Nikel

Nikel

Nikel je tvrdý, tvárny, striebristo biely prechodný kov; je to 28. prvok v periodickej tabuľke. Môže existovať v niekoľkých oxidačných stavoch (od -1 do +4); oxidačný stav +2 (Ni2 +) je napriek tomu najrozšírenejší v prostredí a biologických systémoch. Nikel patrí k feromagnetickým prvkom a je prirodzene prítomný v zemskej kôre zvyčajne v kombinácii s kyslíkom a sírou ako oxidy a sulfidy. V kombinácii s ďalšími prvkami môže byť nikel prítomný v pôde, meteoritoch a emitovaný zo sopiek. V mori je asi osem miliárd ton niklu.

Vďaka svojim jedinečným fyzikálnym a chemickým vlastnostiam sa nikel používa v moderných metalurgiách v širokej škále metalurgických procesov, ako je výroba zliatin, galvanické pokovovanie, výroba nikel-kadmiových batérií a ako katalyzátor v chemickom a potravinárskom priemysle. Veľké rozšírenie výrobkov obsahujúcich tento kov nevyhnutne vedie k znečisťovaniu životného prostredia niklom a jeho sekundárnymi výrobkami vo všetkých fázach výroby, recyklácie a likvidácie.

Aj keď žiadny existujúci dôkaz nenaznačuje výživovú hodnotu Ni u ľudí, bol uznaný ako základná živina pre niektoré mikroorganizmy, rastliny a živočíšne druhy. Enzýmy alebo kofaktory obsahujúce nikel nie sú známe vo vyšších organizmoch, ale enzýmy na báze niklu sú dobre známe v archejách, baktériách, riasach, primitívnych eukaryotoch a rastlinách. Nikel je nevyhnutný pre správny rast a vývoj rastlín a má zásadné úlohy v širokom spektre morfologických a fyziologických funkcií, ako sú klíčivosť semien a produktivita. Avšak pri vysokých hladinách nikel mení metabolické aktivity rastlín a inhibuje tak enzymatickú aktivitu, fotosyntetický transport elektrónov a biosyntézu chlorofylu. V súčasnosti je zistených niekoľko enzýmov niklu vrátane ureázy, metyl-koenzýmu M reduktázy, CO-dehydrogenázy, Ni-superoxiddismutázy, glyoxalázy, acireduktóndioxygenázy, laktátovej racemázy, prolyl-cis-transizomerázy a [NiFe] hydrogenázy. Ďalej ďalšie enzýmy závislé od niklu, ako je glycerol-1-fosfát dehydrogenáza z Bacillus subtilis a quercitináza zo Streptomyces sp. FLA sú známe. Niklové enzýmy implikujú použitie a / alebo produkciu plynov (CO, CO2, CH4, H2, NH3 a O2), ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v globálnych cykloch uhlíka, dusíka a kyslíka. Katalytické centrum enzýmov závislých od niklu je zvyčajne koordinované histidínovými a cysteínovými zvyškami s prispením aspartátu a glutamátu.

V závislosti na dávke a dĺžke expozície môže Ni ako imunotoxický a karcinogénny prostriedok spôsobiť rôzne zdravotné účinky, ako je kontaktná dermatitída, kardiovaskulárne choroby, astma, pľúcna fibróza a rakovina dýchacích ciest. Inhalačná expozícia v pracovnom prostredí je hlavnou cestou pre toxicitu vyvolanú niklom v dýchacích cestách, pľúcach a imunitnom systéme. Inhalačná expozícia môže mať vplyv aj na neprofesionálne exponované osoby, najmä na osoby, ktoré manipulujú s nehrdzavejúcou oceľou a poniklovanými výrobkami, s vysokou prevalenciou alergickej kontaktnej dermatitídy. Expozícia ľudí sa však týka hlavne orálneho požitia vodou a potravinami, pretože nikel môže byť kontaminantom v pitnej vode a / alebo v potravinách. Aj keď zatiaľ nie sú jasné molekulárne mechanizmy neurotoxicity vyvolanej niklom, dôležitú úlohu zohráva oxidačný stres a mitochondriálne dysfunkcie. Môže dôjsť k mitochondriálnemu poškodeniu vyvolanému niklom v dôsledku poškodenia potenciálu mitochondriálnej membrány, zníženia koncentrácie mitochondriálnej ATP a deštrukcie mitochondriálnej DNA. Podľa Songa a spolupracovníkov môže použitie antioxidačných molekúl, ako je L-karnitín, taurín a melatonín, molekúl, ktoré stimulujú a zosilňujú aktivitu antioxidačných enzýmov, zabrániť neurotoxicite a karcinogenicite vyvolanej niklom. Mitochondriálne dysfunkcie môžu interferovať s elektrónovým dýchacím reťazcom a môžu zvyšovať ROS. Tieto tri antioxidanty, syntetizované od všetkých cicavcov, hrajú významnú úlohu v neurotransmisii, detoxikácii a mitochondriálnej energetickej homeostáze, znižujú oxidačný stres a produkciu ROS.

