Ph.D. afhandling. Sonne, C. 2004. 200 s.
Sammenfatning
Betydelige mængder svært nedbrydelige organiske miljøgifte, som for eksempel PCBer og DDTer, er på grund af deres fedtopløselige egenskaber ophobet i arktiske havpattedyr – og i særdeleshed den østgrønlandske isbjørn (Ursus maritimus) – siden 1960erne. Mange af disse stoffer efterligner kroppens naturlige steroid- og peptidhormoner, hvorved de - gennem påvirkning af den normale fysiologiske homeostase - kan forstyrre hormonsystemer, forplantningsevne og immunologiske funktioner. Selvom disse biologiske effekter er blevet studeret i isbjørne på Svalbard de sidste 10 år, er der stadig mange uafklarede spørgsmål, og på det seneste er der fra norsk og canadisk side fokuseret på effekstudier af kønshormoner, cortisol, vitamin A og skjoldbruskkirtelhormon samt immunologiske, reproduktionsmæssige og overlevelsesrelaterede parametre. I forbindelse med disse undersøgelser er der meget som peger på, at specielt PCBer virker immunsuppremerende, udover at de også ændrer de normale hormonniveauer. Det er dog umuligt at afgøre, om disse resultater er et udtryk for virkelige årsagssammenhænge. Til at afklare dette, er kontrollerede studier af arktiske toppredatorer som f.eks. polarræv (Alopex lagopus) og slædehund (Canis familiaris ) velegnede. Sådanne studier er sat i gang i Norge og på Grønland.
For at afdække ikke tidligere undersøgte biologiske parametre i isbjørne i relation til organiske miljøgifte, startede vi en indsamling af prøver fra subkutant fedtvæv, indre organer og kranier fra mere end 100 østgrønlandske isbjørne (69?00’N til 74?00’N) via lokale fangere bosiddende i Scoresbysund i perioden 1999-2002. Nærværende afhandling afrapporterer de første resultater af studiet som søger at afdække, om de relativt høje niveauer af organohalogener opkoncentreret i fedtvævet har påvirket skeletsystemet (kranier) og indre organer.
Det første manuskript behandler analyseresultaterne af organokloriner (PCB, DDT, chlordaner, dieldrin, HCH og HCB) i subkutant fedtvæv fra 92 individer indsamlet fra 1999 til 2001. Generelt udviste koncentrationerne køns- og aldersafhængighed, ligesom der var sæsonmæssige variationer for alle aldersgrupper. Disse nye prøver blev sammenlignet med tidligere analyser af bjørne indsamlet i 1990, hvilket viste et fald på mellem 20% og 70% afhængig af hvilken kontaminantgruppe man kigger på. Dog skal man passe på med endeligt at konkludere hvor stort faldet er, idet beregningerne kun bygger på to indsamlingsår (normalt kræver sådanne beregninger mindst 3 indsamlingsår over en 10-årig periode). Beregningerne viste desuden, at halveringstiderne for organokloriner i subkutant fedtvæv for Østgrønlandske isbjørne baseret på indsamlingerne i 1990 og 1999-2001 var fra 4 til 20 år, og dermed afspejler de svært biologisk nedbrydelige kontaminanter. Sammenlignet med tidligere studier af vilde pattedyr og fund i forbindelse med laboratorieforsøg, svarer niveauerne til, hvad man tidligere har benyttet som effektkoncentrationer for mange af de undersøgte parametre i nærværende afhandling.
Det andet manuskript analyserer fluktuerende asymmetri (FA) i 283 isbjørnekranier indsamlet i perioden fra 1892 til 2002. FA udtrykker højre-venstresidig forskel for bilaterale mål, og denne forskel er positivt korreleret til, hvor stresset dyret er. Undersøgelsen koncentrerede sig omkring to formål, nemlig en tidstrend analyse og en analyse mellem FA og individuelle koncentrationer af organohalogener. To forskellige analyser viste, at der ikke var nogen tidsmæssig forskel i 10 forskellige bilaterale mål, mens der for fire bilaterale mål var en tidsmæssig forskel, idet den formodede ikke-forurenede periode fra 1892 til 1960 udviste den største FA. Herudover viste analyserne også, at FA var højere i kønsmodne dyr sammenlignet med unge dyr. En korrelation mellem FA og individuelle koncentrationer af organohalogener i 94 individer viste ikke nogle klare tendenser. Resultatet var sandsynligvis påvirket af andre faktorer end organohalogener såsom genetisk variation (metabolisme), temperatursvingninger og indsamlingsfrekvenser, som vi ikke var istand til at korrigere for. Det kunne også tænkes, at niveauerne af organohalogener ikke var tilstrækkeligt høje til at overdøve den støj som kom fra førnævnte faktorer, og at kontaminantniveauerne var lavere end den biologiske tærskelværdi for FA. Herudover kender vi ikke eksponeringen in utero og neonatalt, som er kendt for at være de kritiske stadier med hensyn til udviklingen af FA.
