Lipotoxicity in obese pregnancy and its potential role in adverse pregnancy outcome and obesity in the offspring

Increasing maternal obesity is a challenge that has an impact on all aspects of female reproduction. Lean and obese pregnant women gain similar fat mass, but lean women store fat in the lower-body compartment and obese women in central compartments. In the non-pregnant, central storage of fat is associated with adipocyte hypertrophy and represents a failure to adequately store excess fatty acids, resulting in metabolic dysregulation and ectopic fat accumulation (lipotoxicity). Obese pregnancy is associated with exaggerated metabolic adaptation, endothelial dysfunction and increased risk of adverse pregnancy outcome. We hypothesize that the preferential storage of fat in central rather than ‘safer’ lower-body depots in obese pregnancy leads to lipotoxicity. The combination of excess fatty acids and oxidative stress leads to the production of oxidized lipids, which can be cytotoxic and influence gene expression by acting as ligands for nuclear receptors. Lipid excess and oxidative stress provoke endothelial dysfunction. Oxidized lipids can inhibit trophoblast invasion and influence placental development, lipid metabolism and transport and can also affect fetal developmental pathways. As lipotoxicity has the capability of influencing both maternal endothelial function and placental function, it may link maternal obesity and placentally related adverse pregnancy outcomes such as miscarriage and pre-eclampsia. The combination of excess/altered lipid nutrient supply, suboptimal in utero metabolic environment and alterations in placental gene expression, inflammation and metabolism may also induce obesity in the offspring

An overview of the possibility of membrane techniques application in the removal of microorganisms and organic pollutants from the aquatic environment

Ultrafiltracja (UF) i mikrofiltracja (MF) mogą wspomóc i polepszyć proces dezynfekcji wody i ścieków metodami tradycyjnymi, ponieważ membrana stanowi barierę dla wirusów, bakterii i pierwotniaków. Do mikrozanieczyszczeń organicznych, występujących w wodach i ściekach, należy zaliczyć uboczne produkty dezynfekcji i utleniania chemicznego. Ich prekursorami są naturalne substancje organiczne (NOM), których usuwanie jest jedną z najważniejszych operacji w technologii uzdatniania i oczyszczania wody. Chlorowanie, stosowane w uzdatnianiu wody, powoduje tworzenie się związków halogenoorganicznych, w tym głównie trihalometanów i kwasów halogenooctowych. Poprzez wprowadzenie ciśnieniowych technik membranowych do uzdatniania wody można usuwać NOM i kontrolować powstawanie ubocznych produktów dezynfekcji. Stosuje się albo bezpośrednio nanofiltrację/odwróconą osmozę, albo systemy zintegrowane, stanowiące połączenie UF lub MF z koagulacją i adsorpcją na węglu aktywnym. Antropogeniczne mikrozanieczyszczenia organiczne to przede wszystkim substancje endokrynnie aktywne (EDC) oraz pozostałości farmaceutyków. Do EDC zalicza się szeroką gamę mikrozanieczyszczeń, przede wszystkim: halogenowe związki organiczne, w tym dioksyny, furany, polichlorowane bifenyle oraz pestycydy, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, substancje powierzchniowo czynne, alkilofenole, ftalany, hormony naturalne i syntetyczne oraz syntetyczne farmaceutyki. Ciśnieniowe procesy membranowe stanowią skuteczną metodę usuwania rozpuszczalnych w wodzie związków organicznych w uzdatnianiu wód naturalnych. Wyższy stopień usunięcia, a w wielu przypadkach całkowite usunięcie farmaceutyków i EDC poniżej poziomu wykrywalności osiąga się w procesach nanofiltracji/odwróconej osmozy. Do ich usuwania można też stosować systemy zintegrowane, łączące UF lub MF z koagulacją, adsorpcją na węglu aktywnym czy utlenieniem. W przypadku ścieków ważną rolę mogą odegrać bioreaktory membranowe.Drinking water containing biologically active substances, i.e. viruses, bacteria and protozoa, as well as other microorganisms, is a significant health threat. This also applies to the treated and the raw wastewaters discharged into the receiver. Ultrafiltration and microfiltration can help and improve the process of water disinfecting using traditional methods, because membrane is a barrier for microorganisms. Viruses can be retained by ultrafiltration membranes, whereas bacteria and protozoa using ultrafiltration and microfiltration membranes. For the removal of natural organic matter it is possible to use successfully either direct nanofiltration or integrated systems combining ultrafiltration or microfiltration with coagulation, adsorption on activated carbon, and even with oxidation. Natural organic matter and some other anthropogenic organic pollutants can be precursors of disinfection by-products, and that is why NOM removal from water is very important. Nanofiltration and to some extent reverse osmosis are the methods for the removal of the micro-pollutants from water and wastewaters, among them the most important are disinfection by-products, pharmaceutical active compounds and endocrine disrupting compounds which have high biological activity. In the first case, volatile trihalomethanes, and non-volatile compounds, mainly halogenacetic acids, are formed. To this last group of compounds, special attention in natural waters is paid onto polycyclic aromatic hydrocarbons and surface-active substances, chlorinated pesticides, phthalates, alkylphenols, polychlorinated biphenyls, hormones, synthetic pharmaceuticals and other chemicals and substances produced by man and put into the environment. Application of microfiltration and ultrafiltration in micro-pollutants removal is possible in integrated systems: with coagulation and adsorption processes, through polymer complexation and surfactant bounding. Also membrane bioreactors are useful in the removal of organic pollutants. The problems in operation of low-pressure-driven membrane processes is membrane fouling, responsible for continuous decrease of membrane flux and permeate quality in time