Odporúčaná denná dávka niklu

Vek Muž Žena Tehotenstvo Dojčenie
1–3 roky 0,2 mg 0,2 mg
4-8 rokov 0,3 mg 0,3 mg
9-13 rokov 0,6 mg 0,6 mg
14-18 rokov 1 mg 1 mg
19-a viac rokov 1 mg 1 mg 1 mg 1 mg

Zdroje niklu

Potraviny ako zdroj niklu

Za potraviny bohaté na nikel sa považujú vnútornosti, haringy, mušle, sója, sójové mlieko, špenát, strukoviny, cesnak, kel, figy, ananás, maliny, slivky, ovocné konzervy, čokoláda, kakao, niektoré druhy čaju, marcipán, mandle, oriešky, slnečnicové jadrá a prášok na pečenie.

Nedostatok niklu

Nedostatok niklu sa prejavuje len nepriamo, a to tým, že sa pri ňom nedostatočne vstrebáva železo.

Nadbytok niklu

Predávkovanie zvýšeným príjmom niklu v potrave nebolo zistené. Častá je precitlivenosť organizmu na niklové predmety, šperky, poniklované predmety, papier a látky obsahujúce nikel. V takýchto prípadoch môžu vzniknúť alergické ochorenia. V potrave, najmä konzervovanej v poniklovaných konzervách, je vysoký obsah niklu. Vysoký obsah niklu môže byť aj vo vode z vodovodu. Aj potraviny s vysokým obsahom niklu spôsobujú alergie.

Nikel a jeho vplyv na zdravie

Z funkcií niklu má význam najmä rozvinutie mnohých enzýmov podieľajúcich sa na metabolizme sacharidov a energetickom hospodárení. Podporuje funkciu viac hormónov, akým je napríklad inzulín, ale tlmí účinky stresového hormónu adrenalínu. Nikel tiež podporuje pôsobenie železa, a tak chráni organizmus pred anémiou z nedostatku železa. Vyplýva to aj zo skutočnosti, že pri anémii sa zistili nízke hodnoty niklu v krvi. Je to tým, že spolu s kobaltom a železom katalyzuje niektoré enzýmy, pričom spolupôsobí aj s vanádom.

Funkcia niklu v tele

  • nikel podporuje vstrebávanie a pôsobenie železa a chráni pred anémiou
  • podporuje metabolizmus cukrov a podporuje liečenie cukrovky II. typu

Toxicita niklu a karcinogenita

Z hľadiska množstva niklu v zemskej kôre sú ľudia neustále vystavení pôsobeniu niklu. Kvôli jeho hojnosti sa prirodzený nedostatok niklu nevyskytuje ľahko; okrem toho je ťažké udržať stravu s obsahom niklu z dôvodu jej množstva v potravinách. Expozícia človeka vysoko znečistenému prostrediu môže mať rôzne patologické účinky. Akumulácia niklu a zlúčenín niklu v tele pri dlhodobom vystavení môže byť zodpovedná za celý rad nepriaznivých účinkov na zdravie ľudí, ako je fibróza pľúc, obličky a kardiovaskulárne choroby a rakovina dýchacích ciest. Pozoroval sa vysoký výskyt rakoviny nosa a pľúc u pracovníkov vystavených niklu a zlúčeninám niklu. Malá časť niklu sa absorbuje dermálne a ióny Ni2 + a častice niklu prenikajú cez potné kanály a vlasové folikuly cez pokožku. Dermálna absorpcia tohto kovu je navyše ovplyvnená solubilizačnými látkami, ako sú detergenty, a odevmi a rukavicami, ktoré pôsobia ako bariéra pre pokožku.

Nanočastice niklu sú spojené s reprodukčnou toxicitou. Kong a kol. vystavili samice potkanov orálnou sondou nanočasticiam niklu, pričom vybrali indikátory ako reaktívne formy kyslíka (RFK), oxidačné a antioxidačné enzýmy a faktory súvisiace s bunkovou apoptózou. Nanočastice niklu významne znížili aktivitu superoxiddismutázy (SOD) a katalázy (KAT) a zvýšili hladiny RFK, malondialdehydu (MDA, lipidový peroxidačný marker) a oxidu dusnatého (OD) v porovnaní s kontrolnými skupinami. Autori navyše preukázali mitochondriálny opuch a zmiznutie cristae mitochondriálnych vaječníkov v expozičných skupinách s niklovými nanočasticami. Expresia mRNA kaspáz (cysteínproteáz) a expresia proteínov Cyt C, Bax a Bid na vaječníkoch sa významne zvýšili, zatiaľ čo expresie proteínu B-bunkového lymfómu-2 (Bcl-2) sa drasticky znížili. Vystavenie pracovníkov priemyselným a výskumným laboratóriám by mohlo spôsobiť obavy počas výroby a zaobchádzania s nanočasticami niklu. Okrem iných príčin môžu dokonca aj procesy s vysokou teplotou, ako je zváranie, vytvárať nanočastice. Výsledky mnohých výskumov in vivo a in vitro naznačujú, že nikel a nanočastice oxidu nikelnatého sú zodpovedné za toxicitu pre pľúca, zápaly, oxidačný stres a apoptózu.

