Zofia Olszowy
Badania doświadczalne nad przebiegiem zatrucia glikolem etylenowym w aspekcie
toksykologicznym i medyczno-sądowym. Cz. 3. Badania
mikroskopowe w ostrym i podostrym zatruciu
glikolem etylenowym
Experimental investigations on the course of ethylene glycol poisoning from
a medico-legal and toxicological aspect. Part 3. Microscopic examination
in acute and subacute ethylene glycol poisonings
Z Katedry Medycyny Sądowej Śląskiej AM w Katowicach
Kierownik: prof. dr hab. H. Sybirska
Badania mikroskopowe miały na celu wykazanie zmian patologicznych w narządach
wewnętrznych zwierząt, którym podano glikol etylenowy jednokrotnie i przez 28
dni w trzech zróżnicowanych dawkach 1/2,1/10,1/100 DL50/kgmc.
Obserwowane zmiany miały charakter zaburzeń w krążeniu, zmian wstecznych, postępowych
i zapalnych. W doświadczeniu ostrym zmiany te były słabo zaznaczone i występowały
u pojedynczych szczurów w grupach. Wymieniane zmiany przede wszystkim manifestowały
się w narządach zwierząt zatruwanych glikolem etylenowym przez 28 dni.
W wątrobie, nerkach, mózgu a także wcześniej zebranych porcjach moczu zatrutych
szczurów potwierdzono obecność kryształów szczawianu wapnia. Obserwacje prowadzono
w mikroskopie świetlnym, świetle spolaryzowanym a także w mikroskopie elektronowym.
Wielkość i ilość kryształów w preparatach była zróżnicowana. Różnice te pozostawały
w związku z wielkością podawanej dawki glikolu, rodzajem zatrucia (ostre,
podostre) a także czasem jaki upłynął od podania ksenobiotyku.
The aim of microscopic examination was to show lesions in internal organs
of the rats which were administrated ethylene glycol once and in 3 different
doses: 1/2,1/10 and 1/100 DL50/kgbm within 28 days. Lesions were
found to be: retrogressive, progressive, inflammatory or sometimes they were
circulatory disturbances. In an acute experiment these lesions were rather not
very visible and they appeared in single rats, especially those after a 28-day
dose of ethylene glycol. Calcium oxalate crystals were found in the liver, kidneys,
brain and urine of the poisoned rats. Microscopic examination was carried out
using polarized-light and electron microscopes. The size and quantity of calcium
oxalate crystals in microscopic specimens were different. The observed differences
were connected with the size of ethylene glycol dose, the type of poisoning
(acute, subacute) and time from xenobiotic administration to the examination.
Słowa kluczowe: zatrucie ostre i podostre glikolem etylenowym, zmiany morfologiczne,
kryształy szczawianu wapnia.
Key words: acute and subacute ethylene glycol poisoning, morphologic changes,
calcium oxalate crystals.
Glikol etylenowy, podobnie jak etanol, ma działanie narkotyczne (6, 23). W zatruciu
tym dwuwodorotlenowym alkoholem szczególne znaczenie mają jego metabolity (aldehyd
glikolowy, kwas glikolowy, kwas glioksalowy, kwas szczawiowy), które mogą być
przyczyną ciężkich uszkodzeń ośrodkowego układu nerwowego, nerek i innych narządów
wewnętrznych (8, 9,10, 12, 22).
W pośmiertnym rozpoznaniu zatrucia glikolem etylenowym, dla medyka sądowego
a także klinicysty, obok badań toksykologicznych znaczącą rolę spełniają badania
histopatologiczne (7, 17, 19). Z danych literaturowych oraz własnych obserwacji,
w przypadkach zatruć śmiertelnych glikolem, mikroskopowo stwierdza się w mózgu:
obrzęk, przekrwienie, krwawe wybroczyny, drobne nacieki oraz kryształy szczawianu
wapnia w przestrzeni podpajęczczynówkowej mózgu a także tkance mózgowej.
W płucach: obrzęk, krwawe wybroczyny śródmiąższowe i opłucnowe (17, 19, 21).