The occurence and determination of progestogens in the water environment

Progestageny są grupą żeńskich hormonów płciowych, wydzielanych głównie wraz z moczem zwierząt i ludzi, które zawsze były obecne w środowisku. Egzogenne progestageny są składnikiem leków, głównie skojarzonych z estrogenami, stosowanych obecnie powszechnie w medycynie, w hormonalnej terapii zastępczej i antykoncepcji. Powoduje to, że związki te są obecne w ściekach komunalnych i szpitalnych, w wodach gruntowych i powierzchniowych oraz osadach dennych rzek. Intensywny rozwój technik oznaczania tych związków, głównie chromatograficznych, umożliwia określenie profili stężeniowych progestagenów w środowisku wodnym. Przedstawiono zakresy zawartości tych związków w środowisku wodnym. Z uwagi na potwierdzony nieobojętny wpływ obecności tych związków na organizmy żywe, istnieje potrzeba opracowania objętej walidacją, szybkiej, powtarzalnej i precyzyjnej procedury oznaczenia tych związków. Omówiono podstawowe techniki chromatograficzne stosowane przy oznaczeniu progestagenów w środowiskowych próbkach wodnych, wraz z omówieniem samego procesu identyfikacji oraz potrzeb analitycznych w tym zakresie.Progestogens are female sex hormones. They are mainly excreted with human and animal urine and have always been present in the environment. Exogenous progestogens are components of drugs, especially of those estrogens-based, which are commonly used in medicine, hormone-substitutive therapy, as well as in contraception. Those factors are responsible for the presence of progestogens in municipal and hospital sewage, ground and surface waters, as well as in the bottom sediments of rivers. The developments in analytical methods (especially in the chromatographic ones) for the determination of progestogens made it possible to characterize the progestogen concentration profiles in the water environment. Based on the literature reports, this paper presents the range of concentrations at which these compounds occur in the water environment. Taking into consideration the confirmed harmful effect of progestogens on living organisms, it is desirable to develop a quick and accurate analysis method that can be repeated and valuated. The basic chromatographic methods for determining the concentrations of progestogens in water samples are discussed. Consideration is also given to the process of identifying particular progestogens and to the resulting analytical needs

Removal of estrogenic micropollutants from water solutions by high-pressure driven membrane processes