Medzinárodná agentúra pre výskum rakoviny klasifikovala rozpustné a nerozpustné zlúčeniny niklu do skupiny 1 (karcinogén pre človeka) a nikel a zliatiny do skupiny 2B (pravdepodobne karcinogénne pre ľudí). Toxické a karcinogénne účinky niklu súvisia so spôsobom absorpcie do organizmu. Potenciálna toxicita niklu a zlúčenín niklu závisí od ich fyzikálno-chemických charakteristík, ako aj od množstva, trvania kontaktu a spôsobu expozície. Nikel môže vstúpiť do tela vdýchnutím, požitím potravy a absorpciou cez pokožku; cesta pre vstup tohto prvku do buniek je však určená jeho chemickou formou. Najrizikovejšou cestou expozície niklu je inhalácia. Absorpcia častíc niklu uložených v alveolárnych, tracheobronchiálnych a nazofaryngeálnych oblastiach dýchacieho systému závisí od rôznych faktorov, predovšetkým od priemeru inhalovaných častíc, a teda od rozpustnosti, množstva usadeného, ​​rýchlosti ventilácie a rýchlosti retencie. Vdychovať možno iba častice s priemerom menším ako 100 μm, aby sa usadili pozdĺž dýchacieho traktu. Častice s priemerom menším ako 4 μm sa ukladajú v dolnej alveolárnej oblasti dýchacieho systému; častice uložené v tracheobronchiálnej oblasti majú veľkosť medzi 4 a 10 μm a nakoniec sú častice s priemerom medzi 10 až 100 μm uložené v nazofaryngeálnej oblasti. Vo vode rozpustné zlúčeniny niklu sú absorbované pľúcami a odstránené obličkami. Môžu spôsobiť podráždenie nosa a prínosových dutín a môžu tiež viesť k strate čuchu a perforácii nosnej priehradky. Nerozpustné zlúčeniny niklu zostávajú v pľúcach dlhší čas a sú to formy niklu zodpovedné za rakovinu. Epidemiologické štúdie preukázali zvýšenú úmrtnosť na rakovinu pľúc a rakovinu nosných dutín u pracovníkov rafinérie niklu z dôvodu ich chronickej expozície prachom a výparom obsahujúcim nikel. Nerozpustný sulfid nikelnatý (Ni2S3) je karcinogénny prostriedok pre dýchacie cesty: pri vdýchnutí sa častice sulfidu nikelnatého usadzujú v pľúcach človeka, kde zostávajú v kontakte s epiteliálnymi bunkami. Tieto častice niklu sú odstránené makrofágmi v zažívacom trakte. Pri vysokom vystavení niklu by mohla byť narušená aktivita odstraňovania makrofágov a častice Ni2S3 môžu byť prijaté do buniek epitelu endocytózou. Týmto spôsobom sa častice niklu dodávajú do jadra pľúcnych epiteliálnych buniek, čo spôsobuje dedičnú zmenu v chromozómoch a indukuje lézie dvoj- a jednovláknovej DNA v kultivovaných ľudských bunkách (bunky Raji a HeLa).

Chen a spoluautori vo svojej štúdii tvrdia, že enzým dioxingenázy závislý od železa a 2-oxoglutarátu je dôležitým cieľom sprostredkujúcim toxicitu a karcinogenitu niklu. Štruktúrnym motívom tejto rodiny dioxygenáz je triáda 2-histidín-1-karboxylátu, ktorá koordinuje ión Fe2 + v katalytickom mieste. Podľa ich hypotézy sú dve rôzne triedy enzýmov v tejto rodine dioxinázy závislej od železa a 2-oxoglutarátu, vrátane JMJD1A histón demetylázy a DNA opravného enzýmu ABH2, všetky citlivé na inhibíciu iónov niklu. Ich štúdie s röntgenovou spektroskopiou naznačujú, že nikel je príčinou inhibície JMJD1A aj ABH2, pretože nahrádza železo na ich katalytických miestach.

