Vliv tasemnice na bioakumulaci zinku a kadmia v těle hostitele

Ing. Vladislav Sloup

Doctoral thesis

Effect of tapeworm on zinc and cadmium bioaccumulation in host body

Abstract:

Primární úlohu z hlediska udržení homeostázy esenciálních kovů hraje gastrointestinální trakt, přičemž komplex procesů hospodaření organismu se zinkem a kadmiem významně ovlivňují zde žijící gastrointestinální parazité. Tasemnice může významně ovlivnit metabolismus svého hostitele jak stimulací imunitního systému, tak vlivem na trávení jednotlivých složek potravy či samotným příjmem jednotlivých složek potravy pro svoji vlastní potřebu. Hlavním cílem této komplexní práce tedy bylo zhodnotit, do jaké míry může gastrointestinální parazit, tasemnice, ovlivnit množství biogenního prvku – zinku a jeho antagonisty, toxického kadmia, v těle savce, hostitele daného parazita. Potkani byli rozděleni do 6 skupin, kdy v každé bylo minimálně 6 jedinců, přičemž skupiny 0T, MT a PT byly infikovány Hymenolepis diminuta a skupiny 00, M0 a P0 nikoli. Pokusné skupiny (M0; MT; P0; PT) byly krmeny standardní krmnou směsí pro hlodavce (ST-1) s přídavkem mléčnanu zinečnatého (M0; MT), nebo ve směsi s rostlinným hyperakumulátorem – Arabidopsis halleri (P0; PT). Týdenní příjem zinku u těchto pokusných skupin dosahoval hodnoty až 123 mg. V případě skupin P0 a PT obsahovala krmná směs rovněž kadmium, přičemž jeho týdenní příjem potkany mohl dosáhnout maximální hodnoty 2,46 mg. Kontrolní skupiny (00; 0T) byly krmeny pouze ST-1 a maximální dávka zinku za týden činila 10,5 mg. Po dobu šesti týdnů bylo kontrolováno množství spotřebovaného krmiva a odebírány vzorky výkalů a moči. Vzorky byly analyzovány optickou emisní spektrometrií (ICP-OES). Následně bylo vypočteno procento vyloučeného zinku a kadmia. Přítomnost tasemnice snížila množství vylučovaného zinku i kadmia výkaly svého hostitele ve všech sledovaných týdnech (u skupin MT a PT) kromě jednoho týdne u kontrolní skupiny (0T). V případě skupin M0 a MT byl signifikantní rozdíl ve vylučování zinku výkaly zjištěn v 5 z 6 týdnů, z čehož ve 2 a 4 týdnu byl zjištěn statisticky významný rozdíl ve vylučování zinku (p <0,05) a ve 3, 5 a 6 týdnu (p <0,01). U skupin s příměsí hyperakumulující rostliny v krmné směsi (P0; PT) byl zjištěn statisticky významný rozdíl (p <0,05) ve vylučování zinku ve dvou týdnech z šesti sledovaných. Kadmia vylučovala skupina PT statisticky významně méně (p <0,01) oproti skupině P0 ve třech z šesti týdnů. U kontrolních skupin (00; 0T) ovlivnila tasemnice vylučování zinku výkaly minimálně a statisticky významný rozdíl nebyl zjištěn v žádném sledovaném týdnu. Množství zinku v moči bylo nižší ve všech sledovaných týdnech u potkanů s tasemnicí oproti potkanům bez tasemnice. Statisticky významný rozdíl však nebyl zjištěn v žádném týdnu mezi kontrolními skupinami (00; 0T). Mezi pokusnými skupinami (M0; MT) byl zjištěn statisticky významný rozdíl ve vylučování zinku ve všech šesti týdnech, přičemž v prvních dvou o hodnotě (p <0,05), a v následujících čtyřech dokonce o hodnotě (p <0,01). Po uplynutí doby šesti týdnů, byli potkani eutanizováni a v průběhu pitvy byly odebrány vzorky vybraných tkání. Ty byly posléze analyzovány optickou emisní spektrometrií (ICP-OES) a zjištěn obsah zinku a kadmia. Statisticky významný rozdíl v obsahu zinku u kontrolních skupin (00; 0T) byl zjištěn v játrech, ledvinách, kosti, varlatech (p <0,01) a také v tkáni střeva (p <0,05). U pokusných skupin (P0; PT) to bylo v játrech, ledvinách, kosti, střevě a svalové tkáni (p <0,01). V případě kadmia to bylo u kontrolních skupin (00; 0T) v játrech, kosti, střevě, varlatech a svalové tkáni (p <0,01). U pokusných skupin (P0; PT) ve svalové tkáni, kosti, slezině, varlatech, játrech a ledvinách (p <0,01). U skupin M0 a MT byl zjištěn statisticky významný rozdíl ve vylučování zinku u varlat a j