Ponadto zmiany zwyrodnieniowe mięśnia sercowego, wątroby i nerek. W nerkach
uwagę zwracają wybroczyny krwawe i drobne nacieki, stłuszczenie kropelkowe,
obecność wałeczków ziarnistych i hemoglobinowych. Kryształy szczawianu
wapnia stwierdza się w świetle kanalików nerkowych, śródkomórkowo w komórkach
kanalików nerkowych, w nabłonku cewek, w świetle drobnych naczyń. Ich obecność
stwierdza się także w żyłach centralnych miąższu wątroby (2, 5, 14, 22).
Zmiany patologiczne i ich nasilenie zależne są od wielu czynników, przede
wszystkim od ilości spożytego glikolu etylenowego, czasu intoksykacji, czasu
jaki upłynął od spożycia trucizny do zejścia śmiertelnego (1, 6, 9, 13, 12,
19). Obserwowane zmiany morfologiczne nie są charakterystyczne. W zatruciu glikolem
etylenowym za charakterystyczne można uznać jedynie obecność kryształów szczawianu
wapnia (8, 14). Za czynnik warunkujący kliniczny obraz zatrucia, długo uznawano
nagromadzenie szczawianów wapnia (3, 14, 22, 10). Kwas szczawiowy jest związkiem
o wysokiej toksyczności. Spożyty w czystej postaci powoduje rozległe uszkodzenie
nerek, silną kwasicę, szybką śmierć. Letalna dawka szczawianów dla człowieka
wynosi 0,1g/kgmc (11, 20) i jest wielokrotnie niższa od dawki letalnej glikolu
etylenowego - 1,4g/kgmc (4). Szczawian wapnia praktycznie nie jest metabolizowany.
Jego eliminacja z organizmu następuje przez układ moczowy. Wydalanie szczawianów
jest powolne i może trwać od 2 do 6 tygodni a nawet dłużej (3, 7, 17).
Materiał i metody
Badania wykonano na szczurach szczepu Wistar, w wieku 3 miesięcy i ciężarze
180-200g. Zwierzęta podzielono losowo na dwie grupy główne z przeznaczeniem
do doświadczenia ostrego i testu 28-dniowego. W obrębie grup głównych wyodrębniono
3 grupy liczące po 21 samic i 21 samców, którym w doświadczeniu ostrym
sondą dożołądkowo, podano jednokrotnie glikol etylenowy w dawkach 1/2, 1/10,
1/100 DL50/kgmc. W doświadczeniu podostrym identyczne ilości glikolu
podawano codziennie przez 28 dni. Dwóm grupom kontrolnym liczącym po 14 samic
i 14 samców podawano wodę. W czasie 26-godzinnej obserwacji materiał do badań
histopatologicznych pobrano siedmiokrotnie (18).
Szczury dekapitowano i wykonywano szczegółowe badania sekcyjne. Do badań
histopatologicznych pobierano następujące narządy: mózg, serce, płuca, wątrobę,
śledzionę, nerki, nadnercza, żołądek, dwunastnicę, gonady (jądra, jajniki).
Pobrany materiał utrwalano w 10% roztworze formaliny a następnie poddano obróbce
techniką parafinową. Preparaty te barwiono hematoksyliną i eozyną. Oceniano
w mikroskopie w świetle zwykłym i spolaryzowanym. Do mikroskopii elektronowej
skaningowej wycinki z narządów (wątroba, nerka, mózg) utrwalano w 2,5% roztworze
glutaraldehydu w buforze kakodylowym i 1% roztworze czterotlenku osmu na buforze
kakodylowym. Proces odwadniania i osuszania prowadzono w szeregu acetonowym
do pełnego acetonu. Ostatni etap suszenia w tzw. punkcie krytycznym.
Osad z zebranych porcji moczu oceniono pod kątem obecności kryształów szczawianowych.
