Zkoumá Příčinu pro Chronické Onemocnění Ledvin nejasné Etiologie (CKDu) prostřednictvím Analýzy Kovových Iontů a Counterion Kontaminujících látek v Pitné Vodě: Studie na Srí Lance

Abstrakt

zavedení zvýšené množství cizích iontů do krve může vést k poškození filtrační membrány ledvin a chronické poškození ledvin. Za účelem posouzení rizik z konzumace pitné vody (vykopali vody) v chronické renální onemocnění neznámé etiologie (CKDu), postižených oblastí na Srí Lance, stopové kovy, a další counterions ve vzorcích vody získané z vykopané studny byly analyzovány a srovnány s referenční oblasti. Pitná voda by mohla být hlavním zdrojem, který je zodpovědný za vstup nefrotoxických iontových kontaminantů do lidského těla. K dosažení cíle byly odebrány vzorky pitné vody z vykopaných studní ve dvou endemických oblastech CKDu a referenční oblasti, kde nebyli v období sucha nalezeni žádní pacienti s CKDu. V Wewelketiya oblasti (jeden z endemických oblastí), Cd koncentrací v 60% vzorků vody a koncentrací Pb v 40% vody vzorky překročily maximální limit daný tím, Srí Lanka normy pro kvalitu vody. Koncentrace fluoridů také překročily přípustné limity více než 80% odebraných vzorků vody v obou endemických oblastech CKDu. Žádný ze vzorků vody v referenčních oblastech však neuvedl, že Cd, Pb a fluorid překračují své maximální přípustné limity. Proto jsou lidé v konkrétních endemických oblastech CKDu vystaveni riziku poškození tkáně ledvin v důsledku dlouhodobého vystavení pitné vodě se zvýšenými hladinami některých kovových iontů a protiiontů.

1. Úvod

Chronické onemocnění ledvin nejasné etiologie byl poprvé objeven na Srí Lance, v polovině-1990 a byl většinou pozorován mezi zemědělci v Severní Centrální Provincie (NCP) Srí Lanky, a od té doby, více než dvě desetiletí období, nemoc se šíří výrazně do jiných zemědělských oblastech země, jako jsou Severní, Severozápadní, Východní, Uva a Centrální Provincie . Chronické onemocnění ledvin (CKD) je nepřenosné onemocnění, které souvisí s rizikovými faktory, jako je diabetes nebo hypertenze, minulé hadí uštknutí a infekce močových cest . Další studie definovala “chronické onemocnění ledvin” jako poškození ledvin nebo sníženou funkci ledvin (snížená GFR) po dobu tří měsíců nebo déle . Chronické onemocnění ledvin (CKD) je celosvětovým problémem v oblasti veřejného zdraví, který přitahuje zvýšenou globální pozornost kvůli rychlému šíření nemoci. Nicméně, CKD neznámé etiologie CKDu je také převládající a v některých oblastech světa rychle postupuje, zejména v Africe, Střední Amerika, a Asie .

výskyt CKDu ve stejné zemi se bude lišit podle zeměpisné oblasti. Intimní vztah mezi kvalitou vody a základní geologií byl opakovaně zaznamenán v různých geografických oblastech světa. Od CKDu existuje v komunitách, kde podzemní voda je hlavním zdrojem pitné vody, mnoho rizikových faktorů jsou předpokládali, například, neidentifikované oblasti životního prostředí toxiny, což vede k CKDu , chronický expozice pesticidů a vyšší úroveň těžkých kovů v půdě a vodě , vysoce fluorid úrovní a potenciální dopady AlFx v půdě a vodě , a růst sinic ve vodních zdrojů .

