QUÍMICO FARMACÉUTICO INDUSTRIAL...El presente proyecto se desarrolló en el Laboratorio de...

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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS Efecto del resveratrol sobre la toxicidad espermática inducida por cadmio en ratones PROYECTO DE INVESTIGACION (CURRICULAR) QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE QUÍMICO FARMACÉUTICO INDUSTRIAL PRESENTA AGLAE PAOLA CAÑAS PÉREZ ASESOR: M. en C. GERARDO N. ESCALONA CARDOSO COASESORA: Dra. NORMA PANIAGUA CASTRO México, D.F. 2014

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  • INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

    ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

    Efecto del resveratrol sobre la toxicidad

    espermática inducida por cadmio en

    ratones

    PROYECTO DE INVESTIGACION (CURRICULAR)

    QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE

    QUÍMICO FARMACÉUTICO INDUSTRIAL

    PRESENTA

    AGLAE PAOLA CAÑAS PÉREZ

    ASESOR: M. en C. GERARDO N. ESCALONA

    CARDOSO

    COASESORA: Dra. NORMA PANIAGUA CASTRO

    México, D.F. 2014

  • El presente proyecto se desarrolló en el Laboratorio de Farmacología

    del Desarrollo del Departamento de Fisiología de la ENCB, Campus

    Zacatenco.

    Bajo la dirección de

    M. en C. Gerardo Norberto Escalona Cardoso y

    Coasesoría de

    Dra. Norma Paniagua Castro.

  • Índice General

    Pág.

    i. Abreviaturas i

    ii. Índice de Tablas y Figura iii

    I. INTRODUCCIÓN 1

    1. Espermatogénesis 1

    1.1 Fases de la espermatogénesis 2

    1.1.1 Espermacitogénesis 2

    1.1.2 Espermiogénesis 4

    1.2 Factores que afectan la espermatogénesis 6

    1.3 Anormalidades de los espermatozoides en humano 7

    1.4 Espermatogénesis en el ratón 8

    2. Cadmio 10

    2.1 Efectos adversos 11

    2.2 Efectos del cadmio en el sistema reproductor masculino 11

    2.3 Mecanismos tóxicos del cadmio 12

    2.4 Especies reactivas del oxigeno 12

    2.5 Estrés oxidativo

    2.6 Lipoperoxidación

    2.7 Antioxidantes

    2.7.1 Enzimas antioxidantes

    2.7.2 Antioxidantes no enzimaticos

    13

    13

    15

    15

    15

    3. Resveratrol 15

    II. JUSTIFICACIÓN 18

    III. HIPÓTESIS 18

    IV. OBJETIVOS

    General 18

    Específicos 18

    V. MATERIAL 19

  • VI. METODOLOGÍA 20

    VII. RESULTADOS 23

    VIII. DISCUSIÓN

    IX. CONCLUSIONES

    32

    36

    X. BIBLIOGRAFÍA

    XI. ANEXO

    37

    41

  • Página i

    I. Abreviaturas

    Ad

    Ap

    ANOVA

    Cd

    CdCl2

    CMC

    CdS

    DNA

    EG

    ERO

    FSH

    g

    HDL

    H2O2

    kg

    L

    LDL

    LPO

    min

    mg

    Espermatogonias oscuras

    Espermatogonias pálidas

    Análisis de varianza

    Cadmio

    Cloruro de cadmio

    Carboximetíl celulosa

    Sulfuro de cadmio

    Ácido desoxirribonucleico

    Células germinales embrionarias

    Especies reactivas de oxigeno

    Hormona folículo estimulante

    Gramos

    Colesterol de alta densidad

    Peróxido de hidrógeno

    Kilogramos

    Litro

    Colesterol de baja densidad

    Lipoperoxidación

    Minutos

    Miligramo

  • Página ii

    nm

    ·OH

    O2·

    1O2

    PGC

    pH

    rpm

    RSV

    SSI

    VIH

    °C

    µg

    µL

    Nanómetro

    Radical hidroxilo

    Superóxido

    Singulete de oxigeno

    Células germinales primordiales

    Potencial de hidrogeno

    Revoluciones por minuto

    Resveratrol

    Solución salina isotónica

    Virus de inmunodeficiencia humana

    Grados Celsius

    Microgramo

    Microlitro

  • Página iii

    ii. Índice de Tablas y Figuras

    Pág.

    Figura 1 Diagrama esquemático de los componentes del aparato genital

    masculino.

    1

    Figura 2 Comparación entre la mitosis y la meiosis en células germinales. 4

    Figura 3 Diagrama esquemático de la espermatogénesis humana. 5

    Figura 4 Malformaciones de los espermatozoides. 8

    Figura 5 Espermatogénesis en el ratón. 9

    Tabla 1 Efectos adversos de la exposición al cadmio. 11

    Figura 6 Reacciones de la iniciación y propagación de la lipoperoxidación. 14

    Figura 7 Estructura química del resveratrol. 16

    Figura 8. Registro de peso promedio ganado de ratones que fueron

    sometidos a distintos tratamientos.

    Figura 9. Comparación del peso relativo promedio de testículo izquierdo de

    ratones sometidos a diferentes tratamientos.

    23

    24

    Figura 10. Comparación del peso relativo promedio de testículo derecho de

    ratones sometidos a diferentes tratamientos.

    24

    Figura 11. Comparación del peso relativo promedio de la vesícula seminal

    de ratones sometidos a diferentes tratamientos.

    25

    Figura 12. Porcentaje de espermatozoides de ratones sometidos a

    diferentes tratamientos que presentan movimiento continuo (A), in situ (B)

    e inmóviles (C).

    26

    Figura 13. Promedio de espermatozoides expresado en millones de

    espermatozoides por mililitro de ratones sometidos a diferentes

    tratamientos.

    27

    Figura 14. Viabilidad espermática de ratones sometidos a diferentes

    tratamientos.

    28

    Figura 15. Morfología espermática de ratones sometidos a diferentes

    tratamientos.

    Figura 16. Niveles de lipoperoxidación en espermatozoides de ratones

    29

    30

  • Página iv

    sometidos a diferentes tratamientos.

    Figura 17. Niveles de lipoperoxidación en testículo de ratones sometidos a

    diferentes tratamientos.

