Aplicação de um caso prático de doenças profissionais: relevância médico-legal
metais pesados e carcinogénese
Introdução
Os metais pesados são contaminantes ambientais com propriedades tóxicas e
ecotóxicas para os seres humanos e para a vida selvagem.1,2Desde que iniciou a
sua extração e processamento que o Homem se encontra exposto a estes
metais.3Atualmente, e com o aumento progressivo da poluição proveniente da
industrialização, a população encontra-se diariamente exposta a estes poluentes
através de diversas vias, incluindo a inalação de ar, consumo de água potável
exposição a solos e consumo de alimentos contaminados, bem como resíduos
industriais.1
Em pequenas quantidades, alguns metais pesados são nutrientes essenciais para
uma vida saudável, mas dependendo da sua concentração, podem tornar-se tóxicos.
Estes elementos encontram-se naturalmente presentes em alguns alimentos
específicos, designadamente nos frutos do mar, frutas e legumes.1O arsénio (As,
berílio (Be), cádmio (Cd), crómio(Cr), chumbo(Pb), manganês (Mn), mercúrio
(Hg), níquel (Ni) e selénio (Se) são denominados de metais pesados devido à sua
elevada massa atómica, sendo que o chumbo, cádmio, mercúrio e arsénio são os
que constituem as principais ameaças para a saúdehumana.3Estes compostos
existem na natureza e mesmo em baixas concentrações podem influenciar de forma
irreversível os processos fisiológicos e bioquímicos, podendo causar lesões ou
até mesmo a morte em animais, plantas e seres humanos.3
Os metais pesados prejudicam a saúde humana pois podem provocar stress
oxidativo celular (Cd, Cr, Pb e As), lesões neurológicas (Pb e Hg), lesões ao
nível do DNA (As, Cr e Cb), alterações no metabolismo da glicose (As) ou do
cálcio (Cd e Pb), e também podem interferir com alguns elementos essenciais (Cd
e Hg).1Segundo alguns estudos epidemiológicos acerca da exposição ambiental e
ocupacional aos metais, esta pode estar relacionada com o aparecimento de
várias doenças a nível do sistema pulmonar, imunológico, neurológico, renal,
endócrino, cardiovascular e reprodutor.1,4um dos fatores mais importantes na
retenção de um metal no organismo é a sua semi-vida biológica, entendendo-se
por esta o tempo que o organismo demora a excretar metade da quantidade tóxica
acumulada, dependendo do órgão/tecido ao qual o metal se associou.5 A exposição
sistemática a estes compostos potencia processos de inflamação crónica que
consequentemente induzem o stressoxidativo e carcinogénese.
Alguns metais pesados são classificados como cancerígenos humanos, sabendo-se
que a exposição crónica aumenta a incidência de cancro. Contudo, os mecanismos
que envolvem a formação de tumores associados a estes metais não se encontram
bem esclarecidos.6 A maior parte dos metais são pouco ou nada mutagénicos, no
entanto são a forma mais resistente de poluentes ambientais devido à sua
capacidade de se acumularem no ambiente.7 Dada a sua toxicidade, quando um
indivíduo se encontra exposto a metais pesados, vão desenvolver-se processos de
inflamação, que com a continuidade desta exposição originam uma inflamação
crónica. Por sua vez, esta induz o stressoxidativo que está relacionado com o
desenvolvimento tumoral.
