Adwalia Fevrier-Paul

1 Departamentul de Fizică, Universitatea din Indiile de Vest, Kingston, Jamaica

Adedamola K. Soyibo

2 Departamentul de Medicină, Spitalul Universitar din Indiile de Vest, Kingston, Jamaica

Sylvia Mitchell

3 Centrul de biotehnologie, Universitatea din Indiile de Vest, Kingston, Jamaica

Mitko Voutchkov

1 Departamentul de Fizică, Universitatea din Indiile de Vest, Kingston, Jamaica

Abstract

fundal.

Rinichiul este esențial pentru multe căi complexe din corp, iar leziunile renale pot precipita multiple rezultate clinice negative. Efectul rezultat asupra nutriției și sarcinii elementare a corpului este bidirecțional, confundând căile foarte complexe care mențin homeostazia. Aceste modificări elementare cresc ele însele riscul de tulburări nutriționale și biochimice.

Obiective.

Scopul prezentului studiu a fost de a descrie modul în care elementele toxice interacționează cu complicațiile bolii renale cronice (CKD).

Metode.

Prezenta analiză a inclus studii axate pe mecanismele moleculare induse de expunerea la elemente cu efecte nefrotoxice cunoscute și complicații de sănătate asociate la pacienții cu BCR.

Discuţie.

Multe elemente neesențiale au activitate nefrotoxică. Leziunea cronică poate implica leziuni tubulare directe, activarea mediatorilor stresului oxidativ, modificări genetice care predispun rezultate cardiovasculare slabe, precum și absorbția competitivă și mobilizarea elementelor cu elemente esențiale, care se dovedesc a fi deficiente în CKD. Boala cardiovasculară este cea mai frecventă cauză de mortalitate la pacienții cu CKD. Stresul oxidativ, un numitor comun al constituției corpului atât a elementelor deficitare, cât și în exces, stă la baza multor derivați patologici ai bolilor cronice de rinichi. Tulburările osoase, disfuncțiile hematologice și neregularea echilibrului acido-bazic sunt, de asemenea, prevalente la pacienții cu rinichi. Cea mai mare contribuție a sarcinii corporale a elementelor toxice rezultă din expunerea la mediu și practicile de viață. Cu toate acestea, terapiile medicale standard pot potența, de asemenea, acumularea de elemente toxice și re-rănirea țesutului vulnerabil.

Concluzii.

Pentru pacienții cu BCR, efectul cumulativ al elementelor toxice persistă pe tot parcursul bolii și potențează complicațiile bolii cu BCR. Managementul medical ar trebui să fie coordonat între o echipă medicală, dieteticieni și cercetători clinici pentru a atenua aceste efecte nocive.

Interese concurente.

Autorii declară că nu există interese financiare concurente

Introducere

Analiza compoziției corpului cu mai multe elemente este un concept comun pentru prevenirea și tratamentul bolilor, împărtășit de toate mărcile de medicină - convenționale, alopate și alternative - și o mare parte din cercetările științifice au fost investite în analiza oligoelementală ca recunoaștere a acestui rol.

Rinichiul, un aparat de filtrare pentru sânge, este responsabil pentru îndepărtarea toxinelor și reglarea fluidelor, moleculelor și a produselor secundare ale proceselor metabolice.2 Boala renală cronică (CKD) (Tabelul 1), o pierdere treptată a funcției renale sau a structurii anomalie prezentă timp de trei luni sau mai mult, cu o rată glomerulară estimată (eGFR) 3 și/sau prezența albuminuriei (> 30 mg) și care exercită influență sau este influențată de oligoelemente care circulă în corpul uman. din rolul său omniprezent, un rinichi deteriorat va afecta algoritmii neliniari, care afectează sănătatea generală a pacienților cu rinichi etc.4

tabelul 1

Categorii de boli renale cronice pe baza ratei estimative de filtrare glomerulară Abreviere: eGFR, rata estimată a funcției glomerulare

rolul

Expunerea la metale grele, alături de alte pericole potențiale pentru mediu, este o cauză a CKD de etiologie necunoscută (CKDu). Conceptul de CKDu, utilizat pentru prima dată în El Salvador, a fost examinat în diferite regiuni, inclusiv Sri Lanka, India, Mexic și Statele Unite. Expunerea la arsenic a fost de atunci legată de CKDu în mai multe studii

