Utforske Grunnårsaken Til Kronisk Nyresykdom Av Ukjent Etiologi (CKDu) Via Analyse Av Metallion-Og Motionforurensninger I Drikkevann: En Studie I Sri Lanka

Abstrakt

innføring av forhøyede mengder fremmede ioner i blodet kan føre til nedsatt filtreringsmembran av nyrer og kronisk nyreskade. For å vurdere risikoen for forbruk av drikkevann (gravd brønnvann) ved kronisk nyresykdom av ukjent etiologi (CKDu), ble berørte områder I Sri Lanka, spormetaller og andre motioner i vannprøver oppnådd fra gravbrønner analysert og sammenlignet med et referanseområde. Drikkevann kan være den viktigste kilden som er ansvarlig for å legge inn nefrotoksiske ionforurensninger i menneskekroppen. For å oppnå målet ble drikkevannsprøver samlet fra gravbrønner i to CKDu-endemiske områder og et referanseområde der Ingen CKDu-pasienter ble funnet i en tørr sesong. I Wewelketiya-området (et av de endemiske områdene) Har Cd-konsentrasjoner i 60% av vannprøver og Pb-konsentrasjoner i 40% av vannprøver overskredet maksimumsgrensen gitt Av Sri Lankas vannkvalitetsstandarder. Fluorkonsentrasjoner har også overskredet de tillatte grensene på mer enn 80% av oppsamlede vannprøver i begge CKDu-endemiske områder. Imidlertid har ingen av vannprøvene i referanseområder rapportert At Cd, Pb og fluor er utenfor deres maksimalt tillatte grenser. Derfor er folk i de Spesielle CKDu-endemiske områdene i fare for nyrevevskader på grunn av langvarig eksponering for drikkevann med forhøyede nivåer av noen metallioner og motioner.

1. Innledning

Kronisk nyresykdom av ukjent etiologi ble først oppdaget I Sri Lanka i midten av 1990-tallet og ble for det meste observert blant bøndene I North Central Province (NCP) På Sri Lanka, og siden da, over to tiår av en periode, spredte sykdommen seg dramatisk opp til de Andre oppdrettsområdene i landet Som Nordlige, Nordvestlige, Østlige, Uva og Sentrale Provinser . Kronisk nyresykdom (ckd) er en ikke-overførbar sykdom som er relatert til risikofaktorer som diabetes eller hypertensjon, tidligere slangebitt og urinveisinfeksjoner . En annen studie har definert “kronisk nyresykdom” som enten nyreskade eller nedsatt nyrefunksjon (redusert GFR) i tre måneder eller mer . Kronisk nyresykdom (ckd) er et globalt folkehelseproblem, som tiltrekker seg økt global oppmerksomhet på grunn av sykdommens raske spredning. IMIDLERTID er CKD av ukjent etiologi CKDu også utbredt og utvikler seg raskt i visse regioner i verden, spesielt I Afrika, Mellom-Amerika og Asia .

Forekomsten Av CKDu i samme land vil variere med det geografiske området. Et intimt forhold mellom vannkvalitet og den underliggende geologien har blitt registrert gjentatte ganger i ulike geografiske regioner i verden. Siden CKDu eksisterer i samfunn der grunnvann er den primære kilden til drikkevann, er mange risikofaktorer hypoteser, for eksempel uidentifiserte miljøgifter som fører Til CKDu, kronisk eksponering for plantevernmidler og økt nivå av tungmetaller i vann og jord , høye fluornivåer og potensielle virkninger Av AlFx i jord og vann , og vekst av cyanobakterier i vannressurser .

CKDu ble oppdaget hovedsakelig blant menn I North Central Province (NCP) På Sri Lanka, inkludert Anuradhapura Og Polonnaruwa Distrikter (Tabell 1), og i det siste har Det også blitt oppdaget blant kvinner og barn. Mannlige pasienter er hovedsakelig bønder og / eller landbruksarbeidere, som er over 40 år . Fordelingen av sykdommen kan være forbundet med noen geografiske og sosioøkonomiske faktorer som har miljømessige og yrkesmessig opprinnelse. NCP I Sri Lanka er en del av Sri Lankas “tørre sone”, med nedbør på ∼1750 til 1000 mm per år , og noen studier har vist at nedbørkartet i stor grad overlapper med regionen som er berørt Av CKDu. Nå har sykdommen spredt seg til nærliggende distrikter, inkludert Nordvestlige, Østlige Og Uva Provinser også. Det er en stor byrde for landets økonomi på grunn av de høye kostnadene ved behandlinger og dårlig inntekt av mennesker i avsidesliggende områder. Noen kohortstudier utført med beskrivende sykehusregistre indikerte at pasienter som kom til nefrologiske klinikker I Anuradhapura og Kandy økte i perioden 2001-2002, og de fleste av dem var CKDu-pasienter .