Wyniki i ich omówienie
Zmiany patologiczne, jakie obserwowano w narządach wewnętrznych zwierząt intoksykowanych
glikolem etylenowym, były zależne od wielkości stosowanych dawek oraz rodzaju
zatrucia (ostre, podostre). Zależność ta uwidoczniła się już w czasie badań
sekcyjnych. Makroskopowo u 8 szczurów (6 ♂, 2 ♀) obciążonych jednorazowo
glikolem w dawce 1/2 DL50 stwierdzono w niewielkim stopniu powiększenie
nerek. Po tej samej dawce w doświadczeniu podostrym u 28 zwierząt (18 ♂,
10 ♀) nerki były wyraźnie powiększone, barwy szarożółtej i o ziarnistej
powierzchni. Również wątroba u szczurów w tej grupie wykazywała żółtawe zabarwienie.
Podobny charakter zmian obserwowano u 4 samców zatruwanych dawką 1/10 DL50
glikolu. Takich zmian makroskopowych nie stwierdzono u zwierząt w grupach kontrolnych.
W obrazie mikroskopowym narządów wewnętrznych zatrutych zwierząt stwierdzono
szereg zmian patologicznych. Zmiany te jednak były mało zróżnicowane i nie miały
cech swoistych. Miały one charakter zmian wstecznych, postępowych i zapalnych.
Dominowały zaburzenia w układzie krążenia w postaci przekrwienia i krwinkotoków.
Ich nasilenie wzrastało proporcjonalnie do wielkości podawanych dawek. Zaburzenia
w układzie krążenia dotyczyły w szczególności mózgu serca, nerek i wątroby.
Obserwowane one były także u zwierząt kontrolnych, prawdopodobnie jako następstwo
zaburzeń agonalnych (11). Wyraźne jednak ich nasilenie u zwierząt zatrutych
glikolem, zwłaszcza w doświadczeniu podostrym, przemawia za tym, że czynnikiem
sprawczym tych zmian mógł być również glikol. Obserwowany efekt skumulowanego
działania czynnika toksycznego mogą tłumaczyć znamiennie wyższe stężenia glikolu
i jego metabolitów, oznaczone w tkankach zwierząt zatruwanych przez 28 dni (18).
Zmiany w układzie krążenia u szczurów w doświadczeniu ostrym, uchwycone w 6
godzinie po intoksykacji, nie uległy nasileniu w miarę upływu czasu.
Zmiany zapalne ujawnione w płucach często miały charakter zapalenia ropnego
zwłaszcza u zwierząt w doświadczeniu podostrym. Nie były one skorelowane z wielkością
podawanej dawki ksenobiotyku. Ropne zapalenie płuc jest częstym powikłaniem
chorobowym obserwowanym u szczurów laboratoryjnych (11, 16). Zmiany tej nie
można łączyć etiopatologicznie z zatruciem glikolem etylenowym. Podobnie nie
należy łączyć z toksycznym działaniem glikolu występujących w płucach nacieków
komórek piankowatych. Jest to bowiem typowe dla toczących się w płucach szczurów
laboratoryjnych nieswoistych procesów zapalnych (16).
Zmiany wsteczne obserwowano głównie w narządach miąższowych (wątroba, nerki)
w postaci zwyrodnienia tłuszczowego, wodniczkowego, wałeczków szklistych. Obraz
mikroskopowy w zakresie tych zmian był wyraźnie zależny od ilości podanego glikolu
i czasu narażenia (5, 7, 9, 23).
Kolejną grupę zmian stanowiły zmiany postępowe obserwowane w wątrobie pod
postacią rozrostu komórek Browicza-Kupffera. W pojedynczych przypadkach stwierdzono
również nacieki komórkowe w przestrzeniach wrotnych. Nasilenie obserwowanych
zmian było skorelowane z wielkością dawki glikolu. W wątrobie szczurów
kontrolnych na ogół zmian nie było.
W mięśniu sercowym przekrwienie, krwinkotoki obserwowano u wszystkich zwierząt
w doświadczeniu ostrym i podostrym. Nasilenie ich było większe u szczurów
zatruwanych glikolem. U jednego szczura, samca w doświadczeniu podostrym, w
grupie otrzymującej dawkę 1/10 DL50, stwierdzono ropne zapalenie
osierdzia.
