Efeito genotóxico e mutagênico causado pela exposição ocupacional à mistura de metais em soldadores: elucidação dos mecanismos celulares e moleculares

Durante as atividades de soldagem, muitos compostos são libertados, e vários destes causam stress oxidativo e inflamação, e alguns são considerados cancerígenos. De fato, a Agência Internacional de Pesquisa em Câncer (IARC) estabeleceu que os fumos de solda são cancerígenos para os seres humanos. A exposição aos gases de soldagem no local de trabalho é comum em vários setores do mundo. Estes gases contêm partículas de consistência metálica, que são liberados devido às altas temperaturas de fusão e ficam suspensos no ar na forma de óxidos metálicos. Esta exposição pode causar doença pulmonar crônica, doenças neurológicas e até o câncer. Partindo do pressuposto de que a exposição ocupacional é um fator de risco epidemiológico relevante, a IARC alerta sobre os riscos para os soldadores. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a exposição ocupacional destes trabalhadores utilizando biomarcadores de genotoxicidade e a influência dos polimorfismos nos genes de reparação XRCC1 e XRCC3 e de metabolismo OGG1, GSTM1 e GSTT1. Além disto, buscou-se correlacionar os efeitos com os elementos inorgânicos no sangue e na urina, bem como a análise elementar por microscopia eletrônica dos metais encontrados no ambiente de trabalho (SEM-EDS). Os resultados do presente estudo mostraram um aumento significativo na frequência de micronúcleos (MN), pontes nucleoplasmáticas (NPB), broto nuclear (NBUD), células necróticas (NECR) e apoptóticas (APOP), pelo teste de micronúcleos com bloqueio de citocinese (CBMN-Cyt), bem como aumento no comprimento do telômero (TL) dos indivíduos expostos. O genótipo XRCC1 399 Gln/- demonstrou ser um genótipo de risco na formação de NPB, e XRCC1 194 Trp/- na morte celular. Indivíduos expostos com o XRCC3 241 Thr/- demonstraram aumento na frequência de MN, mostrando ser um genótipo de risco para este biomarcador. Além disto, os indivíduos expostos com o genótipo nulo GSTM1 demonstraram uma frequência significativamente maior de MN e NECR do que os não-nulos; e o genótipo nulo GSTT1 demonstrou uma frequência significativamente maior de APOP do que o não nulo. Também neste estudo, quanto aos indivíduos não expostos, ambos os genótipos nulos demonstraram ser um fator de risco para 9 NPB e APOP. Pelo método PIXE, foram observadas maiores concentrações de Cr, Fe e Cu na urina, e Cr, Fe, Mg, Al, S e Mn no sangue do grupo exposto. Além disso, foi observada uma correlação significativa entre MN e idade e entre NPB e tempo de serviço. A análise de composição das partículas mediante SEM-EDS revelou Fe, Mn e Si associados a partículas menores que 2 μm; essas partículas têm a capacidade de aderir umas às outras e formar aglomerados. Em conclusão, a mistura de componentes que são gerados durante a soldagem, constituída por gases como ozônio, dióxido de nitrogênio, monóxido de carbono e fumos metálicos, incluindo Fe, Mn, Si, leva a danos significativos no DNA e processos de morte celular que podem ser influenciados por variações individuais de metabolismo e reparo do DNA. Portanto, é muito importante uma vigilância biológica efetiva desses trabalhadores, levando-se em consideração o entendimento dos mecanismos envolvidos no desenvolvimento das patologias ocupacionais típicas desses indivíduos.During welding activities many compounds are released, several of these cause oxidative stress and inflammation and some are considered carcinogenic, in fact the International Agency for Research on Cancer has established that welding fumes are carcinogenic to humans. Exposure to welding gases in the workplace is common in many sectors of the world. These gases contain particles of metallic consistency and are released due to high melting temperatures and become suspended in the air in the form of metal oxides. This exposure can cause chronic lung disease, neurological disorders, and even cancer. Based on the assumption that occupational exposure is a relevant epidemiological risk factor, the International Agency for Research on Cancer (IARC) warns about the risks for welders. Thus, the objective of this study was to evaluate the occupational exposure of these workers through genotoxicity biomarkers and the influence of polymorphisms in the repair genes XRCC1 and XRCC3 and metabolism genes OGG1, GSTM1, and GSTT1. In addition, we sought to correlate the effects with inorganic elements in blood and urine, as well as elemental analysis by electron microscopy of metals found in the work environment (SEM-EDS). The results of the present study showed a significant increase in the frequency of micronuclei (MN), nucleoplasmic bridges (NPB), nuclear budding (NBUD), necrotic cells (NECR) and apoptotic cells (APOP) by the cytokinesis-blocking micronucleus test (CBMN-Cyt), as well as increase in telomere length (TL) of the exposed individuals. The XRCC1 399 Gln/- genotype was shown to be a risk genotype in NPB formation, and XRCC1 194 Trp/- in cell death. Individuals exposed with XRCC3 241 Thr/- demonstrated increased frequency of MN, showing it to be a risk genotype for this biomarker. In addition to this, exposed individuals with the GSTM1 null genotype demonstrated a significantly higher frequency of MN and NECR than the non-null; and the GSTT1 null genotype demonstrated a significantly higher frequency of APOP than the non-null. Also in this study as for unexposed individuals, both null genotypes were shown to be a risk factor for NPB and APOP. By the PIXE method, the highest concentrations of Cr, Fe and Cu were observed in the urine, and Cr, Fe, Mg, Al, S and Mn in the blood of the exposed group. In addition, a significant correlation was observed between MN and age and between NPB and length of service. Particle composition analysis by SEM- EDS revealed Fe, Mn and Si, associated with particles smaller than 2 μm; these particles have the ability to adhere to each other and form agglomerates. In conclusion, the mixture of components that are generated during welding constitutes gases such as ozone, nitrogen dioxide, carbon monoxide, and metal fumes, including Fe, Mn, Si, leads to significant DNA damage and cell death processes that can be influenced by individual variations in DNA metabolism and repair. Therefore, an effective biological surveillance of these workers is very important, taking into consideration the understanding of the mechanisms involved in the development of occupational pathologies typical of these individuals

