Skażenia środowiska naturalnego mają znaczenie dla płciowości

– Zanieczyszczenia środowiska mogą wpływać na zdrowie i funkcjonowanie organizmów żywych, w tym na ludzi. Niektóre substancje zakłócające działanie układu endokrynnego (EDCs) mogą wpływać na układ hormonalny, który odgrywa kluczową rolę w regulacji rozwoju płciowego, reprodukcji oraz – szerzej – w funkcjonowaniu seksualnym – wskazują naukowcy.

O wpływie warunków życia, skażenia środowiska na procesy płciowe zwierząt i dlaczego jeszcze wyniki tych badań nie są bezpośrednio przekładalne na człowieka, dr hab. Sławomir Murawiec, redaktor naczelny „Psychiatrii Spersonalizowanej”, rozmawia z dr hab. Katarzyną Szkudelską i prof. Piotrem Tryjanowskim z Wydziału Medycyny Weterynaryjnej i Nauk o Zwierzętach Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu.

Czy istnieją badania dotyczące wpływu elementów chemicznych obecnych w naszym środowisku na kształtowanie się płci biologicznej u organizmów żywych?
Katarzyna Szkudelska i Piotr Tryjanowski: – Zdecydowanie tak i o tym informują już dziesiątki prac naukowych. Problem jednak w tym, że nie są one bezpośrednio przekładalne na biologię człowieka. Postaramy się wyjaśnić kilka niuansów. Zanieczyszczenia środowiska mogą wpływać na zdrowie i funkcjonowanie organizmów żywych, w tym na ludzi, na wielu poziomach. Niektóre zanieczyszczenia, zwane substancjami zakłócającymi działanie układu endokrynnego (EDCs), mogą wpływać na układ hormonalny, który odgrywa kluczową rolę w regulacji rozwoju płciowego, reprodukcji oraz szerzej – w funkcjonowaniu seksualnym. EDCs obejmują różne substancje chemiczne, które mogą znajdować się w pestycydach, plastikach, kosmetykach oraz wielu innych produktach codziennego użytku.

Ale przecież wszyscy żyjemy w tak zanieczyszczonym środowisku i wielu z nas sobie nie zdaje z tego sprawy. W środowisku medycznym prawie zupełnie brak refleksji nad tym, że część cierpień młodzieży związanych z biologią płci może mieć swe początki w stanie środowiska. W jaki sposób te wspomniane wyżej substancje mogą wpływać na nasze zdrowie reprodukcyjne, czy – szerzej – na zagadnienia dotyczące płci?
K.S. i P.T.: – Raz jeszcze musimy wspomnieć, że trudno o bezpośrednie odniesienia do człowieka, o badania z zachowaniem najwyższych standardów – replikowalności, potrójnie ślepej próby i podobnych. Ponadto trudno takie badania prowadzić z udziałem ludzi. Nie można przecież podać grupie ludzi takich jednoznacznie szkodliwych substancji, nie mówiąc o tym, że taki eksperyment musiałby trwać odpowiednio długo. Informacje na temat przypuszczalnego działania tych związków pojawiają się oczywiście w literaturze naukowej, ale oparte są jedynie na badaniach korelacji pomiędzy np. zmierzonym stężeniem danej substancji w płynach ustrojowych, tzn. we krwi lub moczu, a konkretnym obserwowanymi patologiami/zaburzeniami rozrodczymi. Stąd raczej wspomagamy się tym, co wiemy z badań zwierząt i pewnych obserwacji czy analiz pojedynczych przypadków chorobowych. Niemniej wyniki korelacji u ludzi wskazują np. na zależność pomiędzy wysokim stężeniem EDCs a zaburzeniami funkcji reprodukcyjnych/rozrodczych, np. wyższemu stężeniu bisfenolu A (BPA) w moczu u mężczyzn towarzyszył zwiększony poziom hormonów – estradiolu, testosteronu i LH we krwi. Co więcej, zaobserwowano u nich również zmienioną morfologię plemników oraz ich mniejszą liczbę i ruchliwość. Zaburzenia dotykają także drugiej płci. Coraz więcej badań dowodzi, że u kobiet obecność BPA w płynach ustrojowych związana jest z endometriozą, ale także z zespołem policystycznych jajników oraz nawracającymi poronieniami i wcześniactwem. Z kolei zwiększone stężenie BPA w surowicy u kobiet starających się o potomstwo na drodze zabiegów in vitro związane było z ograniczeniem liczby oocytów, które można było pobrać do zapłodnienia. Oczywiście dużo więcej jest wyników badań na zwierzętach, przede wszystkim na gryzoniach, gdzie wpływ EDCs można badać bezpośrednio. Tutaj również obserwowano zmiany w fizjologii rozrodu – ten sam związek – BPA – powodował obniżoną produkcję spermy u samców myszy, deregulację osi podwzgórze – przysadka – jądra. Zmieniał także liczbę receptorów dla hormonów sterydowych i podobnie, jak to na podstawie korelacji stwierdzono u ludzi, ograniczał ruchliwość i liczbę plemników. U samic zaś wpływał na masę macicy i częstość ciąży. Ponadto badania na zwierzętach pozwalają na sięganie głębiej i wyjaśnianie mechanizmów poprzez które EDCs wywołują zaburzenia fizjologii procesów rozrodczych, np. dzięki badaniom na mysim modelu endometriozy wyjaśniono, że BPA powoduje rozrost tej tkanki poprzez mechanizm związany ze zwiększoną ekspresją receptora estrogenowego β.