årsakene og risikofaktorene for Utviklingen av CKDu varierer mye. Som CKDu råder i husholdninger der grunnvann eller brønnvann er den viktigste drikkevannskilden, kan flere risikofaktorer hypoteses: (a) kronisk eksponering for kjemiske plantevernmidler og gjødsel og dermed økning av tungmetaller (F .Eks. Cd, Pb og As) i vann og (b) tilstedeværelse av høye nivåer av fluor og andre mulige motioner som fosfater og nitrater.

Ion ubalanser av blod og innføring av en høy belastning av fremmede ioner eller molekyler i blodet forårsaker forringelse av filtreringsmembranen som kan resultere i protein denaturering. Disse proteinmolekylene passerer inn i urinen på grunn av fravær av riktig vedlikehold av porestørrelse i membranen. De glomerulære kapillærene ødelegger gradvis filtreringsmembranen med høye osmotiske trykkgradienter, og negativt ladede proteoglykaner kan også påvirkes av høyere konsentrasjoner av kationer . Videre blir giftstoffer ikke filtrert ut fra blodet og akkumulert i kroppen. Når dysfunksjonen av nyrer oppstår delvis eller helt, endres de normale kroppsopptredenene, noe som resulterer i noen alvorlige helseproblemer med forvirrende etiologi som kronisk nyresykdom av ukjent etiologi (CKDu) .

hensikten med den nåværende studien er å vurdere drikkevannskvaliteten ved å evaluere nivåene av giftige metaller og utvalgte motioner i gravbrønner Av CKDu-endemiske områder sammenlignet med et referanseområde (CKDu nonendemic areas) og kommentere risikoen for forbruk av drikkevann i utvalgte områder basert på Sri Lankas vannkvalitetsstandarder. Dessuten har studien som mål å utforske bevisene for sammenhengen mellom forbruk av brønnvann og utbredelsen av nyresykdom i utvalgte ckdu-endemiske områder.

2. Metodikk

2.1. Prøveinnsamling

BASERT på informasjonen fra Helsedepartementet, Sri Lanka, Wewalketiya Grama-Niladhari division (GND) og Ambagaswewa GND ble valgt Som CKDu-endemiske områder for vannprøvetaking som ligger i Henholdsvis Anuradhapura District og Polonnaruwa district i North Central Province, Sri Lanka. Buddahangala GND I ampara distriktet ble valgt som referanseområde for denne studien. Prøvepunkter for drikkevannsprøveinnsamlingen ble valgt fra grunne drikkevannsbrønner (gravd brønner) som ligger i hjemmehager av beboerne som er de viktigste kildene til vannforbruk i deres daglige liv. Tretti gravbrønner ble valgt tilfeldig for vannprøvetaking, og alle prøvetakingsstedene ble plassert innenfor samme klimasone (Tørr sone I Sri Lanka). Prøvetakingssteder ble registrert i feltet ved hjelp av global positioning system (GPS) (Figur 1). Prøvetakingsprosedyren ble gjennomført innen August 2019 (tørrsesong) for alle utvalgte studieområder. Tripliserte 30 drikkevannsprøver ble samlet fra hvert prøvetakingsområde i ukontaminerte teflonflasker (125 ml) og konservert ved tilsetning av konc. salpetersyre (0,10 mL) og lagret ved 4°C, og ytterligere tripliserte 30 drikkevannsprøver ble samlet inn i ukontaminerte teflonflasker (125 ml) uten forsuring og lagret ved 4°C.

(a)

(b)

(a)
(b)

Figur 1

fordelingen av prøvetakingspunkter (Akvifer) som var lokalisert I CKDu-områdene: (a) Ambagaswewa GND, Madirigiriya DSD, Polonnaruwa-Distriktet og (b) Wewalketiya GND, Rambewa DSD, Anuradhapura-Distriktet, Sri Lanka.