Filtracji osmotycznej i nanofiltracyjnej poddano modelowe roztwory wodne zawierające osiem wybranych związków z grupy fitoestrogenów i ksenoestrogenów. Badano wpływ procesu membranowego i układu filtracji na skuteczność usuwania mikrozanieczyszczeń. Dokonano analizy współczynnika retencji mikrozanieczyszczeń estrogenicznych w zależności od rodzaju filtracji, tj. w układzie filtracji jednokierunkowej (dead-end) oraz w układzie skrośnym (cross-flow), a także warunków operacyjnych filtracji (temperatura, ciśnienie transmembranowe i liniowa prędkość przepływu nadawy) i składu modelowego roztworu wodnego. Wykazano, że w układzie filtracji jednokierunkowej większy stopień usunięcia mikrozanieczyszczeń uzyskano podczas odwróconej osmozy niż nanofiltracji. Jednakże proces nanofiltracji prowadzony w układzie skrośnym także umożliwił skuteczne usunięcie badanych związków. W tym układzie filtracji retencja mikrozanieczyszczeń malała wraz ze wzrostem temperatury i ciśnienia transmembranowego, z jednoczesnym zwiększeniem wydajności membrany. Z kolei wzrost liniowej prędkości nadawy powodował również wzrost współczynnika retencji mikrozanieczyszczeń. Zwiększenie retencji badanych mikrozanieczyszczeń stwierdzono również w warunkach występowania zjawiska blokowania membrany wywołanego obecnością w wodzie kwasu humusowego.Model water solutions containing eight compounds chosen from the group of phytoestrogens and xenoestrogens were made subject to reverse osmosis and nanofiltration with the aim of examining how the membrane process and the filtration mode influence the removal of the micropollutants. The retention coefficients for the estrogenic micropollutants were related to the filtration mode (dead-end, cross-flow), the operating parameters of filtration (temperature, transmembrane pressure, linear velocity of feed flow), and the com-position of the model solution. It has been demonstrated that the dead-end mode produced higher removal efficiencies during reverse osmosis than during nanofiltration. However, con-ducted in the cross-flow mode, nanofiltration also enabled efficient removal of the micro-pollutants examined. In the cross-flow mode, the retention of the micropollutants decreased with the rise in temperature and transmembrane pressure, and there was a concomitant increase in the performance of the membrane. The rise in the linear velocity of the feed flow was found to be a factor contributing to the increase in the retention coefficient. An increase in the retention coefficient was also observed under conditions of membrane fouling caused by the presence of humic acid in the water

Removal of estrogens by nanofiltration

Obecnie obserwuje się nowe zagrożenia wynikające z obecności w środowisku wodnym substancji biologicznie aktywnych, które mogą zakłócać funkcje endokrynologiczne organizmu (EDCs - Endocrine Disrupting Compunds). Do tej grupy związków zalicza się żeńskie hormony płciowe (estron, 17(beta)-estradiol i estriol), których obecność w środowisku wodnym była do niedawna ignorowana. Ponadto w wodach zidentyfikowano szereg odpowiedników naturalnych estrogenów, stosowanych w medycynie i w weterynarii (17(alfa)-etinylestradiol, mestranol i dietylostilbestrol). Nieodpowiednio oczyszczone ścieki powodują obciążenie środowiska wodnego tymi mikrozanieczyszczeniami, co może prowadzić do nieodwracalnych zmian. Jako jeden z kierunków rozwoju technologii oczyszczania wody i ścieków proponuje się stosowanie technik membranowych. W pracy przedstawiono podstawowe parametry procesu nanofiltracji oraz jego zastosowanie do usuwania naturalnych i syntetycznych estrogenów z roztworów wodnych. Omówione w pracy osiągnięcia i problemy wskazują na potrzebę prowadzenia badań w tym kierunku, co może przyczynić się do lepszego poznania procesu nanofiltracji oraz do jego szybszego wdrożenia na skalę techniczną.In recent years new environmental threats arising from the presence of some endocrine disrupting compounds (EDCs) in aquatic environment have been reported. Female sex hormones (estrone, 17 (beta)-estradiol and estriol) are frequently regarded as the main species belonging to the EDCs group. Their presence in the water environment has been ignored until recently. These days also various equivalent compounds to natural estrogens that are widely used in medicine and veterinary medicine (17 (alfa)-ethinylestradiol, mestranol and diethylstilbestrol) are being detected there. An inadequate treatment of wastewaters carrying micropollutants of that type may produce contamination of the aquatic environment, as well as some irreversible changes. Membrane techniques are regarded as an alternative to conventional water and wastewater treatment. In the study reported on in this paper consideration was given to the nanofiltration process, its parameters and potentiality for the removal of natural and synthetic estrogens from aqueous solutions. The results obtained, along with those reported by other investigators, substantiate the need of further research in this field in order to gain a better understanding of the nanofiltration process and speed up its application on a technical scale