CKDu byl objeven většinou u mužů v Severní centrální provincii (NCP) Srí Lanky, včetně okresů Anuradhapura a Polonnaruwa (Tabulka 1), a v poslední době byl také zjištěn u žen a dětí. Mužští pacienti jsou převážně zemědělci a / nebo zemědělští dělníci, kteří jsou starší 40 let . Distribuce nemoci může být spojena s některými geografickými a socioekonomickými faktory, které mají environmentální a profesní původ. NCP Srí Lanka je součástí “suché zóny” na Srí Lance, se srážkami ∼1750 do 1000 mm ročně , a některé studie ukázaly, že srážky mapy do značné míry překrývá s regionem postiženým CKDu. Nyní se nemoc rozšířila do okolních okresů včetně severozápadních, východních a Uva provincií. Je to vysoká zátěž pro ekonomiku země kvůli vysokým nákladům na léčbu a špatným příjmům lidí v odlehlých oblastech. Některé kohortové studie provádí pomocí popisné nemocnice záznamy ukázaly, že pacienti kliniky nefrologie v Anuradhapura a Kandy rostly v období 2001-2002, a většina z nich byli CKDu pacientů .

příčiny a rizikové faktory pro vývoj CKDu se velmi liší. Vzhledem k tomu, že CKDu převládá v domácnostech, kde je hlavním zdrojem pitné vody podzemní voda nebo studniční voda, lze předpokládat několik rizikových faktorů: a )chronické vystavení chemickým pesticidům a hnojivům, a tím zvýšení těžkých kovů (např.

iontová nerovnováha krve a zavedení vysokého zatížení cizích iontů nebo molekul do krve způsobují poškození filtrační membrány, což může vést k denaturaci bílkovin. Tyto proteinové molekuly přecházejí do moči kvůli absenci správné údržby velikosti pórů v membráně. Glomerulární kapiláry postupně poškozují filtrační membránu gradienty vysokého osmotického tlaku a negativně nabité proteoglykany mohou být také ovlivněny vyššími koncentracemi kationtů . Kromě toho toxiny nejsou odfiltrovány z krve a nahromaděny v těle. Dojde-li k dysfunkci ledvin částečně nebo úplně, normální tělesné výkony jsou změněny, což má za následek některé vážné zdravotní problémy s matoucí etiologií, jako je chronické onemocnění ledvin neznámé etiologie (CKDu) .

záměrem této studie je posoudit kvality pitné vody na základě vyhodnocení úrovně toxických kovů a vybraných counterions v kopané studny CKDu endemických oblastech ve srovnání s referenční oblasti (CKDu nonendemic oblastech) a komentář na riziko konzumace pitné vody ve vybraných oblastech, na základě Srí Lanky, normy pro kvalitu vody. Kromě toho si studie klade za cíl prozkoumat důkazy o souvislosti spotřeby studniční vody a prevalence onemocnění ledvin ve vybraných endemických oblastech CKDu.

2. Metodika

2.1. Odběr vzorku

na Základě informací získaných od Ministerstva Zdravotnictví, Srí Lanka, Wewalketiya Grama-Niladhari divize (GND) a Ambagaswewa GND byly vybrány jako CKDu endemických oblastí pro odběr vzorků vody, které se nachází ve městě Anuradhapura District a Polonnaruwa district, respektive, v Severní Centrální Provincie, Srí Lanka. Buddahangala GND v okrese Ampara byla vybrána jako referenční oblast pro tuto studii. Odběru vzorků pro pitné vody odběr vzorků byly vybrány z mělké pitné vody studny (vykopané studny) se nachází v zahradách obyvatel, které jsou hlavní zdroje spotřeby vody v jejich každodenním životě. Třicet vykopaných studní bylo vybráno náhodně pro odběr vzorků vody a všechna místa odběru vzorků byla umístěna ve stejné klimatické zóně (suchá zóna Srí Lanky). Místa odběru vzorků byla zaznamenána v terénu pomocí globálního systému určování polohy (GPS) (Obrázek 1). Odběr vzorků byl proveden v průběhu srpna 2019 (období sucha) pro všechny vybrané studijní oblasti. Trojnásobné 30 vzorků pitné vody bylo odebráno z každé oblasti odběru vzorků do nekontaminovaných teflonových lahví (125 ml) a konzervováno přidáním konc. kyselina dusičná (0,10 mL) a skladována při 4°C a dalších trojnásobných 30 vzorků pitné vody bylo odebráno do nekontaminovaných teflonových lahví (125 ml) bez acidifikace a skladováno při 4°C.

()

(b)

(a)
(b)

Obrázek 1

rozložení vzorkovacích bodů (Aquifer), které byly umístěny v CKDu zvítězil oblastech: (a) Ambagaswewa GND, Madirigiriya DSD, Polonnaruwa District a (b) Wewalketiya GND, Rambewa DSD, Anuradhapura District, Srí Lanka.