Expunerea la elemente toxice și efectele acumulării

Oamenii pot fi expuși la elemente toxice prin apă, aer sau consumul de produse alimentare contaminate. În Japonia, boala „Itai Itai” apare ca urmare a otrăvirii cu cadmiu (Cd) din consumul de orez contaminat cu Cd. Se caracterizează prin mai multe efecte asupra sănătății, inclusiv leziuni severe la rinichi.5 În Jamaica, nivelurile de Cd din probele de țesut de rinichi și ficat au fost cele mai mari la participanții la studiu din Jamaica centrală, unde expunerea la mediu și la dietă la Cd a fost, de asemenea, ridicată. până la 409 mg/kg în sol.7 Studiile la animale efectuate în aceeași zonă au confirmat o acumulare de zece ori de Cd în rinichi comparativ cu probele din zonele nepoluate.8 În alte studii, subiecții studiați cu un nivel ridicat de expunerea profesională la plumb a arătat asociere cu modificări celulare, niveluri mai ridicate de creatinină și leziuni renale.9 Studiile epidemiologice care investighează expunerea la mercur și CKD au fost mai puțin clare.

Alte elemente toxice precum aluminiu (Al), silice (SiO2) și stronțiu (Sr) sunt eliminate din corp prin rinichi. Unele dintre acestea pot fi nefrotoxice, iar un rinichi disfuncțional crește reținerea acestor metale grele, perpetuând astfel leziuni suplimentare.10 În afară de tendința de a se acumula în rinichi, elementele periculoase sunt, de asemenea, resorbite activ după filtrarea glomerulară prin intermediul transportoarelor de metale, în moduri încă prost inteles. Prin aceste mecanisme unii postulează o perturbare a reabsorbției normale a micro-nutrienților esențiali din urină. Timpul lung de înjumătățire al acestor elemente, afinitatea lor de a absorbi și de a se acumula în os și rinichi, întreruperea proceselor hormonale normale și interacțiunile esențiale ale oligoelementelor și ligandilor sunt toți factorii care cresc retenția în corp și potențează toxicitatea la rinichi. 12

Nu este surprinzător faptul că elementele esențiale sunt, de asemenea, grav modificate în CKD. Niveluri scăzute de micronutrienți, cum ar fi zinc, seleniu, fier și calciu, au fost raportate de mai multe studii, ca rezultat direct al diminuării funcției renale, deși mecanismele care stau la baza acestor modificări variază13,14. Pe lângă faptul că provoacă deficiențe nutritive, poate rezulta CKD. în tulburările de suprasarcină, rezultat direct al reducerii excreției CKD și a relațiilor de elemente interdependente. Mai multe studii au demonstrat o acumulare de crom, vanadiu, nichel și cupru la pacienții cu BCR15. Mai mult, terapiile medicale și restricțiile dietetice contribuie semnificativ la aceste modificări.

Abrevieri

Bolile cardiovasculare și tulburările osoase minerale sunt cele mai frecvente complicații ale bolii renale severe. Bolile renale slab controlate escaladează, de asemenea, dislipidemia, stările inflamatorii și cele subnutrate. Pot apărea, de asemenea, sechele mai severe, cum ar fi sângerări uremice, pericardită, neuropatie uremică, disfuncție tiroidiană și sexuală, depresie și infecție.16 Tendințele elementare nedorite pot juca un rol în fiecare dintre aceste complicații și nu trebuie neglijate. Efectele adăugate ale afecțiunilor comorbide și ale dializei și terapiei medicamentoase care pot amplifica sau anula modificările elementare observabile la acești pacienți justifică o investigație suplimentară a rolului oligoelementelor în bolile renale și a complicațiilor sale majore.17-19 Obiectivul prezentului studiu este de a revizui cercetările legate de elementele toxice ale funcției renale care contribuie la complicațiile bolilor cronice de rinichi.

Efectele elementelor toxice și complicațiile CKD

Bolile cronice pot fi agravate de CKD. Exemplele includ bolile cardiovasculare, tulburările osoase și stresul oxidativ.

Boala cardiovasculara

Mortalitatea cardiovasculară este semnificativ mai mare la pacienții cu boli renale severe decât la populația generală.20,21 De fapt, riscul cardiovascular crește de la stadiile incipiente ale insuficienței renale. Hipertensiunea arterială, un factor de risc cardiovascular bine stabilit, poate fi precipitată de modificări glomerulare, dereglare de sodiu și lichide, toate consecințele CKD.22 Alți factori de risc cardiovascular, cum ar fi anemia, bolile arteriale, hiperhomocistenemia și factorii protrombotici au, de asemenea, o morbiditate semnificativă.23, 24