V literatúre je známa metalopeptidáza so Zn2 +, Cu2 + a Co2 + na aktívnom mieste a citlivá na nikel. Trypanosoma cruzi metallocarboxylase (Tcmcp-1) je pôvodcom tropickej parazitickej americkej trypanosomiázy Chagasovej choroby. Táto Zn-karboxypeptidáza štiepi C-koncový aminokyselinový zvyšok z peptidov a proteínov a stratila 54% svojej aktivity pôsobením 10 μM Ni2 +. V aktívnom centre tohto enzýmu sú dva histidíny a jeden glutamátové zvyšky, ktoré viažu ión Zn2 ​​+. Enzým reduktáza oxidu dusného z Rhodobacter sphaeroides f. sp. denitrifikány katalyzujú redukciu dusičnanov alebo dusitanov na plynný N2 za anaeróbnych podmienok. Tento enzým obsahuje 4 Cu2 +, 2 Zn2 + a 1 Ni2 + atómy na jeden enzým. Ióny Zn a Ni spôsobujú pri koncentráciách 100 μM zníženie aktivity o 100%, respektíve 60%. Kyselina a-c-diamidhydrogenobyrínová je substrátom kobaltochelatázy, ktorá v organizme Pseudomonas denitrificans (gramnegatívna aeróbna baktéria) katalyzuje inzerciu kobaltu v korínovom kruhu počas biosyntézy koenzýmu B12. Kobaltochelatáza je komplexný enzým zložený z dvoch rôznych zložiek Mr 140 000 a 450 000. Každá zložka je sama o sebe neaktívna, ale aktivita kobaltochelatázy sa rekonštituuje zmiešaním dvoch rôznych zložiek. Tento enzým je závislý od ATP a jeho aktivita je blokovaná niklom.

Je známe, že nikel inhibuje mnoho enzýmov, ktoré na uskutočnenie katalýzy nepotrebujú katióny kovov. Táto inhibícia nastáva, keď sa nikel viaže na konkrétne aminokyseliny v aktívnom mieste enzýmu, ako je cysteín, histidín, glutamát a lyzín, blokuje katalytickú aktivitu alebo sa viaže na sekundárne miesta enzýmu a ovplyvňuje alostericky jeho aktivitu. Avšak vo väčšine prípadov nie je inhibičný mechanizmus známy.

ATP: Cob (I) alaminadenosyltransferáza zo Salmonella enterica katalyzuje posledný krok v premene vitamínu B12 na koenzým B12, konkrétne adenyláciu kobalamínu / vitamínu B12 na adenozylkobalamín / koenzým B12. Tento enzým, ktorý obsahuje železo vo svojom aktívnom mieste, je inhibovaný po expozícii 100 μM Ni2 + a stráca asi 50% svojej aktivity. Pri koncentrácii niklu vyššej ako 100 μM aktivita tohto enzýmu neklesla pod 50%. Tento výsledok naznačuje, že sa nikel viaže skôr na alosterické miesto, než aby vytláčal železo z katalytického centra.

Nikel v koncentrácii tak nízkej ako 100 nM inhibuje aktivitu enzýmu N-karbamoyl D-aminokyselina amidohydroláza z Agrobacterium radiobacter. Tento enzým, ktorý má v aktívnom mieste triádu aminokyselín Cys / Glu / Lys, ako aj tri histidíny, je dôležitý pre výrobu β-laktámového antibiotika.

Schaeffer a spoluautori preukázali, že ošetrenie enzýmu pyroglutamylpeptidáza I (PPI) z Leishmania major na 100 μM Ni2 + spôsobí stratu 48–50% jeho aktivity. Tento enzým, ktorý patrí do rodiny cysteínových peptidáz, hydrolyzuje N-koncové L-pyroglutamátové zvyšky, ktoré hrajú dôležitú úlohu v metabolizme proteínov a obrane proti antibiotickým peptidom. Katalytická triáda aktívnych miest Leishmania PPI s aktívnym miestom Glu101, Cys210 a His234.

Alergia na nikel

Kovy ako zlato, striebro, nikel, titán, chróm a meď sú v našom prostredí všadeprítomné a sú široko používané v bižutériách, minciach, mobilných telefónoch a v ortodontických materiáloch. Ortodontickí pacienti sú vystavení značnému množstvu niklu, kobaltu, titánu a ďalších kovov pochádzajúcich zo zliatin. Mikrobiologické a vodné orálne prostredie v kombinácii s pH slín, príjmom nápojov, jedla a ústnych vôd uľahčuje koróziu, ktorá vedie k uvoľňovaniu iónov z ortodontických aparátov do ústnych tkanív a slín pacientov. Tieto ióny uvoľňované z ortodontických aparátov spôsobujú kontaktnú dermatitídu, precitlivenosť, cytotoxicitu a poškodenie DNA. Z týchto kovov je nikel najčastejšou príčinou alergie na kovy. 

