In a state of redox homeostasis, an oxidative challenge initiates a stress response, executed through molecular redox switches, activating gene expression counteracting the challenge. Levels of oxidants and antioxidant species are balanced at a physiological level permitting redox signaling and redox regulation. However, certain stressors can elicit a response that unbalances this homeostatic state, inducing an imbalance between oxidants and antioxidants in favor of the oxidants, and leading to the prevalence of supraphysiological oxidative stress, disrupting redox signaling and/or damaging biomolecules, which may ultimately lead to the onset of disease. When the damaged biomolecules are lipids, the phenomenon is termed lipid peroxidation. The main target of lipid peroxidation are polyunsaturated fatty acids that, when oxidized, generate non-enzymatically biomolecules called isoprostanes. Thus, isoprostanes are considered final products of lipid peroxidation and, therefore, possible indicators of the existence of a state of oxidative stress associated with several pathologies.
Given that isoprostanes are excreted through urine, they can be detected in effluents from wastewater treatment plants and therefore be used as indicators in the assessment of the health status of a population. However, the fact that isoprostanes are detected in effluents can raise concern for the aquatic environment as their potential toxicity to aquatic species remains to be explored. Thus, we suggest the hypothesis that isoprostanes can initiate a phenomenon of circular toxicity: humans, when in a state of oxidative stress, will excrete isoprostanes through urine that is discharged in the sewage system and will reach WWTPs. Because most WWTPs lack the technology to completely remove or degrade these contaminants they will enter the aquatic ecosystem where they can interact with several species that have receptors that recognize them.
To test this circular toxicity hypothesis, the toxicity of effectors of oxidative stress (sodium hypochlorite and isoprostanes) was evaluated using standard acute and chronic toxicity tests performed using the model organism Daphnia magna. Furthermore, multigenerational and transgenerational tests were also performed to understand if these compounds induce effects in generations that aren’t chronically exposed to them.
From the obtained results it is possible to conclude that when daphnids were chronically exposed, both to sodium hypochlorite and isoprostanes, reproductive success was dependent on the concentration. However, only sodium hypochlorite affected the size of daphnids, suggesting that the mechanism of action of these two compounds is different. In addition, it was also possible to conclude that both compounds are capable of inducing multigenerational and transgenerational effects on reproductive success, thus backing up our initial hypothesis of circular toxicity.O stress oxidativo ocorre quando existe um desequilíbrio na regulação de reações redox num sistema biológico a favor dos oxidantes. A interação de radicais livres, espécies reativas que atuam como pró-oxidantes, com várias biomoléculas é responsável por alterações que estão envolvidas na patogénese de várias doenças. Quando essa interação ocorre com lípidos, designa-se por peroxidação lipídica. O principal alvo da peroxidação lipídica são os ácidos gordos polinsaturados e, quando oxidados, geram de forma não-enzimática biomoléculas denominadas isoprostanos. Assim, os isoprostanos são considerados produtos finais duma peroxidação lipídica e, por isso, possíveis indicadores da existência dum estado de stress oxidativo associado a várias patologias.
Tendo em conta que os isoprostanos são excretados através da urina, estes podem ser detetados em efluentes de estações de tratamento de águas residuais e, por isso, ser usados como indicadores na avaliação do estado de saúde duma população. Contudo, o facto dos isoprostanos estarem comprovadamente presentes em efluentes pode levantar preocupações sobre a integridade do ambiente aquático, que no presente se restringem à esfera do hipotético, uma vez que a sua potencial toxicidade para espécies aquáticas permanece por explorar. Assim, sugere-se a hipótese de que os isoprostanos possam iniciar um fenómeno de toxicidade circular: o ser humano, quando num estado de stress oxidativo, excreta isoprostanos através da urina sendo estes encaminhados para estações de tratamento de águas residuais que não possuem capacidade para a sua remoção. Desta forma, os isoprostanos entram nos ecossistemas aquáticos onde podem interagir com as múltiplas espécies possuidoras de recetores que os reconhecem.
Para testar esta hipótese, foram realizados ensaios de toxicidade aguda e crónica com o organismo modelo Daphnia magna por forma a avaliar a toxicidade de efetores de stress oxidativo (hipoclorito de sódio e isoprostanos). Para além disso, realizaram-se também testes multigeracionais e transgeracionais com o objetivo de perceber se estes compostos induzem efeitos em gerações que não foram cronicamente expostas.
Tendo em conta os resultados obtidos, foi possível concluir que a exposição crónica de dáfnias quer a hipoclorito de sódio, quer a isoprostanos, leva a que o sucesso reprodutivo seja dependente da concentração dos compostos. No entanto, apenas o hipoclorito de sódio afetou o tamanho das dáfnias, indiciando um mecanismo de atuação diferente para os dois compostos. Para além disso, foi também possível concluir que ambos os compostos são capazes de induzir efeitos multigeracionais e transgeracionais relativamente ao sucesso reprodutivo. Nestas circunstâncias, foi possível validar a hipótese inicial da existência de toxicidade circular associada aos isoprostanos