    Figura 18. Niveles de testosterona en suero de ratones sometidos a

    diferentes tratamientos

    30

    31

  • Página 1

    I. INTRODUCCIÓN.

    La fertilidad en los humanos, así como en animales de experimentación, es

    susceptible a los efectos tóxicos del medioambiente, productos químicos

    industriales y fármacos. Entre los agentes más tóxicos se encuentran las

    hormonas esteroidales, agentes quimioterapéuticos, metales, pesticidas, aditivos

    de comida y alimentos contaminados.

    Metales como cobalto, cadmio, mercurio, molibdeno y plata, pueden afectar la

    espermatogénesis y la función de órganos accesorios (Thomas y Thomas J.,

    2001).

    1. ESPERMATOGÉNESIS.

    Las dos funciones primarias del testículo (Figura 1) son la producción de gametos

    masculinos o espermatozoides (espermatogénesis) y la síntesis de hormonas

    sexuales masculinas o andrógenos (esteroidogénesis).

    Figura 1. Diagrama esquemático de los componentes del aparato genital masculino.

  • Página 2

    En la pubertad la secreción de testosterona inicia la producción de

    espermatozoides, la secreción de las glándulas sexuales anexas y el

    desarrollo de las características sexuales secundarias.

    En el adulto la secreción de testosterona es indispensable para el

    mantenimiento de la espermatogénesis y de las características sexuales

    secundarias, el buen funcionamiento de las vías espermáticas y de las

    glándulas sexuales anexas.

    Por lo tanto la espermatogénesis es el proceso por el cual se producen los

    gametos sexuales masculinos. Comienza poco antes de la pubertad con la

    influencia de las gonadotrofinas hipofisiarias y continúa durante toda la vida

    reproductiva.

    1.1 Fases de la espermatogénesis.

    La espermatogénesis se inicia con la división de las células madre

    (espermatogonias tipo Ad) y finaliza con la formación de espermatozoides

    maduros.

    1.1.1 Espermatocitogénesis (reducción cromosómica).

    Fase proliferativa.

    Durante esta fase se produce la continua repoblación de células madre que

    finalmente se diferenciarán en espermatozoides maduros.

    Las espermatogonias son células diploides situadas en la base del epitelio

    seminífero. En el hombre, se han descrito tres tipos de espermatogonias: las

    espermatogonias oscuras (Ad), que se consideran las células madre de la

    espermatogénesis; no presentan actividad proliferativa en condiciones normales,

    pero entran en mitosis cuando se reduce drásticamente la población total de

    espermatogonias; como por ejemplo tras la radioterapia; las espermatogonias

  • Página 3

    pálidas (Ap), que dan lugar, al dividirse a dos espermatogonias de tipo B (Gill

    Salmon y col., 2004).

    Durante estas divisiones mitóticas, las células conservan un complemento diploide

    de cromosomas. Después de una división por mitosis, las espermatogonias B

    producen espermatocitos primarios; los cuales están destinados a entrar a la fase

    meiótica de la espermatogénesis, cuya duración en el ser humano es alrededor de

    24 días ( Drucker, 2005).

    Fase meiótica.

    En esta fase, los espermatocitos primarios sintetizan de manera activa DNA,

    siendo las últimas células germinales en llevar este proceso. Después de duplicar

    su contenido de DNA, los espermatocitos inician la profase de la división meiótica,

    durante la cual las células experimentan diversos cambios en su cromatina.

    Después de esta fase, las células entran con rapidez a los estados subsecuentes

    de la meiosis, para originar los espermatocitos secundarios (con un número

    haploide de cromosomas). La segunda división meiótica es precedida por un

    periodo de interfase breve, esta fase es similar a la mitosis, con excepción de que

    las células mantienen un número haploide de cromosomas; está división da origen

    a las espermátides (Figura 2).

  • Página 4

    1.1.2 Espermiogénesis (diferenciación de espermátidas).

    Fase de Golgi: condensación Nuclear, gránulos pro-acrosómicos,

    formación del axonema por el centríólo maduro.

    Figura 2. Comparación entre la mitosis y la meiosis en células germinales. Los dos

    pares de cromosomas (2n) de origen materno y paterno están ilustrados en rojo y azul,

    respectivamente. La división mitótica produce células hijas que son genéticamente

    idénticas a la célula progenitora (2n). la división meiótica, que tiene dos componentes

    (división reduccional y ecuacional), producen células que poseen solo la mitad de la

    cantidad de cromosomas (n). Además, durante el apareamiento de los cromosomas en la

    profase I de la meiosis se intercambian segmentos cromosómicos (recombinación o

    crossing-over) para crear la diversidad genética. En los seres humanos el primer cuerpo

    polar no se divide, pero si lo hace en otras especies. (Martini, 1998).

  • Página 5

    Fase de Casquete: formación de la vesícula acrosómica sobre el núcleo,

    desaparición de poros nucleares.

    Fase de Acrosoma: Orientación en células de Sertoli hacia lámina basal,

    desplazamiento de citoplasma, formación del manguito de microtúbulos, el

    centriolo inmaduro forma el cuello o piezas de conexión (9 fibras densas).

    Las mitocondrias se desplazan a la región del cuello y forman la vaina

    helicoidal en el cuello.

    Fase de Maduración: Cuerpos Residuales con puentes citoplásmicos,

    liberación de las células de Sertoli a la luz del túbulo seminífero Figura 3).

    Figura 3. Diagrama esquemático de la espermiogénesis humana. Se ilustran las

    modificaciones básicas en la estructura de los orgánulos fundamentales de la

    espermátide. (Modificada de Dym M., 1988).