Separation of bisphenol A by nanofiltration under conditions of membrane surface saturatio

W badaniach dokonano oceny skuteczności separacji nanofiltracyjnej bisfenolu A (ksenoestrogen, stanowiący środowiskowe zanieczyszczenie o znacznej aktywności biologicznej) w warunkach zmiennego stężenia i ciśnienia transmembranowego procesu. Badania zmierzały do określenia wpływu nasycenia powierzchni membrany na współczynnik retencji usuwanego mikrozanieczyszczenia. Wykazano, że towarzyszące nanofiltracji zjawisko adsorpcji bisfenolu A na membranie i w jej strukturach narastało w czasie procesu aż do momentu nasycenia powierzchni membrany. Po tym czasie nie zaobserwowano zmiany wartości badanego parametru, a współczynnik retencji usuwanego związku utrzymywał się na stałym poziomie. Stwierdzono, że zjawisko adsorpcji było zależne zarówno od stężenia usuwanego związku w wodzie, jak i ciśnienia transmembranowego procesu. Powoduje to, że podczas separacji mikrozanieczyszczeń organicznych występujących w wodach można spodziewać się zaburzeń skuteczności procesu oczyszczania. Podkreślono, że podczas regularnego czyszczenia membran powstają roztwory poregeneracyjne, charakteryzujące się znacznie większą ilością biologicznie aktywnych mikrozanieczyszczeń niż w wodzie surowej, co powoduje konieczność ich oczyszczania i skutecznego unieszkodliwienia.The aim of the study was to assess the efficiency of separating bisphenol A (a xeno-estrogen classified as an environmental pollutant of a comparatively high biological activity) by nanofiltration, at varying concentration and transmembrane pressure in the course of the process. Consideration was also given to the effect of membrane surface saturation on the retention coefficient of the micropollutant being removed. It has been shown that bisphenol A underwent adsorption on the membrane and in the membrane structures (a phenomenon concomitant with nanofiltration) and that the extent of adsorption increased up to the moment of membrane surface saturation. Once the membrane surface was saturated, no changes were observed in the value of the parameter examined, and the retention coefficient of the pollutant being removed remained constant. The adsorption phenomenon was found to depend both on the concentration of the pollutant in the water and on the transmembrane pressure in the course of the process. It can therefore be expected that during separation of the organic micropollutants which are present in the water the efficiency of the treatment process will be disturbed. It has been emphasized that regular membrane cleaning produces postregeneration solutions where the quantity of biologically active micropollutants is higher than in raw water, and this necessitates their treatment and an efficient decontamination

Removal of fulvic acids from water by means of photocatalytic methods enhanced by ultrafiltration