W śledzionie 6 szczurów: jednego z grupy, w której podawano dawkę 1/2 DL50
i pięciu 1/100 DL50, obserwowano złogi hemosyderyny. Przekrwienie
śledziony stwierdzono tylko u jednej samicy z grupy zatruwanej dawką 1/10 DL50.
W mózgowiu obserwowano zaburzenia w układzie krążenia manifestujące się przekrwieniem
i krwinkotokami. Szczególne nasilenie tych zmian występowało po dawce najwyższej
i było wyraźnie większe u szczurów w doświadczeniu podostrym.
Szczególną uwagę zwracają zmiany w nerkach. Polegały one na uszkodzeniu nerczycowym
kanalików nerkowych. Kanaliki swoim wyglądem przypominały pęcherzyki tarczycy,
w świetle których widoczne były wałeczki szkliste i kryształy szczawianu wapnia.
Podobne zmiany obserwowane były u ludzi zatrutych glikolem (14, 19, 21). Szczegółowe
zmiany morfologiczne w wyżej wymienionych narządach przedstawiono w tabeli I
i II.
W pozostałych badanych narządach (żołądek, dwunastnica, nadnercza, gonady)
zmian patologicznych nie obserwowano.
W diagnostyce zatruć glikolem etylenowym duże znaczenie ma wykazanie obecności
kryształów szczawianu wapnia w narządach wewnętrznych głównie jednak w nerkach
(1, 14, 17, 19, 21, 24). Stwierdzano je w świetle kanalików nerkowych, śródkomórkowo
w komórkach kanalików. Ich ogólna ilość skorelowana była z wielkością podawanych
dawek glikolu co potwierdzają obserwacje Li i wsp. (15) i innych (14). Kryształy
szczawianu wapnia w preparatach barwionych hematoksyliną-eozyną i ocenianych
w mikroskopie świetlnym, stwierdzone były u większości szczurów zatrutych
dawkami 1/2 i 1/10 DL50 (ryc. 1).
Ryc. 1. Nerka - kryształy szczawianu wapnia. Dawka 1/10 DL50/kgm.c.
glikolu etylenowego. Doświadczenie podostre (samica). Barwienie H-E. Powiększenie
130x.
Fig. 1. Kidney - calcium oxalate crystals. Ethylene glycol dose of 1/10
DL50/kgb.m. Subacute experiment (female). H-E stain. Enl 130x.
W mikroskopie optycznym w zwykłym świetle nie potwierdzono obecności szczawianów
w mózgu i w wątrobie zatrutych glikolem szczurów. Nie były też widoczne w nerkach
zwierząt otrzymujących najniższą dawkę glikolu (1/100 DL50). Potwierdzenie
ich obecności było możliwe dopiero w świetle spolaryzowanym a przede wszystkim
za pomocą mikroskopu skaningowego (ryc. 2, 3, 4) (20).
Ryc. 2. Wątroba - najczęściej spotykany obraz, potwierdzający obecność kryształów
szczawianu wapnia. Dawka 1/100 DL50/kgm.c. glikolu etylenowego. Doświadczenie
podostre (samiec). SEM. Pow. 5000x.
Fig. 2. Liver - the most common picture of calcium oxalate crystals. Ethylene
glycol dose of 1/100 DL50/kgb.m. Subacute experiment (male). SEM.
Enl. 5000x.
Ryc. 3. Mózg - kryształy szczawianu wapnia. W tkance mózgowej sporadycznie
spotykano pojedyncze agregaty kryształów. Dawka 1/2 DL50/kgm.c. glikolu
etylenowego. Doświadczenie podostre (samiec). SEM. Pow. 2500x.
Fig. 3. Brain - calcium oxalate crystals. Single aggregates of crystals were
found rarely in brain tissue. Ethylene glycol dose of 1/2 DL50/kgb.m.
Subacute experiment (male). SEM. Enl. 2500x.
Ryc. 4. Kryształy szczawianu wapnia tworzące bardzo zróżnicowane kompozycje.
