a 90-day oral toxicity study of tartrazine, a synthetic food dye, in wistar ...

9 downloads 0 Views 604KB Size Report
Mar 30, 2011 - 1: Université Mohamed Ier, Faculté des Sciences, Laboratoire de ..... data reported by Ashour and Abdelaziz (2009) 36 who observed a.
International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences ISSN- 0975-1491

Vol 3, Suppl 3, 2011

Research Article 

A 90­DAY ORAL TOXICITY STUDY OF TARTRAZINE, A SYNTHETIC FOOD DYE, IN WISTAR RATS    IMANE HIMRI 1 *, SAID BELLAHCEN 2, FAIZA SOUNA 1, FATIMA BELMEKKI 2, MOHAMMED AZIZ 2, MOHAMED  BNOUHAM 2, JOUHAR ZOHEIR 3, ZOLIKHA BERKIA 4, HASSANE MEKHFI 2, ENNOUAMANE SAALAOUI 1  : Université Mohamed Ier, Faculté des Sciences, Laboratoire de Biochimie, 2 : Université Mohamed Ier, Faculté Des Sciences, Laboratoire  De Physiologie Et Ethnopharmacologie, 3 : Laboratoire d’Analyse Zoheir, Oujda, 4 : Cabinet d’Anatomie Pathologique, Oujda 

1

Received: 28 Feb 2011, Revised and Accepted: 30 March 2011  ABSTRACT  The following study is about Tartrazine (E 102) which is known  as an azo dye used in food products, drugs and cosmetics. As a  part of the safety  assessment of Tartrazine, a 13‐week subchronic oral toxicity study was performed on Wistar rats of both sexes. The animals were divided into 5  groups of 6 animals each, 3 of each sex, and fed a diet containing 5, 7.5, or 10 mg/kg b.w, of Tartrazine and 3.75 mg/kg b.w, of Sulfanilic acid.   There were no treatment‐related adverse effects with regard to body weight, food and water consumption. Their blood samples were analyzed for  hematological  measurements,  Glucose,  Creatinine,  Blood  urea  nitrogen,  Cholesterol  total,  Triglecerid,  alanine  aminotransferase,  aspartate  aminotransferase. The Stomach, Jejunum, Liver, Kidneys tissues were also processed for histological examination.   The present study shows that Tartrazine and Sulfanilic acid induced a morphological change from the discoid shape to an echinocytic form in rat  RBCs. Relative weights of the liver were significantly increased in group treated with 10 mg/kg b.w, of Tartrazine.  Our data showed a significant  increase in GLU, CREA, CHOL, TG, AST, and total Protein in serum of rats treated with Tartrazine and Sulfanilic acid compared to control rats and  these significant changes were more apparent in high doses than low ones. The histopathological changes of Liver and Kidney were in accordance  with the biochemical findings.  Keywords: Tartrazine, Subchronic toxicity, Hepatotoxicity, Nephrotoxicity, Wistar rats.    INTRODUCTION  Food  additives  are  products  added  to  the  basic  foodstuffs  with  an  aim of improving its aspect, savour, taste, colour, texture, food value  and conservation.   Food  dyes  are  added  with  a  principal  aim  to  give  a  colour  to  a  foodstuff,  or  to  restore  its  natural  colour.  From  the  organoleptic  point of view, the visual aspect is an important factor for the choice  of  the  products  by  the  consumer.  Thus,  the  synthetic  food  dyes  occupy an important place in the class of the essential additives for  food  industry  in  the  conquest  of  markets.  Among  the  food  dyes  which are widely used is Tartrazine. It is an orange‐coloured,  water  soluble powder used  worldwide as food additives to colour several  foods, drugs and cosmetics.  It has the following chemical structure  illustrated in Fig.1.  

The  study  of  the  carcinogenetic  and  mutagenetic  effects  of  Tartrazine  were  established  by  some  authors  which  gives  variable  results 6‐16.  When the Tartrazine reaches the intestine, it can undergo metabolic  reduction  by  intestinal  microflora  17,  and  the  reductive  cleavage  products are rapidly absorbed 18.   Following  reductive  cleavage  of  the  azo  linkage  by  intestinal  bacteria,  Sulfanilic  acid  and  aminopyrazolone  are  produced.  The  pyrazolone  fragment  is  further  degraded  by  intestinal  bacteria  to  yield a second molecule of Sulfanilic acid 19.  The  studies  described  here  were  performed  to  investigate  the  oral  subchronic toxicity of Tartrazine in Wistar rats.  MATERIALS AND METHODS 

 

Chemicals  Tartrazine (CAS 1934‐21‐0, Purity 86.7%), Sulfanilic acid (CAS  122‐ 57‐3,  Purity)  were  purchased  from  Alfa  Aesar  (Germany),  Sigma‐ Aldrich (Japan) respectively.  Animals and housing  Male and female Wistar rats weighing between 170 and 200 g were  housed  in  a  controlled  room  with  a  12  h  light‐dark  cycle  and  temperature of 22 ± 2°C (animal house of the department of biology,  faculty of sciences, Oujda, Morocco). They were kept in transparent  polypropylene  cages  with  free  access  to  water  and  dry  rat  pellets  feeds (Societé SONABETAIL, Oujda, Morocco).  Experimental design  Fig. 1: Chemical structure of Tartrazine (trisodium salt of 3­ carboxy­5­hydroxy­ 1­(p­sulphophenyl)­4­(p sulphophenylazo)  pyrazole   