2.2. Analýzy Vzorků Vody

koncentrace stopových prvků, včetně kadmia, olova, chromu, arsenu, zinku, mědi, sodíku, draslíku, železa, manganu, kobaltu a niklu byla stanovena pomocí Indukčně Vázanou Plazmou Hmotnostní Spektrometrie (ICP-MS-7800-Agilent, Německo). Pro instrumentální kalibraci byly použity víceprvkové standardy ICP-MS (AccuStandard, USA). Dvě kalibrační řady (1 ppb-50 ppb a 10 ppb až 1000 ppb) byly připraveny za použití víceprvkového standardu. Okyselené vzorky vody (s konc. HNO3) byly filtrovány přes 0.45 µm filtry stříkačky před vložením do přístroje ICP-MS. Koncentrace fosfátů a dusičnanů ve vzorcích vody byla měřena iontovou chromatografickou metodou podle standardních postupů US-EPA (metoda 9056A). Hydrogenuhličitan sodný (CASRN 144-55-8) a uhličitan sodný (CASRN-497-19-7) byly použity jako eluční roztok a kyselinu sírovou (CASRN-7664-93-9) byl použit jako regenerační roztok. ACS Reagent grade l000 mg/L zásobní roztoky dusičnanu a fosfátu byly použity pro normy pro anionty připraven pro rozsah koncentrací (0,1 mg/L 10 mg/L). Každý standardní a odebrané vzorky byly filtrovány pomocí 0,22 mikrometrových nylonových filtrů. Vzorky byly zavedeny při průtoku 0,7 mL / min do iontového chromatografu (Metrohm Eco IC). Fluorid koncentrace vody vzorky byly měřeny jako on-site měření kalibrovanými fluorid metru (Eutech Nástroj, pH 510), a když se vezme měření, TISAB (III) pufr byl použit vzorek vody v poměru 1 : 1 s cílem stabilizovat pH média. Hořčík a koncentrace vápníku ve vzorcích vody byly stanoveny pomocí plamenové atomové absorpční spektrofotometr (GBC 5000). Řadu standardních kovových roztoky byly připraveny (10 ppm–500 mg / kg) samostatně s použitím obou Mg a Ca metal ion normy (1000 ppm, Bibby Scientific) pro získání kalibrační křivky a koncentrace Mg a Ca každého vzorku vody byla stanovena.

2.3. Geografické Zpracování Dat a Statistické Analýzy Dat

ArcGIS 10.2.2 softwarový balík byl použit pro provedení povrchu interpolace u všech míst odběru vzorků pomocí odhadu průměrné hodnoty pro měření vlivu znečištění vody ve studované oblasti. Statistická analýza byla provedena pomocí softwaru SPSS Statistics. Na datových sadách byly provedeny popisné statistiky a byl proveden párový t-test, aby se určily rozdíly nebo podobnosti chemických parametrů zaznamenaných v každém místě odběru vzorků.

3. Výsledky a diskuse

chronické selhání ledvin nedávno ukázalo významný nárůst v některých oblastech v okresech Anuradhapura a Pollonnaruwa. Tabulka 2 shrnuje výsledky stopových kovů a některé z counterion koncentrace vybraných dobře vzorků vody, které jsou získány z Ambagaswewa GND (Madirigiriya DSD v Pollonnaruwa okres), Wewalketiya GND, (Rambewa DSD, v Anuradhapura district), a referenční stránky (Buddhangala GND v Ampara district), respektive, ve srovnání s povolené limity . Při zvažování příčinných faktorů CKDu jsou toxické kovy nejdůležitějším problémem včetně kadmia, chrómu a olova. Kadmiové stopy se přirozeně vyskytují ve fosfátu a bylo prokázáno, že se dostávají do vody, půdy a také do potravin aplikací hnojiv. Kadmium je přítomno jako nečistota v fosfátových hnojivech a rafinovaných ropných produktech . Podle standardů kvality pitné vody na Srí Lance je maximální přípustná hladina (MPL) kadmia (Cd) 3.000 µg/l. V této studii 60% vybraných vykopaných vrtů ve Wewalketiya GND v okrese Anuradhapura vykazovalo zvýšené hladiny Cd, které překračují MPLs. Nicméně, pití vzorky vody získané z Ambagaswewa GND, Pollonnaruwa district, ukázala, že nízké hladiny Cd, které nepřekročily MPLs, a také žádný z vody ukázal, Cd úroveň přesahující MPLs v referenční oblasti.