Dawka 1/2 DL50/kgm.c. glikolu etylenowego. Doświadczenie podostre
(samica). SEM. Pow. 500x.
Fig. 4. Kidney - different clusters of calcium oxalate crystals. Ethylene
glycol dose of 1/2 DL50/kgb.m. Subacute experiment (female). SEM.
Enl. 500x.
Ryc. 5. Kryształy szczawianu wapnia w porcji moczu zebranego o godzinie 1400
od szczura (samca), któremu podano glikol etylenowy w dawce 1/2 DL50/kgm.c.
Doświadczenie ostre. Pow. 320x.
Fig. 5. Calcium oxalate crystals in urine collected from a rat (male) at 2
p.m. after ethylene glycol administration in a dose of 1/2 DL50/kgb.m.
Acute experiment. Enl. 320x.
Ryc. 6. Kryształy szczawianu wapnia w porcji moczu zebranego o godzinie
1400 od szczura (samca), któremu podano glikol etylenowy w dawce
1/2 DL50/kgm.c. Doświadczenie podostre. Pow. 320x.
Fig. 6. Calcium oxalate crystals in urine collected from a rat (male) at 2
p.m. after ethylene glycol administration in a dose of 1/2 DL50/kgb.m.
Subacute experiment. Enl. 320x.
W mikroskopie optycznym drobne kryształy mogą być niewidoczne, dlatego celowe
były ich poszukiwania w świetle spolaryzowanym (19, 24) a także mikroskopie
elektronowym. Eliminacja szczawianów z organizmu następuje przez układ moczowy
(7). Ilość szczawianów, która była wydalana z moczem a także ich wielkość
zależała od ilości podanego glikolu i rodzaju zatrucia. Rozmiary kryształów
były zróżnicowane - od dziesiątych części mikrometra do kilkudziesięciu mikronów
(ryc. 5, 6).
Wnioski
-
Obserwowane zmiany patologiczne w preparatach histologicznych z narządów
wewnętrznych zwierząt, zatruwanych glikolem etylenowym, nie miały cech swoistych.
Miały one charakter zmian wstecznych i odczynowych ostrych (w układzie krążenia:
przekrwienia, krwinkotoki) a także postępowych. Zależne były od wielkości
i wielokrotności podawanych dawek. Zmiany odczynowe ostre były widoczne
przede wszystkim w pierwszych godzinach doświadczenia, wsteczne zaś przy
dłużej trwającym toksycznym działaniu glikolu i jego metabolitów. Zmiany
postępowe pojawiły się w wątrobie szczurów pod postacią rozrostu komórek
Browicza-Kupffera.
-
Obecność kryształów szczawianu wapnia w nerkach, mózgu i wątrobie, nawet
po najmniejszej dawce glikolu (w doświadczeniu ostrym i podostrym), można
było potwierdzić w mikroskopie elektronowym skaningowym.
-
W osadzie moczu, zebranym w określonych przedziałach czasowych, największe
ilości kryształów szczawianowych obserwowano w pierwszej porcji moczu. Wielkość
i ilość kryształów były zależne od podanej dawki glikolu etylenowego i rodzaju
zatrucia (ostre i podostre).
Piśmiennictwo:
1. Boeve E.R., Ketelaars G.A., Vermeif M., Cao L.C., Schroder F.H., De-Bruijn
W.C.: An ultrastructural study of experimentally induced microliths in rat proximal
and distal tubules. J.Urol., 1993, 194 (4), 893-899. -2. Bogdanik T.: Kontrowersje
i trudności związane z ostrymi zatruciami alkoholem metylowym i glikolem
etlenowym. Stud. Mat. Monogr. IMP, Łódź, 1983, 2 (15), 36-45. -3. Clay K.L.,
Murphy R.C.: On the metabolic acidosis of ethylene glycol intoxication. Toxicol.
Appl. Pharmacol., 1977, 39, 39-49. -4. Dutkiewicz T.: Chemia toksykologiczna.
PZWL, Warszawa, 1974, 159-161. -5. Frederick E.W., Rabkin M.T., Richie R.H.,
Smith L.H.: Studies on primary hyperoxaluria. N. Engl. J. Med., 1963, 269, 821-824.
