Cobalt exposure: toxicological aspects

O cobalto é um elemento químico, além de ser essencial, presente na vitamina B12, tem sua utilização principal na indústria metalúrgica para produção de aços com características especiais de dureza e resistência. Na forma de óxidos é utilizado como catalisador na indústria química e de óleos. Na forma de sais, uma das utilizações é na indústria de cerâmica, como pigmento. Este trabalho tem por objetivo a revisão das características toxicocinéticas e toxicodinâmicas do cobalto na forma metálica, sais e óxidos. Os efeitos tóxicos observados nas exposições a diferentes compostos de cobalto são mais pronunciados nos pulmôes, na forma de asma brônquica e fibrose. A relação dose-efeito e dose-resposta, bem como os valores de referência para a população sadia e não ocupacionalmente exposta, levou a ACGIH (American Conference of Governmental and Industrial Hygienists) dos Estados Unidos a propor desde 1995 a utilização de um BEI(Biological Exposure Indice) para este tipo de exposição. Apesar de o Brasil ainda não ter incluído o cobalto no Programa de Controle Médico de Saúde Ocupacional da Norma Regulamentadora-7, os estudos toxicológicos podem levar à utilização de um indicador biológico para exposições ao cobalto e seus compostos.Cobalt is a chemical element that, besides its essentiality as a vitamin B12 component, has its main use in metallurgy to produce steel with special features of hardness and resistance. Oxides have been used as catalists for chemical and oil industry, in salts forms, as pigments in ceramics plants. This work has the purpose of a toxicocinetic and toxicodinamic review of exposure to cobalt in metal, salt and oxide forms. The toxic effects observed in exposure to different cobalt compounds are more pronunciated in pulmonary level, in bronchial and fibrotic forms. The toxic effects observed in the exposure to different cobalt compounds, the dose-effect relationship and dose-response, and the reference values in health and non-exposed population, have brought ACGIH (American Conference of Governmental and Industrial Hygienists) of the United States to propose since 1995 a BEI (Biological Exposure Indice) to this kind of exposure. Although Brazil has not included cobalt in the PCMSO (Programa de Controle Médico de Saúde Ocupacional), the toxicological studies can lead to the use of a biological indicator to cobalt and respective compound exposure

Potential diagnostic of Branched-Chain Ketoaciduria by HPLC-DAD

A system of high performance liquid chromatography (HPLC) was used for the development and validation of efficient method for quantitative determination of three aminoacids involved in the inherited metabolic disease Branched-Chain Ketoaciduria (BCK), also called maple syrup urine disease. The analytical conditions were selected in order to obtain baseline separation profiles of the amino acids known to be altered in blood plasma of BCK patients, namely L-valine, L-isoleucine, and L-leucine. Most accurate data were obtained using HPLC/diode detector. As the analytes do not have chromophore groups, they were pre-derivatized with o-phthaldialdehyde (OPA), yielding an unsaturated adduct, making thus possible the detection of amino acids. The validation was conducted according to National Health Surveillance Agency (ANVISA) and Guidance for Industry (Bioanalytical Method Validation) United States Food and Drug Administration (U.S. FDA). The results were satisfactory, with high sensitivity, good linearity, precision and accuracy, limit of detection and quantification, all within the established parameters for bioanalytical methods, showing its applicability and low cost compared to other existing techniques such as sequential mass spectrometry. For the three amino acids, L-valine, L-isoleucine and L-leucine, the detection limits (LOD) found were: 1.61, 1.84 and 1.88 mmol L- 1 and the quantification limits (LOQ) 4.37, 6.13 and 6.27 mmol L- 1, respectively.Neste trabalho, um sistema de cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) foi usado para desenvolver e validar um eficiente método para determinar quantitativamente aminoácidos envolvidos na desordem rara conhecida como cetonúria de aminoácidos de cadeia ramificada ou doença do xarope de bordo. As condições analíticas foram desenvolvidas para obter os perfis dos aminoácidos de L-valina, L-isoleucina e L-leucina, sabidamente alterados no plasma sanguíneo dos pacientes. Empregou-se HPLC provido de um detector com arranjo de diodo. Os analitos não possuem grupos cromóforos e, por isso, foram pré-derivatizados com o-ftalaldeído (OPA) para tornar possível sua detecção. A validação foi conduzida de acordo com as normas da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA) (RDC No. 27, de 17 de maio de 2012) e secção de validação de bioanalítica da United States Food and Drug Administration (U.S. FDA). Os resultados foram satisfatórios, apresentando alta sensibilidade, boa linearidade, precisão e exatidão, limite de detecção e quantificação, todos parâmetros estabelecidos para métodos bioanalíticos, demonstrando a aplicabilidade e baixo custo do método comparado com outras técnicas como espectrometria de massas. Para os três aminoácidos, L-valina, L-isoleucina e L-leucina, os limites de detecção encontrados foram: 1,61, 1,84 e 1,88 mmol L 1 e limites de quantificação 4,37, 6,13 e 6,27 mmol L 1, respectivamente.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)INCT Redoxoma (National Institute of Science and Technology of Redox Processes in Biomedicine)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP) Instituto de Ciências Ambientais, Química e FarmacêuticasUniversidade de São Paulo Instituto de Química Departamento de Química FundamentalUNIFESP, Instituto de Ciências Ambientais, Química e Farmacêuticas2006/60245-3 e 2007/59039-2 e 2012/02514-9SciEL