Nicméně, dříve publikované zprávy interpretovali, že dlouhodobé vystavení Cd prostřednictvím pitné vody přetrvává v ledvinách a může způsobit selhání ledvin přes několik cest , protože obě renální proximální tubulární poškození a pokles glomerulární filtrace (GFR) u člověka jsou v důsledku chronické expozice na Cd . Distribuce kadmia podél míst odběru vzorků, zejména GND, je znázorněna na obrázku 2 a koncentrace kadmia byly významně vyšší ve WEWALKETIYA GND s ohledem na referenční oblast. Koncentrace Cd se však významně nelišily od reference v Ambagaswewa GND. Zvýšení geochemické mobility Cd lze pozorovat za kyselých podmínek prostředí s aplikací hnojiv a pesticidů na půdu, což zvyšuje celkovou koncentraci Cd v zemědělských půdách. Okyselení půd a povrchových vod zvyšuje geochemickou mobilitu Cd. Kadmium (Cd) bylo navrženo jako možný faktor, který přispívá k onemocnění, a zdroj kontaminace může být spojeno s trojitý superfosfát (TSP) aplikace v rýžových a jiných plodin, pěstování, protože LŽIČKY použití je rozšířený v celém odvětví zemědělství na Srí Lance a to zejména v onemocnění zvítězil oblastech .

()

(b)

(c)

(a)
(b)
(c)

Obrázek 2

koncentrace Kadmia v pitné vodě vzorky odebrané z (a) míst odběru vzorků z Wewelketiya GND, v Anuradhapura district, (b) míst odběru vzorků z Ambagaswewa GND, v Polonnaruwa district, a (c) míst odběru vzorků z Buddangala GND (Reference) v Ampara district.

Podle výsledků této studie, vysoká hladina olova v Ambagaswewa GND jsou hlášeny být 6.080 µg/L jako maximální hodnotu s průměrnou 1.229 ± 1.537 µg/L, a hladiny olova v Wewalketiya GND v rozmezí od 1.000 µg/L do 17.350 ppb s průměrem 5.422 ± 3.687 µg/L (Tabulka 2). I když vykopali vzorky vody v Wewalketiya GND ukázal obrovskou změnu koncentrací Pb, 40% z odebraných vzorků překročily MPLs Pb, a v případě selhání ledvin, to bylo hlásil, že chronické expozici Pb může vést k nefrotoxicita vyznačuje tím, renální účinky, jako glomerulární skleróza, intersticiální fibróza, a proximální tubulární nefropatie, které byly běžně pozorovány u pacientů s CKDu na Srí Lance .

kromě toho byly hlášeny rozsahy koncentrací CR vybraných vykopaných vrtů v oblastech Ambagaswewa a Wewelketiya 0,203-0.423 µg/L a 11,5–48,00 µg/L a všechny hodnoty byly pod MPLs. V referenční oblasti ale nebyl žádný z vybraných vodních zdrojů kontaminován ČR. U lidí i zvířat se chrom (III) nachází jako základní živina, která hraje cennou klíčovou roli v metabolismu tuků, glukózy a bílkovin, a provádí se působením inzulínu . Přestože byl chrom (III) nalezen jako základní živina, akutní i chronická expozice vysokým hladinám inhalací, požitím nebo dermálním kontaktem může mít nepříznivé účinky na zdraví. Ledvina je proto jedním z hlavních cílových orgánů pro Cr při akutních vysokých dávkách a chronické kumulativní expozici. Kromě toho může poškození ledvin a dysfunkce způsobená chronickou expozicí Cr zahrnovat jak glomerulární, tak tubulární .