-6. Grzeszczak W., Szurkowski M.: Przypadek długotrwałej śpiączki spowodowanej
zatruciem glikolem etylenowym. Pol. Tyg. Lek., 1985, XL, 229-230. -7. Hewlett
T.P., Jacobsen D., Collins T.D., McMartin K.E.: Ethylene glycol and glycolate
kinetics in rats and dogs. Vet. Hum. Toxicol., 1989, 31, 116-120. -8. Jacobsen
D., Ostby N., Bredesen J.E.: Studies on ethylene glycol poisoning. Acta Med.
Scand., 1981, 212,11-15. -9. Jacobsen D., Øvrebø S., Õstborg
J., Sejersted O.M.: Glycolate causes the acidosis in ethylene glycol poisoning
and is effectively removed by hemodialisis. Acta Med.. Scand., 1984, 216, 409-416.
-10. Kaiser W., Steimauer H.G., Biesenbach G., Janko O., Zazgornik J.: Chronic
ethylene glycol poisoning. Dtsch. Med. Wochenschr. 1993, 118 (17), 622-626.
11. Kita K., Kołodziejczyk E.: Ocena przydatności szczurów szczepu Wistar
hodowli komercyjnej do przewlekłych badań toksykologicznych. Zwierzęta Laboratoryjne
1974, XL, 1-2, 17-29. -12. Klimek D., Więcek A., Kokot F.: Czy można przeszczepić
nerki pobrane od osób zmarłych po zatruciu glikolem etylenowym? Pol. Arch. Wew.,
1993, 89 (2), 178-183. -13. Kuska J., Kokot F., Koziak M., Fojt T., Nowicki
M., Marcinkowski W.: Zatrucie glikolem etylenowym. Wiad. Lek., 1988, 41 (12),
780-789. -14. Levy R.: Renal failure secondary of ethylene glycol intoxication.
JAMA, 1960, 173,1210. -15. Li L.C., Zhang Y.S., Hu R.Z., Zhau X.C.: Inhibitory
effect of fluoride on renal stone formation in rats. Urol. Int., 1992, 48 (3),
336-341. -16. Luciak M., Kita K., Kita J.: Wpływ wieku na obraz morfologiczny
płuc u szczurów. Zwierzęta laboratoryjne, 1982, 19, 1-2, 165-168. -17. Mądro
R., Gąsior M.: Ostre zatrucia glikolem etylenowym. Arch. Med. Sąd. Krym., 1981,2,125.
-18. Olszowy Z.: Badania doświadczalne nad przebiegiem zatrucia glikolem etylenowym
w aspekcie toksykologicznym i medyczno-sądowym. Cz. 1., Arch. Med. Sąd.,
2000, L, 1-13. -19. Pach J., Macheta A., Próchnicka B., Białka J., Kreczmar
M.: Ostre zatrucia glikolem etylenowym w materiale Kliniki Toksykologii i Zakładu
Medycyny Sądowej w Krakowie. Stud. Mat. Monogr. IMP. Łódź, 1983, 2 (15),
123-129. -20. Parry M..F., Wallach R.: Ethylene glycol poisoning. Am. J. Med.,
1974, 57, 143-150.
21. Próchnicka B., Kołodziej J., Gierz J.: Śmiertelne zatrucia glikolem etylenowym.
Arch. Med. Sąd. Krym., 1979, 29, 313-315. -22. Sharma S., Nath R., Thind S.K.:
Recent advances in measurement of oxalate in biological materials. Scanning
Microsc., 1993, 7 (1), 431-441. -23. Stokes J.B., Aueron F.: Prevention of organ
damage in massive ethylene glycol ingestion. JAMA, 1980, 243, 2065-2070. -24.
Tenczyński L.: Przypadek zatrucia glikolem etylenowym. Pol. Tyg. Lek., 1968,
49, 1986-1987.
Adres pierwszego autora:
Katedra i Zakład Medycyny Sądowej Śląskiej AM
ul. Medyków 18
40-752 Katowice
Print