O processo de inflamação é um mecanismo de defesa essencial no nosso organismo,
consistindo na resposta fisiológica que ocorre nos tecidos vascularizados na
sequência de uma lesão. Quando a inflamação é de duração prolongada (semanas a
anos), surge a inflamação crónica, caracterizada por diversas reações,
nomeadamente infiltração de células mononucleares (macrófagos, linfócitos e
células plasmáticas), destruição tecidular por células inflamatórias, reparação
com angiogénese e fibrose.8 A inflamação crónica pode surgir através de
infeções persistentes por micróbios difíceis de erradicar, doenças
inflamatórias imuno-moduladas (doenças de hipersensibilidade), exposição
prolongada a agentes potencialmente tóxicos e, no caso de alguns cancros,
promovem o desenvolvimento do tumor.8
A exposição a metais pesados está relacionada com a formação de radicais livres
nos seres vivos.9,10
O stressoxidativo é a acumulação de radicais livres (tais como ROS e RNS) que
provoca um desequilíbrio entre a produção destes radicais e a capacidade do
sistema para desintoxicar intermediários reativos, o que pode originar
carcinogénese.11 Por possuírem propriedades semelhantes aos iões essenciais, os
iões dos metais competem com os locais de ligação biológicos dos iões
essenciais, o que provoca uma perturbação na estrutura, na função biomolecular
e da homeostasia do metal.6 O mecanismo de ação da carcinogénese induzida pelos
metais pode resumir-se em (1) indução de stress oxidativo e lesões nos
componentes celulares, em específico no DNA, (2) interferência nos sistemas de
reparação de DNA, provocando uma instabilidade genómica, (3) interrupção do
crescimento e proliferação celular através de vias de sinalização, e (4)
desregulação de oncogenes ou genes supressores de tumores.6
Como supracitado, o fenómeno destressoxidativo pode explicar a genotoxicidade e
a mutagenicidade inferida pelos metais, que estimulam a produção de espécies
reativas de oxigénio (ROS) e espécies reativas de nitrogénio (RNS) em seres
vivos, provocando lesões oxidativas no DNA, proteínas e lípidos.6O
stressoxidativo não só facilita a iniciação do tumor através da mutagénese,
como destrói atividades celulares de enzimas antioxidantes através da interação
com os grupos tiol, que desregulam o crescimento e proliferação celular,
levando à promoção do tumor.6Apesar de não ser o único fator que contribui para
que os metais pesados induzam carcinogénese, o stressoxidativo é considerado um
elemento importante na transformação maligna.6
No caso dos metais capazes de provocar carcinogénese, estes interferem com o
crescimento celular através de mecanismos específicos, tais como mudanças na
expressão de fatores de crescimento e incapacidade de regular o crescimento
celular.6Alguns metais promovem diversas vias, como por exemplo as proteínas
cinases ativadas por mitógenos (MAPK -Mitogen-activated protein kinase). isto
implica a ativação de fatores de transição nucleares, tais como AP-1 (Activator
Protein-1), Nfkb, proteína p53, NFAT (Nuclear factor of activated T-cells), e
HIF-1 (Hypoxia-inducible Factor-1), que regulam a expressão de genes
citoprotetores importantes na reparação de DNA, resposta imune, paragem do
ciclo celular e apoptose. Os metais pesados e ROS interagem com grupos tiol
para formar pontes de dissulfureto12, originando alterações na conformação de
proteínas que regulam várias cascatas de sinalização e ativando determinados
fatores de transcrição. O fator de transcrição nuclear AP-1 é fundamental no
crescimento celular e na apoptose, sendo a sua atividade induzida pela proteína
cinase c-Jun N-terminal (JNK) e p38 MAPK.6Quanto ao fator nuclear Nf-kb,
desempenha uma função importante em diversos processos, nomeadamente na
resposta inflamatória e na transformação e sobrevivência celular, estando a sua
ativação associada à carcinogénese e podendo ser efetuada pelos metais
pesados.13A influência destes e dos ROS na ativação de Nf-kb é apoiada por
alguns antioxidantes que bloqueiam a ativação de diversos estímulos.14
Alguns metais podem causar mutações no gene p53, estando estas ligadas à
maioria dos cancros humanos. O fator nuclear de células t ativadas (NFAT)
controla a produção de citocinas, crescimento e diferenciação muscular e
angiogénese. Alguns metais podem ativar o NFAT através de uma via dependente de
cálcio e através da formação de peróxido de hidrogénio.6Os metais pesados
também podem ativar o HIF-16, que controla a homeostase do oxigénio através de
vários genes relacionados com o cancro, tais como heme oxigenase i e o fator de
crescimento endotelial vascular.5
Determinadas proteínas de zinco, designadas de zinc finger podem ser
consideradas um biomarcador para avaliação de risco de exposição a metais
cancerígenos. Estes metais têm a capacidade de inibir estas proteínas,
provocando uma distorção dos seus domínios e consequentemente uma disfunção das
mesmas.6
Métodos
Neste trabalho foi utilizada a técnica de Microscopia Eletrónica de Varrimento
(MEV) acoplada à Microanálise por Raios-X.