  • Página 6

    1.2 Factores que afectan a la espermatogénesis.

    Las células espermatogénicas son muy sensibles a agentes nocivos, se detectan

    algunas alteraciones degenerativas como la apoptosis, exfoliación prematura o la

    formación de células gigantes multinucleadas. Entre los factores que afectan

    negativamente la espermatogénesis pueden mencionarse las deficiencias

    alimentarias, debido a que las vitaminas, coenzimas y los oligoelementos (vitamina

    A, B12, C y E, ß-caroteno, zinc y selenio) son una fuente importante en la

    formación de espermatozoides. También destacan los factores ambientales/estilo

    de vida, en un estudio realizado en Dinamarca se observó que el recuento de

    espermatozoides de varones de zonas rurales es más alto que los de zonas

    urbanas debido a las constantes situaciones de estrés provocadas por el tráfico,

    trabajo o simplemente la vida acelerada de la ciudad provocan la muerte de los

    espermatozoides. Los trastornos del desarrollo embrionario, cabe mencionar que

    la criptorquidia, el hipospadías y el bajo peso al nacer son factores de riesgo

    importantes de cáncer testicular asociados con la disminución de la calidad del

    semen y la reducción de la fertilidad. Las enfermedades sistémicas o infecciones

    locales, las infecciones que afectan a los testículos son conocidas como orquitis.

    Las enfermedades sistémicas que pueden alteran la espermatogénesis

    comprenden la fiebre, nefropatías, infección por VIH y otras infecciones virales. La

    temperatura testicular elevada, la temperatura es uno de los factores clave en la

    producción de espermatozoides. Hay que tener en cuenta que los testículos están

    separados del resto del cuerpo para mantener una temperatura ligeramente

    inferior, entre uno y dos grados menos. Todo lo que suponga que esos testículos

    estén unidos al cuerpo y suba la temperatura puede ser perjudicial para la

    producción de espermatozoides. Las hormonas esteroides y fármacos

    relacionados, la exposición a estrógenos sintéticos (dietilestilbestrol) y a otros

    esteroides sexuales puede ejercer un retrocontrol negativo sobre la secreción de

    FSH, con la consiguiente reducción de la espermatogénesis. La radiación

    ionizante y agentes alquilantes, se ha comprobado que el gas mostaza

    nitrogenado y la procarbazina ejercen efectos tóxicos sobre los espermatogonios.

    Las radiaciones electromagnéticas y las microondas también afectan la cantidad y

  • Página 7

    la movilidad de los espermatozoides. Finalmente los agentes tóxicos, los agentes

    mutagénicos, antimetabolitos, pesticidas, productos de la combustión, etc. pueden

    afectar drásticamente la producción de espermatozoides normales, por lo tanto se

    ve afectada la fertilidad. (Health.com).

    1.3 Anormalidades de los espermatozoides en humano.

    Los espermatozoides que presentan anomalías morfológicas carecen de movilidad

    normal y es probable por ello que no lleguen a fecundar a los ovocitos. Las

    anomalías pueden ser de la cabeza o de la cola; los hay gigantes y pequeños, en

    ocasiones están unidos.

    Hay datos que sugieren que un 10% de los espermatozoides pueden ser

    anormales sin que ello represente una disminución de la fertilidad. Sin embargo,

    cuando existen anomalías en un 25 % o más, la fecundidad suele estar disminuida

    (Sadler, 1988).

    Las anormalidades que se presentan en los espermatozoides del ser humano,

    pueden presentarse de igual forma en los espermatozoides de ratón (Figura 4).

  • Página 8

    1.4 Espermatogénesis en el ratón.

    En el ratón el proceso de la producción de gametos se inicia en la fase

    embrionaria alrededor de los 11 días y medio después de la fecundación, cuando

    las células germinales primordiales (PGC), localizadas en el saco vitelino adosado

    al alantoides, colonizan la cresta genital. Las PGC proliferan, algunas sufren

    apoptosis, y el resto llega a la fase de células germinales embrionarias (EG). Éstas

    se mantienen quiescentes como T-proespermatogonias hasta después del

    nacimiento, cuando son reactivadas e inician la espermatogénesis (McLaren &

    Southee, 1997). La primera ola de espermatogénesis empieza cuando las

    T-proespermatogonias se diferencian en espermatogonias Ais (isolated), entre el

    nacimiento y el día 3 en el ratón (Vergouwen y col., 1993).

    A: Espermatozoide normal.

    B: Espermatozoide con dos cabezas.

    C: Espermatozoide con dos colas.

    D: Espermatozoide con atrofia de la cabeza.

    E: Espermatozoide con la cola rizada.

    F: Espermatozoide con atrofia de la cola.

    G: Espermatozoide con malformación de la

    cabeza.

    H: Espermatozoide con cola flexionada.

    I: Espermatozoide con hipertrofia de la

    cabeza.

    Figura 4. Malformaciones de los espermatozoides.

  • Página 9

    El resto se diferencian en espermatogonias A1, las cuales sufren cinco divisiones

    mitóticas generando secuencialmente espermatogonias A2-A4, intermedias, y tipo

    B. Después de la última división de las espermatogonias de tipo B, empieza la

    meiosis dando lugar a los espermatocitos en preleptoteno (día 10), que se

    diferencian sucesivamente en espermatocitos en leptoteno, zigoteno, paquiteno y

    diploteno, completándose así la profase.

    Las células en diploteno se dividen para formar los espermatocitos secundarios

    (primera división meiótica) que rápidamente dan lugar a las espermátidas de tipo I

    (segunda división meiótica). Éstas marcan el inicio de la espermiogénesis (Figura

    5). En el ratón, las primeras espermátidas haploides aparecen alrededor del día 20

    y hacia el día 35 ya se pueden detectar los primeros espermatozoides en el lumen

    de los túbulos seminíferos (Vergouwen y col., 1993). En función de la morfología

    de las espermátidas, la espermatogénesis se puede subdividir en diferentes

    asociaciones celulares denominadas estadios. En el ratón casero se han descrito

    16 tipos de espermátidas y 12 estadios.

    El ciclo espermatogénico en el ratón tiene una duración de 36 días y en el hombre

    es de 74 días (Roberts, 1990).

    Figura 5. Espermatogénesis en el ratón (Whittingham, 1990).

  • Página 10

    2. CADMIO.

    Es un elemento metálico, de color blanco brillante, dúctil, maleable y persistente a

    la corrosión. Es un metal pesado que produce efectos tóxicos en los organismos

    vivos, aún en concentraciones muy pequeñas, se encuentra ampliamente

    distribuido en la corteza terrestre en una concentración promedio de 0.1 mg/kg

    (Vallejo, 2001).

    La exposición al cadmio en los humanos se produce generalmente a través de dos

    fuentes principales: la primera es la vía oral (por agua e ingestión de alimentos

    contaminados) y la segunda vía es por inhalación (Chang, 1996).