Czy te badania dotyczą wyłącznie dojrzałych płciowo zwierząt?
K.S. i P.T.: – Zainteresowanie EDCs i ich wpływem na zaburzenia procesów płciowych nie ogranicza się wyłącznie do badań na dojrzałych płciowo zwierzętach – bowiem bardzo małe dawki EDCs mogą mieć u ssaków kluczowe znaczenie dla rozwoju płodu. Mogą przenikać przez łożysko, a także do mleka matki. Kiedy np. podawano BPA ciężarnym samicom myszy, to w następnym pokoleniu u samców obniżona była masa najądrzy i zaburzona spermatogeneza, czyli wytwarzanie plemników. Ale to nie wszystko. W życiu prenatalnym, a częściowo także u niektórych zwierząt neonatalnym, kształtuje się bowiem pewien istotny z punktu widzenia zachowań płciowych obszar mózgu – jądro dymorfizmu płciowego – grupa komórek w obszarze przedwzrokowym podwzgórza u ssaków, który został po raz pierwszy odkryty i jest najlepiej poznany u gryzoni. Prenatalna neurogeneza w jądrze dymorfizmu płciowego rozpoczyna się migracją komórek wyściółki (rodzaj komórek macierzystych) z trzeciej komory mózgu do podwzgórza. Migracja do podwzgórza jest szybsza u samców niż u samic i tam dochodzi do różnicowania się tych komórek w funkcjonalne neurony. Rozmiar jąder dymorfizmu płciowego w obszarze przedwzrokowym zależy od stężenia endogennych oraz egzogennych estrogenów, ale także od stężenia związków estrogenopodobnych i np. wiadomo, że jeden z takich związków – dietylostilbestrol – zwiększa wielkość tego obszaru u samic szczura. Sam dymorfizm manifestuje się różnicą wielkości (objętości) jądra w podwzgórzu – u samców szczura jest ono 3–8 razy większe niż u samic, u ludzi 7–30 razy większe u mężczyzn. Stąd nazwa – jądro dymorfizmu płciowego. Ta zwiększona wielkość to zwiększona gęstość komórek nerwowych, czyli inna organizacja tego obszaru podwzgórza, która determinuje różny behawior płciowy. Mamy dane wskazujące na możliwość oddziaływania EDCs na ten obszar mózgu. U szczurów prenatalna ekspozycja na niskie dawki BPA wywoływała wzrost przedwzrokowego obszaru jądra dymorfizmu płciowego i ten efekt był specyficzny dla samców. Zatem wpływ EDCs został potwierdzony, ale jest ciąg dalszy – przeprowadzono także wiele badań na gryzoniach wskazujących na istotny wpływ EDCs na behawior. BPA podawany samicom szczura w czasie ciąży i laktacji powodował u ich synów (samców kolejnego pokolenia) wzrost zachowań defensywnych, a z kolei u córek (samic następnego pokolenia) maskulinizację zachowań w czasie zabawy. Z kolei prenatalna ekspozycja samców myszy kalifornijskiej na BPA wywoływała u nich zredukowane zachowania znakowania terytorium. W innym doświadczeniu konsekwencją prenatalnej ekspozycji na BPA samic myszy było zmienione zachowanie względem ich potomstwa – poświęcały one mniej czasu opiece nad swoimi młodymi. Można powiedzieć, że to poważniejsze zaburzenia zachowania, bo związane z przetrwaniem następnego pokolenia. Zaburzenia zachowań macierzyńskich, takie jak mniejsza troska o higienę potomstwa wyrażona mniejszą częstotliwością lizania młodych i przyjmowania postawy ciała umożliwiającego młodym ssanie, jak i mniej czasu spędzanego w gnieździe, to także efekt prenatalnej ekspozycji samic szczura na BPA przez cały okres ciąży i laktacji. Obserwacje te dowodzą istotnych zmian behawioralnych, które moglibyśmy określić jako zmiany tożsamości płciowej.

