Caracterização química e avaliação dos efeitos toxicológicos in silico, in vitro e in vivo do carvão betuminoso e sub-betuminoso da Colômbia

Abstract

A Colômbia é o país com as maiores reservas de carvão da América Latina, localizadas principalmente no norte do país, na região da Costa Atlântica. Nos departamentos de La Guajira, Cesar e Córdoba são encontrados 90% do carvão térmico. Nestas regiões, a mineração de carvão acontece a céu aberto, ocorrendo a liberação de material particulado com uma mistura de compostos químicos no ambiente. Esta mistura complexa está associada à indução de efeitos genotóxicos em diferentes organismos. Ainda assim, é pouca a informação da composição química e dos efeitos biológicos gerados pelo carvão da Colômbia. O objetivo deste trabalho foi caracterizar os principais compostos químicos do carvão betuminoso da mina El Cerrejón e sub-betuminoso da mina La Guacamaya, Colômbia, e avaliar seus efeitos biológicos utilizando modelos in sílico, in vitro e in vivo. A caracterização das amostras de carvão identificou os principais óxidos inorgânicos, elementos inorgânicos e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. Alguns destes compostos podem induzir a geração de Espécies Radicais de Oxigênio (ERO), que leva a estresse oxidativo, e provoca a interrupção do ciclo celular como reação aos danos no DNA Além disso, os carvões betuminoso e sub-betuminoso da Colômbia induzem citotoxicidade, lesões primárias no DNA e instabilidade cromossômica em níveis similares, associadas ao dano oxidativo detectado in vitro. Da mesma forma, foi demostrado in vivo que a inalação subaguda de carvão sub betuminoso, produz acumulação de pó de carvão no tecido do pulmonar, resultando na indução de ERO e lesões primárias no DNA em células do sangue periférico e pulmão, além de provocar um aumento nos níveis das defesas antioxidantes e a liberação de citocinas pró-inflamatório. Em conclusão, os efeitos observados in sílico, in vitro e in vivo estão relacionados com a capacidade de alguns compostos químicos do carvão da Colômbia de induzir a geração de estresse oxidativo celular e tecidual.

Colombia has the largest coal reserves in Latin America. Mineral reserves are located mainly in the north (Caribbean region), where 90% of the thermal coal is located in the departments of La Guajira, Cesar, and Córdoba. In these regions, coal mining is open-pit, which is related to the release of particulate material into the environment with a mixture of chemical compounds. This complex mixture is associated with thegenotoxic effects in different organisms. However, the information about chemical composition and biological effects generated by coal in Colombia is scarce. Our objective was to characterize the main chemical compounds of the bituminous coal from El Cerrejón and sub-bituminous mine from La Guacamaya mine in Colombia and to evaluate the biological effects using in vitro, in vitro, and in vivo models. Characterization of the carbon samples identified the main inorganic oxides, inorganic elements, and polycyclic aromatic hydrocarbons Some of these compounds may induce the generation of ROS, which leads to oxidative stress and cause cell cycle disruption as a reaction to DNA damage. In addition, bituminous and subbituminous coals induce cytotoxicity, primary DNA damage, and chromosomal instability at similar levels associated with oxidative damage detected in vitro. Likewise, it has been shown that subacute inhalation of sub-bituminous carbon, produces accumulation of coal dust in lung tissue in vivo. This leads to the induction of ROS and, consequently, causes oxidative stress, primary lesions in the DNA in cells of the peripheral blood and lung. In addition, it causes increased levels of antioxidant defenses and markers of oxidative damage, as well as the release of proinflammatory cytokines. In conclusion, the effects observed in vitro, in vitro and in vivo are related to the ability of some chemical compounds of coal in Colombia to induce oxidative stress.