Przedstawiono wyniki badań usunięcia kwasów fulwowych (KF) z wody w procesie fotolizy, katalizy i fotokatalizy oraz w procesach zintegrowanych fotolizy-ultrafiltracji, fotokatalizy-ultrafiltracji. Badania prowadzone były w reaktorze HERAEUS, w którym oczyszczano wodę modelową, zawierającą kwasy fulwowe o stężeniu ok. 10 mg/l. Jako fotokatalizator stosowano ditlenek tytanu TiO2 niemieckiej firmy Degussa. Badano wpływ pH na efektywność procesu fotolizy, katalizy, fotokatalizy, a ponadto dawki katalizatora na efektywność procesu fotokatalizy. Efektywność procesów określano przez pomiary rozpuszczalnego węgla organicznego (RWO), absorbancji przy długości fali 254 nm oraz barwy w wodzie surowej i oczyszczonej. Wyższe efektywności otrzymane dla fotokatalizy w porównaniu z fotolizą i katalizą świadczą o tym, że połączenie promieniowania UV z dodawaniem TiO2 jest o wiele skuteczniejsze w usuwaniu KF i pozwala na skrócenie czasu naświetlania. Uzasadnione jest również prowadzenie procesu integrowanego fotokataliza-ultrafiltracja z uwagi na możliwość recyrkulacji katalizatora i ewentualne usuwanie zanieczyszczeń nierozłożonych lub powstających w procesie fotokatalizy.The paper presents the results of fulvic acids removal (FA) from water using photolysis, catalysis, photocatalysis processes and integrated processes photolysis-ultrafiltration and photocatalysis-ultrafiltration. Experiments were carried out at constant temperature in the HERAEUS reactor, in which model water containing 10 mg/L of FA was treated. Titanium dioxide (TiO2) from Degussa (Germany) was used as a photocatalyst. Effect of pH on the efficiency of the photolysis, catalysis, photocatalysis and additionally the dose of catalyst for photocatalysis, has been studied. The efficiency of the process was established by measurement of dissolved organic carbon (DOC), absorbance at 254 nm and colour in raw water and treated water. The higher efficiency obtained for photocatalysis compared with photolysis and catalysis, indicates that the combination of UV with TiO2 allows for shortening the exposure time and obtaining higher removal degree of FA. Integration of photocatalysis with ultrafiltration is also justified, because the possibility to recycle the activated catalyst and additional removal of the impurities not removed or generated in the photocatalyse process

The fouling of semi-permeable membranes during water treatment by use of UF/MF proces - review

Procesom membranowym uzdatniania wody i oczyszczania ścieków towarzyszy nieodłącznie zjawisko zmniejszania wydajności i żywotności membran zwane foulingiem. Pierwszym krokiem do ograniczenia foulingu jest poznanie natury tego zjawiska. Pozwalają na to dostępne techniki analityczne, takie jak: SEM, AFM, FTIR, HPSEC, analiza OWO, ASA, pomiar kąta zwilżenia oraz potencjału elektrokinetycznego membran czy też frakcjonowanie na żywicach XAD8/4. Stopień foulingu powodowanego przez NOM uzależniony jest m.in. od siły jonowej oraz pH. Zależy on w dużej mierze od właściwości filtrowanej wody, w tym hydrofilowości/hydrofobowości jej składników. Duża część badaczy obarcza frakcję hydrofobową odpowiedzialnością za fouling. Dla procesów niskociśnieniowych zaobserwowano wpływ rozmiaru cząstek filtrowanej frakcji (im mniejsze, tym większy obserwowany spadek strumienia oraz opór filtracji) na zjawisko foulingu. Zidentyfikowano 4 kategorie NOM, które uważane są za silne foulanty, a mianowicie białka, aminocukry, polisacharydy i związki poli(hydroksy-aromatyczne). Znaczenia ma również rodzaj membrany. W zdecydowanej większości prac zaobserwowano większą tendencję do foulingu w przypadku membran hydrofobowych niż hydrofilowych, co tłumaczono adsorpcją ujemnie naładowanych grup funkcyjnych NOM na dodatnio naładowanych powierzchniach membrany. Obecnie stosowane są różne procesy wstępnego przygotowania nadawy, mające na celu zwiększenie jakości wody i/lub wydajności membran. Koagulacja oraz adsorpcja na węglu aktywnym są polecane przy minimalizacji foulingu związanego z dużymi stężeniami poli(hydroksy-aromatów), proces utlenienia natomiast jest zalecany do zmniejszania foulingu powodowanego polisacharydami.During membrane water and wastewater processes reduction of capacity and membranes lifetime can be observed. Those phenomena are caused by membrane fouling. To limit the influence of fouling on the efficiency of membrane processes detailed recognition of its nature is required. This can be done using available analytical technologies like: electron microscopy (SEM, AFM), infrared spectroscopy (FTIR), high performance size exclusion chromatography (HPSEC), TOC analysis, atomic absorption spectroscopy (AAS), measurement of contact angle and zeta potential or fractionation on XAD8/4 resins. The influence of fouling caused by NOM mainly depends on ionic strength and pH, but also on properties of filtrated water, including hydophobicity/hydrophilicity of its components. Resent scientific reports suggest that the hydrophobic water fraction has a significant impact on fouling. Size of molecules of filtrated fraction is responsible for fouling occurring fouling during low-pressure membrane processes (the smallest size of molecules the highest flux decline). 4 categories of NOM, which are considered to be strong foulants, were identified. They include: proteins, aminosugars, polysaccharides and poly(hydroxy-aromatics). The membrane composing material also has a meaning. Hydrophobic membranes seem to have greater ability to fouling than hydrophilic ones. It can be explained by the fact, that the positively charged membrane surface tends to adsorb negatively charged functional groups of NOM. Nowadays different water pretreatment processes are applied. Their aim is to improve water quality and/or membrane capacity. Fouling caused by poly(hydroxyl-amines) can be minimized by coagulation or adsorption on activated carbon, while oxidation reduces the fouling induced by polysacharides

