Ultrastructural study of the hypothalamus in mice chronically treated with manganese / Estudio ultraestructural del hipotálamo de ratones tratados crónicamente con manganeso

ABSTRACT

Manganese (Mn) is an essential metal that is an integral part of some metalloproteins and acts as a cofactor of several enzymes. Mn is able to cross the blood-brain barrier and enter the nervous system. It has a low toxicity but exposure to high concentrations or for prolonged periods of time produce neurological disorders in humans that initially cause hallucinations and compulsive behaviour followed by stiffness, muscle weakness, ataxia, memory loss and a tremor resembling Parkinson’s disease. This study assessed the ultrastructural alterations produced in the hypothalamus of male albino mice injected intraperitoneally with MnCl2 (5 mg Mn/Kg/day) and a control group injected with NaCl 0.9% (0.1 mL) daily for 9 weeks. The animals were sacrificed by cervical dislocation. The hypothalamus was extracted and subsequently processed to be observed on the conventional transmission electron microscope at 2, 4, 6 and 9 weeks of treatment. After 2 weeks it was observed a slight disruption of the Golgi apparatus and the myelin fibers. After 4 weeks the disorganization was accentuated and dilatation of the endoplasmic reticulum (ER) and alterations of mitochondria were observed. After 6 weeks the normal pattern of the myelin sheath was lost. After 9 weeks of treatment it was found swollen mitochondria with lost of crystae, a marked dilatation of rough and smooth endoplasmic reticulum and dendrites with a high degree of swelling. These results suggest that the neurotoxic effect of Mn increases as time of exposure passes and produces ultrastructural alterations of nerve cells in the hypothalamus.

RESUMEN

El manganeso (Mn) es un metal esencial que forma parte de algunas metaloproteínas y actúa como cofactor de varias enzimas. El Mn es capaz de atravesar la barrera hematoencefálica e ingresar al sistema nervioso. Presenta baja toxicidad, pero la exposición a altas concentraciones o por tiempos prolongados produce alteraciones neurológicas en humanos que inicialmente provocan alucinaciones y conducta compulsiva seguidas por rigidez, debilidad muscular, ataxia, pérdida de la memoria y temblor, síntomas similares a los de la enfermedad de Parkinson. En el presente estudio se evaluaron los efectos tóxicos del Mn sobre la ultraestructura del hipotálamo de ratones. Se inyectaron intraperitonealmente ratones albinos machos con MnCl2 (5 mg Mn/Kg/día durante 9 semanas). El grupo control recibió NaCl 0,9% (0,1 mL/dosis). Los animales se sacrificaron por dislocación cervical, extrayéndose y disecándose el hipotálamo, que posteriormente se procesó para realizar observaciones al microscopio electrónico de transmisión convencional a las 2; 4; 6 y 9 semanas de tratamiento. A las 2 semanas, se observó ligera desorganización en el aparato de Golgi y en las fibras mielínicas. A las 4 semanas, se acentuó la desorganización y se comenzó a observar dilatación del retículo endoplasmático liso y rugoso asi como mitocondrias alteradas. A las 6 semanas, se encontró pérdida del patrón normal de la cubierta mielínica. Finalizadas las 9 semanas de tratamiento, se observaron mitocondrias hinchadas con pérdida de las crestas, dilatación acentuada del retículo endoplasmático rugoso y liso y dendritas con cierto grado de edema. Estos resultados parecen indicar que el efecto neurotóxico del Mn aumenta a medida que transcurre el tiempo de exposición para producir alteraciones ultraestructurales de las células nerviosas del hipotálamo.