Modulator effect of hOGG1Ser326Cys polymorphism in micronuclei frequency of populations occupationally exposed to coal mining residues

Introducción: La exposición ocupacional a residuos de minería de carbón puede generar un amplio rango de lesiones en el ADN potencialmente asociadas a procesos carcinogénicos y a otras enfermedades laborales. Objetivo: Evaluar el efecto genotóxico en el ADN de individuos ocupacionalmente expuestos a residuos de minería de carbón mediante la determinación de la frecuencia de micronúcleos (MN) en linfocitos y el posible efecto modulador del polimorfismo de reparo de DNA hOGG1Ser326Cys(rs.1052133). Metodología: Fueron estudiados 74 trabajadores expuestos (GE) y 74 individuos no expuestos de la población general como grupo control (GC), a los cuales se le realizaron las técnicas moleculares test de MN y genotipificación. Resultados: El valor promedio de la frecuencia de MN para el GE fue 8.8±4.9, mientras que el valor promedio para el GC fue de 2.9±4.0. En relación al tiempo de exposición y la frecuencia de MN, individuos con más de 19 años de exposición presentaron una frecuencia de MN mayor (13 – 20 MN) que los individuos entre 2 y 18 años de exposición (2-12 MN). La frecuencia de MN por áreas de trabajo, reveló que los individuos involucrados en actividades de minería presentaron una mayor frecuencia (11.3±3.4), seguidos de los involucrados en embarque (9.0±5.3) y trabajadores del área de acarreo (8.3±5.3). La actividad moduladora del polimorfismo hOGG1Ser326Cys sobre la frecuencia de MN en individuos del GE, evidenció una menor frecuencia (8.32± 4.70) en individuos portadores del polimorfismo Ser/Cys, Cys/Cys con relación a individuos portadores del genotipo Ser/ Ser (9.06± 4.95). Estos hallazgos sobre la posible actividad protectora de hOGG1Ser326Cys en poblaciones expuestas proveen nuevos datos sobre el posible efecto protector de este polimorfismo. Conclusiones: Los datos muestran que la exposición a residuos de minería de carbón genera efectos genotóxicos, y que estos daños son modulados por variantes genotípicas de los genes de reparación involucrados en la remoción de daño oxidativo.Introduction: Occupational exposure to coal mining residues can generate a wide range of DNA lesions potentially associated with carcinogenic processes and other work related diseases. Objetive: To evaluate the genotoxic effects in the DNA of individuals occupationally exposed to coal mining residues considering micronucleus formation in lymphocytes (MN) as endpoints for genotoxicity and the possible modulating effect of DNA repair polymorphism hOGG1Ser326Cys (rs. 1052133). Methodology: The studied population was comprised by 74 exposed workers (GE) and 74 office non-exposed referents from general population as a control group (CG). The mean frequency of MN for GE was 8.8 ± 4.9, while for GC was 2.9 ± 4.0. In regard to time of exposure and MN frequency, individuals over 19 years of exposure presented a higher frequency of MN (13-20 MN) than individuals between 2 and 18 years of exposure (2-12 MN). Results: Frequency of MN discriminated by working areas, revealed that the individuals involved in mining activities had a higher MN frequency (11.3 ± 3.4), followed by those involved in embarking (9.0 ± 5.3) and coal carrying activities (8.3 ± 5.3). Modulatory activity of the hOGG1Ser326Cys polymorphism on MN frequency in GE individuals, showed a lower frequency (8.32 ± 4.70) in individuals carrying the polymorphism Ser / Cys, Cys / Cys compared to Ser / Ser (9.06 ± 4.95) carriers. These findings on the possible protective activity of hOGG1Ser326Cys in exposed populations provide new data to the increasing evidence about the protective role of this polymorphism. Conclusions: Data obtained showed that exposure to coal mining residues generates genotoxic effects that could be modulated by genetic variants of repair genes involved in removal of oxidative damage&nbsp