Abstract:

ater (p <0,001). Z uvedených výsledků je zřejmé, že tasemnice má významný vliv na množství zinku i kadmia ve výkalech a moči vyloučených hostitelem, kdy přítomnost tasemnice u hostitele má přímou souvislost se sníženým obsahem obou kovů jak v moči, tak ve výkalech potkana. Rovněž přítomnost tasemnice v trávicím traktu ovlivňuje množství zinku i kadmia v orgánech hostitele, kdy i v tomto případě přítomnost parazita má za následek nižší koncentrace obou kovů v řadě tkání.

Abstract:

The primary role in maintaining the homeostasis of essential metals is played by the gastrointestinal tract, while the complex processes of the organism's management of zinc and cadmium are significantly influenced by the gastrointestinal parasites living there. The tapeworm can significantly affect the metabolism of its host both by stimulating the immune system and by influencing the digestion of individual food components or by consuming individual food components for its own needs. The main goal of this complex work was to evaluate to what extent a gastrointestinal parasite, a tapeworm, can influence the amount of a biogenic element – zinc and its antagonist, toxic cadmium, in the body of a mammal, the host of the given parasite. Rats were divided into 6 groups, with a minimum of 6 individuals in each group, with groups 0T, MT and PT infected with Hymenolepis diminuta and groups 00, M0 and P0 not. The experimental groups (M0; MT; P0; PT) were fed with a standard feed mixture for rodents (ST-1) with the addition of zinc lactate (M0; MT), or in a mixture with the plant hyperaccumulator - Arabidopsis halleri (P0; PT). The weekly intake of zinc in these experimental groups was up to 123 mg. In the case of groups P0 and PT, the feed mixture also contained cadmium, and its weekly intake by rats could reach a maximum value of 2.46 mg. Control groups (00; 0T) were fed only ST-1 and the maximum zinc dose per week was 10.5 mg. For six weeks, the amount of feed consumed was checked and feces and urine samples were taken. The samples were analyzed by optical emission spectrometry (ICP-OES). Subsequently, the percentage of zinc and cadmium excreted was calculated. The presence of the tapeworm reduced the amount of excreted zinc and cadmium in the feces of its host in all monitored weeks (in the MT and PT groups) except for one week in the control group (0T). In the case of groups M0 and MT, a significant difference in fecal zinc excretion was found in 5 out of 6 weeks, of which a statistically significant difference in zinc excretion was found in weeks 2 and 4 (p <0.05) and in weeks 3, 5 and 6 (p<0.01). A statistically significant difference (p <0.05) in the excretion of zinc was found in two of the six monitored weeks in the groups with the admixture of the hyperaccumulating plant in the feed mixture (P0; PT). Cadmium was excreted by the PT group statistically significantly less (p <0.01) compared to the P0 group in three of the six weeks. In the control groups (00; 0T), the tapeworm affected zinc excretion in feces minimally, and no statistically significant difference was found in any observed week. The amount of zinc in the urine was lower in all monitored weeks in rats with tapeworm compared to rats without tapeworm. However, no statistically significant difference was found in any week between the control groups (00; 0T). Between the experimental groups (M0; MT), a statistically significant difference in zinc excretion was found in all six weeks, with a value (p <0.05) in the first two, and even a value (p <0.01) in the following four. After a period of six weeks, the rats were euthanized, and samples of selected tissues were taken during dissection. These were subsequently analyzed by optical emission spectrometry (ICP-OES) and the content of zinc and cadmium was determined. A statistically significant difference in the zinc content of the control groups (00; 0T) was found in the liver, kidney, bone, testis (p <0.01) and also in the intestinal tissue (p <0.05). In experimental groups (P0; PT), it was in liver, kidney, bone, intestine, and muscle tissue (p <0.01). In the case of cadmium, it was in the control groups (00; 0T) in the liver, bone, intestine, testis and muscle tissue (p <0.01). In experimental groups (P0; PT) in muscle tissue, bone, spleen, testis, liver

Keywords

zinek, kadmium, potkan, hyperakumulátor, mléčnan zinečnatý, tasemnice

Keywords

tapeworm, zinc, cadmium, rat, hyperaccumulator, zinc lactate

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 12. 2023

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Ivana Jankovská, Ph.D.
• Reader: Matyáš Orsák, Ph.D., Ing., Marta špakulová, externi, Andrej Litvinec, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Doctoral programme:
Applied Zoology