Det tredje manuskript (to dele) behandler analyser af mineraltætheden (hydroxyapatit, BMD) i 139 kranier og 52 penisknogler ved hjælp af DXA (røntgen) skanning. Det primære mål var at undersøge om de relativt høje niveauer af organohalogener i isbjørnene havde affødt en ændring i knoglesammensætningen (mineraltætheden) via en hormonforstyrrende virkning af f.eks. kønshormoner. De første analyser viste, at der var en fin sammenhæng mellem BMD i kraniet og i hhv. femur og rygsøjlehvirvler - som er de skeletdele der normalt undersøges på mennesker – og derfor kunne kraniet bruges som et generelt udtryk for skelettets mineraltæthed. Resultaterne viste en klar forskel i BMD mht. alder og køn (knogletætheden steg som følgende: unge hunner<unge hanner<kønsmodne hunner<kønsmodne hanner), og at BMD kun var aldersafhængig hos de unge dyr. Herudover var der en tendens til at BMD faldt i gamle hunner over 13 år, hvilket kunne indikere, at et fænomen, som svarer til postmenopausal osteoporose hos mennesker, måske indtræffer hos isbjørne. En tidstrend analyse af BMD viste, at kranier, indsamlet i den formodede ikke-forurenede periode med hensyn til organohalogener (1892-1960), var signifikant højere sammenlignet med kranier fra den formodede forurenede periode (1961-2002), hvilket galdt både unge og kønsmodne dyr. Samtidig viste det sig, at der var en negativ korrelation mellem kranie-BMD og henholdsvis PCB og chlordaner i unge dyr, og mellem kranie-BMD og henholdsvis DDT og dieldrin i kønsmodne hanner. Herudover blev frekvensen af periodontitis sammenlignet mellem de to perioder (henholdsvis 1892-1960 og 1961-2002), og denne analyse viste, at der ikke var nogen periode- og kønsforskel, men at periodontitis var aldersafhængigt. Vi konkluderer derfor, at de overbevisende periodeforskelle, samt de stærke negative korrelationer mellem forskellige organohalogener og kranie-BMD, kan skyldes eksponering af østgrønlandske isbjørne med organiske miljøgifte (organohalogener), men andre faktorers indflydelse (f.eks. ernæring og klimatiske svingninger) kan ikke udelukkes.
Det fjerde manuskript beskriver leverhistologien hos 88 isbjørne (34 unge dyr, 29 kønsmodne hunner og 25 kønsmodne hanner) indsamlet i perioden 1999-2002. I næsten alle dyrene fandt vi tegn på kernedislokation sandsynligvis som følge af det høje vitamin A indhold, lipidakkumulering og/eller organohalogen eksponering. Herudover var der varierende grader af mononukleære celleinfiltrationer (hovedsageligt omkring portalområderne), lipidgranulomer, galdegangsproliferationer, portal fibrosering samt lipidakkumulering dels i hepatocytter (mikro- og makrovesikulært) og dels i Ito-celler. Nogle af disse forandringer var relateret til alder og årstid. Enkelte signifikante relationer blev fundet mellem grader af histologiske forandringer og individuelle niveauer af kontaminanter i subkutant fedtvæv, men det generelle billede viste ingen forskel. Flere af de histologiske forandringer er sammenlignelige med fund indenfor dyreforsøg med PCB, DDT og dieldrin, men de tegn på kronisk inflammation i de fleste af dyrene vi fandt kan godt være normalt forekommende hos den østgrønlandske isbjørn, og er nødvendigvis ikke relateret til en kronisk eksponering af organohalogener. Herudover kan det ikke konkluderes, om lipidakkumuleringen kan være et resultatet af højt spækindtag, faste, organohalogen toksisitet eller en kombination af disse. Det ville derfor være relevant at sammenligne de østgrønlandske isbjørne med ikke - eller eller meget lavt – eksponerede bjørne for at undersøge om sammenhængen mellem kontaminanter og histologiske forandringer er causal. En sådan undersøgelse kunne også tænkes udført som et kontrolleret effektstudium.