Klinicky sa alergia na nikel vyskytuje, keď sú predmety obsahujúce nikel v priamom a dlhodobom kontakte s pokožkou, čo vedie ku korózii niklu potom, uvoľňovaniu iónov niklu, ktoré sa majú absorbovať cez pokožku, a k vyvolaniu alergénneho účinku. Po senzibilizácii môžu jednotlivci vyvinúť kontaktnú dermatitídu, lichen planus, dyshidrotický ekzém, labiálnu deskvamáciu, angulárnu chelitídu, paradentózu, stomatitídu s miernym až silným erytémom, stratu chuti a znecitlivenie. Osobitný problém je spôsobený používaním niklu na razenie mincí, ako sú európske jedno- a dvojeurové mince. Smernica EÚ o nikle v zhode s Európskou chemickou agentúrou (ECHA) ustanovuje limity na množstvo niklu, ktoré sa môže uvoľňovať zo šperkov a iných výrobkov určených na priamy a dlhodobý kontakt s pokožkou. Tieto limity sú známe ako migračné limity— (a) 0,2 µg / cm2 / týždeň pre zostavy, ktoré sa vkladajú do prepichnutých uší a iných prepichnutých častí ľudského tela; b) 0,5 µg / cm2 / týždeň pre iné výrobky určené na priamy a dlhodobý kontakt s pokožkou. Kvantitatívnym testom na uvoľňovanie nikelnatých je európska norma EN1811, ktorá spočíva v umiestnení predmetu do roztoku umelého potu na jeden týždeň, potom sa uvoľňovanie niklu meria atómovou absorpčnou spektroskopiou alebo inou technikou ako hmotnostná spektrometria s indukčne viazanou plazmou (ICP- PANI). Opotrebenie a koróziu je možné simulovať metódou známou ako EN 12472.

Na začiatku rokov 1930–1935 Rothman a Preininger hlásili pozorovania niklovej dermatitídy produkovanej predmetmi každodennej potreby o používaní mincí, McAlester AW a McAlester AWJr (1931) o použití okuliarových rámov a Du Bois o použití náramkových hodiniek.

Dáta z literatúry naznačujú, že ženy sú náchylnejšie na dermatitídu ako muži. V skutočnosti je približne 13–18% žien a 3–6% mužov alergických na nikel, čo môže byť spôsobené väčším kontaktom s predmetmi obsahujúcimi nikel, ako sú šperky, gombíky, určité šampóny a čistiace prostriedky, a pigmenty. Podľa dermatológov sa frekvencia alergie na nikel stále zvyšuje a dá sa to vysvetliť módnym piercingom a prístrojmi obsahujúcimi nikel, ktoré sa používajú v medicíne, ako sú koronárne stenty a endoprotézy. Nikel je tiež súčasťou mnohých ortodontických materiálov, napríklad nikel-titánová zliatina s koncentráciou asi 50%. Je tiež prítomný v nehrdzavejúcej oceli v drôtených spojoch a konzolách s koncentráciou približne 8%. Je tiež prítomný v chirurgických nástrojoch z nehrdzavejúcej ocele (10–20% koncentrácia bez uvoľňovania niklu v množstve vyššom ako 0,2 µg / cm2 / týždeň). Ak sú pri diagnostike precitlivenosti na nikel prítomné príznaky, mal by sa prítomný nikel-titánový prístroj odstrániť a nahradiť prístrojom z nehrdzavejúcej ocele a najlepšie zliatinou titán-molybdén, ktorá neobsahuje nikel. Sliny, niektoré potraviny a výrobky na ústnu hygienu obsahujúce fluorid môžu potenciálne korodovať a solubilizovať nikel v zliatinách a uvoľňovať niklové ióny na sliznicu ústnej dutiny.

Približne 10–15% populácie na Zemi trpí alergiou na nikel a mnoho ľudí nedokáže nosiť šperky alebo manipulovať s mincami a inými predmetmi, ktoré obsahujú nikel. Na zníženie prenikania niklu cez pokožku bolo vyvinutých veľa prostriedkov, ale málo formulácií je bezpečných a účinných. V roku 2011 Vemula a spoluautori ukázali, že penetrácii nikelnatých iónov do pokožky je možné zabrániť aplikáciou tenkej vrstvy glycerínu obsahujúcich nanočastice uhličitanu vápenatého alebo fosforečnanu vápenatého buď in vitro na izolovaný kúsok bravčovej kože, alebo in vivo na koži myší. Nanočastice môžu zachytávať ióny niklu výmenou katiónov a zostať na povrchu kože, čo umožňuje ich odstránenie jednoduchým premytím vodou. Preto môže byť použitie nanočastíc s priemermi menšími ako 500 nm v topických krémoch účinné pri obmedzení vystavenia kovovým iónom, ktoré môžu spôsobiť podráždenie pokožky.

