A dose response study following in utero and lactational exposure to di-(2-ethylhexyl)phthtalate (DEHP):: Effects on reproductive development and function of female offspring rats

Abstract

Phthalates, a class of chemicals used as plasticizers, have attracted special attention because their high-volume production, ubiquitous environmental presence and possible association with adverse reproductive health outcomes. Di-(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) is the most common phthalate plasticizer used in the manufacture of a broad range of consumer goods. Although there is some evidence of female reproductive toxicity in adult animals, little is known about the effects of developmental exposure to these compounds on females. We performed an extensive dose response study following in utero and lactational exposure to DEHP and evaluated the reproductive effects on female offspring rats. Two wide ranges of doses which included dose levels relevant for human exposure, as well as high doses typically used in toxicological studies were tested. Female Wistar rats were treated daily with DEHP and peanut oil (vehicle control) by gavage from gestation day 6 to lactation day 21. The low-doses were: 0.015, 0.045, 0.135, 0.405 and 1.215 mg DEHP/kg bw/day and the high-doses were: 5, 15, 45, 135 and 405 mg DEHP/kg bw/day. At the dose levels tested, no signs of maternal toxicity were observed. A significant delay in the age at vaginal opening (approximately 2 days) was observed at 15 mg DEHP/kg bw/day and higher doses, as well as a trend for a delay in the age at first estrus at 135 and 405 mg DEHP/kg bw/day (approximately 2 days). Anogenital distance and nipple development were unaffected. Liver enlargement (characteristic of phthalate exposure in rats) was limited to the 135 and 405 mg DEHP/kg bw/day doses. In addition, an increase in liver and kidney weight was detected in dams (PND 22) at the highest dose (405 mg/kg/day). At adulthood, no effects on organ (liver, kidney, spleen, thymus, thyroid, ovary and uterus) or body weights were detected. Females presented a normal pattern of estrous cyclicity with no hormonal alterations (serum estradiol and progesterone). A statistically significant increase in tertiary atretic follicles was observed at the highest dose (405 mg/kg DEHP/day). Morphometric analysis of uterus and vagina luminal epithelial cell height were unaffected by treatment. Overall, these results indicate that developmental DEHP exposure can delay the onset of puberty in female offspring rats at doses that induce similar effects in males. However, the reproductive endpoints investigated during adulthood were largely unaffected in female offspring.

Phthalate, eine Gruppe von Chemikalien, die als Plastikweichmacher verwendet werden, haben auf Grund ihres hohen Produktionsvolumen, ihres ubiquitären Vorkommens in der Umwelt und möglicher Zusammenhänge mit Fruchtbarkeitsstörungen beim Menschen, besondere Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Diethylhexylphthalat (DEHP), der am meisten verwendete Weichmacher auf Phthalatbasis, wird in den unterschiedlichsten Produkten des täglichen Lebens eingesetzt. Obwohl DEHP in tierexperimentellen Studien reproduktionstoxische Eigenschaften bei erwachsenen weiblichen Nagern zeigte, existieren kaum Informationen über mögliche toxische Wirkungen nach Exposition gegenüber diesen Substanzen während der Entwicklung. Daher haben wir eine umfassende Studie zur Dosis-Wirkungsbeziehung von DEHP nach Exposition während der intrauterinen Entwicklung und der Laktationsperiode durchgeführt, in welcher die Wirkung der Substanz auf das Reproduktionssystem der weiblichen Nachkommen untersucht wurde. Hierfür wurden sowohl niedrige Dosierungen, die sich im Bereich der Konzentrationen bewegen, denen Menschen in der Umwelt ausgesetzt sind, als auch hohe Dosierungen, welche üblicherweise in toxikologischen Studien untersucht werden, verwendet. Weibliche Wistar Ratten wurden täglich von Tag 6 der Trächtigkeit bis Tag 21 der Laktation per Schlundsonde mit in Erdnussöl gelöstem DEHP behandelt. Im niedrigen Dosisbereich wurden 0,015, 0,045, 0,135, 0,405 und 1,215 mg DEHP/kg Körpergewicht verabreicht. Der hohe Dosisbereich umfasste 5, 15, 45, 135 und 405 mg DEHP/kg Körpergewicht. Bei keiner der angewandten Dosierungen wurde eine maternale Toxizität beobachtet. Bei den weiblichen Nachkommen konnte eine signifikante Verzögerung (ca. 2 Tage) des Eintritts der Vaginalöffnung in der 15 mg DEHP Dosisgruppe und in allen höheren Dosisgruppen festgestellt werden. Darüber hinaus zeigte sich nach Behandlung mit 135 und 405 mg DEHP eine Tendenz für einen verspäteten Eintritt der ersten Östrusphase (ca. 2 Tage). Es konnte kein Einfluss auf Anogenitaldistanz und Entwicklung der Brustwarzen festgestellt werden. Eine für die Behandlung von Ratten mit Phthalaten charakteristische Lebervergrößerung war auf die Dosisgruppen 135 und 405 mg DEHP/kg beschränkt. Bei den Muttertieren zeigte sich an Tag 22 postnatal in der höchsten Dosisgruppe (405 mg DEHP/kg) eine Erhöhung des Leber und Nierengewichts. Im Erwachsenenalter wurden bei den Nachkommen weder Effekte auf die Körpergewichte noch auf die Gewichte von Leber, Niere, Milz, Thymus, Schilddrüse, Ovar und Uterus beobachtet. Die Tiere zeigten einen normalen Sexualzyklus und physiologische Serumkonzentrationen von Östradiol und Progesteron. Die Zählung der Ovarialfollikel ergab jedoch eine statistisch signifikante Erhöhung der atretischen Tertiärfollikel in der höchsten Dosisgruppe. Die morphometrische Auswertung der Epithelhöhe in Vaginal- und Uteruslumen ergab keine Veränderungen. Zusammenfassend weisen die Ergebnisse darauf hin, dass die Behandlung mit DEHP während der Entwicklung bei weiblichen Nachkommen der Ratte zu einem verzögerten Eintritt der Pubertät führen kann. Dies wurde in Dosisbereichen beobachtet, in denen ähnliche Effekte bei männlichen Nachkommen festgestellt wurden. Die Behandlung hatte jedoch keinen Einfluss auf Reproduktionsparameter, die im Erwachsenenalter der Tiere untersucht wurden.