    Por vía oral se absorbe del 5 al 10% del total de cadmio en el organismo. Aunque,

    con excepción del sulfuro de cadmio (CdS), los compuestos de cadmio iónico son

    altamente solubles en agua, los humanos sólo ingieren una pequeña cantidad

    directamente del agua potable o del aire. La exposición humana proviene

    principalmente de los alimentos, mariscos y vísceras, particularmente riñón.

    La segunda vía es por inhalación; en este caso la absorción depende del tamaño

    de las partículas y su composición química. La cantidad de cadmio inhalado

    depende de la concentración del metal en el aire, la retención y tamaño de las

    partículas en los pulmones, del compuesto químico inhalado, las condiciones

    fisiológicas del sistema respiratorio y en el caso de los fumadores, de la intensidad

    del hábito, pues por esta vía se absorbe del 15 al 20% del cadmio que pasa a la

    sangre.

    La población fumadora es la más expuesta al cadmio; ya que el cigarro es una

    fuente importante del metal. Como muchas plantas, el tabaco contiene cadmio,

    algo del cual es inhalado en el humo. Muchos fumadores tienen alrededor del

    doble de cadmio en sus órganos que los no fumadores (Al-Bader y col., 1999).

  • Página 11

    2.1 Efectos adversos.

    Aunque las exposiciones prolongadas son extremadamente raras actualmente, la

    ingestión de altas dosis es causa de severas irritaciones del estómago, vómito y

    diarrea y su inhalación causa graves irritaciones en los pulmones.

    Algunos efectos adversos de la exposición crónica a Cadmio se presentan en la

    Tabla 1 (Saldivar y col., 1997):

    2.2 Efectos del Cadmio en el sistema reproductor masculino.

    En los años 50´s se reportó por primera vez el efecto adverso del cadmio sobre la

    reproducción. Cuando la concentración de cadmio en sangre es superior a 1.5

    mg/L, hay reducción significativa en la densidad de los espermatozoides,

    sugiriendo un posible efecto del cadmio en la espermatogénesis (Parizek y Zahor,

    1956).

    La inyección de cadmio en los testículos de ratas, causa atrofia testicular y

    producción de anticuerpos antiespermatozoide por ser inductor de cambios

    vasculares que llevan a la isquemia.

    Tabla 1. Efectos adversos de la exposición al cadmio.

  • Página 12

    El cadmio contenido en el humo del cigarro daña la función de los

    espermatozoides a través de sus efectos citotóxicos.

    2.3 Mecanismos tóxicos del Cadmio.

    Produce modificaciones oxidativas del DNA, tal como la formación de 8-

    hydroxiguanosina, e inmoviliza e interrumpe cambios bioquímicos en diferentes 18

    tipos de células; por ejemplo en las células del hígado y riñón (Fernández y col.,

    2003).

    Los daños oxidativos sobre el DNA se han asociado con un incremento de

    producción de especies reactivas de oxigeno (ERO) e interacciones entre este

    metal y enzimas que participan en la reparación de las cadenas de DNA. A nivel

    celular, el cadmio también induce diferentes cambios bioquímicos, los cuales se

    asocian con el proceso de apoptosis (Fernández y col., 2003).

    2.4 Especies Reactivas de Oxígeno.

    Los radicales libres son cualquier especie química que contenga uno o más

    electrones no apareados. Prácticamente todas los radicales libres que se

    producen en el organismo derivan del oxígeno y del nitrógeno por la ganancia o

    pérdida de un electrón (González, 2010).

    Las especies reactivas del oxígeno (ERO) como el radical hidroxilo (·OH),

    superóxido (O2·), singlete (1O2), peróxido de hidrógeno (H2O2), son iones de

    oxígeno, radicales libres y peróxidos, son moléculas muy pequeñas altamente

    reactivas, debido a la presencia de una capa de electrones de valencia no

    apareada que se forman de manera natural como subproductos del metabolismo

    normal del oxígeno. Su presencia puede inducir estrés oxidativo (Halliwell y col.,

    1989).

  • Página 13

    Se sabe que las ERO y el estrés oxidativo son dos de las mayores causas en la

    infertilidad masculina y defectos de la función espermática. Se ha observado la

    formación de radicales libres en espermatozoides humanos y el daño oxidativo en

    el DNA del esperma, lo que provoca alteraciones funcionales y estructurales,

    además de que existe una gran relación entre la lipoperoxidación y la infertilidad

    masculina (Shen y col., 2000).

    2.5 Estrés oxidativo.

    De manera natural, a concentraciones moderadas los radicales libres son

    benéficos para determinados procesos celulares, pero a concentraciones elevadas

    pueden desencadenar daños irreparables en la celula, a esta alteración se le

    conoce como “estrés oxidativo”.

    El estrés oxidativo es una situación en la que existe tanto un aumento en la

    velocidad de generación de ERO como una disminución de los sistemas de

    defensa, lo que resulta en una mayor concentración de estas (Shen y col., 2000).

    2.6 Lipoperoxidación.

    La lipoperoxidación (LPO) es el deterioro oxidativo de lípidos polinsaturados

    (Tappel et al., 1989), es una reacción autocatalítica donde las ERO o radicales

    libres sustraen átomos de hidrógeno a las moléculas de los lípidos polinsaturados

    y por lo tanto se deterioran. La lipoperoxidación puede dañar lípidos y proteínas de

    las membranas biológicas (Ibrahim y col., 2008).

    La LPO se inicia cuando una especie reactiva reacciona con alguna parte de la

    membrana formada por ácidos grasos polinsaturados y extrae un protón de un

    metileno de la cadena, dejando un electrón sin aparear en este grupo, lo que

    conllevará a un rearreglo molecular formando un dieno conjugado, el cual bajo

    condiciones aeróbicas se unirá a oxígeno en el interior de la célula dando como

  • Página 14

    producto un radical peroxilo. El radical extraerá otro protón de otro ácido graso

    entrando a una fase de propagación, formando otro dieno conjugado que

    reaccionará con O2 y formará más radicales peroxilo. Los radicales peroxilo

    también pueden reaccionar con los protones extraídos y formar un lípido

    hidroperoxidado (Halliwell y col., 1989).