Det femte manuskript afrapporterer nyre- og binyrehistologi i henholdsvis 91 og 43 isbjørne fra perioden 1999-2002. 42% af disse udviste glomerulonefritis og/eller -sclerose samt hyalinisering af de tubulære basalmembraner. I et enkelt individ (7-årig hanbjørn) var der tubulære celleproliferationer (hyperplasi) i den corticomedullære overgang. I de fleste bjørne var der tubulær dråbeformig hyalin degeneration (protein) eller pigmentaflejringer (galde pigment, melanin, hæmoglobin eller nedbrydningsprodukter af plantemateriale, men ikke lipofuscin eller hæmosiderin) samt varierende grader af medullære hyalincylindre i lumen. Der var en signifikant sammenhæng mellem graden af nyreskader og medullære hyalincylindre, hvilket tyder på, at proteintabet øges i takt med graden af nyreskader (det kunne ikke konkluderes om dette havde en klinisk effekt på bjørnene). Herudover var der – uafhængigt af køn, alder og nyreskader – forskellige grader af mononucleære lymfohistiocytære celleinfiltrationer. De glomerulære og tubulære forandringer var de samme som er fundet hos forurenede vilde havpattedyr og fisk eksponeret for PCBer og østrogener, samt hos laboratoriedyr og industriarbejdere som kronisk er udsat for organisk kemikalieeksponering. Der var en klar aldersafhængighed i graden af nyreskader, og der var tegn på at gamle hunner udviste tydeligere nyreskader end gamle hanner. Materialet var dog ikke stort nok til at konkludere om dette var tilfældet, men det kunne godt tyde på, at kønsmodne hunner, på grund af fedtmobilisering under drægtighed og opfostring af unger, er mere følsomme for ydre påvirkninger, som f.eks. infektioner og organohalogener, sammenlignet med kønsmodne hanner. Vi fandt ingen sammenhæng mellem graden af nyreskader og individuelle koncentrationer af organohalogener. Ligeledes fandt vi heller ingen histopatologiske forandringer i binyrerne. På baggrund af ovenstående foreslår vi, at de nyreskader som vi har fundet i isbjørnene er en funktion af dyrenes alder, infektioner, sæsonbetinget faste og måske en langtidseksponering for organohalogener. Dette kan dog kun kan afgøres ved en undersøgelse af en ikke- eller laveksponeret kontrolgruppe eller i en kontrolleret forsøg med en phylogenetisk relevant topprædator.
Det sjette manuskript handler om de hunlige kønsorganer. Tidligere observationer af kønsmodne hunner (og unger) på Svalbared i 1990erne indikerede, at der kunne være en sammenhæng mellem relativt høje niveauer af organohalogen eksponering henholdsvis in utero og postnatalt, og forstørret klitoris og placering af urinrørsåbninger. Den 9. juli 1999 blev der skudt en 23-årig isbjørnehun udenfor Scoresbysund med forstørret klitoris. Prøver blev udtaget fra denne bjørn og gjorde det muligt for første gang nogensinde at undersøge en forstørret klitoris og tilhørende kønsorganer (ydre som indre) hos vilde isbjørne udsat for organiske miljøgifte. Den histologiske undersøgelse kunne tydeligt fastslå, at der var ikke var tale om pseudohermafroditisme, men derimod intens kronisk klitorisbetændelse som sandsynligvis er opstået under parring (traume) og senere er blevet forværret som følge af automotilitet (slik og bid). Den forstørrede klitoris – og resten af kønsorganerne samt kranie-BMD - blev sammenlignet med et reference materiale på 23 makroskopisk normale kønsmodne hunbjørne fra Østgrønland indsamlet i perioden 1999-2002. Denne sammenligning viste at hunbjørnen var normal og sandsynligvis drægtig. Herudover viste analyser, at hunbjørnen var genotypisk normal, og at koncentrationerne af organohalogener i subkutant fedtvæv var op til 3 gange lavere sammenlignet med referencegruppen, sandsynligvis som følge af mange drægtigheder og laktationsperioder. Det blev derfor konkluderet, at den forstørrede klitoris var opstået som følge af inflammation (betændelse), og at der dermed ikke var en relation til organohalogen eksponering som først antaget. På baggrund af dette er det tænkeligt, at ihvertfald nogle af de voksne hunbjørne med forstørret klitoris man har fundet på Svalbard, ikke har været pseudohermafroditter.
Således viste vore studier i nærværende afhandling tegn på, at der er sket et fald i koncentrationen af organohalogener i subkutant fedtvæv hos østgrønlandske isbjørne fra 1990 til 1999-2001. To af vores undersøgelsesparametre (FA og forstørret klitoris) viste ikke umiddelbart tegn på relationer til de relativt høje niveauer af organohalogener hos bjørnene. Til gengæld var der tydelige tegn på negative relationer mellem organohalogener og mineraltæthed i skeletsystemet (kranier), mens der i lever- og nyrevæv blev fundet forandringer som kunne relateres til alder, infektiøse agens, årstid samt måske organohalogener.
Hele rapporten (på engelsk) i pdf format (1.563 kB)