Moreover, this food colorant is used in cooking in many developing  countries  as  a  substitute  for  saffron  1.  The  Acceptable  Daily  Intake  (ADI) for humans is 0‐7.5 mg kg‐1 body weight 2.  Tartrazine  has  been  implicated  as  the  food  additive  which  is  most  often  responsible  for  allergic  reactions  in  specific  human  populations 3,4,5. 

The animals were divided into 5 groups of 6 animals each, 3 of each  sex. All animals were treated by daily oral gavage for 90 days with a  volume of 10ml/kg. Tartrazine and Sulfanilic acid were dissolved in  distilled  water.  Tartrazine  was  administered  at  5,  7.5,  or  10  mg/kg  b.w.  Sulfanilic  acid  was  administered  at  3.75  mg/kg  b.w.  For  the  control group it was administered with distilled water.  The animals were observed daily for general conditions. They were  weighed  once  every  ten  days  during  the  administration  period,  on  the first and the last days of the period, and on the day of necropsy.  Daily food consumption was measured once a week.  

Himri et al.  Int J Pharm Pharm Sci, Vol 3, Suppl 3, 2011, 159­169 At the end of week 13, all rats were deprived of food, but not water,  overnight and then blood samples were collected via the abdominal  aorta  for  hematology  and  serum  biochemistry.  Animals  were  then  killed by exsanguination from the abdominal aorta.  

Organ  weights  were  obtained  for  the  heart,  lung,  liver,  spleen,  and  stomach.  The  left  and  right  kidneys  were  weighed  separately.  Relative  organ  weights  were  calculated  based  on  body  weights  measured on the day of sacrifice. 

Hematology 

A portion of each organ was fixed in 10% neutral buffered formalin  for  histopathology,  and  was  further  processed  using  standard  method.  The micro‐sections of 5 µm thicknesses were stained with  hematoxylin–eosin  and  the  prepared  slides  were  examined  under  light microscope for histopathological. 

Hematological  measurements  and  calculations  were  performed  by  using  Coulter®  AC·T  5diff  Hematology  Analyzer  (Beckman  Coulter  Inc.,  Fullerton, CA, USA). Hematological evaluations included red blood cell  count  (RBC),  hemoglobin  concentration  (HGB),  hematocrit  (HCT),  mean  corpuscular  volume  (MCV),  mean  corpuscular  haemoglobin  (MCH), mean corpuscular hemoglobin concentration (MCHC), red cell  volume distribution (RDW), blood platelet count (PLT), mean platelet  volume  (MPV),  and  white  blood  cell  count  (WBC),  differential  leukocyte percentage and reticulocyte ratio were measured. 

Statistical analysis  Data  are  presented  in  tables  or  figures  as  the  mean  ±  SEM.  The  statistical  significance  of  the  differences  between  control  and  experimental  groups  was  evaluated  by  Student’s  t‐test  using  GraphPad Instat 3.06 26 

For  morphological  examination  differential  counts  of  leukocytes  were  made  by  light  microscopical  observation  of  smear  specimens  stained with a routine May– Glünwald–Giemsa protocol. 

RESULTS  Clinical  observations,  Body  weight,  Organ  weights  and  intake  food 

Clinical biochemistry 

Compared to the water control group, treatment with Tartrazine and  Sulfanilic acid did not affect mortality, clinical signs, intake food and  body  weights.  Body  weight  curves  for  Wistar  rats  during  the  treatment  period  are  shown  in  Fig.2.  Data  for  the  intact  food  and  Organ weight are shown in Table 1.  

Clinical chemistry determinations were performed by using ILab 300  (Instrumentation  Laboratory  Corporate  Headquarters,  Barcelona,  Spain).  Parameters  included  Aspartate  aminotransferase  (AST),  Alanine  aminotransferase  (ALT),  blood  urea  nitrogen  (BUN),  CREatinine  (CRE),  GLUcose  (GLU),  Total  CHOlesterol  (T‐CHO),  Triglyceride (TG), Total Protein (TP). 

With regard to organ weights, statistically significant decrease of the  absolute right kidney weight and increases of the relative weight of  the  liver  were  observed  in  group  treated  with  10  mg/kg  b.w  of  Tartrazine.  Moreover,  absolute  lung  and  stomach  weights  were  significantly  increased  in  group  treated  with  3.75  mg/kg  b.w,  of  Sulfanilic acid. 