Bioanalytical studies of porphyric disorders using HPLC with fluorescence detection

We describe here the development, validation, quantification and application of a method for determination of heme porphyrin precursors in the urine of porphyric patients. The isomers coproporphyrinogen I and III (COPRO I and III), uroporphyrinogen I (URO I), heptacarboxylporphyrinogen I (HEPTA I), pentacarboxylporphyrinogen (PENTA I), and hexacarboxylporphyrinogen I (HEXA I) were analyzed. These six urinary heme precursors were determined in urine samples collected from 24 patients by high-performance liquid chromatography (HPLC) equipped with a fluorescence detector. The inter- and intra-day precision (coefficient of variation < 5%) and accuracy (95-99%) were evaluated. The limits of detection and of quantification of the porphyrins, expressed in nmol L-1, were as follows: URO I, 0.62 and 2.05; HEPTA I, 0.59 and 1.96; HEXA I, 0.54 and 1.81; PENTA I, 0.52 and 1.73; COPRO I, 2.03 and 6.77; and COPRO III, 0.43 and 1.44. The method described here satisfactorily results in an acceptable cost-benefit ratio, precision and speed for determining the concentrations of heme precursors in the urine of latent or symptomatic acute intermittent porphyria individuals or porphyria cutanea tarda carriers. Since it was analytically validated, this method may be used for accurate and reliable diagnostic reports to follow-up the onset of acute crisis in porphyria carriers to adopt preventive pharmacological treatment.Neste artigo, desenvolvemos, validamos e aplicamos um método para separação e quantificação de porfirinas precursoras do grupo heme na urina de portadores de porfirias. Os isômeros coproporfirinogenio I e III (COPRO I e III), uroporfirinogenio I (URO I), heptacarboxilporfirinogenio I (HEPTA I), pentacarboxilporfirinogenio I (PENTA I) e hexacarboxilporfirinogenio (HEXA I) foram determinados em amostras coletadas de 24 pacientes de porfiria aguda intermitente e de porfiria cutânea tarda. Utilizou-se cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC) e detector de fluorescência. As concentrações de porfirinas foram determinadas com precisão inter e intra-dias (< 5%) e exatidão dentro da faixa 95-99%. Os limites de detecção e quantificação das porfirinas, expressos em nmol L-1, foram os seguintes: URO I, 0,62 e 2,05; HEPTA I, 0,59 e 1,96; HEXA I, 0,54 e 1,81; PENTA I, 0,52 e 1,73; COPRO I, 2,03 e 6,77; e COPRO III, 0,43 e 1,44. O método descrito aqui obedece a parâmetros analíticos satisfatórios, com excelente relação custo-benefício, e foi aplicado a amostras de urina de portadores assintomáticos e pacientes de porfirias. Este método foi validado analiticamente e mostrou potencial para diagnóstico de portadores de diferentes tipos de porfirias, imediatamente antes ou durante crises, e até mesmo para monitorar um tratamento farmacológico.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)INCT Redoxoma Redox Processes in BiomedicineFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP) Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas Departamento de Ciências Exatas e da TerraUniversidade de São Paulo Instituto de Química Departamento de Química FundamentalUNIFESP, Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas Depto. de Ciências Exatas e da Terra2006/60245-3 e 2006/56530-4SciEL

