Avaliação da contaminação por metais através da medida da distribuição elemental de metais pesados em peixes Zebra

Abstract

A presença de metais pesados no organismo está frequentemente associada a diversas patologias, tais como, danos permanentes no sistema nervoso, distúrbios do sono e cancro. Uma das principais vias de bioacumulação é através do consumo de peixe contaminado, devido à crescente poluição dos ecossistemas marinhos. Assim, é importante estudar mecanismos de acumulação de metais pesados que nos permitam perceber a sua interação no organismo. O peixe zebra é um modelo animal com inúmeras características ótimas para estudos toxicológicos. Neste trabalho, avaliou-se a aplicabilidade e a performance de um sistema de imagem por fluorescência de raios X (FF-EDXRF, do inglês Full Field of view - Energy Dispersive X-Ray Fluorescence), baseado num detetor gasoso micro-estruturado (2D-THCOBRA), na obtenção do mapeamento elemental e distribuição espacial de diferentes metais pesados (Pb, Mn, Ni e Se) em peixes Zebra com diferentes tempos de exposição a diferentes concentrações de contaminantes. Pretendeu-se também estudar a acumulação e capacidade de excreção do chumbo, pelos peixes Zebra, bem como a sua relação com o comportamento dos peixes, de modo a perceber a influência da presença do metal no organismo do peixe. O estudo comportamental foi realizado utilizando o sistema de rastreamento Zebrabox (Viewpoint Life Sciences, Lyon, France). Para verificar a acumulação e distribuição dos metais pesados no organismo, recorreu-se a um espetrómetro de EDXRF, um espetrómetro de imagem FF-EDXRF e um sistema de radiografia digital, para aquisição de imagens morfológicas dos peixes. Para validação dos resultados obtidos utilizou-se o sistema comercial M4 TORNADO (Bruker, Alemanha). A realização deste trabalho permitiu concluir que os sistemas utilizados são capazes de identificar e mapear a distribuição elemental dos metais pesados na zona visceral dos peixes Zebra; e que este conseguiu excretar o metal, após acumulação, no tempo de realização do ensaio crónico. Relativamente ao estudo comportamental, não foi identificada qualquer alteração do comportamento estatisticamente significativa nos peixes expostos às concentrações estudadas durante o tempo do teste. Os resultados obtidos são promissores, destacando a capacidade do sistema para aplicações na avaliação de metais pesados em amostras biológicas.

The presence of heavy metals in the human body is often associated with various pathologies, such as permanent damage to the nervous system, sleep disorders, and cancer. One of the main ways of bioaccumulation is through the consumption of contaminated fish, due to the pollution of marine ecosystems. Thus, it is important to study mechanisms of heavy metal accumulation, to understand their interaction in the body. The Zebra fish is an animal model with numerous advantageous characteristics for toxicological studies. In this work, we evaluated the applicability and performance of a Full field- X-ray fluorescence (FF-EDXRF) imaging system, based on a micro pattern gas detector (2D-THCOBRA), to obtain the elemental mapping and spatial distribution of different heavy metals (Pb, Mn, Ni, and Se) in Zebra fish with different exposure times to different concentrations of contaminants. It was also intended to study the accumulation and excretion capacity of lead by Zebra fish, as well as its relationship with fish behaviour, aiming to understand the influence of the presence of the metal in the fish organism. The behavioural study was performed using the Zebrabox tracking system (Viewpoint Life Sciences, Lyon, France). To verify the accumulation and distribution of heavy metals in the organism an EDXRF spectrometer, a FF-EDXRF imaging spectrometer, and a digital radiography system for morphological imaging of the fish were used. The commercial M4 TORNADO system (Bruker, Germany) was used to validate the obtained results. This work allowed concluding the systems’ capability for the identification and mapping of the elemental distribution of heavy metals in the visceral area of Zebra fish. It was also shown that the fish were able to excrete the metal, after its accumulation, during the time of the chronic test. Regarding the behavioural study, no statistically significant behaviour changes could be identified in the fish exposed to the studied concentrations during the time of the test. The obtained results are promising, highlighting the system's capacity evaluating heavy metals in biological samples.