Effects of cadmium on carbonic anhydrase activity and hemoglobin content of rat testes

Abstract

The cadmium-induced (Cd) damage of mammalian testes is thought to be correlated with an inhibition of carbonic anhydrase (CAH) by Cd. Since Cd causes dose-dependent changes in blood flow of the testes, an inhibition of CAH in the testes could be simulated by a decrease of CAH-rich erythrocytes. Therefore, CAH activities and hemoglobin (Hb) content were determined in blood and testes of untreated and Cd-treated Sprague-Dawley rats as well as in testes perfused via the testicular artery. Cd was intraperitoneally applied as CdCl₂ in single doses of 1.5, 3.0, and 5.0 mg Cd²⁺/kg b.w., respectively.

• 1. The experiments on perfused testes clearly demonstrated that the CAH activities originate from erythrocytes rather than from a tissue located enzyme.

• 2. The alterations in blood circulation occurring shortly (0.25–1.0 h) after the Cd administration were characterized by a dose-dependent, transient decrease (1.5 mg Cd²⁺/kg) as well as an increase (3.0 and 5.0 mg Cd²⁺, respectively) of the Hb content in the testes.

• 3. Independent of these minor alterations in a later state (14–24 h after 1.5 mg Cd²⁺/kg, 7–14 h after 3.0 mg Cd²⁺/kg, and 1–3 after 5.0 mg Cd²⁺/kg), Cd induced the well known hemorrhagic alterations of the testes with a high increase of Hb content and CAH activity.

• 4. By means of the correlations between CAH activities and Hb content in blood and testes an inhibition of the CAH by Cd as the primary cause for the tissue damage of the testes could largely be excluded.

Zusammenfassung

Die bei Säugetieren durch Cadmium (Cd) hervorgerufenen Hodenschäden beruhen angeblich auf einer Hemmung der Carboanhydratase (CAH). Da Cd dosisabhängig die Hodendurchblutung beeinflußt, könnte jedoch durch eine Verminderung der Zahl CAH-reicher Erythrocyten eine Hemmung der CAH im Hoden vorgetäuscht werden. Wir bestimmten deshalb CAH-Aktivitäten und Hämoglobin (Hb)-Gehalt im Blut und im Hoden von unbehandelten und Cd-behandelten Sprague-Dawley-Ratten. Entsprechende Untersuchungen wurden an Ratten-Hoden durchgeführt, die vorher über die a. testicularis perfundiert worden waren. Die Ratten erhielten Cd intraperitoneal als CdCl₂ jeweils in Einzeldosen von 1,5, 3,0 und 5,0 mg Cd²⁺/kg Körpergewicht.

• 1. Die Untersuchungen an perfundierten Hoden zeigten deutlich, daß die im Hodengewebe bestimmten CAH-Aktivitäten nicht einer Hoden-CAH sondern vielmehr der Erythrocyten-CAH zuzuordnen sind.

• 2. Bei den Cd-behandelten Ratten beobachteten wir kurze Zeit (0,25–1,0 h) nach der Cd-Zufuhr zunächst reversible Durchblutungsänderungen. Sie bestanden in Abhängigkeit von der Cd-Dosis sowohl in einer vorübergehenden Abnahme (1,5 mg Cd²⁺/kg) als auch in einer Zunahme (3,0 bzw. 5,0 mg Cd²⁺/kg) des Hb-Gehaltes im Hoden.

• 3. Unabhängig von diesen geringfügigen Durchblutungsänderungen kam es später (14–24 h nach 1,5 mg Cd²⁺/kg, 7–14 h nach 3,0 mg Cd²⁺/kg und 1–3 h nach 5,0 mg Cd²⁺/kg) zu den bekannten hämorrhagischen Hodenveränderungen mit einer starken Zunahme des Hb-Gehaltes und der CAH-Aktivität.

• 4. Anhand der Korrelationen zwischen CAH-Aktivität und Hb-Gehalt im Blut und im Hoden konnte eine Hemmung der CAH als primäre Ursache der Cd induzierten Hodenschäden ausgeschlossen werden.