Stratégie prevencie by mohli znížiť povedomie osôb trpiacich alergickou kontaktnou dermatitídou. V prehľade klinickej imunológie sa predpokladá, že prevencia vystavenia niklu by mohla znížiť počet osôb citlivých na nikel o jednu štvrtinu až jednu tretinu. Preto je identifikácia zdrojov niklu nevyhnutná na pochopenie procesov senzibilizácie voči niklu. Potraviny ako čokoláda a mnoho ďalších výrobkov, ako napríklad zipsy, gombíky, mobilné telefóny, ortodontické rovnátka a rámy okuliarov môžu obsahovať nikel. Napríklad predmety so sentimentálnou hodnotou (dedičstvo, snubné prstene) môžu byť ošetrené emailom alebo ródiom.

Okrem toho sa kobalt a zliatiny titánu obsahujúce nikel stali všadeprítomnými pri výrobe neurovaskulárnych lekárskych prístrojov. V skutočnosti sa svorky na aneuryzmu, endovaskulárne zariadenia a stenty obsahujúce rôzne podiely niklu (14–35%) používajú pri liečbe mozgových aneuryziem. Alergické reakcie na nikel sa spájajú s komplikáciami súvisiacimi s koronárnymi stentmi, vrátane migrénových bolestí hlavy, horúčky, dyspnoe, dermatitídy a perikarditídy.

Nikel uvoľňovaný z rôznych zliatin je silný alergén alebo haptén, ktorý môže vyvolať zápal kože. Nikel preniká do pokožky a aktivuje bunky epitelu, pričom produkuje cytokíny alebo chemokíny. Reakcia zahrňuje aktiváciu buniek prezentujúcich antigén a T buniek v komplexných imunitných reakciách. Aktivované bunky prezentujúce antigén migrujú do lymfatických uzlín, kde nikel predstavuje alergén alebo hapticky k naivným CD4 + T bunkám. Po opätovnom vystavení rovnakému alergénu alebo hapténu sa tieto T bunky stimulujú a samy sa duplikujú. Následne vstupujú do krvi a vytvárajú viditeľné príznaky precitlivenosti 48 - 72 hodín po expozícii alergénu. Po opakovanom vystavení niklu dosiahnu klony T-buniek „prahovú“ hodnotu a na koži sa objaví vyrážka, ktorá sa môže prejaviť ako akútne, subakútne alebo chronické kožné škvrny podobné ekzému. Kožná reakcia môže prebiehať v mieste kontaktu alebo niekedy difundovať do zvyšku tela. Kožná expozícia môže spôsobiť lokalizované erytematózne, svrbivé, vezikulárne a šupinaté škvrny. Požitie potravy obsahujúcej nikel alebo zlúčeniny niklu môže spôsobiť nepriaznivé systémové reakcie. Patogenéza a mechanizmy alergickej reakcie sú však veľmi zložité a presné mechanizmy alergie na nikel stále nie sú úplne objasnené.

Teratogenita niklových zlúčenín

Teratológia študuje vrodené vývojové chyby, spomalenie rastu a ich príčinu. Najmä na začiatku tehotenstva intrauterinná expozícia toxickému prostriedku stimuluje zmeny v embryu a plode, ktoré vedú k malformáciám a narodeniu mŕtveho dieťaťa. Medzi teratogénne látky patrí vírus rubeoly, protozoálne infekcie, Ionizujúce žiarenie, hypertermia, farmakologické lieky ako talidomid a kyselina retinová, kortikosteroidy, antimalariká a antihypertenzíva, priemyselné znečisťujúce látky ako toluén a pesticídy, ťažké kovy ako Hg, Cd a Ni. Aj zlé životné správanie matky, ako napríklad zneužívanie alkoholu, cigarety a omamné látky počas tehotenstva, negatívne ovplyvňuje embryo a plod. Do zoznamu teratogénov sú pridané zdravotné problémy matky, ako je diabetes mellitus a reumatoidná artritída. Nedostatok folátu v strave tehotných žien má za následok spina bifida u novorodenca. Nikel môže prechádzať placentou a má embryotoxické a teratogénne vlastnosti.