Validação de metodologia para dosagem de porfirinas urinárias por cromatografia líquida de alta eficiência

Porphyrins are products that originate from the heme biosyntetic pathway. Enzymes that take part in this route can have their activity inhibited due to inherited/acquired or both factors resulting in increased serum heme precursor that will be eliminated in urine. Considering the importance of early detection of heme biosynthesis alterations, the purpose of this study was to establish a high pressure liquid chromatographic (HPLC) method with fluorescence detection, to detect five fractions of porphyrins: uroporphyrin (8-carboxyporphyrin), heptaporphyrin (7-carboxyporphyrin), hexaporphyrin (6-carboxyporphyrin), pentaporphyrin (5-carboxyporphyrin) and coproporphyrin I and III (4- carboxyporphyrin). Extraction methods with spectrophotometric detection are not sensitive enough for this purpose. The HPLC (Shimadzu Co., Kioto, Japan) was composed of two high-pressure pumps, auto-sampler and fluorescence detector (RF-535) with excitation at 400 nm and emission at 620 nm. The sample was eluted from a reversed-phase column with a linear gradient. The linearity of the method was from 8.0 to 120 µg/L for all fractions, proving its ablility to identify and quantify porphyrins with differents carboxylic groups for early diagnosis and follow-up of porphyrias.Porfirinas são produtos originados da biossíntese do heme. As enzimas envolvidas neste processo podem ter sua atividade inibida por fatores genéticos, adquiridos ou uma combinação de ambos, acarretando um aumento sérico do substrato correspondente que será eliminado pela urina. Considerando-se a importância do diagnóstico precoce nas alterações da biossíntese do heme, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um método de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) com detecção por fluorescência, sensível o suficiente para identificar cinco frações de porfirinas urinárias: uroporfirina (8-carboxil porfirina), heptaporfirina (7-carboxil porfirina), hexaporfirina (6-carboxil porfirina), pentaporfirina (5-carboxil porfirina) e coproporfirina I e III (4- carboxil porfirinas). Métodos de extração por detecção espectrofotométrica não são sensíveis para este propósito. O cromatógrafo utilizado, da marca Shimadzu, é composto de duas bombas, injetor automático e detector de fluorescência (RF-535) com excitação de 400 nm e emissão de 620 nm. Foi utilizada uma coluna de fase reversa com um programa de gradiente linear. O método desenvolvido apresentou linearidade de 8,0 a 120,0 µg/L para as frações de interesse, demonstrando ser adequado na identificação e quantificação das porfirinas com diferentes grupos carboxílicos, importantes para o diagnóstico precoce e acompanhamento de porfirias

Urinary porphyrins reference ranges by HPLC in a population not exposed to porphyrinogenic agents

