Chronische Arsenexposition kann die Fähigkeit des Muskels beeinträchtigen, nach einer Verletzung zu heilen

Mehr als 140 Millionen Menschen weltweit und 4 Millionen Amerikaner nehmen chronisch Arsen in ihrem Trinkwasser auf, sagte die leitende Ermittlerin Fabrisia Ambrosio, Ph.D., M.P.T., Assistenzprofessorin für physikalische Medizin und Rehabilitation an der Universität Pitt und am McGowan Institute for Regenerative Medicine. Arsen ist das 21. Metall, das in der Erdkruste am häufigsten vorkommt. Es kommt natürlicherweise in erd- und grundgesteinsverkleideten Brunnen vor und hat keinen Geruch, keine Farbe und keinen Geschmack.

"Während frühere Untersuchungen den Einfluss von Arsen und anderen Umweltkontaminanten auf die Stammzellenfunktion untersucht haben, die für die Entwicklung von Föten und Kindern von entscheidender Bedeutung ist, gibt es nur sehr wenige Informationen darüber, wie sich solche Expositionen auf Stammzellen und deren Funktion im Erwachsenenalter auswirken können", sagte Dr. Ambrosio. "Wir wollten herausfinden, ob umweltrelevante Arsenkonzentrationen die Fähigkeit des Skelettmuskels beeinträchtigen, nach einer Verletzung richtig zu reparieren, und fanden heraus, dass dies der Fall ist."

In der Studie tranken Mäuse fünf Wochen oder etwa zwei Jahre lang Wasser, was dem Zehnfachen des Arsenspiegels entspricht, der nach Bundesnormen für den Menschen als sicher gilt. Ähnliche Werte werden in etwa 8 bis 10 Prozent der Brunnen beobachtet, sagte der Co-Ermittler Aaron Barchowsky, Ph.D., Professor für Umwelt- und Arbeitsgesundheit bei Pitt Public Health. Dann verletzten die Forscher die Muskeln der exponierten Mäuse und verglichen die Ergebnisse mit denen von Mäusen, die keinem Arsen ausgesetzt waren.

Sie fanden eine signifikante Abnahme der Fähigkeit des Muskels bei Mäusen, die Arsen ausgesetzt waren, sich nach der Verletzung zu regenerieren, und eine daraus resultierende Beeinträchtigung der Muskelfunktion. Sie untersuchten das Muskelgewebe, nachdem sie alle Zellen entfernt hatten, und ließen nur die sogenannte extrazelluläre Matrix zurück. Dabei stellten sie fest, dass sich das Muskelgewebe abnormal verändert hatte, was zu strukturellen Defiziten führte.

Die Forscher setzten die Arsen-exponierte extrazelluläre Matrix mit menschlichen Muskelstammzellen ein, um zu sehen, ob sich gesunde Muskeln reformieren würden.

"Wir fanden heraus, dass diese pathogene Matrix die Fähigkeit unserer Stammzellen, neue Muskelfasern zu bilden, beeinträchtigt", sagte Dr. Ambrosio. "Dies kann zu einer beeinträchtigten Heilungsreaktion nach einer Verletzung führen."

Sie erfuhren, dass Arsen erhöhte biochemische Signale von einem Proteinkomplex namens NF Kappa B verursacht, der an der Umgestaltung der Matrix und der Gewebereparatur beteiligt ist.

"Ein bemerkenswerter Befund ist, dass wir, wenn wir die Aktivierung des NF-Kappa-B-Programms blockierten, sahen, dass sich der mit Arsen belichtete Muskel ganz gut erholt hat", sagte Dr. Barchowsky. "Wir möchten uns in unseren nächsten Schritten eingehender damit befassen, um zu untersuchen, ob wir den Einfluss von Arsen auf eine Person, die chronisch damit in Berührung gekommen ist, rückgängig machen können."

Dr. Ambrosio, ein Physiotherapeut, stellte fest, dass es einigen Patienten schwerer fällt, sich von einer Operation oder einer Verletzung zu erholen.

"Aus Rehabilitationssicht könnte es wichtig sein, diesen Umweltfaktoren, die die Regenerationsfähigkeit des Gewebes beeinflussen können, mehr Aufmerksamkeit zu schenken", sagte sie. "Es wäre wunderbar, wenn wir Menschen identifizieren könnten, die für eine verminderte Heilungsfähigkeit prädisponiert sind, und dann entsprechend eingreifen könnten, damit sie sich besser von Verletzungen erholen können."