Sanderman a spoluautori študovali účinky Ni karbonylu, Ni (CO) 4 a sulfidu nikelnatého (Ni2S3) podávaného gravidným škrečkom a samiciam potkanov. V prvom dokumente sa Ni karbonylová skupina podávala gravidným škrečkom v rôzne dni gravidity; potom boli samice usmrtené v 15. deň gravidity a plody boli testované na malformácie. Potomstvo matiek liečených Ni (CO) 4 (0,06 mg / l / 15 min.) v 4. a 5. deň gravidity zahŕňalo plody s cystickými pľúcami, exencefália, exencefália plus zrastené rebro a anoftalmia plus rázštep podnebia. Okrem toho boli v potomkoch matiek liečených Ni karbonylom 6. a 7. deň gravidity dva plody s hydronefrózou a jeden so zrastenými rebrami. V druhom článku Sunderman ilustroval v troch experimentoch účinky Ni karbonylu a sulfidu nikelnatého na potomstvo Fisherových potkanov. Intravenózna injekcia (11 mg Ni / kg) v 7. deň gravidity gravidným matkám spôsobila malformácie plodov vrátane anoftalmie, mikroftalmie a cystických pľúc a úmrtnosť plodu. V druhom experimente boli samce potkanov liečené inhaláciou Ni karbonylom (0,05 mg Ni / L / 15 min) dva až šesť týždňov na rozmnožovanie bez zhoršenia rýchlosti oplodnenia alebo reprodukčných výnosov. Avšak podanie organickej zlúčeniny Ni intravenóznou injekciou (22 mg Ni / kg) znížilo počet živých mláďat počas piateho týždňa v dôsledku poškodenia chromozómov počas meiózy spermatogenézy. V poslednom experimente boli samice potkanov ošetrené intrarenálnou injekciou Ni2S3 (30 mg Ni / kg) jeden týždeň pred chovom a výsledkom bola intenzívna erytrocytóza u samíc bez príčiny erytrocytózy u mláďat; ale namiesto toho mláďatá narodené z matiek liečených Ni3S2 znížili hematokrity dva týždne po pôrode.

Leonard a spolupracovníci svojimi experimentálnymi štúdiami preukázali, že zlúčeniny niklu majú silné účinky na karcinogenitu a teratogenitu. Okrem zvýšenia prenatálnej a natálnej úmrtnosti môže Ni spôsobiť v embryách iný typ malformácie. Leonard a kol. predpokladal že prenatálne účinky niklu môžu byť čiastočne spôsobené zmenami mitózy, ktoré vedú k bunkovej smrti.

Štúdia Sainiho a kol. sa uskutočnilo s cieľom posúdiť potenciálne škodlivý účinok Ni (NiCl2.6 H2O) na plody švajčiarskych albínskych myší. Ni (46,125, 92,25, 184,5 mg Ni / kg telesnej hmotnosti) sa podával orálne od 6. do 13. dňa tehotenstva. V 18. deň tehotenstva boli samice usmrtené a boli vyšetrené ich maternice. Po podaní troch rôznych dávok Ni zaznamenal Saini nižší počet miest implantácie a hmotnosť placenty v porovnaní s príslušnými kontrolami. Saini a spoluautori po liečbe myší niklom zaznamenali rôzne malformácie plodov, ako napríklad hydrocefália, mikroftalmia, exoftalmia, palcová noha a pupočná kýla. Okrem toho boli zvýraznené malformácie kostí, ako je znížená osifikácia nosových, čelných, temenných a supraoccipitálnych kostí, znížená poistka hrudných a chvostových stavcov a absencia karpálnych, metakarpálnych, tarzálnych, metatarzálnych a falangov.

Výsledky týchto vedcov naznačujú citlivosť plodu potkanov a myší na nikel počas prenatálnej expozície.

Apoptóza vyvolaná niklom

Apoptóza je proces programovanej bunkovej smrti, ktorý sa vyskytuje vo všetkých mnohobunkových organizmoch a prebieha s biochemickými dejmi, ktoré vedú k charakteristickým bunkovým zmenám, ktoré majú ako posledný krok bunkovú smrť. Medzi tieto zmeny patrí zmenšovanie buniek, tvorba pľuzgierov, nukleárna fragmentácia, kondenzácia chromatínu, fragmentácia chromozomálnej DNA a globálny rozpad RNA. Priemerný dospelý človek stratí v dôsledku apoptózy každý deň medzi 50 a 70 miliardami buniek.

Na rozdiel od nekrózy, ktorá je formou traumatickej bunkovej smrti, ktorá je dôsledkom akútneho bunkového poškodenia, je apoptóza vysoko regulovaný a kontrolovaný proces, ktorý poskytuje výhody počas životného cyklu organizmu. Na rozdiel od nekrózy apoptóza produkuje bunkové fragmenty nazývané apoptotické telieska, ktoré sú fagocytárne bunky schopné prijímať a rýchlo odstraňovať predtým, ako sa obsah bunky rozdelí na okolité bunky a spôsobí poškodenie susedných buniek.

