Trihalomethanes formation in Drinking Water in Khartoum State – Sudan and their impact on Hematological and Biochemical parameters and Tissue Histology in Wistar Rats

Abstract

ABSTRACT This study was conducted at the Department of Biochemistry and Molecular Biology, Faculty of Science and Technology, University of Alneelain to detect firstly, the formation of the THMs (chloroform, bromoform, chlorodibromomethane and bromodichloromethane) in drinking water supplies of Khartoum State - Sudan, for the first time in order to provide reliable information about their occurrences for better water quality and management. Secondly, animal experiment studies were conducted to investigate further the THMs impact on some hematological, biochemical parameters as well as the histological structure in Wistar rats, when THMs were administered in drinking water. A total of 32 tap water samples were collected four times during June - July 2014from eight different locations in Khartoum Stateto detect THMs concentrations, by means of Gas chromatography, and the effect of the free chlorine, pH, temperature and turbidity on their formation. In the experimental animal studies, a first set of eighteen healthy male Wister rats were used, their weights from 124 to 208 g, rats were divided into three equal groups of similar weights. Two groups were treated with chloroform and bromoformconcentration of 750ppm and dose of 38.72 and 140.96 mg/kg per day respectively, while the third group was kept as control. A secondset of experiment with eighteen Wister rats were used, their weights ranged from 52 to 128 g, they were divided into three equal groups. Two groups were treated with BDCM and DBCM of 0.5 and 0.7 g/l and doses of 88.67 and 119.26 mg/kg per day respectively, while the third group was kept as control. In both experiments; THMs were mixed with the drinking water of the treated groups for a month. The resultsindicated significantly (P<0.05) higher concentration of THMs in Almanara (81μg/L), but concentrations still below the WHO and SSMO described maximum allowable limit. The detection of THMs revealed that chloroform was the predominant followed by BDCM and CDBM.The results of blood cells count showed significant (P<0.05) decreasing count in treated group for (RBCs) count. Nevertheless, hemoglobin concentration total mean value of both chloroform and bromoform treated group was significantly (P<0.05) higher compared to control, respectively. Regarding lymphocytes total mean values; the results revealed significant (P<0.05) decreasing levels in all THMs treated groups compared to control group except for the DBCM group.Furthermore, monocytes and granulocytes count total means significantly (P<0.05) increased in both chloroform and bromoform treated groups. In respect to biochemical effect of THMs on blood enzyme in the present study when administered in the drinking water of rats for a month concluded that chloroform and bromoform significantly (p<0.05) reduced blood creatinine level while bromoformsignificantly (p<0.05) increased uric acid and reduced blood albumin significantly (p<0.05) whereas chloroform significantly (p< 0.05) elevated SGOT level. Both CDBM and BDCM significantly (p<0.05) lowered blood total protein level and also albumin produced significant (p<0.05) albumin reduction, but increased SGOT significantly (p<0.05), while BDCM reduced significantly (p<0.05) alkaline phosphatase blood enzyme level. In the current study results, CDBM significantly (p<0.05) increased urea and reduced uric acid in blood. The demonstration of chloroform administered in drinking water induced toxicity to the liver, hyperplasia in the urinary bladder and metaplasia in the small intestine of rats, but did not affect the kidney. Moreover, results indicate that BDCM induced toxicity in the liver, kidney, bladder and small intestine, but not in the rectum. The demonstration of bromoform administered in drinking water inducing toxicity of liver, kidney, and intestine of rats, this concept may be supported by the occurrence of bromoform-induced tumors in the liver.The body weight was not affected from the starting of the experiment towards the last week for the THMs treated groups since the total mean of all THMs treated groups water consumption was significantly lower compared to control.