Modulator effect of hOGG1Ser326Cys polymorphism in micronuclei frequency of populations occupationally exposed to coal mining residues

Introducción: La exposición ocupacional a residuos de minería de carbón puede generar un amplio rango de lesiones en el ADN potencialmente asociadas a procesos carcinogénicos y a otras enfermedades laborales. Objetivo: Evaluar el efecto genotóxico en el ADN de individuos ocupacionalmente expuestos a residuos de minería de carbón mediante la determinación de la frecuencia de micronúcleos (MN) en linfocitos y el posible efecto modulador del polimorfismo de reparo de DNA hOGG1Ser326Cys(rs.1052133). Metodología: Fueron estudiados 74 trabajadores expuestos (GE) y 74 individuos no expuestos de la población general como grupo control (GC), a los cuales se le realizaron las técnicas moleculares test de MN y genotipificación. Resultados: El valor promedio de la frecuencia de MN para el GE fue 8.8±4.9, mientras que el valor promedio para el GC fue de 2.9±4.0. En relación al tiempo de exposición y la frecuencia de MN, individuos con más de 19 años de exposición presentaron una frecuencia de MN mayor (13 – 20 MN) que los individuos entre 2 y 18 años de exposición (2-12 MN). La frecuencia de MN por áreas de trabajo, reveló que los individuos involucrados en actividades de minería presentaron una mayor frecuencia (11.3±3.4), seguidos de los involucrados en embarque (9.0±5.3) y trabajadores del área de acarreo (8.3±5.3). La actividad moduladora del polimorfismo hOGG1Ser326Cys sobre la frecuencia de MN en individuos del GE, evidenció una menor frecuencia (8.32± 4.70) en individuos portadores del polimorfismo Ser/Cys, Cys/Cys con relación a individuos portadores del genotipo Ser/ Ser (9.06± 4.95). Estos hallazgos sobre la posible actividad protectora de hOGG1Ser326Cys en poblaciones expuestas proveen nuevos datos sobre el posible efecto protector de este polimorfismo. Conclusiones: Los datos muestran que la exposición a residuos de minería de carbón genera efectos genotóxicos, y que estos daños son modulados por variantes genotípicas de los genes de reparación involucrados en la remoción de daño oxidativo.Introduction: Occupational exposure to coal mining residues can generate a wide range of DNA lesions potentially associated with carcinogenic processes and other work related diseases. Objetive: To evaluate the genotoxic effects in the DNA of individuals occupationally exposed to coal mining residues considering micronucleus formation in lymphocytes (MN) as endpoints for genotoxicity and the possible modulating effect of DNA repair polymorphism hOGG1Ser326Cys (rs. 1052133). Methodology: The studied population was comprised by 74 exposed workers (GE) and 74 office non-exposed referents from general population as a control group (CG). The mean frequency of MN for GE was 8.8 ± 4.9, while for GC was 2.9 ± 4.0. In regard to time of exposure and MN frequency, individuals over 19 years of exposure presented a higher frequency of MN (13-20 MN) than individuals between 2 and 18 years of exposure (2-12 MN). Results: Frequency of MN discriminated by working areas, revealed that the individuals involved in mining activities had a higher MN frequency (11.3 ± 3.4), followed by those involved in embarking (9.0 ± 5.3) and coal carrying activities (8.3 ± 5.3). Modulatory activity of the hOGG1Ser326Cys polymorphism on MN frequency in GE individuals, showed a lower frequency (8.32 ± 4.70) in individuals carrying the polymorphism Ser / Cys, Cys / Cys compared to Ser / Ser (9.06 ± 4.95) carriers. These findings on the possible protective activity of hOGG1Ser326Cys in exposed populations provide new data to the increasing evidence about the protective role of this polymorphism. Conclusions: Data obtained showed that exposure to coal mining residues generates genotoxic effects that could be modulated by genetic variants of repair genes involved in removal of oxidative damage&nbsp