O MEV é um versátil instrumento utilizado para observar e analisar
características microestruturais de materiais sólidos. Este microscópio fornece
imagens na gama de ampliações da ordem de x10 a x500 000 e utiliza feixes de
eletrões para a produção das mesmas. Neste microscópio é possível obteremse
imagens que fornecem informações acerca da topografia, composição química,
estrutura cristalina e composição elementar, caso o microscópio esteja
associado a um espectrómetro de raios-X. Para as realizar, o MEV utiliza
detetores especializados que se encontram próximos da amostra e medem a
intensidade de emissão da mesma. Estes detetores podem ser de dois tipos,
detetores de eletrões secundários (ES) e detetores de eletrões retrodifundidos
(ER), sendo a primeira a mais comum.15
Para uma melhor visualização e interpretação da informação acerca da topografia
e composição elementar do material é necessário que o microscópio se encontre
associado a um espectrómetro de raios-X. A microanálise por raios-X é efetuada
por Espectrometria de dispersão de Energia de Raios-X (EDS). O sistema EDS de
deteção acoplado ao microscópio permite detetar, desde que numa concentração
superior a 0,1-0,3% em massa a presença de metais pesados numa amostra. A
microanálise por Raios-X é um processo de caracterização química de um
microvolume de material que se fundamenta na análise do espectro de emissão
local de raios-X, e utiliza um feixe de eletrões como radiação primária
ionizante.15
Para a elaboração deste trabalho foi utilizado o equipamento do Centro de
Materiais da universidade do Porto, um JEOL-630LF acoplado com Noren Voyager X-
Ray com sistema EDS de deteção, onde foi possível obter espetros de
microanálise qualitativos e semi-quantitativos das zonas focadas através dos
eletrões retrodifundidos; para além da visualização topográfica da superfície
do cabelo recorrendo aos eletrões secundários.
Resultados
Discussão
Os metais pesados são contaminantes ambientais com propriedades tóxicas para os
seres vivos. O Homem encontra-se exposto a estes compostos há mais de 5000 anos
e devido ao aumento gradual da poluição, esta situação tende a piorar. Esta
exposição é responsável pelo aparecimento de algumas doenças, nomeadamente, no
sistema pulmonar, imunológico, neurológico, renal, endócrino, cardiovascular e
reprodutor. Atualmente, o Homem encontra-se perante uma poluição silenciosa, o
que coloca em risco a Saúde Pública.
O objetivo deste trabalho prendeu-se com o estudo da possível relação entre a
exposição crónica a metais pesados e terras raras com o possível aparecimento
de carcinogénese (através dos processos clínicos) em indivíduos que, pela sua
atividade profissional, estiveram em contato com estes materiais. Para a
concretização deste objetivo foi utilizada a SEM-XRM. Com esta técnica, foi
possível qualificar e semi-quantificar os metais e terras raras presentes nas
amostras em estudo, neste caso de cabelo. Uma vez que os metais pesados e
terras raras possuem um elevado número atómico, foi possível identificar “in
situ” a presença destes compostos em imagens fornecidas pelo microscópio
eletrónico. Nas imagens de eletrões retrodifundidos foi possível observar os
metais pesados e terras raras, pois estes aparecem representados pelas áreas
brancas. A identificação do composto é realizada pela microanálise de raios-
X que fornece um espectrocoma respetiva identificação.
No estudo deste grupo, os resultados indicam a presença de metais pesados e
terras raras nas amostras analisadas, o que revela uma exposição crónica que
poderá potenciar processos inflamatórios (já descritos na bibliografia) e,
desse modo, desenvolver mecanismos de carcinogénese, através de mecanismos
também já largamente estudados e postulados. Assim, complementam-se as
conclusões previamente publicadas por Koedrith et al, em 2011. Estes autores
classificam alguns metais pesados (por exemplo, arsénio, cádmio, chumbo,
mercúrio, etc.), como cancerígenos e passíveis de afetar a saúde do Homem
através da exposição ambiental e ocupacional aos mesmos. Estudaram também de
que forma o stress oxidativo resultante da exposição a metais pesados, pode
originar um desequilíbrio entre a produção de radicais livres e a capacidade de
um sistema para desintoxicar intermediários reativos. Deste desequilíbrio podem
resultar diversas lesões, nomeadamente o cancro.
Um outro estudo, publicado em 2006 por Valko et al., demonstrou que o stress
oxidativo induz um desequilíbrio celular, que se encontra presente em diversas
células cancerígenas, podendo estar relacionado com a estimulação oncogénica.
Foi igualmenteestudadoporJomovaetal.em2011,queuma vez que os metais induzem a
formação de radicais livres e outras espécies reativas, este torna-se um fator
comum na determinação da toxicidade e carcinogénese induzida por estas
substâncias.
Os resultados apresentados neste trabalho vão de encontro ao já descrito na
bibliografia internacional, mostrando, pela aplicação desta técnica inovadora,
que um processo inflamatório crónico origina um estado de stress oxidativo
celular e consequente carcinogénese. Os nossos resultados vieram assim
confirmar o já anteriormente descrito, contribuindo com informação original
acerca da possível oncogénese/carcinogénese induzida pelos metais pesados, num
grupo específico de grande relevância para a população portuguesa.