účinky Na zdraví v důsledku tvrdé vody nebo hydrogenuhličitany a sírany vápníku (Ca) a hořčík (Mg) jsou významné, a 100 mg/L Ca a 30 mg/L pro Mg se doporučuje pro pitnou vodu. Výsledky, které byly získány z analýzy vzorku ukázat variace v Ca a Mg koncentrace ve vybraných vykopal studny v Ambagaswewa a Wewelketiya, a většina vzorků, které uvádějí, že Ca a Mg koncentrace jsou nad MPLs v těch CKDu endemických oblastech. Nicméně, v referenční oblasti, průměrná koncentrace Ca a Mg byly hlášeny 23.09 (±14.63) mg/L a 16.14 (±11.90) mg/L, v daném pořadí, což ukazuje nízké hodnoty, než CKDu endemických oblastech. Dlouhodobá expozice iontům Ca a Mg pitnou vodou může nepříznivě ovlivnit dysfunkce ledvin, které mění riziko vzniku vápníkových kamenů a zvyšují riziko ledvinových kamenů obsahujících vápník .

fluorid se může přirozeně vyskytovat ve vodě nad žádoucími hladinami. Fluorid byl také navržen jako příčina CKDu a podle standardu kvality pitné vody na Srí Lance je maximální přípustná hladina (MPL) fluoridu (F) 1,0 mg/l. Vyšší hladiny fluoridů ve odebraných vzorcích pitné vody (obrázek 3) však byly zaznamenány ve WEWALKETIYA GND (průměr: 1, 370 ± 0.658 mg/L) a Aambagaswewa GND (průměr: 1.260 ± 0.654 mg/L) ve srovnání s referenční oblasti (průměr: 0.505 ± 0.765 mg/L), a to jak CKDu endemických oblastech překročily MPLs fluoridu v odebrané pitné vody vzorky. Změny hladin fluoridů ve všech místech odběru vzorků jsou znázorněny na obrázku 3. Kromě toho bylo 80% vzorků v Ambagaswewa GND a 95% vzorků ve WEWALKETIYA GND kontaminováno fluoridem, který překročil standardní limity .

Obrázek 3

Variace fluoridů koncentrace po odběru vzorků v referenčním místě (Buddangala) a prevalence choroby oblastech (Ambagaswewa a Wewalketiya).

Nadměrné a dlouhodobé expozice fluoridu může být přímo souvisí s onemocněním ledvin poškození tkáně, protože vysoké fluorid zóny podzemních vod překrývají s CKDu-převládající regiony NCP . Pacienti se sníženou rychlostí glomerulární filtrace mají zvýšené riziko chronické toxicity fluoridů, protože mají menší schopnost vylučovat fluorid močí . Podle vztahu dávka–účinek mezi obsahem fluoridu úrovně a CKDu , neočekávané účinky fluoridů na buněčné systémy byly zkoumány pomocí Agalakova a Gusev, které jasně ukazují, že fluorid může ovlivnit oxidační stres, intracelulární redoxní homeostázy, peroxidace lipidů, syntézy bílkovin inhibice, změna genové exprese a apoptózy.

rozsah geologických faktorů jako zrušení sazby a doby zdržení fluoridu ložiskové kameny může souviset s vyšší úrovní fluoridu v mělkých studní v těchto oblastech. Minerály, jmenovitě, charnockite, žulových, rohovec, a biotitic ruly , a také fluorid-ložiska minerálů, jako jsou micas, pyroxenu, fluorit, turmalín, topaz, sphene, a apatitu může zvýšit úrovní fluoridu v půdě . Fluoridu ve vodě mohou být potenciální kauzální faktor v rozvoji onemocnění, protože nejen dopady fluorid samotný, ale i jeho interakce s ostatními iontové složky, jako jsou Ca, Na, a případně Mg, které jsou přítomny v pitné vodě .