Porfirinas são produtos formados como intermediários na biossíntese do heme, variando de 8 a 4 grupos carboxilas: uro, hepta, hexa, penta e coproporfirinas. Alterações no perfil de porfirinas urinárias podem ser originados por uma causa hereditária ou por exposição ambiental/ocupacional. Este trabalho teve como objetivo estabelecer um método de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) com detecção por fluorescência, sensível o suficiente para estimar valores de referência das frações de porfirinas urinárias, denominadas de perfil, para uma população da cidade de São Paulo, Brasil. A urina, amostra isolada, foi coletada de 126 indivíduos (18-65 anos) de ambos os sexos e não expostos ocupacionalmente a agentes porfirinogênicos tais como organoclorados, As, Hg e Pb. Os resultados obtidos apresentaram distribuição não-paramétrica e os valores de referência em &#181;g/g of creatinina, média ± dp e percentil 2,5 - 97,5 % foram: para a fração uro: 5,3 ± 6,0 e 0 - 20,8; para copro: 42,8 ± 26,4 e 7,4-133,6 e para porfirinas totais: 48,1 ± 27,7 e 7,4-159,4 respectivamente. As frações hepta, hexa e penta não foram quantificadas. Não foram encontradas diferenças estatisticamente significantes para os grupos de sexo e idade. O grupo de fumantes apresentou níveis mais baixos de copro e porfirinas totais (mediana 37,19 e 43,48) comparado com o grupo de nãofumantes (mediana 22,49 e 27,18). O método proposto, permite detectar discretas alterações na excreção de porfirinas e os limites de referência estimados têm potencial a serem utilizados como biomarcadores na exposição a agentes porfirinogênicos.Porphyrins which are formed as intermediates in heme biosynthesis, vary from eight to four carboxyl groups: uro, hepta, hexa, penta and coproporphyrins. Alterations in the urinary porphyrin excretion profile may be caused by a hereditary disease or by environmental/occupational exposure. The purpose of this study was to establish a sensitive and accurate highperformance liquid chromatography (HPLC) method with fluorescence detection to estimate reference ranges of urinary porphyrin fractions in a population of São Paulo city, Brazil. Random urine samples were collected from 126 subjects (18 - to 65-year-old) of both sexes not occupationally exposed to porphyrinogenic agents such as chlorinated hydrocarbons, As, Hg and Pb. Distribution were nonparametric and reference ranges obtained in &#181;g/g of creatinine, mean ± SD and 2,5 -97,5 th percentile were: for 8- carboxyl (uro): 5,3 ± 6,0 and 0 - 20,8; for 4-carboxyl (copro): 42,8 ± 26,4 and 7,4-133,6 and for total porphyrins: 48,1 ± 27,7 and 7,4 -159,4 respectively. Hepta, hexa and pentaporphyrins were not quantified. No statistically significant correlation was found for sex and age. Smokers had lower levels of copro and total porphyrins statistically significant (median 37,19 and 43,48) than nonsmokers (median 22,49 and 27,18). The proposed method, which allows for the detection of minor alterations in porphyrin excretion and the reference ranges estimated are potentially applicable as biological markers in exposure to porphyrinogenic agents

Biological monitoring of occupational exposure to cobalt, toxicological and analytical aspects associated with a Quality System

Este trabalho tem por objetivo uma revisão analítica da determinação de cobalto no sangue e/ou urina para fins de monitorização biológica. A proposta de alternativas viáveis para tal metodologia está fundamentada num estudo crítico dos métodos estudados, associados a um Sistema da Qualidade. Os efeitos tóxicos observados nas exposições a diferentes compostos de cobalto, a relação dose-efeito e dose-resposta, bem como os valores de referência para a população sadia e não ocupacionalmente exposta, levou a ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists) dos Estados Unidos a propor desde 1995 a utilização de um BEI (Biological Exposure Indice) para este tipo de exposição. Apesar de o Brasil ainda não ter incluído o cobalto no Programa de Controle Médico de Saúde Ocupacional da Norma Regulamentadora-7, a utilização de um indicador biológico pode constituir-se numa necessidade devido a estudos toxicológicos e analíticos revistos e relatados na literatura.This work has the purpose of an analytical review of blood and urine\'s cobalt quantification in order to be used in biological monitoring. A proposal of alternatives and feasible methodologies that habe been found are based upon the crutical study associated with a Quality system. The toxic effects observed in exposure to different cobalt compounds, the dose-effect relationship and dose-response, and the reference values in health and non-exposed population, have brought ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists) of the United States to propose since 1995 a BEI (Biological Exposure Indice) to this kind of exposure. Although Brazil has not included cobalt in the PCMSO (Programa de Controle Médico de Saúde Ocupacional), the use of biological indicator can become a necessity due to toxicological and analytical studies here reviewed and reported in the literatur

Biological monitoring of occupational exposure to cobalt, toxicological and analytical aspects associated with a Quality System