Efecto Genotóxico de las Mezclas Complejas de Hidrocarburos en Trabajadores de Estaciones de Servicio de Gasolina

Objetivo: Evaluar el efecto genotóxico de las mezclas complejas de hidrocarburos en los trabajadores de estaciones de servicio de gasolina en Barranquilla (Atlántico, Colombia) a través de la prueba Cometa (CA) alcalina. Materiales y métodos: Se realizó un estudio transversal, prospectivo inferencial de casos y controles. El grupo control estuvo conformado por 15 personas no expuestas laboralmente a hidrocarburos y el expuesto por 38 personas que trabajaron al menos 1 año como despachador de combustible. Se realizó un ensayo cometa alcalino en sangre venosa. Se determinó el efecto genotóxico utilizando el porcentaje de ADN en la cola y por Unidades Arbitrarias de daño. La comparación entre grupos se realizó por la prueba t-student o W-Wilcoxon. Los datos fueron modelados con una regresión simple ajustada. Los análisis de datos fueron realizados con el paquete estadístico R. Resultados: Las edades de los grupos control y experimental fueron de 33±9 y 38±10 años, respectivamente; no hubo diferencia estadísticamente significativa para esta variable (t = -1.82; p-valor ? 0,05; ? = 95%). Hubo asociación entre Edad y Tiempo de Exposición (?² = 24.9; p-valor < 0,05; ? = 95%). El %ADN en la cola para el grupo control fue de 20,67±25,79, mientras que para el grupo expuesto fue 53,35±40,28. El modelo de degradación de ADN es «y=?(512,687+733,899?(t))». Conclusiones: Las mezclas complejas de heterocíclicos son potencialmente genotóxicas. El daño progresivo se encuentra al 80 % después de 6 años de exposición, siendo igual a los 9 años de exposición que a los 15