المستخلص أجريت هذه الدراسة بقسم الكيمياء الحيوية والأحياء الجزيئية بكلية العلوم والتقانة، جامعة النيلين، اولا للكشف عن تكون الميثينات ثلاثية الهاليد (الكلوروفورم، بروميد الميثين ثنائي الكلور، كلوريد الميثين ثنائي البروم والبروموفورم ) لاول مره في مياه الشرب بولاية الخرطوم – السودان، وذلك للحصول علي المعلومات الموثوقه عن حدوثها لتحسين جودة وادارة المياه. ثانيا اجريت الدراسات علي حيوانات التجارب لتقصي اأثر الميثينات ثلاثية الهاليد على بعض قياسات الدم والكيمياء الحيوية والتغيير في تراكيب الأنسجة الذي تحدثه هذه المركبات في الفئران عندما تضاف لمياه الشرب. إثنين وثلاثين عينة مياه شرب تم جمعها اربع مرات خلال يونيو ويوليو 2014، مأخوذة من ثمانية مواقع في ولاية الخرطوم لقياس تركيز الميثينات ثلاثية الهاليد باستخدام الغاز كروماتوغراف ولمعرفة تاثير الكلور الحر، الباهاء،درجة الحراره والعكاره. في الدراسات التجريبيه علي الحيوانات، تم استخدام مجموعه اولي من ثمانية عشر فأراً ذكراً معافاً من النوع الحوري تزن (124 و 208 جراماً)، تم تقسيمها إلى ثلاث مجموعات متساويه بأوزان متقاربة، تمت معالجة مجموعتين بالكلوروفورم لإحداها والبروموفورم للأخرى بتراكيز 750 جذء من المليون لكل وجرعات .7238 و 140.96ملجرام/كيلوجرام في اليوم علي التتابع، بينما تركت المجموعة الثالثة كمجموعة تحكم، ثم استخدمت مجموعه اخري من ثمانية عشر فأراً أيضاً أوزانها بين (42 و128 جراماً) تم تقسيمها لثلاث مجموعات متساويه بأوزان متشابهة، مجموعتان عولجت الأولى ببروميد الميثين ثنائي الكلور، والأخرى بكلوريد الميثين ثنائي البروم، بتراكيز.5 0 و0.7 جرام/ لتر وجرعات 88.67و 119.26 ملجرام/ كيلوجرام في اليوم علي التتابع بينما أحتفظ بالثالثة كمجموعة تحكم. في كلتا التجربتين تم مزج الميثينات ثلاثية الهاليد مع مياه الشرب الخاصة بالمجموعات المراد معالجتها لمدة شهر جمعت خلاله عينات الدم لتشخيص كريات الدم البيضاء الكلية والتفريقية والهيموغلوبين، وحساب كريات الدم الحمراء، وإنزيمات وظائف الكبد ووظائف الكلى، ثم حفظت الأنسجة بعد الإماتة لعمل التشخيص النسيجي. وأظهرت نتائج قياس الميثينات ثلاثية الهاليد ارتفاعا" معنويا في المناره حيث كان أعلى تركيز (81 ميكروغرام لكل لتر) ، الا انه ظلت كل التراكيب التي قيست أقل من الحد الأعلى المسموح، الموصوف من قبل منظمة الصحة العالمة والهيئة السودانية للمواصفات والمقاييس كما اظهر الكشف عن المركبات في المياه أن الكلوروفورم هو السائد يليه بروميد الميثين ثنائي الكلور ثم كلوريد الميثين ثنائي البروم ثم البروموفروم أخيراً، والذي لم يتم إيجاده في العديد من العينات. أظهرت نتائج حساب خلايا الدم إنخفاضاً ذو أثراً معنوياً في حساب كريات الدم الحمراء للمجموعة المعالجة بالكلوروفورم. المتوسطات الكلية للهيموغلوبين بالنسبة للمجموعتين المعالجتين بالكلورفورم والبروموفورم كانت أعلى معنوياً مقارنةً مع مجموعة التحكم. عندما أضيف البروموفورم أظهر زيادةً معنوية في متوسط تركيز الهيموقلوبين الحبيبي في الأسبوع الثاني. بالنسبه لحساب الخلايا الليمفاوية فقد أظهرت إنخفاضاً معنوياً في في كل المجموعات المعالجة عدا المجموعة التي تعرضت لكلوريد الميثين ثنائي البروم اما البروموفورم والكلوروفورم فقد أظهرا زيادة ذات أثر معنوي في المتوسط الكلي للخلايا وحيدة النوية والخلايا المحببة للمجموعات المعالجة مقارنة مع مجموعة التحكم. فيما يتعلق بالتاثير الكيمو احيائي للميثينات الثلاثيه الأثر الكيموحيوي للميثينات ثلاثية الهاليد المضافة في مياه شرب الفئران لمدة شهر على إنزيمات الدم في الدراسة الحالية خلصت لأن كلٌ من الكلوروفورم والبروموفورم خفضا مستوى الكرياتينين في الدم بصورة ذات أثر معنوي، بينما تسبب البروموفورم في رفع حمض البول في الدم بصورة معنوية وانخفاض ذو أثر معنوي في ألبيومين الدم. بينما تسبب الكلوروفورم في أرتفاع معنوي في نشاط الألانين ترانز أمينيز في الدم، أما بروميد الميثين ثنائي الكلور وكلوريد الميثين ثنائي البروم فكلاهما تسبب في تقليل البروتين الكلي في الدم بصورة معنوية وأيضاً أديا إلى إنخفاض معنوي في مستوى الألبيومين الا أنها زادت بصورة معنويه نشاط الاسبارتيت ترانز امينيز في الدم . بالإضافة لأن كلوريد الميثين ثنائي البروم قد أدى إلى الأنزيم تخفيض مستوى نشاط الألكالاين فوسفاتيز بصورة معنوية. أظهرت نتائج التحليل النسيجي لإضافة الكلوروفورم في مياه الشرب للفئران لمدة شهر أنه تسبب في سمية في الكبد وتضخم في المثانة وحؤول في الإمعاء الدقيقة بينما لم تتأثر الكلى، أما إضافة البروموفورم في مياه الشرب فأظهرت تسببه في السُمية في كل من الكبد والكلى والإمعاء للفئران، كما أظهر البروموفورم ميل أعظم للاستقلاب كما أنه مسرطن أقوى من بقية الميثينات ثلاثية الهاليد الأخرى بما فيها المحتوية على البروم، وهذا المفهوم يعضده حدوث الأورام بسبب البروموفورم في الكبد، ولكن ليس في الأمعاء أو الكلى. لم تتأثر أوزان الفئران منذ بداية التجربة