    Figura 6. Reacciones de la iniciación y propagación de la lipoperoxidación. Se

    observa la extración de protones y la inducción de una reacción en cadena (Halliwell y

    col.,1989).

  • Página 15

    2.7 Antioxidantes.

    Existen moléculas llamadas antioxidantes que se encargan de mantener el

    equilibrio de radicales libres y por lo tanto el potencial oxido reducción. Estas

    sustancias evitan el daño de las células al ceder electrones a los radicales libres

    (Silverthorn, 2009).

    2.7.1 Enzimas antioxidantes.

    Superóxido-dismutasa y catalasa: La primera cataliza la dismutación del

    superóxido a H2O2, el cual es neutralizado posteriormente por la catalasa.

    Estas reacciones tienden a ser mayores en tejidos con elevada utilización

    de O2 elevada como el hígado y los eritrocitos.

    Glutatión-peroxidasa y glutatión-reductasa: Las primeras reducen

    hidroperóxidos lipídicos y H2O2 al oxidar el glutatión, el glutatión oxidado se

    reduce de nuevo por la glutatión reductasa (González, 2010).

    2.7.2 Antioxidantes no enzimáticos.

    Pueden ser de origen endógeno como el urato, la bilirrubina o proteínas como la

    albumina. Otros pueden ser adquiridos en la dieta, como flavonoides o vitamina A,

    C y E (González, 2010).

    3. RESVERATROL.

    El consumo de antioxidantes, parece prevenir o al menos disminuir el deterioro

    funcional originado por un exceso de estrés oxidativo. Existe una gran diversidad

    de antioxidantes los cuales tienen diferentes mecanismos de acción, entre ellos se

    encuentra el resveratrol.

  • Página 16

    Figura 7. Estructura química del resveratrol.

    El resveratrol se encontró por primera vez en la raíz de la planta Veratrum

    grandiflorum. Años más tarde se descubrió que la uva, vino tinto y arándanos,

    entre otros alimentos lo contenían.

    El resveratrol (3,5,4-trihidroxiestilbeno) es un polifenol natural, pertenece a la

    misma familia de los flavonoides y taninos, y se le han atribuido características

    medicinales, debido principalmente a sus propiedades antioxidantes que reducen,

    de manera importante, la probabilidad de padecer enfermedades cardiovasculares

    y pueden ayudar a tratar otros problemas de salud.

    Algunos efectos benéficos atribuidos al resveratrol son:

    Reduce la inflamación causada por el exceso de grasa acumulada en las

    paredes internas de las arterias. Esto impide que se formen placas de

    grasas en dichas paredes.

    Evita la adhesión de plaquetas en las paredes arteriales, evitando la mala

    circulación o falta de irrigación sanguínea.

    Disminuye la formación de radicales libres que pueden producir

    enfermedades como el cáncer.

    Mejora la respiración celular, aumentando el gasto energético a base de

    tejido graso.

    Reduce el colesterol LDL o malo y triglicéridos.

    Aumenta el colesterol HDL o bueno.

    http://www.abajarcolesterol.com/%C2%BFque-es-el-resveratrol/http://www.abajarcolesterol.com/que-alimentos-contienen-resveratrol-para-bajar-el-colesterol/http://www.plantasparacurar.com/flavonoides/

  • Página 17

    Mejora la utilización de glucosa, reduciendo la resistencia a la insulina.

    Debido a su estructura química, el resveratrol es capaz de capturar radicales libres

    y estabilizarlos por medio de resonancia de sus electrones y así poder ejercer su

    efecto antioxidante (Quin y col., 2010).

  • Página 18

    II. JUSTIFICACIÓN.

    La intoxicación con Cd se manifiesta por una variedad de patologías que incluyen

    disfunción sexual y problemas de fertilidad. Al parecer la toxicidad del metal está

    mediada por la producción de radicales libres que incrementan los procesos

    oxidativos.

    Por otro lado, el resveratrol ha mostrado actividad antioxidante en algunos

    estudios experimentales, lo cual le proporciona un potencial farmacológico en la

    prevención de los efectos tóxicos del cadmio.

    III. HIPÓTESIS.

    Si el CdCl2 provoca daño espermático por la inducción de radicales libres, al pre-

    tratar a los ratones con un compuesto que ha mostrado tener una actividad

    antioxidante como el resveratrol, entonces se podrá evitar la espermatotoxicidad

    causada por el CdCl2.

    IV. OBJETIVOS.

    General.

    Determinar la actividad protectora del resveratrol sobre la toxicidad aguda

    del CdCl2 durante la espermatogénesis en ratón.

    Específicos.

    • Determinar si el resveratrol previene las alteraciones morfológicas de los

    espermatozoides causadas por CdCl2 en ratones.

    • Evaluar la toxicidad aguda del CdCl2 durante la espermatogénesis en ratón.

    • Determinar si el resveratrol tiene efecto sobre los niveles de

    lipoperoxidación, en los testículos de los ratones expuestos a CdCl2.

  • Página 19

    V. MATERIAL.

    Material Biológico:

    48 Ratones ICR macho.

    Material y equipo:

    Material de laboratorio Papel filtro

    Pipetas Pasteur Porta y cubreobjetos

    Micropipetas Cámara de Neubauer

    Termómetro Microscopio compuesto

    Equipo de disección Centrifuga

    Viales Espectrofotómetro

    Parrilla Sonicador

    Goteros Balanza analítica

    Balanza granataria Jaulas para ratón

    Bebederos

    Kit Testosterona EIA; Diagnostic Systems Laboratories. Inc.

    Reactivos:

    Preparación de la dilución espermática.

    Formol al 10%.

    Solución salina fisiológica.

    Tinciones para evaluar la vitalidad y morfología de los espermatozoides.

    Colorante Eosina-Nigrosina

    Eosina 1% (Disolver en amortiguador de fosfatos).

    Nigrosina 4% (Disolver en amortiguador de fosfatos).

  • Página 20

    Amortiguador de fosfatos pH 7.4 (13.4 g de Na2HPO4. 7H2O; 3.4 g

    NaH2PO4. H2O / litro).

    Determinación de niveles de lipoperoxidación (TBAR´S).

    Ácido Tricloroacético 15%.