Este trabalho tem por objetivo uma revisão analítica da determinação de cobalto no sangue e/ou urina para fins de monitorização biológica. A proposta de alternativas viáveis para tal metodologia está fundamentada num estudo crítico dos métodos estudados, associados a um Sistema da Qualidade. Os efeitos tóxicos observados nas exposições a diferentes compostos de cobalto, a relação dose-efeito e dose-resposta, bem como os valores de referência para a população sadia e não ocupacionalmente exposta, levou a ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists) dos Estados Unidos a propor desde 1995 a utilização de um BEI (Biological Exposure Indice) para este tipo de exposição. Apesar de o Brasil ainda não ter incluído o cobalto no Programa de Controle Médico de Saúde Ocupacional da Norma Regulamentadora-7, a utilização de um indicador biológico pode constituir-se numa necessidade devido a estudos toxicológicos e analíticos revistos e relatados na literatura.This work has the purpose of an analytical review of blood and urine\'s cobalt quantification in order to be used in biological monitoring. A proposal of alternatives and feasible methodologies that habe been found are based upon the crutical study associated with a Quality system. The toxic effects observed in exposure to different cobalt compounds, the dose-effect relationship and dose-response, and the reference values in health and non-exposed population, have brought ACGIH (American Conference of Governmental Industrial Hygienists) of the United States to propose since 1995 a BEI (Biological Exposure Indice) to this kind of exposure. Although Brazil has not included cobalt in the PCMSO (Programa de Controle Médico de Saúde Ocupacional), the use of biological indicator can become a necessity due to toxicological and analytical studies here reviewed and reported in the literatur

Urinary porphyrins reference ranges by HPLC in a population not exposed to porphyrinogenic agents

Porfirinas são produtos formados como intermediários na biossíntese do heme, variando de 8 a 4 grupos carboxilas: uro, hepta, hexa, penta e coproporfirinas. Alterações no perfil de porfirinas urinárias podem ser originados por uma causa hereditária ou por exposição ambiental/ocupacional. Este trabalho teve como objetivo estabelecer um método de cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) com detecção por fluorescência, sensível o suficiente para estimar valores de referência das frações de porfirinas urinárias, denominadas de perfil, para uma população da cidade de São Paulo, Brasil. A urina, amostra isolada, foi coletada de 126 indivíduos (18-65 anos) de ambos os sexos e não expostos ocupacionalmente a agentes porfirinogênicos tais como organoclorados, As, Hg e Pb. Os resultados obtidos apresentaram distribuição não-paramétrica e os valores de referência em &#181;g/g of creatinina, média ± dp e percentil 2,5 - 97,5 % foram: para a fração uro: 5,3 ± 6,0 e 0 - 20,8; para copro: 42,8 ± 26,4 e 7,4-133,6 e para porfirinas totais: 48,1 ± 27,7 e 7,4-159,4 respectivamente. As frações hepta, hexa e penta não foram quantificadas. Não foram encontradas diferenças estatisticamente significantes para os grupos de sexo e idade. O grupo de fumantes apresentou níveis mais baixos de copro e porfirinas totais (mediana 37,19 e 43,48) comparado com o grupo de nãofumantes (mediana 22,49 e 27,18). O método proposto, permite detectar discretas alterações na excreção de porfirinas e os limites de referência estimados têm potencial a serem utilizados como biomarcadores na exposição a agentes porfirinogênicos.Porphyrins which are formed as intermediates in heme biosynthesis, vary from eight to four carboxyl groups: uro, hepta, hexa, penta and coproporphyrins. Alterations in the urinary porphyrin excretion profile may be caused by a hereditary disease or by environmental/occupational exposure. The purpose of this study was to establish a sensitive and accurate highperformance liquid chromatography (HPLC) method with fluorescence detection to estimate reference ranges of urinary porphyrin fractions in a population of São Paulo city, Brazil. Random urine samples were collected from 126 subjects (18 - to 65-year-old) of both sexes not occupationally exposed to porphyrinogenic agents such as chlorinated hydrocarbons, As, Hg and Pb. Distribution were nonparametric and reference ranges obtained in &#181;g/g of creatinine, mean ± SD and 2,5 -97,5 th percentile were: for 8- carboxyl (uro): 5,3 ± 6,0 and 0 - 20,8; for 4-carboxyl (copro): 42,8 ± 26,4 and 7,4-133,6 and for total porphyrins: 48,1 ± 27,7 and 7,4 -159,4 respectively. Hepta, hexa and pentaporphyrins were not quantified. No statistically significant correlation was found for sex and age. Smokers had lower levels of copro and total porphyrins statistically significant (median 37,19 and 43,48) than nonsmokers (median 22,49 and 27,18). The proposed method, which allows for the detection of minor alterations in porphyrin excretion and the reference ranges estimated are potentially applicable as biological markers in exposure to porphyrinogenic agents