2.2. Analyse Av Vannprøver

konsentrasjonen av sporstoffer inkludert kadmium, bly, krom, arsen, sink, kobber, natrium, kalium, jern, mangan, kobolt Og nikkel ble bestemt Ved Bruk Av Induktivt Koblet Plasmamassespektrometri (ICP-MS-7800-Agilent, Tyskland). Multielement ICP-MS-standarder (AccuStandard, USA) ble brukt til instrumentell kalibrering. To kalibreringsserier (1 ppb-50 ppb og 10 ppb til 1000 ppb) ble utarbeidet ved hjelp av multielement standard. Forsurede vannprøver (med konc. HNO3) ble filtrert gjennom 0.45 µ sprøytefiltre før innsetting til ICP-MS-instrumentet. Fosfat – og nitratkonsentrasjon i vannprøver ble målt Ved Ionekromatografisk metode i henhold TIL US-EPA standardprosedyrer (Metode 9056A). Natriumbikarbonat (CASRN 144-55-8) og natriumkarbonat (CASRN-497-19-7) ble brukt som en eluering løsning, og svovelsyre (CASRN-7664-93-9) ble brukt som en regenereringsløsning. ACS Reagensgrad l000 mg / L lageroppløsninger av nitrat og fosfat ble brukt til standardene for anioner tilberedt for et konsentrasjonsområde (0,1 mg / L–10 mg / L). Hver standard og innsamlede prøver ble filtrert ved hjelp av 0,22-mikrometer nylonfiltre. Det ble innført prøver med en strømningshastighet på 0,7 mL / min i Ionekromatografen (Metrohm Eco Ic). Fluorkonsentrasjoner av vannprøver ble målt som målinger på stedet ved hjelp av kalibrert fluormåler (eutech Instrument, pH 510), og VED avlesning BLE TISAB (III) buffer brukt med vannprøve i 1 : 1-forhold for å stabilisere mediumets pH. Magnesium – og kalsiumkonsentrasjoner i vannprøver ble bestemt ved hjelp av et flammeatomisk absorpsjonsspektrofotometer (GBC 5000). En serie standard metallløsninger ble utarbeidet (10 ppm–500 ppm) separat ved bruk Av Både Mg og Ca metallionstandarder (1000 ppm, Bibby Scientific) for å oppnå kalibreringskurven, og konsentrasjonen Av Mg og Ca av hver vannprøve ble bestemt.

2.3. Geografisk Databehandling Og Statistisk Dataanalyse

ArcGIS 10.2.2 programvarepakke ble brukt til å utføre overflateinterpolering for alle prøvetakingssteder ved hjelp av estimerte middelverdier for å måle effekten av vannforurensning i studieområdet. Statistisk analyse ble gjort ved HJELP AV Spss Statistikk programvare. Beskrivende statistikk ble utført på datasettene, og en paret t-test ble utført for å bestemme forskjellene eller likhetene i de kjemiske parametrene som er registrert i hvert prøvetakingssted.

3. Resultater Og Diskusjon

Kronisk nyresvikt har nylig vist en betydelig økning i Enkelte områder I anuradhapura og Pollonnaruwa distriktene. Tabell 2 oppsummerer resultatene av spormetaller og noen av motkonsentrasjonene av utvalgte brønnvannsprøver som er oppnådd fra Henholdsvis Ambagaswewa GND (Madirigiriya DSD I Pollonnaruwa-distriktet), Wewalketiya GND, (Rambewa DSD, I Anuradhapura-distriktet) og referansestedet (Buddhangala GND i Ampara-distriktet) sammenlignet med de tillatte grensene . Når man vurderer årsaksfaktorene Til CKDu, er giftige metaller den viktigste bekymringen, inkludert kadmium, krom og bly. Kadmiumspor forekommer naturlig i fosfat og har vist seg å komme inn i vann, jord og også mat gjennom gjødselsapplikasjon. Kadmium er til stede som en urenhet i fosfatgjødsel og raffinerte petroleumsprodukter . I Henhold Til Sri Lanka drikkevannskvalitetsstandarder er maksimalt tillatt nivå (mpl) av kadmium (Cd) 3.000 µ/L . I denne studien viste 60% av de valgte gravebrønnene I Wewalketiya GND i Anuradhapura-distriktet forhøyede Cd-nivåer som overstiger MPLs. Imidlertid viste drikkevannsprøver hentet fra Ambagaswewa GND, Pollonnaruwa district, de lave Nivåene Av Cd som ikke har overskredet MPLs, og heller ikke noe av vannet viste Cd-nivå som overstiger MPLs i referanseområdet.

tidligere publiserte rapporter har imidlertid tolket at langvarig Eksponering For Cd via drikkevann vedvarer i nyrene og kan muligens forårsake nyresvikt gjennom flere veier , fordi både renal proksimal tubulær skade og nedgang i glomerulær filtrasjonshastighet (GFR) hos mennesker skyldes kronisk eksponering For Cd . Kadmiumfordelingen langs prøvetakingsstedene spesielt Gnd er vist I Figur 2 og kadmiumkonsentrasjonene var signifikant høyere I Wewalketiya GND med hensyn til referanseområdet. Men Cd-konsentrasjonene var ikke signifikant forskjellig fra referansen I Ambagaswewa GND. Økningen i geokjemisk mobilitet Av Cd kan ses under sure miljøforhold med landapplikasjon av gjødsel og plantevernmidler som øker den totale konsentrasjonen Av Cd i landbruksjord. Forsuring av jord og overflatevann øker Den geokjemiske mobiliteten Til Cd. Kadmium (Cd) har blitt foreslått som en mulig faktor som bidrar til sykdommen, og forurensningskilden kan knyttes til trippel superfosfat (TSP) – applikasjon i paddy og andre avlinger fordi TSP-bruk er utbredt i hele landbrukssektoren I Sri Lanka og spesielt i sykdomsregistrerte områder .