Un număr de metale grele joacă un rol în complicațiile CKD, cum ar fi bolile cardiovasculare și tensiunea arterială crescută, inclusiv plumb, cadmiu și arsenic. Studii multiple au arătat o asociere pozitivă a plumbului cu tensiunea arterială și bolile cardiovasculare.25 Studiile reprezentative la nivel național au confirmat aceste asocieri în ciuda scăderii nivelurilor de plumb în populația generală.11,26,27 Plumbul interferează într-o varietate de procese enzimatice care se corelează negativ cu Sănătatea cardiovasculară. Lucrătorii supuși expunerii cronice la plumb au prezentat o sinteză redusă și o excreție renală a factorului 1-alfa 6-ceto-prostaglandină, un vasodilatator și o sinteză și o excreție îmbunătățite la vasoconstrictoare, cum ar fi tromboxanul. Plumbul poate contribui, de asemenea, la anomalii în cadrul sistemului renină-angiotensină aldosteron (RAAS). Aceste expuneri, împreună cu afectarea fosforilării oxidative, a producției de energie și a acumulării de plumb, promovează o stare hipertensivă. Studiile enzimatice au arătat, de asemenea, că toxicitatea plumbului împiedică activitatea acidului δ-aminolevulinic dehidratază, ferochelatază și coporfirin oxidază, enzime pe calea de sinteză a hemului și poate precipita anemie sideroblastică.26,28

La fel ca plumbul, cadmiul a fost implicat la pacienții hipertensivi cu boli cardiace ischemice.29 S-au postulat mai multe mecanisme care sunt responsabile de aceste modificări, inclusiv dereglarea mediatorilor vasoactivi, cum ar fi oxidul nitric, interferența directă în metabolismul calciului care controlează contracția vasele de sânge și celulele endoteliale și/sau perturbarea hormonală a sistemului RAAS și sistemul nervos simpatic care are ca rezultat efectul cumulativ al tensiunii arteriale crescute.28,30

În ceea ce privește arsenicul, s-au efectuat puține studii pentru a investiga asocierile sale cu hipertensiune și, prin urmare, asocierea pozitivă cu tensiunea arterială a fost mai ambivalentă.31 Cu toate acestea, studiile pe animale demonstrează creșterea vasoconstricției și aritmiei care duc la disfuncții cardiovasculare cu expunere la arsenic.32

Tulburări osoase

Mai multe componente care mențin metabolismul mineral și osos, inclusiv calciu, fosfor, vitamina D, hormonul paratiroidian și factorii de creștere a fibroblastelor sunt reglementate de rinichi.33,34 Insuficiența renală precede deseori dezechilibrele minerale, pentru care organismul încearcă să compenseze într-o varietate de moduri. . Un exemplu în acest sens, vitamina D, este activat în principal în rinichi și, prin urmare, este epuizat în CKD.35,36. În mod normal, osul și intestinul încearcă să mențină nivelurile serice de calciu prin creșterea resorbției osoase de calciu și, respectiv, a absorbției intestinale. Cu toate acestea, mecanismele nu pot susține cerințele stabilite de leziuni renale ireversibile pe termen lung, fără o distorsiune semnificativă a mineralizării osoase și, prin extensie, compromiterea integrității sale structurale.33,38 Mineralele mai puțin benefice sau elementele potențiale periculoase vor încerca să ocupe siturile lăsat gol de aceste schimbări minerale.

Mai multe studii sugerează că stronțiul reduce riscul de fracturi osoase și crește densitatea minerală osoasă.39-41 Aceste constatări au fost semnificative, chiar dacă sunt oarecum controversate, determinând practicarea suplimentării cu stronțiu în tratamentul și prevenirea osteoporozei. În 2004, Agenția Europeană pentru Medicamente a aprobat utilizarea ranelatului de stronțiu pentru tratamentul osteoporotic în grupurile cu risc ridicat. În 2014, însă, agenția și-a limitat recomandarea la pacienții rezistenți la alte forme de terapie medicamentoasă, din cauza efectelor adverse cardiace semnificative. Această abordare este încă întâmpinată de scepticism de către alte organisme de reglementare a alimentelor și a medicamentelor și, ulterior, producătorii au întrerupt producția din cauza utilizării reduse.42-44 În studiile la animale, administrarea de doze mici a oferit un avantaj structural, în timp ce expunerea ridicată a dus la defectarea structurii osoase. . În prezent, utilizarea sa este interzisă la pacienții cu afecțiuni renale severe, citând o proclivitate pentru acumularea de stronțiu la pacienții cu dializă. O creștere a tulburărilor legate de nervi și a bolilor osoase au fost legate de această acumulare. Pacienții predispuși la un aport dietetic scăzut de calciu sunt, de asemenea, susceptibili la osteomalacia indusă de stronțiu .45,46

Expunerea crescută la cadmiu crește și riscul de densitate minerală osoasă scăzută. Cadmiul concurează cu intrarea calciului și rolul său în inhibarea activării vitaminei D deprime remodelarea oaselor și interferează cu menținerea integrității structurale osoase. Mai mult, stimularea căilor de semnalizare celulară indusă de cadmiu poate duce la resorbția osoasă și poate accentua slăbirea osoasă care apare deja secundar defectelor renale.47,48 La fel ca și cadmiul, plumbul inhibă și conversia vitaminei D în forma sa activă.