Czy państwa zespół także pracuje nad podobnymi zagadnieniami?
K.S. i P.T.: – Tak, chociaż od razu musimy dodać, że nasz system badawczy może wydawać się odległy od tego, czego spodziewają się lekarze medycyny ludzkiej. Lekarze zwykle już jakoś znają i akceptują badania na gryzoniach – myszach i szczurach – a my pracujemy na płazach, konkretnie na kilku gatunkach żab. Taki wybór organizmów modelowych ma oczywiście swoje uzasadnienie, gdyż płazy przez życie w warunkach dwuśrodowiskowych (wszak po łacinie nazywają się Amphibia), w wodzie i na lądzie, są bardzo wrażliwe na substancje rozpuszczone w wodzie, gdzie mają miejsce pierwsze stadia ich rozwoju. Okazuje się, że jedną z substancji wpływających na rozwój ich gonad, a także drugorzędowych cech płciowych, np. układu palców, jest bisfenol A (BPA). To jeden z najbardziej znanych i szeroko badanych związków chemicznych, które mogą działać jako substancje zakłócające działanie układu endokrynnego. Używany głównie w produkcji poliwęglanowych tworzyw sztucznych i żywic epoksydowych BPA znajduje się w wielu produktach codziennego użytku, takich jak butelki do picia, pojemniki na żywność, wyściółki puszek do konserw i niektóre wyroby dentystyczne. Nie chcemy w żaden sposób straszyć, ale – jak widać – jest tego naprawdę sporo. Płodność, sukces inseminacyjny i prawidłowy rozwój zarodków to istotne zagadnienia także w hodowli zwierząt. Dlatego jeden z naszych zespołów bada wpływ bisfenolu A na dojrzewanie oocytów świni domowej w warunkach pozaustrojowych. Wstępne wyniki badań wskazują, iż BPA jest odpowiedzialny za znaczące zmniejszenie liczby oocytów wznawiających podział mejotyczny po dojrzewaniu in vitro. Wyniki wskazują ponadto na akumulację lipidów w oocytach, co jest skorelowane ze wzrostem stężenia bisfenolu A w środowisku hodowlanym.

