embryology, Medical University, ul. Chałubińskiego 6a,
50-368 Wrocław, Poland

Keywords: Cadmium, parathyroid, parathormone, rat

Introduction
The parathyroid gland via parathormone (PTH) secretion is involved in the regulation of calcium and bone tissue metabolism. It has been thought, that one of mechanisms of the Cd-induced bone damage is its influence on endocrine function of parathyroid gland. Thus in the present study the influence of Cd on the function of parathyroid gland was estimated on a rat model of human moderate environmental exposure to this toxic metal.
Material and methods
Young male Wistar rats were treated with Cd in the form of an aqueous solution of CdCl2 at the concentration of 5 mg Cd/dm3, administered as the only drinking fluid, for 12 months. Control animals drank water free of Cd. Blood, from the heart, and both thyroid lobes with parathyroids were collected for analysis. Serum PTH concentration was determined using Rat Intact PTH Elisa kit (Immunotopics Inc.). In the parathyroid gland, the parathyroid hormone-related protein (PTHrP) was detected immunohistochemically by Avidin Biotin Peroxidase Complex technique (ABC) with the use of specific rabbit antibodies. The reactions were performed on 5-µm paraffin sections of the thyroid fixed in Bouin’s fluid. The intensity of the immunohistochemical reaction (ratio of the mean optic density of the measured object to its area) for PTHrP was estimated using a morphometric programme (Image Pro Plus 4.5 Media Cybernetics).
Results
The exposure to Cd resulted in an increase (by 2-fold) in the serum PTH concentration with simultaneous weakness in the intensity of the immunohistochemical reaction for PTHrP in the parathyroid gland.
Conclusions
The results seem to indicate that chronic moderate exposure to Cd enhances the secretion of PTH via the parathyroid gland. The Cd-induced enhanced PTH concentration in serum may contribute to bone damage at the exposure to this metal.

This study was in part financially supported by the Grant (No. 6PO5D 093 20) from the Committee for Scientific Research (KBN, Poland).