Stresul oxidativ

Se speculează că alte modificări oxidative sunt responsabile de nefrită interstițială cronică indusă de plumb, apoptoză activată cu cadmiu și perturbarea integrității joncționale trans-epiteliale în tubul, declanșatoarele de siliciu pentru producerea de auto-anticorpi și efectul nociv al arsenicului asupra tubului complicat proximal .4,56,57 Din punct de vedere istoric, se știe că aluminiul potențează stresul oxidativ; cu toate acestea, utilizarea lianților de fosfat pe bază de aluminiu și a dializatului a fost eliminată treptat din cauza rolului său în demineralizarea și toxicitatea osoasă.33

Transportori de ioni metalici, expunere și risc de boli renale cronice

Intrarea competitivă între oligoelementele toxice și esențiale poate duce, de asemenea, la deficiențe ale oligoelementelor. 56,58 Au fost raportate relații între plumb-fier, plumb-calciu, plumb-vitamina D, arsenic-fosfat, mercur-seleniu și taliu-potasiu. ca contribuabili la deficiențele de micronutrienți.56

Dovezi științifice substanțiale sugerează că cadmiul interferează cu transportul de calciu, zinc, cupru și seleniu peste barierele intestinale. De asemenea, are o afinitate specifică pentru transportorii de metal divalenți, metalotioneinele, albumina și cotransportatorii renali de sodiu-aminoacizi, care în mod normal facilitează mișcarea diferiților micronutrienți esențiali prin membranele din intestine, celule roșii din sânge, ficat și rinichi. Ca rezultat, a fost implicat ca un factor de stres oxidativ prin legarea perturbatoare de glutation, activarea enzimelor sărăcite de calciu care duc la moartea celulară și reglarea în sus a proteinelor specializate, crescând astfel reabsorbția paracelulară a cadmiului în celulele epiteliale tubulare renale. La administrarea de cadmiu, studiile la animale au raportat glicozurie, fosfaturie și aminoacidurie, hipertensiune și leziuni renale. Mercurul, ca și cadmiul, se complexează ușor cu reziduuri de cisteină înlocuind zincul și reducând reabsorbția.4,56,58,59

Nutriția joacă un rol esențial în atenuarea efectelor expunerii, așa cum este implicat cu activitatea crescută a DMT-1 în depozitele cu fier scăzut. Studiile efectuate pe animale arată că un echilibru adecvat al calciului limitează acumularea de plumb, efect care nu se observă în stările cu un nivel scăzut de calciu. Plumbul concurează și cu absorbția calciului în mitocondrii, celule ganglionare și la nivel intestinal. În plus, în deficiența severă de calciu, nivelurile de vitamina D au fost semnificativ reduse prin ingestia crescută de plumb.60,61 La pacienții cu CKD deja predispuși la deficit de vitamina D, riscul ridicat de mortalitate urmează niveluri scăzute de calciu. Dovezi justificative arată că administrarea de zinc, fier, seleniu și cupru corectează efectele toxice mediate de cadmiu și plumb și împiedică reabsorbția crescută a cadmiului în tubii renali.56,58

Concluzii

Boala renală cronică este o boală multifactorială, afectată parțial de procesele endogene și exogene care influențează modificările elementare, care pot potența progresia bolii. Complicațiile cronice ale bolilor renale, cum ar fi bolile cardiovasculare, demineralizarea osoasă și stresul oxidativ, pot, de asemenea, să exacerbeze sau să fie precipitate de dezechilibre elementare, provocând deteriorarea în continuare a calității vieții pacientului și creșterea riscului de mortalitate. Alegerile dietetice și terapiile medicale contribuie la aceste aberații și trebuie gestionate în mod deliberat la populațiile vulnerabile. Excesele minerale esențiale, precum și deficiențele și expunerea cronică la elemente toxice cauzează un risc considerabil pentru sănătate și joacă un rol esențial în complicațiile bolilor renale, agravante sau rezultate din deteriorarea rinichilor. Abordarea terapiilor medicale, cum ar fi dializa, ar trebui să fie un efort cuprinzător, coordonat între o echipă medicală, dieteticieni și cercetători clinici pentru a atenua efectele nocive ale BCC.

Mulțumiri

Mulțumim colegilor noștri de la Departamentul de Fizică și Biroul de studii postuniversitare, Universitatea din Indiile de Vest, Mona Campus pentru sprijinul tehnic și material pentru pregătirea acestei lucrări.