Occupational Exposure to Coal, Genotoxicity, and Cancer Risk

Coal is a heterogeneous mixture containing large quantities of organic and inorganic matter, including carbon, hydrogen, oxygen, sulfur, nitrogen, and organometallic forms. The presence of mineral matter in coal may result in a number of environmental and human health problems related to its mining, preparation, and combustion. During coal mining activities, large quantities of coal dust, ashes, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), and heavy metals are released into the environment, forming a complex mixture. This mixture becomes one of the most important occupational risks for the health and safety of workers due to its synergistic, additive, and enhancing effects. Once inside the organism, this cocktail-like mixture can interact with cellular mechanisms related to the production of reactive oxygen species (ROS) and can cause damage in important macromolecules such as DNA, lipids, and proteins. In this review, human populations exposed to coal and coal burning were analyzed. Data from different studies were evaluated in relation to the effect of complex mixture exposure on DNA damage and mechanisms, and the background factors, such as gender, age, or smoking habit. The high temperatures that occur in combustion processes affect the characteristics of the resulting particles. The coal fly ash is released by combustion and its composition varies depending on the coal type and the method of collection used such as electrostatic precipitators. Compounds such as PAHs once activated by the organisms have been shown to have mutagenic and carcinogenic activity due to its ability to form adducts with purines. Moreover, metals that commonly are evaporated during the cooling process increase its toxicity. The particles when inhaled can pass from the alveoli into the bloodstream and affect extrapulmonary organs. Several studies have described the inflammatory cascade that triggers exposure to coal and coal fly ash particles; they have a complex composition capable of generating a persistent inflammatory process, resulting in diseases widely described as emphysema, bronchitis, pneumoconiosis, asthma, and cancer. Several human biomonitoring studies have been conducted evaluating the inflammatory process and the release of cytokines, polymorphisms involved in detoxification mechanisms, different biomarkers associated with occupational exposure, DNA damage, and the influence of oxidative stress in disease development. The relationship between chronic exposure to coal and coal ash particles and cancer is still widely debated. This review gave us a broad assessment about the associated mechanisms between cancer and exposure to coal and different findings around the world

La labranza mecanizada y su impacto en la conservación del suelo (revisión literaria)

It is expected that by the year 2050 population will increase one-third. This is a challenge to increase the agricultural production with the least possible impact to the environment. Soil tillage has led to increase agricultural areas at the expense of top soil, contributing to a progressively degradation of the soil surface generating soil erosion. Tillage erosion is influenced directly by the compaction caused by the passage of machinery. Controlled Traffic Farming systems (CTF), precision agriculture and alternative agricultural tires, have been used to minimize the effects of frequent-machinery-traffic. Implementation of new technologies, proper selection of agricultural equipment, compliance with current legislation and research on topics related to tillage erosion; constitute a challenge to authorities, farmers and academy in Costa Rica.Para el año 2050, se prevé que la población será un tercio mayor a la actual. Esto se convierte en un reto para la agricultura por aumentar su producción generando el menor impacto posible al ambiente. La labranza del suelo ha permitido aumentar áreas de siembra en detrimento de su capa arable, contribuyendo a degradar en forma progresiva la superficie del suelo y facilitando la erosión. La erosión por labranza se ve influida directamente por la compactación provocada por el paso de la maquinaria. Sistemas de tráfico agrícola controlado, agricultura de precisión y rodajes alternativos han sido utilizados para minimizar los efectos de los pases de los equipos sobre el campo. En Costa Rica, la adopción de nuevas tecnologías, la selección adecuada de equipos, el respeto a la legislación vigente e investigación sobre el impacto de la labranza en la degradación del suelo, constituyen un reto para las autoridades, los productores y la academi

Efecto genotóxico de las mezclas complejas de hidrocarburos en trabajadores de estaciones de servicio de gasolina

Objetivo: Evaluar el efecto genotóxico de las mezclas complejas de hidrocarburos en los trabajadores de estaciones de servicio de gasolina en Barranquilla (Atlántico, Colombia) a través de la prueba Cometa (CA) alcalina. Materiales y métodos: Se realizó un estudio transversal, prospectivo inferencial de casos y controles. El grupo control estuvo conformado por 15 personas no expuestas laboralmente a hidrocarburos y el expuesto por 38 personas que trabajaron al menos 1 año como despachador de combustible. Se realizó un ensayo cometa alcalino en sangre venosa. Se determinó el efecto genotóxico utilizando el porcentaje de ADN en la cola y por Unidades Arbitrarias de daño. La comparación entre grupos se realizó por la prueba t-student o W-Wilcoxon. Los datos fueron modelados con una regresión simple ajustada. Los análisis de datos fueron realizados con el paquete estadístico R. Resultados: Las edades de los grupos control y experimental fueron de 33±9 y 38±10 años, respectivamente; no hubo diferencia estadísticamente significativa para esta variable (t = -1.82; p-valor ≥ 0,05; α = 95%). Hubo asociación entre Edad y Tiempo de Exposición (χ² = 24.9; p-valor < 0,05; α = 95%). El %ADN en la cola para el grupo control fue de 20,67±25,79, mientras que para el grupo expuesto fue 53,35±40,28. El modelo de degradación de ADN es «y=√(512,687+733,899√(t))». Conclusiones: Las mezclas complejas de heterocíclicos son potencialmente genotóxicas. El daño progresivo se encuentra al 80 % después de 6 años de exposición, siendo igual a los 9 años de exposición que a los 15