    Ácido Tiobarbitúrico 0.375%.

    Ácido clorhídrico 0.25N.

    Reactivo de Bradford.

    VI. METODOLOGÍA.

    Se emplearon cinco lotes de seis ratones macho cada uno, de la cepa ICR con un

    peso entre 20 a 30 g, y se mantuvieron bajo condiciones controladas de

    temperatura (21+/- 2 °C) y humedad relativa del 50 %, ciclos de luz-oscuridad de

    12 horas cada uno ( luz de 9:00am a 21:00pm) y alimentación ad libitum.

    Los animales recibieron los siguientes tratamientos de acuerdo al lote

    correspondiente:

    A) SSI

    B) CdCl2 0.6 mg/Kg

    C) Resveratrol

    D) CdCl2 0.6 mg/Kg + Resveratrol

    E) Carboximetil celulosa 0.3% (Vehículo)

    Se administró por vía intragástrica los diferentes tratamientos diariamente durante

    30 días, durante este tiempo se pesaron los ratones cada 5 días para poder

    calcular la dosis requerida conforme al peso; las interacciones con cadmio (lote D)

    se realizaron administrando primero el antioxidante y una hora después el cloruro

    de cadmio.

  • Página 21

    Al día 30 del tratamiento se eutanizaron los animales y se les extrajo las vesículas

    seminales, el epidídimo y los testículos.

    A un testículo se le determinaron los niveles de lipoperoxidación por medio de la

    técnica de TBAR’s.

    Se obtuvo un segmento de conducto de la cola del epidídimo y se introdujo en un

    tubo con 1 mL de SSI a 37°C, se expulsó el líquido seminal formando una

    suspensión espermática para su análisis posterior de viabilidad y morfología por la

    tinción de Eosina-Nigrosina en donde los espermatozoides vivos no presentan

    color y los muertos se tiñen de color fiusha; movilidad al microscopio y cuenta

    espermática.

    Análisis de movilidad.

    Se colocó una gota de solución espermática sobre un portaobjetos atemperado y

    se observó inmediatamente al microscopio, se determinó el porcentaje de células

    espermáticas que presentaron movimiento progresivo y en línea recta, los que se

    movían sin desplazarse y los que no presentaron movimiento.

    Cuenta espermática.

    Se realizó una dilución de 20 µL de la suspensión espermática con 200 µL de

    formol. Se colocó una gota de esa dilución en cada compartimiento de la cámara

    de Neubauer y se hizo el conteo de células. Para el cálculo final se promediaron

    las cuentas de ambos compartimientos y se realizaron los cálculos para obtener

    los millones de espermatozoides de acuerdo a las diluciones realizadas.

    A = Cuenta * 5

    Dónde:

    Cuenta x = cuenta promedio de ambos compartimientos de la cámara de

    Neubauer.

  • Página 22

    Determinación de los niveles de lipoperoxidación (Técnica TBAR´s).

    Una vez extraído el testículo se homogeneizo con agua destilada. Se adiciono 1

    mL del reactivo de TBAR´s y se sometieron a baño maría en ebullición por 30

    minutos, se preparó un blanco de reactivos. Transcurrido el tiempo, se dejaron

    enfriar las muestras y se centrifugaron a 3000 rpm durante 15 minutos. Se

    determinó la absorbancia del sobrenadante en un espectrofotómetro a una

    longitud de onda de 535 nm. Se calculó la cantidad de MDA utilizando un

    coeficiente de extinción de 1.56 x 105 M-1 cm-1. Los resultados se reportaron como

    mM de MDA/g de tejido. (Buege y Austin, 1998).

    Determinación de proteínas (Técnica de Bradford).

    Se determinaron las proteínas totales por la técnica de Bradford utilizando una

    curva de albumina sérica bovina (Anexo 1).

    Las concentraciones obtenidas se encontraban en µg, por lo que se convirtieron a

    mg, después se obtuvieron las proteínas por muestra al multiplicar los mg por un

    factor. Este resultado se dividió entre la absorbancia obtenida para determinar los

    mg de proteína.

    Se midieron los niveles de testosterona en suero mediante el uso del Kit

    Testosterona EIA; Diagnostic System Laboratories.Inc.

    Análisis estadístico.

    Los datos se expresan como media +/- EEM o mediana. El análisis estadístico se

    llevó acabo usando el programa Sigma Plot 12.5. el valor de P

  • Página 23

    Figura 8. Registro de peso promedio ganado de ratones que fueron

    sometidos a distintos tratamientos. No hay una diferencia estadísticamente

    significativa (P = 0,128).

    SSI CdCl2 RSV CdCl2/RSV CMC

    Pes

    o c

    orp

    ora

    l (g

    )

    0

    10

    20

    30

    40

    VII. RESULTADOS.

    En la figura 8, se muestra la ganancia de peso corporal de ratones sometidos a

    diferentes tratamientos, en donde se puede observar que esta variable no se

    modificó con ninguno de los tratamientos.

    Registro de pesos.

    Peso Relativo.

    Testículos.

    En la figura 9, 10 y 11 se muestran el peso relativo de los testículos izquierdo y

    derecho y de la vesícula seminal respectivamente de ratones sometidos a

    diferentes tratamientos, en las cuales no se observa diferencia significativa en

    ninguna de estas variables.

  • Página 24

    SSI CdCl2 RSV CdCl2/RSV CMC

    Pes

    o r

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    SSI CdCl2 RSV CdCl2/RSV CMC

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    0.0

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    0.4

    0.5

    0.6

    Figura 9. Peso relativo de testículo izquierdo de ratones sometidos a

    diferentes tratamientos. No hay una diferencia estadísticamente significativa

    (P=0.722). Se representa la media ± error estándar.

    Figura 10. Peso relativo de testículo derecho de ratones sometidos a

    diferentes tratamientos. No hay una diferencia estadísticamente significativa

    (P=0.107). Se representa la media ± error estándar.

  • Página 25

    SSI CdCl2 RSV CdCl2/RSV CMC

    Pe

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    0.8

    1.0

    1.2

    1.4

    Vesícula Seminal

    Figura 11. Peso relativo de la vesícula seminal de ratones sometidos a

    diferentes tratamientos. No hay una diferencia estadísticamente significativa

    (P=0.481). Se representa la media ± error estándar.

