Contribution to the toxicological study of inhaled cadmium compounds at the rat
Creators
- Lacroix, Frederic
- ESTBA, 56 rue Planchat, 75020 PARIS (France)
- Commissariat a l'Energie Atomique - CEN/Far, Direction des Sciences du Vivant, Departement de Radiobiologie, Laboratoire de Cancerologie Experimentale - DSV/DPTE/LCE, 60-68 Avenue du General Leclerc, BP 6, 92265 Fontenay Aux Roses (France)
Description
Our period of probation was performed in the Experimental Cancerology Laboratory which is a laboratory depending from the Life Sciences Directory from French Atomic Commission. The role of this laboratory is to characterize the short, middle and long term effects of irradiation acting alone or associated with exposure to airborne pollutants. This period of probation allowed us to approach different aspects of animal experimentations, cytological and histological techniques and Atomic Absorption Spectrometry especially applied in short and long term assays. Long term studies were performed on Sprague Dawley male rats which showed several advantages; first, similar pattern of spontaneous tumors compared to human; second, low incidence of spontaneous lung tumors (<1 %); third, because the high frequency of radio-induced mammary tumors in female rats and their metastases to the lungs, male rats were only studied. Animals were whole body irradiated by exposure to fission neutrons (0.6 Gy). Irradiated or unirradiated rats were exposed to cadmium chloride (0.7 mg/m3, 5 days a week, 6 hours a day, during 5 weeks). One group corresponded to cadmium exposed animals which was treated by repeated intramuscular injections of 5-6 benzoflavone (25 mg/Kg, 6 injections at 2 weeks interval). The last groups were rats administrated cadmium hydroxide (10 and 50 mg/Kg) by intramuscular injection in the posterior leg. Our participation was limited to animal care, autopsy and necropsy, tissue sampling and processing until paraffin embedding. Preliminary results show no carcinogenic or co-carcinogenic effect of cadmium excepted after its intramuscular administration. Short term studies have concerned metabolism and toxicity of different inhaled cadmium compounds. Chloride, oxide and sulfide have shown a different biological behaviour. Oxide was readily solubilized and transferred to other parts of the organism as many as five times more than the chloride soluble form. Such phenomenon was observed at subtoxic doses and transfer from oxide decreased for toxic doses as the initial lung deposit increased. Macrophages were not a site for retention of inhaled cadmium under the chloride or oxide forms. A mixed behaviour was observed for cadmium sulfide. About half of the initial lung deposit was readily solubilized and the other half remained mostly as particles in alveolar macrophages. Most of these results were obtained from Atomic Absorption Spectrometry measurements. Cytological studies have shown that the minimal initial lung deposit inducing inflammatory reaction was higher for chloride than for oxide. Alveolar macrophages toxicity decreased gradually from oxide to sulfide and chloride, and was visualized by the appearance of multinucleated cells, micronuclei and cytoplasmic alterations. Particles were only observed after sulfide exposure and even 24 hours after inhalation, many free particles were observed associated to macrophage necrosis. A huge increase of macrophage proliferation was induced by cadmium and was observed for oxides doses which were not associated with any inflammatory reaction. This results suggest that cadmium alone could induce an increased cell proliferation. Target organs for toxic effects appear to be the lungs and the kidney after exposure to chloride and oxide respectively. However, alveolar macrophage is the main target cell after oxide or sulfide inhalation. These data were obtained by using cytological and immunocytological methods. (author)
Abstract (French)
Le LCE appartient a la Direction des Sciences du Vivant du Commissariat a l'Energie Atomique et, dans le cadre des etudes de la cancerogenese et de la toxicologie pulmonaire, a pour but essentiel de caracteriser les effets de l'irradiation et de l'inhalation de polluants atmospheriques a court, moyen et long termes. Le stage, effectue dans ce laboratoire, nous a permis d'aborder divers aspects de l'experimentation animale, des techniques histologiques et cytologiques et des techniques de dosage specifiques aux metaux dont l'application a ete limitee a l'etude, a court et long termes, des effets induits par l'inhalation de differents composes du cadmium. Les etudes de cancerologie a long terme sont effectuees chez le rat. En effet, dans cette espece, le spectre des tumeurs spontanees est voisin de celui observe chez l'homme, et de plus, la frequence des tumeurs pulmonaires est tres faible (<1 %). Seuls des rats males sont etudies car, chez la femelle, la frequence des tumeurs mammaires est elevee et ces tumeurs, qui metastasent frequemment dans les poumons, sont difficiles a distinguer des tumeurs d'origine pulmonaire. Les animaux etudies