Efecto Genotóxico de las Mezclas Complejas de Hidrocarburos en Trabajadores de Estaciones de Servicio de Gasolina

Objetivo: Evaluar el efecto genotóxico de las mezclas complejas de hidrocarburos en los trabajadores de estaciones de servicio de gasolina en Barranquilla (Atlántico, Colombia) a través de la prueba Cometa (CA) alcalina. Materiales y métodos: Se realizó un estudio transversal, prospectivo inferencial de casos y controles. El grupo control estuvo conformado por 15 personas no expuestas laboralmente a hidrocarburos y el expuesto por 38 personas que trabajaron al menos 1 año como despachador de combustible. Se realizó un ensayo cometa alcalino en sangre venosa. Se determinó el efecto genotóxico utilizando el porcentaje de ADN en la cola y por Unidades Arbitrarias de daño. La comparación entre grupos se realizó por la prueba t-student o W-Wilcoxon. Los datos fueron modelados con una regresión simple ajustada. Los análisis de datos fueron realizados con el paquete estadístico R. Resultados: Las edades de los grupos control y experimental fueron de 33±9 y 38±10 años, respectivamente; no hubo diferencia estadísticamente significativa para esta variable (t = -1.82; p-valor ≥ 0,05; α = 95%). Hubo asociación entre Edad y Tiempo de Exposición (χ² = 24.9; p-valor &lt; 0,05; α = 95%). El %ADN en la cola para el grupo control fue de 20,67±25,79, mientras que para el grupo expuesto fue 53,35±40,28. El modelo de degradación de ADN es «y=√(512,687+733,899√(t))». Conclusiones: Las mezclas complejas de heterocíclicos son potencialmente genotóxicas. El daño progresivo se encuentra al 80 % después de 6 años de exposición, siendo igual a los 9 años de exposición que a los 15

Cytokinesis-block micronucleus cytome (CBMN-CYT) assay biomarkers and telomere length analysis in relation to inorganic elements in individuals exposed to welding fumes

During the welding activities many compounds are released, several of these cause oxidative stress and inflammation and some are considered carcinogenic, in fact the International Agency for Research on Cancer established that welding fumes are carcinogenic to humans. The aim of the present study was to analyze the cytotoxic and genotoxic potential of exposure to welding fumes and to determine concentrations of metals in blood and urine of occupationally exposed workers. We included 98 welders and 100 non-exposed individuals. Our results show significant increase in the frequency of micronuclei (MN), nucleoplasmic bridges (NPB), nuclear buds (NBUD) and necrotic cells (NECR) in cytokinesis-block micronucleus cytome (CBMN-Cyt) assay, as well as in the telomere length (TL) of the exposed individuals with respect to the non-exposed group. In the analysis of the concentrations of inorganic elements using PIXE method, were found higher concentrations of Cr, Fe and Cu in the urine, and Cr, Fe, Mg, Al, S, and Mn in the blood in the exposed group compared to the non-exposed group. A significant correlation was observed between MN and age and between NPB and years of exposure. Additionally, we found a significant correlation for TL in relation to MN, NPB, age and years of exposure in the exposed group. Interestingly, a significant correlation between MN and the increase in the concentration of Mg, S, Fe and Cu in blood samples of the exposed group, and between MN and Cr, Fe, Ni and Cu in urine. Thus, our findings may be associated with oxidative and inflammatory damage processes generated by the components contained in welding fumes, suggesting a high occupational risk in welding workers