Activity  of  serum  ALT  and  AST  were  determined  by  the  method  of  Henry and al. (1960)  20. Total protein was determined according to  the  method  of  Gornall  and  al.  (1949)  21.  Urea  was  determined  in  serum  by  the  method  of  Tiffany  and  al.  (1972)  22.  Creatinine  in  serum  was  estimated  by  the  method  of  Fabiny  and  al.  (1971)  23.  Total cholesterol was estimated in serum by enzymatic colorimetric  method  according  the  method  of  Allain  and  al.  (1974)  24.  Triglycerides  in  serum  were  estimated  by  enzymatic  colorimetric  method of Trinder (1969 a)  25 a. Glucose concentration in serum was  estimated  by  enzymatic  colorimetric  method  according  to  Trinder  (1969 b) 25 b.  

Hematological examination  Hematology  results  after  the  treatment  period  did  not  revealed  significant  changes  in  group  control  and  group  treated  with  10  mg/kg  b.w  of  Tartrazine.  But  we  revealed  a  significantly  higher  mean platelet volume, neutrophile and basophile; and a significantly  lower  blood  platelet  count  in  group  treated  with  7.5  mg/kg  b.w  of  Tartrazine.  In  group  treated  with  3.75  mg/kg  b.w  of  Sulfanilic  acid  changes  included  a  significantly  lower  blood  platelet  count,  neutrophile,  lymphocyte,  monocyte,  basophile,  and  eosinophile.  Hematology data are shown in Table 2. 

Clinical pathology and histopathology  At  the  end  of  the  treatment,  animals  were  exsanguinated  by  transecting the abdominal aorta. The body surface, the intrathracic,  intra‐abdominal organs and tissues were observed macroscopically. 

Body weight curves of wistar rats fed different concentration of Tartrazine diets for 90 days

350,00 300,00 250,00

Group control 5 mg/ (kg BW) of Tartrazine 7.5 mg/ (kg BW) of Tartrazine 10 mg/ (kg BW) of Tartrazine 3.5 mg/ (kg BW) of Sulfanilic acid

200,00 150,00 100,00 50,00

,0 0 90

,0 0 80

,0 0 70

,0 0

,0 0

,0 0

,0 0 60

50

40

30

,0 0 20

-

10

,0 0

-

  Fig. 2: Body weights of Wistar rats treated orally with different concentration of Tartrazine and Sulfanilic acid for 90 days.    160 

Himri et al.  Int J Pharm Pharm Sci, Vol 3, Suppl 3, 2011, 159­169 Table 1: Intact food and organ weight for Wistar rats sacrificed on day 90 of subchronic feeding of Tartrazine and Sulfanilic acid  

Group control 

Intact food (g)  Absolue (g)  Liver  Right kidney  Left kidney   Heart   Lung  Stomach   Spleen  Relative (g/100g BW)  Liver  Right kidney  Left kidney   Heart   Lung  Stomach   Spleen 

9.19 ± 0.39    7.12 ± 0.62  0.75 ± 0.04  0.76 ± 0.05  0.81 ± 0.03  1.57 ± 0.06  2.25 ± 0.12  0.55 ± 0.03    2.86 ± 0.10  0.304 ± 0.008  0.311 ± 0.009  0.33 ± 0.018  0.65 ± 0.04  0.925 ± 0.05  0.22 ± 0.012 

5 mg/ (kg BW) of  Tartrazine  10.18 ± 0.60   7.07 ± 0.37 0.71 ± 0.04 0.69 ± 0.05 0.86 ± 0.05 1.66 ± 0.08 2.14 ± 0.14 0.52 ± 0.12   3.03 ± 0.07 0.308 ± 0.006 0.29 ± 0.01 0.37 ± 0.01 0.72 ± 0.05 0.92 ± 0.03 0.22 ± 0.04

7.5 mg/ (kg BW) of  Tartrazine  10.20 ± 0.58

10 mg/ (kg BW) of  Tartrazine  9.81 ± 0.51 

8.71 ± 0.71 0.77 ± 0.07 0.76 ± 0.06 0.85 ± 0.06 1.84 ± 0.1 2.35 ± 0.13 0.57 ± 0.04

8.17 ± 1.27  0.74 ± 0.08 *  0.77 ± 0.09  0.79 ± 0.06  1.74 ± 0.11  2.17 ± 0.22  0.52 ± 0.05 

3.23 ± 0.15 0.28 ± 0.02 0.28 ± 0.01 0.31 ± 0.01 0.701 ± 0.06 0.88 ± 0.04 0.21 ± 0.01

2.97 ± 0.15 *  0.270 ± 0.007  0.280 ± 0.008  0.30 ± 0.01  0.67 ± 0.05  0.82 ± 0.05  0.198 ± 0.007 

3.75 mg/ (kg BW) of  Sulfanilic acid  10.02 ± 0.33   9.43 ± 1.13 0.84 ± 0.04 0.82 ± 0.04 0.83 ± 0.03 1.83 ± 0.09 * 2.52 ± 0.12 * 0.57 ± 0.04   3.23 ± 0.16 0.29 ± 0.009 0.291 ± 0.009 0.29 ±0.01 0.64 ± 0.03 0.89 ± 0.02 0.201 ± 0.009

Note: values represent the mean ± SEM (n=6); * p