  • Página 26

    SSI CdCl2 RSV CdCl2/RSV CMC

    Es

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    SSI CdCl2 RSV CdCl2/RSV CMC

    Es

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    SSI CdCl2 RSV CdCl2/RSV CMC

    Es

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    70

    Movilidad espermática.

    En la figura 12, se muestra el porcentaje de movilidad espermática; en la movilidad

    continua (A), se encontró que hay una disminución de esta en los ratones tratados

    con cloruro de cadmio, así como un aumento en los lotes que fueron tratados

    previamente con resveratrol. No hubo diferencia con los espermatozoides con

    movimiento in situ (B), mientras que los inmóviles aumentaron con el cloruro de

    cadmio y el co-tratamiento con resveratrol previno este incremento (C).

    Figura 12. Porcentaje de espermatozoides de ratones sometidos a diferentes

    tratamientos que presentan movimiento continuo (A), in situ (B) e inmóviles

    (C) a: Diferencia significativa con respecto a CdCl2, b: Diferencia significativa con

    respecto a CMC 0.3% y c: Diferencia significativa con respecto a SSI). (P =

  • Página 27

    SSI CdCl2 RSV CdCl2/RSV CMC

    Cu

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    100

    Cuenta espermática.

    La figura 13, muestra los valores de cuenta espermática de los ratones sometidos

    a los diferentes tratamientos, se observa una disminución de este parámetro en

    los ratones tratados con cloruro de cadmio y una ligera mejora en los lotes pre

    tratados con resveratrol aunque no de manera significativa.

    Viabilidad espermática.

    La figura 14, representa el porcentaje de espermatozoides vivos de ratones

    sometidos a diferentes tratamientos. Se observa una disminución de los

    espermatozoides vivos en los ratones tratados con cloruro de cadmio y un efecto

    protector en el valor de esta variable en el lote previamente tratado con resveratrol

    aunque no de manera significativa.

    Figura 13. Concentración de espermatozoides expresado en millones de

    espermatozoides por mililitro de ratones sometidos a diferentes

    tratamientos. No hay una diferencia estadísticamente significativa (P = 0,111).

    Se representa la media ± error estándar.

  • Página 28

    SSI CdCl2 RSV CdCl2/RSV CMC

    Es

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    100

    Morfología espermática.

    En la figura 15 se presenta el porcentaje de espermatozoides con anormalidades

    morfológicas observándose un aumento en esta variable en los ratones tratados

    con cloruro de cadmio y un efecto protector en el lote tratado previamente con

    resveratrol.

    Figura 14. Viabilidad espermática de ratones sometidos a diferentes

    tratamientos. a: Diferencia significativa con respecto a SSI, b: Diferencia

    significativa con respecto a CdCl2; P = 0,015; Se representa la media ± error

    estándar.

    a

    b

  • Página 29

    SSI CdCl2 RSV CdCl2/RSV CMC

    Es

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    30

    40

    Lipoperoxidación.

    En la figura 16 y 17, se muestra el contenido de malonaldehído en la

    determinación de lipoperoxidación en espermatozoides y testículo

    respectivamente, en los ratones sometidos a diferentes tratamientos.

    Figura 15. Morfología espermática de ratones sometidos a diferentes

    tratamientos. a:Diferencia significativa con respecto al lote de SSI, P =

  • Página 30

    SSI CdCl2 RSV CdCl2/RSV CMC

    Lip

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    Figura 16. Niveles de lipoperoxidación en espermatozoides de ratones

    sometidos a diferentes tratamientos. a: Diferencia significativa con respecto a

    CdCl2., P = 0,015. Se representa la media ± error estándar.

    Figura 17. Niveles de lipoperoxidación en testículo de ratones sometidos a

    diferentes tratamientos. a: Diferencia significativa con respecto a CMC., P =

    0,021). Representando mediana y percentiles a 25% y 75%. Mann-Whitney.

    a a

    a

    SSI CdCl2 RSV CdCl2/RSV CMC

    Lip

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  • Página 31

    SSI CdCl2 RSV CdCl2/RSV CMC

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    Testosterona.

    La concentración de testosterona en suero de ratones sometidos a los diferentes

    tratamientos se muestra en la figura 18, no se observa diferencia significativa con

    los diferentes tratamientos.

    Figura 18. Niveles de testosterona en suero de ratones sometidos a

    diferentes tratamientos. No hay una diferencia estadísticamente significativa

    (P = 0,337). Representando media ± error estándar.

  • Página 32

    VIII. DISCUSIÓN.

    Estudios previos indican que el cadmio induce daño testicular así como

    alteraciones en los valores del análisis espermático en algunas especies de

    animales incluyendo ratones, hamsters, marmotas, conejos, cuyos, perros y

    ardillas (Xu, 1996), entre los que destacan disminución del tamaño de los

    testículos y alteraciones en la calidad espermática, debido a la acumulación de

    este metal sobre los tejidos, (Yang y col., 2003). También se ha observado el

    aumento de estrés oxidativo que se manifiesta por el incremento en la generación

    de radicales libres como son el anión superóxido (O2), hidroxilo (-OH) y el peróxido

    de hidrogeno (H2O2), los cuales debido a su alta reactividad química pueden

    aumentar la lipoperoxidación en la membrana de algunos tejidos como la del

    testículo o de las células germinales y de este modo provocar daños significativos

    en la función reproductiva que se traduce a problemas de fertilidad masculina

    (Acharya y col.,2008).

    En el presente estudio, se sometió a ratones macho a una exposición a cloruro de

    cadmio por vía oral durante 30 días que es casi lo que dura un ciclo espermático

    en ratón, durante todo el periodo de exposición se registraron los pesos de los

    animales para determinar si el tratamiento altera la ganancia de peso en los

    animales. En estudios realizados en pacientes que presentan intoxicación por

    cadmio, se ha observado la disminución de peso corporal debido a los distintos

    síntomas que se presentan como falta de apetito, nauseas, vómito y diarrea

    principalmente (Marx JA, et al. 2009). De acuerdo a lo anterior en este estudio se

    esperaría que hubiese una disminución del peso corporal en los animales que

    fueron sometidos a cloruro de cadmio, sin embargo, se observa que el tratamiento

    no afectó esta variable; esto se pudo deber a que el periodo de intoxicación al que

    se sometieron los ratones fue insuficiente que no permitió observar los efectos

    tóxicos en ellos, por lo que se sugiere una exposición prolongada.

