Účinky léčiva difenhydraminu na molekulární obranné mechanismy u raka signálního v rámci bioakumulačního experimentu

Dominika KAHUDOVÁ

Bachelor's thesis

Effects of diphenhydramine on molecular defense mechanisms in signal crayfish within a bioaccumulation experiment

Abstract:

Difenhydramin (DFH) je léčivo dlouhodobě používané po celém světě proti různým typům alergie. Rezidua DFH jsou často detekována v povrchových vodách, sedimentech i tkáních ryb. Působení xenobiotik, například reziduí léčiv, na vodní biotu může způsobit metabolické změny, ale i toxicitu v organismu. Cílem této práce bylo posoudit, zda má léčivo DFH vliv na molekulární obranné mechanismy raka signálního (Pacifastacus leniusculus) a v rámci bioakumulačního experimentu vyhodnotit absorpci a eliminaci léčiva v hemolymfě raka signálního. Raci byli exponováni nejprve třem různým koncentracím DFH (2, 20 a 200 ugl-1) po dobu 96 hodin. Po ukončení experimentu byla změřena koncentrace DFH v hemolymfě a tkáně raků analyzovány. Ve druhém, desetidenním experimentu byla sledována pouze koncentrace DFH, a to absorpce a eliminace v čase při pH vody 6,7 a 8,7. Raci byli vystaveni po 168 hodin dvěma koncentracím DFH (20 a 200 ugl-1) a po 72 hodin ponecháni v čisté vodě bez přídavku DFH. Akutní změny aktivit biomarkerů oxidativního stresu a biomarkeru neurotoxicity byly pozorovány v hepatopankreatu, v žábrách i ve svalech. Environmentální a středně zvýšená koncentrace DFH způsobila nerovnováhu pouze v aktivitách enzymů spojených s metabolismem glutationu. Největší změny způsobené oxidativním stresem byly detekovány při subletální koncentraci ve svalech. Léčivo u raka signálního způsobilo změny v antioxidačních obranných mechanismech, ale akutní neurotoxicita nebyla prokázána. Výsledky desetidenního experimentu ukázaly, že při hodnotě pH blízké disociační konstantě pro DFH bylo absorbováno větší množství léčiva, naopak nebyla prokázána lineární závislost koncentrace DFH v hemolymfě na velikosti těla raka. Data, která byla získána v této práci, doplňují omezené znalosti o vlivu difenhydraminu na vodní bezobratlé. Výsledky budou dále sloužit jako metodický podklad pro další výzkum rychlostí absorpce, eliminace a dalších parametrů bioakumulační kinetiky farmaceuticky aktivních látek u sladkovodních korýšů.

Abstract:

Diphenhydramine (DFH) is a medication widely used around the world to treat various types of allergies. Residues of DFH are often detected in surface waters, sediments, and fish tissues. The impact of xenobiotics, such as pharmaceutical residues, on aquatic biota can cause metabolic changes and toxicity in organisms. This study aimed to assess whether DFH affects the molecular defense mechanisms of signal crayfish (Pacifastacus leniusculus) and evaluate the absorption and elimination of the drug in the hemolymph of signal crayfish within a bioaccumulation experiment. Crayfish were exposed to three different concentrations of DFH (2, 20, and 200 ugl-1) for 96 hours. After the experiment, the concentration of DFH in the hemolymph was measured, and crayfish tissue was analyzed. In a second, ten-day experiment, only the concentration of DFH was monitored for absorption and elimination over time at pH values of 6.7 and 8.7. Crayfish were exposed to two concentrations of DFH (20 and 200 ugl-1) for 168 hours and then kept in clean water without DFH for 72 hours. Acute changes in oxidative stress biomarker activity and neurotoxicity biomarkers were observed in the hepatopancreas, gills, and muscles. Environmental and moderately increased concentrations of DFH caused an imbalance only in the activities of enzymes associated with glutathione metabolism. The most significant changes caused by oxidative stress were detected at sublethal concentrations in the muscles. The medication caused changes in the antioxidant defense mechanisms of signal crayfish, but acute neurotoxicity was not detected. The results of the ten-day experiment showed that a greater amount of the pharmaceutical was absorbed at pH close to the dissociation constant of DFH, but no linear dependence of the concentration of DFH in the hemolymph on the size of the crayfish was detected. The data obtained in this study complement the limited knowledge about the effect of DFH on aquatic invertebrates. The results will serve as a methodological basis for further research on the rates of absorption, elimination, and other parameters of bioaccumulation kinetics of pharmaceutically active substances in freshwater crustaceans.

Keywords

difenhydramin, rak signální, biomarkery oxidativního stresu, biomarkery neurotoxicity, bioakumulace

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 5. 2023

Thesis defence

• Supervisor: doc. Ing. Vladimír Žlábek, Ph.D.

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Fisheries and Protection of Waters

Bachelor programme / field:
Ochrana vod / Protection of Waters