Existujú dve hlavné cesty, ktorými môžu bunky podstúpiť apoptotickú smrť, známu ako vnútorná (tiež nazývaná mitochondriálna cesta) a vonkajšia cesta. Prvá je aktivovaná intracelulárnymi signálmi generovanými keď sú bunky stresované a súvisia s uvoľňovaním Cyt C z medzimembránového priestoru mitochondrií. Posledne menovaná je aktivovaná extracelulárnymi ligandmi viažucimi sa na receptory smrti na bunkovom povrchu (TNF, rodina receptorových faktorov nekrotizujúcich nádory), čo vedie k produkcii signálneho komplexu indukujúceho smrť. Pri vnútornej dráhe sa bunka zabíja sama kvôli bunkovému stresu, zatiaľ čo pri vonkajšej dráhe sa bunka zabíja sama kvôli signálom prijatým z iných buniek. Obidve dráhy indukujú bunkovú smrť aktiváciou kaspáz (cysteínproteáz) alebo enzýmov, ktoré degradujú proteíny.

Ióny niklu umožňujú uvoľnenie Cyt c z mitochondrií v cytosole, kde Cyt C štiepi prokaspázu-9 aktiváciou kaspázy-9, ktorá naopak aktivuje kaspázu-3, -6 a -7. Tieto kaspázy pôsobia na PARP, ktorý indukuje apoptózu. Na bunkovom povrchu podporujú ióny Ni interakciu medzi Fas (prvý apoptotický signál) a FasL (Fas Ligand) s tvorbou signálneho komplexu indukujúceho smrť, ktorý obsahuje FADD a prokaspázu-8 a -10, ktoré sú aktivované na kaspázu. -8 a -10. V bunkovej kaspáze-8 a -10 sa štiepia a aktivujú efektory proteáz, ako sú kaspáza-3, -6 a -7, ktoré pôsobia na PARP, čo vedie k apoptóze. Niektorí členovia rodiny proteínov Bcl-2 navyše inhibujú apoptózu. Okrem svojho významu ako biologického javu sa defektné apoptotické procesy zúčastňujú na širokej škále chorôb. Nadmerná smrť buniek je zodpovedná za mnoho neurodegeneratívnych chorôb, zatiaľ čo zlyhanie pri apoptóze vedie k autoimunitným ochoreniam a nekontrolovanej proliferácii buniek, ako je rakovina.

Su a spoluautori uviedli, že NiSO4 indukuje poškodenie DNA, apoptózu a oxidačný stres v semenníkoch potkanov. Táto štúdia tiež skúmala vplyv ochrany extraktu proantokyanidínu (GSPE) pred toxicitou niklu v semenníkoch. Autori liečili potkany normálnym soľným roztokom, samotným niklom (1,25; 2,5 a 5,0 mg / kg / deň) a niklom (1,25; 2,5 a 5,0 mg / kg / deň) v prítomnosti GSPE (50 a 100 mg / deň). kg / deň). Po 30 dňoch liečby vykazuje nikel (2,5 a 5,0 koncentrácie) reprodukčnú toxicitu znížením pohyblivosti spermií, zatiaľ čo GSPE zvyšuje pohyblivosť spermií.

Zou a spolupracovníci uviedli, že síran nikelnatý indukuje apoptózu v testovacích Leydigových bunkách potkanov aktiváciou ROS závislých mitochondrií. Výsledky štúdie ukázali, že síran nikelnatý indukoval generáciu ROS s deformáciou jadra a apoptózou v Leydigových bunkách, ktoré boli zoslabené inhibítormi ROS NAC (N-acetylcysteín) a TEMPO (2,2,6,6-tetrametyl-1-piperidinyloxy) ). Štúdie in vitro na nikelmi indukovanej apoptóze naznačujú, že zlúčeniny niklu môžu podporovať apoptózu v ľudských epatómových bunkách, keratinocytoch, ľudských T hybridómových bunkách, ľudskom karcinóme prsníka (bunky MCF-7) zrušených antioxidačným kurkumínom, ľudské pečeňové bunky (HepG2), ako aj ľudské neutrofily. Ma a spoluautori demonštrovali, že niklové nanodrôty indukujú apoptózu v HeLa bunkách generovaním ROS a že ROS indukujú apoptózu HeLa buniek prostredníctvom mitochondriálneho poškodenia membrány alebo aktivácie kontrolných bodov bunkového cyklu.

Pan a spoluautori skúmali vplyv výparov taviacich Ni na životaschopnosť buniek, mitochondriálne poškodenie a apoptózu v NIH / 3T3 bunkách. Ošetrenie výparmi z tavenia Ni zvýšilo otvorenie prechodných pórov mitochondriálnej permeability a znížilo mitochondriálnu aktivitu komplexu I (NADH: ubichinón oxidoreduktáza), komplexu II (sukcinát dehydrogenáza) a komplexu IV (cytochróm c oxidáza) mitochondriálneho dýchacieho reťazca. Výpary tavenia Ni znižujú regulovanú hladinu Bcl-2, prokaspázy-3 a -9 a zvyšujú regulovanú kaspázu-3 a -9. V bunkách cicavcov spôsobili výpary taviace Ni významnú cytotoxicitu, oxidačný stres, mitochondriálne poškodenie a apoptózu vnútornou cestou.