zejména, shromážděné vzorky vody byly s vysokou iontovou obsahu s přítomností vysoké množství hlavní ionty jako Na+ a K+, které se běžně vyskytují ve vodě. Zvýšená ikonicita pitné vody může ovlivnit vyčerpání molekul vody v blízkosti ledvinové membrány, změnu aktivity vody a iontové aktivity, osmotickou aktivitu a hydrofobní interakce. Při hodnocení ionty podle jejich kapacity, aby došlo k denaturaci proteinů, kationty, včetně draslíku, sodíku, hořčíku a vápníku a anionty, např. fluoridů a fosfátů hrát hlavní roli, které jsou přítomny ve vyšší obsah ve shromážděných pitné vody vzorky z místa vzorkování . Odtok hnojiva, který obsahuje většinu těchto iontových činidel, může přispět ke znečištění zdrojů pitné vody v této oblasti. Podobně jsou některé anionty, jako je fluorid a fosfáty, nejaktivnější v denaturaci proteinů, zatímco dusičnany jsou nejméně účinné. Změna složení a hydrologie půdy může vést ke zvýšené ionicitě sousedních vodních zdrojů. Střídavě redukční a oxidační podmínky (v závislosti na environmentálních a klimatických podmínek oblasti) půdy podporovat kromě železa (Fe) a mangan (Mn) do půdy řešení, které by se částečně vyplaví do vody tabulka, která je indikováno výsledky s vysokou Fe a Mn obsah ve všech vzorků lokality (Tabulka 2). Ty redox výkyvy půdy může snížit pH roztoku v důsledku nějaké nerovnovážné iontové procesy, jako je přeměna uhličitanu na hydrogenuhličitan a reakce s okolní oxid uhličitý (CO2). snížení pH půdního roztoku povede k uvolňování toxických těžkých kovů vázaných na půdu a ty se přidávají do vodních zdrojů v těchto oblastech. Intenzivní používání chemických hnojiv a pesticidů je také zodpovědné za snížení úrovně pH půdy .

ledviny potřebují” dobrou ” pitnou vodu . Lze předpokládat, že dlouhodobé vystavení ledvin pitné vodě, která obsahuje mnoho iontových druhů a má vysokou ionicitu, které budou přetrvávat v ledvinách, je může nepříznivě ovlivnit. Taková expozice se nazývá “chronická expozice”. Chronická expozice je, když k expozici dochází nepřetržitě s toxickými látkami po dlouhou dobu . Kolektory z těchto oblastí jsou neustále doplňovány o vody s vysokým ionicity z Mahaweli programy, stejně jako časté oxidačně-redukční těchto zvodní uvolnění a zvýšení množství iontů, vody stolní .

4. Závěr

přetrvávání překročení hladiny Cd, Pb, a fluoridy, které ovlivňují funkci ledvin v některých vybraných vykopal studny v CKDu endemických oblastech, udává riziko z konzumace pitné vody z těchto zdrojů. I když jiné analyzované stopové prvky a protiionty ve vzorcích pitné vody nepřekročily přípustné limity, dlouhodobá expozice ledvin pitnou vodou se zvýšenými hladinami iontů zvyšuje výskyt selhání ledvin. Kontaminace zdrojů pitné vody stopovými kovy a fluoridem nastává hlavně uvolňováním iontů vázaných na částice půdy z půdy. Proto je třeba vyšetřování zdrojů a cest znečištění toxických kovů a fluoridů v půdě a dále posouzení by měla být provedena pochopit přínos aplikace hnojiv a jiných zemědělských činností, pro ty, nečistot stejně. Kromě toho je třeba průběžně vyhodnocovat koncentrace toxických kovů při častém používání hnojiv běžně používaných na Srí Lance.

dostupnost dat

údaje použité na podporu zjištění této studie jsou zahrnuty do článku.

Střet Zájmů

autoři prohlašují, že nemají žádné známé konkurenční finanční zájmy nebo osobní vztahy, které by se objevily ovlivnit práci uvádí v této knize.

Poděkování

autoři by rádi poděkovali Národní Ústav pro Základní Studium (NIF), Kandy, Srí Lanka, a rád bych poděkoval Paní Sachini Rathnasekara a Pan Sudesh Hemal pro poskytování jazykové pomoc, psaní pomoc a korektury článku a Amila T. Kannangara, Amitha Suriyaarachchi, a Erandi Udayasiri pro podporu analýzy vzorků vody. Tento výzkum byl financován výzkumným projektem PS / DSP/CKDU / 06 / 3.5 s názvem ” zřídit informační a výzkumné centrum CKDu na univerzitě v Kelaniya na Srí Lance.”