    Se hizo la determinación de los pesos relativos tanto de los testículos como de las

    vesículas seminales y por los antecedentes se esperaba una disminución

    significativa en los órganos de los ratones tratados con cloruro de cadmio, sin

  • Página 33

    embargo, no se presentó una diferencia significativa entre los ratones tratados. La

    diferencia puede deberse al tiempo de tratamiento, si se realiza una administración

    crónica de cloruro de cadmio probablemente se observe el cambio de tamaño de

    dichos órganos.

    En humanos, tras la exposición continua al cadmio se ha asociado un efecto sobre

    los espermatozoides causando un daño en la fertilidad (Al-Bader y col., 1999);

    este daño es consecuente de anormalidades morfológicas de los

    espermatozoides, disminución de la cuenta y movilidad espermática comparado

    con los resultados de hombres fértiles y sanos (Roste y col., 2003; Siam et al.,

    2005). Los resultados en el presente estudio coinciden con lo reportado, en donde

    el porcentaje de espermatozoides que presentan movilidad continua y que cruzan

    el campo disminuyó significativamente en el lote tratado con cloruro de cadmio; así

    mismo el porcentaje de espermatozoides inmóviles tuvo un incremento

    significativo en comparación con los ratones testigo.

    También se ha reportado que la exposición al cloruro de cadmio provoca

    interacciones en el sistema endócrino que llevan a la disminución en la producción

    o secreción de hormono luteinizante, folículo estimulante, hormona liberadora de

    gonadotropinas y testosterona que están involucradas en la espermatogénesis y

    por lo tanto provoca la disminución de la cuenta, movilidad y viabilidad

    espermática (Shen y col., 2000). En este estudio se observó que tanto en la

    cuenta como la viabilidad espermática hubo una disminución en el porcentaje de

    estas variables en los ratones tratados con cloruro de cadmio. Sin embargo se

    observó un incremento de movilidad espermática en los lotes donde se realizó el

    pretratamiento con resveratrol. Este efecto protector se puede atribuir a las

    propiedades antioxidantes que presenta el resveratrol, ya que, se ve

    incrementada la concentración y la viabilidad de los espermatozoides de ratones;

    además de que el vehículo utilizado no presento alguna alteración.

    Con respecto a la morfología espermática, se encontró que existe un aumento en

    el número de espermatozoides con algún tipo de anormalidad cuando se trataron

    los ratones con cloruro de cadmio, por otra parte se mostró disminución con la

  • Página 34

    administración de resveratrol. Algunos autores an demostrado que las ERO

    generadas en la catálisis metálica pueden incrementar errores meióticos y

    deformación del esperma, se sabe también que la morfología del esperma es

    controlada por el complejo autosomal y los genes específicos contenidos en el

    cromosoma y por otro lado, mecanismos dependientes de oxigeno son claramente

    importantes para inducir anormalidades espermáticas. (Acharya y col., 2008).

    Por lo tanto, el aumento de espermatozoides morfológicamente anormales en

    ratones tratados con cloruro de cadmio supone que las ERO generadas afectaron

    alguna de las etapas de la división meiótica durante la espermatogénesis, y el

    tratamiento con un antioxidante como el resveratrol tiene la capacidad de disminuir

    este daño.

    En otro estudio realizado donde se empleó CdCl2 como agente toxico, los

    resultados demostraron que el CdCl2 incremento los niveles de oxidación testicular

    (Oviedo, 2011). Los radicales libres pueden iniciar degradación peroxidativa de los

    lípidos por abstracción de hidrógeno de los ácidos grasos (Zoltán, 2001),

    destruyen a la membrana lipídica propiciando la formación de compuestos como el

    malonaldehído los cuales pueden provocar mutagenesis o daño en el DNA.

    Los peróxidos lipídicos derivados de acidos grasos poliinsaturados son inestables

    y se descomponen para formar una serie de compuestos complejos. Entre estos

    se incluyen compuestos carbonílicos, de los cuales el más abundante es el

    malonaldehído, por esta razón el MDA es ampliamente usado como indicador de

    peroxidación lipídica (Mallok y cols. 2011).

    El resveratrol destaca por ser un polifenol que le atribuye su gran poder

    antioxidante (Quin y col., 2010), lo que explica los resultados obtenidos, donde se

    observó diferencia significativa en los niveles de MDA, entre los diferentes lotes de

    ratones tratados.

    En cuanto a los niveles de testosterona no se observó una diferencia significativa,

    esto se pudo deber a que no fue el tiempo necesario del tratamiento para observar

  • Página 35

    alguna alteración que pudiera modificar la concentración de dicha hormona; pero

    eso no descarta la variación de testosterona a otros niveles.

  • Página 36

    IX. CONCLUSIONES.

    El CdCl2 disminuyó la cuenta, viabilidad y movilidad espermática.

    El CdCl2 incrementó el número de espermatozoides anormales.

    El CdCl2 produjo cambios en los niveles de lipoperoxidación de los

    testículos.

    El pre y co-tratamiento con el resveratrol en los ratones tratados con

    cloruro de cadmio previno el daño espermático.

    El efecto protector que mostro el resveratrol contra el CdCl2 en este

    estudio se estima que es debido a su actividad antioxidante.

    No se encontraron cambios en los niveles de testosterona.

  • Página 37

    X. BIBLIOGRAFÍA.

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  • Página 41

    XI. ANEXO.

    Proteínas Totales. Técnica de Bradford.

    Se basa en el acoplamiento de un colorante con la proteína, donde existe una

    relación directa entre el desarrollo del color y la concentración de proteínas.

    Se utilizo una curva con albumina sérica bovina con concentraciones de o, 10,

    20, 40 y 80 µg/mL.

    Se empleó el colorante de Bradford para proteínas, 10 µL de muestra y 1 mL

    del reactivo.

    La absorbancia de las muestras se determinó a una longitud de onda de 595nm

    y se interpolaron en la curva para obtener la concentración de proteínas.