Analyzing the content of xenoestrogens in water by sorptive extraction

Przedstawiono badania zawartości ksenoestrogenów w wodzie z wykorzystaniem mało znanej metody ekstrakcji sorpcyjnej (SBSE) oraz analizy GC/MS. Z grupy ksenoestrogenów do badań wybrano 4-tert-oktylofenol, 4-nonylofenol i bisfenol A. Do ekstrakcji sorpcyjnej zaproponowano pręt z polidimetylosiloksanu o długości 2 cm. Badane związki upochodniono w wodzie do pochodnych acylowych z wykorzystaniem bezwodnika kwasu octowego. Do uwolnienia ksenoestrogenów z elementu sorpcyjnego wykorzystano desorpcję do niewielkiej ilości rozpuszczalnika organicznego (LD - liquid desorption) w polu ultradźwiękowym. Wydajność ekstrakcji ksenoestrogenów w przypadku wody wodociągowej i powierzchniowej, w zakresie stężeń 40÷200 ng/cm3, była większy niż 60%. Precyzja oznaczeń ilościowych metody nie przekraczała 11%, a granica detekcji wynosiła 1 ng/cm3 w przypadku 4-tert-oktylofenolu i bisfenolu A oraz 5 ng/cm3 w przypadku 4-nonylofenolu. Opisany sposób uwolnienia zaadsorbowanych związków z elementu sorpcyjnego jest konkurencyjny w stosunku do techniki SBSE z desorpcją termiczną, wykorzystywanej w laboratoriach analizy próbek środowiskowych.The content of xenoestrogens in water was determined using the rather poorly known Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) technique, as well as GC/MS analysis. Of the xenoestrogen group the following compounds were selected for the study: 4-tert-octylphenol, 4-nonylphenol and bisphenol A. For soptive extraction the use of a polydimethyloxosilane bar (2 cm in length) was proposed. Using acetic acid anhydride, the compounds were derivatized in water to acyl derivatives. In order to release the xenoestrogens from the sorptive element, use was made of desorption to a small amount of an organic solvent (liquid desorption, LD) in an ultrasonic field. For tap and surface waters, at the concentration of xenoestrogens ranging between 40 and 200 ng/cm3, the efficiency of extraction exceeded 60%. The accuracy of the quantitative determinations performed with this method was lower than 11%, the limits of detection being 1 ng/cm3 for 4-tert-octylphenol and bisphenol A, and 5 ng/cm3 for 4-nonylphenol. The method of releasing the adsorbed compounds from the sorptive element in the way described above is competitive with the SBSE technique which involves thermal desorption and is used in laboratories for environmental analysis