ont subi une irradiation globale par des neutrons suivie d'une inhalation de cadmium, ou une inhalation de cadmium suivie d'injections repetees de 5-6 benzoflavone ou une inhalation de cadmium seule. Ce protocole a ete elabore afin de determiner si le cadmium, inhale sous forme de chlorure, a une concentration de 0,7 mg/m3, 5 jours par semaine, 6 heures par jour pendant 5 semaines, se comporte comme un agent cancerogene ou comme un agent cocancerogene. Apres traitement, les rats sont suivis tout au long de leur vie et sont sacrifies lorsqu'ils sont moribonds, ou necropsies afin de pratiquer differents prelevements en vue d'une analyse anatomopathologique. L'etude statistique de la duree de vie, de la frequence tumorale et du type de tumeur induit permet une evaluation du risque cancerogene en fonction du traitement experimental. Les differents groupes d'animaux que nous avons suivis n'etant pas arrives au terme de l'experimentation, notre participation s'est limitee au suivi des animaux et a la preparation des echantillons pour l'analyse anatomo-pathologique. Bien que partiels, les resultats deja obtenus semblent indiquer que le cadmium inhale ne se comporte pas comme un agent cancerogene ou cocancerogene pulmonaire alors que son administration par voie intramusculaire induit des tumeurs au site d'injection. La duree totale de l'inhalation pourrait etre un facteur preponderant pour l'obtention de tumeurs pulmonaires. Les etudes a court terme ont porte sur le metabolisme et la toxicite de differents composes du cadmium inhales a differentes concentrations. Les 3 composes etudies, chlorure, oxyde et sulfure ont montre un comportement distinct. L'oxyde est tres vite solubilise mais son transfert vers les organes de stockage, le foie et les reins, apparait beaucoup plus important (x5) que le chlorure qui est cependant une forme soluble. Ce phenomene est observe pour des concentrations subtoxiques. A plus fortes concentrations, ce transfert diminue graduellement bien que l'oxyde soit toujours entierement solubilise. Les macrophages alveolaires ne constituent pas un compartiment de stockage du cadmium qui est retenu dans le tissu pulmonaire ou il est elimine tres lentement. Le sulfure a un comportement mixte, une fraction correspondant a environ 50% du cadmium total est tres vite solubilise et se comporte comme le cadmium solubilise a partir de l'oxyde. La fraction restante demeure sous forme insoluble dans les macrophages alveolaires. Ces resultats sont deduits de mesures effectuees en spectrometrie d'absorption atomique. Les etudes cytologiques ont montre que la quantite minimale deposee provoquant une reaction inflammatoire pulmonaire est plus faible pour le chlorure compare a l'oxyde. L'effet toxique du cadmium sur les macrophages apparait plus important pour l'oxyde et le sulfure que pour le chlorure. Il se manifeste par l'apparition de cellules multinucleees, de micronoyaux et par la presence d'anomalies cytoplasmiques. Dans le cas du sulfure, la presence de particules libres et de debris cellulaires 24 heures apres l'exposition visualise la mort de nombreux macrophages par necrose. L'exposition au cadmium induit une stimulation considerable de la proliferation des macrophages. Ce phenomene qui est observe apres l'exposition a l'oxyde en l'absence d'une reaction inflammatoire significative semble indiquer un effet mitogene direct du cadmium. Ces donnees indiquent que pour de faibles quantites de cadmium inhale, l'organe cible pour les effets toxiques correspond aux poumons pour le chlorure et aux reins pour l'oxyde. Par contre, le macrophage alveolaire serait le type cellulaire le plus affecte apres l'inhalation de composes 'insolubles' du cadmium. Ces donnees ont pu etre obtenues par des techniques cytologiques et immunocytochimiques. (auteur)Files
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Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- Contribution a l'etude toxicologique des composes du cadmium inhales chez le rat
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 81 p.
- Report number
- INIS-FR--23-1079
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 54096115
- Subject category
- S60: APPLIED LIFE SCIENCES;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- AEROSOLS; BIOLOGICAL LOCALIZATION; CADMIUM CHLORIDES; CADMIUM OXIDES; CADMIUM SULFIDES; CELL PROLIFERATION; INFLAMMATION; INHALATION; KIDNEYS; LIVER; LUNGS; MACROPHAGES; NECROSIS; RATS; RETENTION; SOLUBILITY; TOXICITY; TUMOR CELLS; WHOLE-BODY IRRADIATION
- Descriptors DEC
- ANIMAL CELLS; ANIMALS; BODY; CADMIUM COMPOUNDS; CADMIUM HALIDES; CHALCOGENIDES; CHLORIDES; CHLORINE COMPOUNDS; COLLOIDS; CONNECTIVE TISSUE CELLS; DIGESTIVE SYSTEM; DISPERSIONS; EXTERNAL IRRADIATION; GLANDS; HALIDES; HALOGEN COMPOUNDS; INORGANIC PHOSPHORS; INTAKE; IRRADIATION; MAMMALS; ORGANS; OXIDES; OXYGEN COMPOUNDS; PATHOLOGICAL CHANGES; PHAGOCYTES; PHOSPHORS; RESPIRATORY SYSTEM; RODENTS; SOLS; SOMATIC CELLS; SULFIDES; SULFUR COMPOUNDS; SYMPTOMS; VERTEBRATES
Optional Information
- Notes
- 4 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses