Beta-blokery wywołują istotne zmiany w tkankach ostryg amerykańskich

Czy beta-blokery wpływają na tkanki ostryg?

Badanie kohortowe przeprowadzone przez naukowców z University of Texas at Rio Grande Valley wykazało, że krótkotrwała ekspozycja na mieszaninę beta-blokerów (metoprolol i propranolol) w stężeniach odpowiadających tym wykrywanym w środowisku wodnym wywołuje znaczące zmiany morfologiczne i fizjologiczne w tkankach ostryg amerykańskich (Crassostrea virginica).

Badanie zostało przeprowadzone na ostrycach amerykańskich w wieku 2-3 lat, zebranych z wybrzeża Zatoki Meksykańskiej w South Padre Island (Teksas). Zwierzęta zostały podzielone na trzy grupy: kontrolną, eksponowaną na niską dawkę mieszaniny beta-blokerów (metoprolol 250 ng/L, propranolol 50 ng/L) oraz eksponowaną na wysoką dawkę (metoprolol 650 ng/L, propranolol 250 ng/L). Zastosowane stężenia odpowiadały tym wykrywanym w środowisku wodnym (metoprolol: 237-660 ng/L, propranolol: 53-260 ng/L). Ekspozycja trwała jeden tydzień, po czym przeprowadzono analizy histologiczne, biochemiczne i molekularne.

Jak zmieniają się struktury i funkcje ostryg pod wpływem beta-blokerów?

Wyniki badania ujawniły znaczące zmiany w architekturze tkanek ostryg eksponowanych na beta-blokery. W skrzelach zaobserwowano uszkodzenia filamentów skrzelowych oraz powiększenie obszaru lamel skrzelowych – około 1,9-krotnie w grupie z niską dawką i 1,8-krotnie w grupie z wysoką dawką w porównaniu do grupy kontrolnej. Przestrzenie międzylamelarne uległy znacznemu powiększeniu – około 7-krotnie w grupie z niską dawką i 11-krotnie w grupie z wysoką dawką. W gruczołach trawiennych odnotowano powiększenie światła przewodów – 3,5-krotnie w grupie z niską dawką i 7,2-krotnie w grupie z wysoką dawką. Ponadto zaobserwowano znaczne zmniejszenie wydzielania śluzu w skrzelach (8,8-krotnie) i gruczołach trawiennych (4,7-krotnie) w grupie z wysoką dawką beta-blokerów, co może upośledzać kluczowe funkcje fizjologiczne, takie jak filtracja, trawienie i transport pokarmu.

Badacze zaobserwowali również zmiany w tkance łącznej ostryg, gdzie ekspozycja na beta-blokery spowodowała zwiększoną agregację hemocytów – głównych komórek odpornościowych u małży. Liczba hemocytów wzrosła 1,6-krotnie w grupie z niską dawką i 2,2-krotnie w grupie z wysoką dawką w porównaniu do grupy kontrolnej, co sugeruje zaburzenie odpowiedzi immunologicznej. Zaobserwowano również powiększenie zatok krwionośnych w tkance łącznej, wskazujące na reakcję zapalną.

Ekspozycja na beta-blokery spowodowała również zmiany w płynie pozapłaszczowym (extrapallial fluid) ostryg. W grupie z wysoką dawką beta-blokerów zaobserwowano znaczący spadek pH (6,2 ± 0,06) w porównaniu do grupy kontrolnej (6,49 ± 0,06) i grupy z niską dawką (6,64 ± 0,06). Poziom glukozy w płynie pozapłaszczowym również uległ obniżeniu – z 34,08 ± 0,77 mg/dl w grupie kontrolnej do 31,4 ± 1,04 mg/dl w grupie z niską dawką i 31,3 ± 0,69 mg/dl w grupie z wysoką dawką. Zmiany te wskazują na zaburzenie równowagi metabolicznej i kwasowo-zasadowej u ostryg.

Na poziomie molekularnym, ekspozycja na beta-blokery wywołała wzrost ekspresji 3-nitrotyrozyny (NTP) – biomarkera stresu nitracyjnego – w skrzelach (4,2-krotnie) i gruczołach trawiennych (2,6-krotnie) ostryg z grupy z wysoką dawką w porównaniu do grupy kontrolnej. Jednocześnie zaobserwowano znaczący spadek ekspresji acetylocholinesterazy (AChE) zarówno na poziomie białka, jak i mRNA. W skrzelach ekspresja AChE była 2,9-krotnie niższa w grupie z niską dawką i 6-krotnie niższa w grupie z wysoką dawką w porównaniu do grupy kontrolnej. Podobne zmiany zaobserwowano w gruczołach trawiennych – 2,26-krotny spadek w grupie z niską dawką i 4,2-krotny spadek w grupie z wysoką dawką.

AChE odgrywa kluczową rolę w przewodnictwie cholinergicznym u różnych organizmów, w tym małży morskich. Enzym ten katalizuje hydrolizę acetylocholiny do octanu i choliny, co jest niezbędne do zakończenia transmisji synaptycznej w synapsach cholinergicznych i prawidłowego funkcjonowania fizjologicznego. U ostryg acetylocholina odgrywa ważną rolę w skurczu mięśni i procesach fizjologicznych, a AChE ma istotne znaczenie dla funkcji mięśni ostryg, które są ważne dla odżywiania, oddychania i innych kluczowych aktywności fizjologicznych.

Jakie zagrożenia ekologiczne wynikają z obecności beta-blokerów w środowisku?

Wyniki badania sugerują, że beta-blokery, powszechnie stosowane w leczeniu chorób układu sercowo-naczyniowego u ludzi, mogą wywoływać istotne efekty u organizmów niedocelowych, gdy przedostają się do środowiska wodnego. Zaburzenia w ekspresji AChE mogą wpływać na prawidłowe funkcjonowanie enzymów cholinergicznych, prowadząc do zaburzeń fizjologicznych i zmniejszonego wzrostu ostryg. Wzrost ekspresji NTP wskazuje na nasilony stres nitracyjny, który może prowadzić do uszkodzenia tkanek.

Autorzy badania wskazują, że beta-blokery mogą oddziaływać na układy neuroprzekaźnikowe, a ich wpływ na organizmy wodne jest szczególnie niepokojący, ponieważ mogą one indukować stres oksydacyjny/nitracyjny i pośrednio wpływać na aktywność AChE poprzez modulowanie układów neuroprzekaźnikowych sympatycznych, a tym samym zmieniać szlaki cholinergiczne, takie jak uwalnianie i rozkład acetylocholiny przez AChE. Enzymy beta-adrenergiczne i cholinergiczne u ostryg są połączone poprzez złożoną sieć sprzężeń zwrotnych, przez co manipulowanie aktywnością jednego systemu za pomocą beta-blokera ostatecznie wywołuje wtórne efekty na wszystkie inne funkcje fizjologiczne.

Badanie to podkreśla potrzebę właściwej utylizacji leków, aby zapobiegać ich przedostawaniu się do środowiska wodnego, gdzie mogą powodować niezamierzone szkody w ekosystemach morskich. Autorzy sugerują, że konieczne są dalsze badania, szczególnie długoterminowe i w warunkach terenowych, aby lepiej zrozumieć chroniczne skutki ekspozycji na beta-blokery dla organizmów wodnych oraz potencjalne interakcje z innymi czynnikami stresowymi środowiska, takimi jak podwyższona temperatura, wysoki stres solny czy współistniejące zanieczyszczenia.

Warto podkreślić, że farmaceutyki, takie jak metoprolol i propranolol, powszechnie przepisywane do leczenia schorzeń sercowo-naczyniowych u ludzi, są coraz częściej wykrywane w ekosystemach przybrzeżnych, gdzie mogą powodować poważne uszkodzenia tkanek organizmów morskich. Gromadzenie się tych beta-blokerów w środowisku wodnym staje się istotnym czynnikiem spadku bioróżnorodności, obok innych zanieczyszczeń chemicznych. Chociaż opracowane dla zastosowań w ochronie zdrowia ludzi, substancje te mogą niekorzystnie wpływać na organizmy niedocelowe, zakłócając kluczowe funkcje fizjologiczne i zagrażając zdrowiu i zrównoważonemu rozwojowi wrażliwych populacji morskich.

Podsumowanie

Badanie przeprowadzone na ostrygach amerykańskich wykazało, że krótkotrwała ekspozycja na beta-blokery (metoprolol i propranolol) w stężeniach odpowiadających tym występującym w środowisku wodnym prowadzi do istotnych zmian w ich tkankach. W skrzelach zaobserwowano uszkodzenia filamentów i powiększenie lamel, a w gruczołach trawiennych znaczne powiększenie światła przewodów. Ekspozycja spowodowała również zwiększoną agregację hemocytów, wskazującą na zaburzenia odpowiedzi immunologicznej. Na poziomie biochemicznym odnotowano spadek pH płynu pozapłaszczowego oraz obniżenie poziomu glukozy. Molekularne analizy wykazały wzrost ekspresji biomarkera stresu nitracyjnego (NTP) oraz znaczący spadek ekspresji acetylocholinesterazy (AChE), kluczowego enzymu w przewodnictwie cholinergicznym. Badanie podkreśla zagrożenia ekologiczne wynikające z obecności beta-blokerów w środowisku wodnym i ich potencjalny wpływ na bioróżnorodność ekosystemów morskich.

Bibliografia

Salinas Andrew and Rahman Md Saydur. Exposure to metoprolol and propranolol mixtures on biochemical, immunohistochemical, and molecular alterations in the American oyster, Crassostrea virginica. Toxicology Reports 2025, 14(4), 799-812. DOI: https://doi.org/10.1016/j.toxrep.2025.101979.