Czy wybierając taką tematykę badawczą, myśleli państwo o znaczeniu badań podstawowych dla wykorzystania w medycynie?
K.S. i P.T.: – Wiele zespołów realizujących podobne tematy badawcze gdzieś z tyłu głowy ma ich późniejsze zastosowanie w medycynie w celu poprawy naszego zdrowia i komfortu życia. Prawdę mówiąc, w naszym przypadku myśleliśmy też sporo o ekologii i ochronie środowiska. Chociaż, jak to w nauce bywa, nie wiadomo, dokąd wyniki nas zaprowadzą. Czasami bowiem trudno o zrozumienie badań wykonywanych na zwierzętach dla potrzeb ludzi. By lepiej unaocznić taką potrzebę, posłużymy się przykładem, który być może dla lekarzy jest trywialny, jednak bardzo często o nim zapominamy. On bardzo dobrze oddaje stan świadomości pewnej filozofii badawczej. Chodzi oczywiście o przypadek talidomidu, który został wprowadzony na rynek w latach 50. i 60. XX wieku jako środek uspokajający i przeciwwymiotny, szczególnie zalecany kobietom w ciąży cierpiącym na poranne mdłości. Niestety, talidomid nie został wystarczająco przetestowany pod kątem bezpieczeństwa, szczególnie w odniesieniu do wpływu na rozwój płodu. Bezpieczeństwo jego działania sprawdzono na myszach, które, jak się później okazało, są oporne na toksyczne działanie tego leku. Dziś wiemy, że badania na kilku innych gatunkach, np. szczurach i królikach uchroniłyby przed jedną z największych katastrof medycznych w historii, gdyż talidomid spowodował poważne wady wrodzone u dziesiątek tysięcy noworodków. Wiele z tych dzieci urodziło się z fokomelią, czyli znacznym skróceniem lub całkowitym brakiem kończyn.

Dostrzegam bardzo ostrożne wyrażanie opinii, ale pytanie, jakie się ciśnie na usta, to czy możemy coś więcej zrobić, niż tylko czekać na kolejne wyniki badań? Czy istnieje już jakaś szersza koncepcja spoglądająca na znaczenie stanu środowiska dla zrozumienia zdrowia fizycznego i psychicznego ludzi?
K.S. i P.T.: – Od paru dekad rozwija się, choć akurat w Polsce, powiedzmy, raczkuje, koncepcja One Health, która zakłada integracyjne podejście do zdrowia ludzi, zwierząt i środowiska. Naszym zdaniem jest ona szczególnie odpowiednia w kontekście badań nad wpływem substancji chemicznych, takich jak bisfenol A (BPA), na zdrowie. To podejście podkreśla, że zdrowie ludzi jest ściśle powiązane ze zdrowiem zwierząt i stanem środowiska naturalnego, zatem działania w jednym z tych obszarów mogą mieć bezpośrednie skutki dla pozostałych. Podejście One Health może także ułatwić prowadzenie zintegrowanych badań, które obejmują ekspozycję i skutki zdrowotne zarówno u ludzi, jak i u zwierząt. Badania na zwierzętach mogą dostarczyć wstępnych informacji na temat potencjalnych skutków zdrowotnych, które później mogą być badane w kontekście ludzkim. Ponadto monitorowanie zdrowia dzikich zwierząt i hodowlanych może dostarczyć ważnych informacji na temat rozprzestrzeniania się i wpływu substancji endokrynnie czynnych w środowisku.

Rozumiem, że takie badania raczej na obecnym etapie mogą być tylko pewną wskazówką, choćby dla psychiatrów zmagających się z problematyką dotyczącą płci zgłaszaną przez ich pacjentów, natomiast nie wnoszą bezpośrednich zaleceń czy metod terapeutycznych?
K.S. i P.T.: – Tak, ale już teraz powinny skłaniać do myślenia i sugerowania większej troski o środowisko naturalne, jak również promocji pewnych zachowań konsumenckich. Proszę pamiętać jednak, że choć droga do zastosowań terapeutycznych – czy raczej w tym wypadku prewencyjnych – jest bardzo daleka, to nie przekreślajmy prac na innych modelach niż Homo sapiens.