(a)

(f)

(c)

(a)
(b)
(c))

Figur 2

Kadmiumkonsentrasjoner i drikkevannsprøver samlet fra (a) prøvetakingssteder I Wewelketiya GND, I Anuradhapura-distriktet, (b) prøvetakingssteder I Ambagaswewa GND, I Polonnaruwa-distriktet, og (c) prøvetakingssteder I Buddangala GND (Referanse) I Ampara-distriktet.

i Henhold til resultatene av denne studien, kan det føre nivåer i Ambagaswewa GND er rapportert å være 6.080 µg/L som maksimal verdi, med et gjennomsnitt på 1.229 ± 1.537 µg/L, og føre nivåer i Wewalketiya GND varierte fra 1.000 µg/L for å 17.350 ppb med gjennomsnittet av 5.422 ± 3.687 µg/L (Tabell 2). Selv om gravd godt vannprøver I WEWALKETIYA GND viste en stor variasjon Av pb konsentrasjoner, 40% av innsamlede prøver har overskredet MPLs Av Pb, og i tilfelle av nyresvikt, ble det rapportert at kronisk eksponering For Pb kan føre til nefrotoksisitet preget av renale effekter, slik som glomerulær sklerose, interstitiell fibrose, og proksimal tubulær nefropati som har vært vanlig observert blant pasienter med CKDu I Sri Lanka .

bortsett fra dette ble områder Med Cr-konsentrasjoner av utvalgte gravebrønner i Ambagaswewa-og Wewelketiya-områder rapportert å være 0,203-0.Henholdsvis 423 µ/L og 11,5–48,00 hryvnias/L, og alle verdier var under MPLs. Men i referanseområdet har ingen av de valgte vannressursene blitt forurenset Med Cr. I både mennesker OG dyr er krom (III) funnet som et viktig næringsstoff som spiller en verdifull nøkkelrolle i fett, glukose og proteinmetabolisme, og det gjøres ved hjelp av insulin . Selv om krom (III) har blitt funnet som et viktig næringsstoff, kan både akutt og kronisk eksponering for høye nivåer via innånding, inntak eller hudkontakt føre til negative helseeffekter. Nyrene er derfor et av hovedorganene for Målretting Av Cr ved akutte høye doser og kronisk kumulativ eksponering. I tillegg kan nyreskade og dysfunksjon forårsaket på grunn av kronisk Cr-eksponering involvere både glomerulær og tubuli .

helseeffekter på grunn av hardt vann eller bikarbonater og sulfater av kalsium (Ca) og magnesium (Mg) er signifikante, og 100 mg/L for Ca og 30 mg/L for Mg anbefales for drikkevann. Resultatene som er oppnådd fra prøveanalysen viser variasjoner I Ca-og Mg-konsentrasjoner i utvalgte gravebrønner I Ambagaswewa og Wewelketiya, og de fleste prøvene har rapportert At Ca – og Mg-konsentrasjoner er utenfor MPLs i de CKDu-endemiske områdene. I referanseområdet er imidlertid gjennomsnittlige konsentrasjoner Av Ca og Mg rapportert å være henholdsvis 23,09 (±14,63) mg/L og 16,14 (±11,90) mg/L, noe som indikerer lave verdier enn CKDu-endemiske områder. Langvarig eksponering For Ca-Og Mg-ioner via drikkevann kan påvirke nyredysfunksjoner negativt ved å endre risikoen for kalsiumstein og øke risikoen for kalsiumholdige nyrestein .

Fluor kan forekomme naturlig i vann over ønskelige nivåer. Fluor har også blitt foreslått som en årsak Til CKDu, og I Henhold Til Sri Lanka drikkevannskvalitetsstandard er maksimalt tillatt nivå (mpl) av fluor (F) 1,0 mg/L . De høyere fluoridnivåene i de innsamlede drikkevannsprøvene (Figur 3) ble imidlertid registrert I Wewalketiya GND (gjennomsnitt: 1.370 ± 0.658 mg/L) OG AAMBAGASWEWA GND (gjennomsnitt: 1,260 ± 0,654 mg/L) sammenlignet med referanseområdet (gjennomsnitt: 0,505 ± 0,765 mg/L), og begge CKDu-endemiske områder har overskredet MPLs av fluor i de innsamlede drikkevannsprøver. Variasjonene av fluor nivåer i alle prøvetaking steder er vist I Figur 3. Videre var 80% av prøvene I Ambagaswewa GND og 95% av prøvene I Wewalketiya GND forurenset med fluor som har overskredet standardgrensene .

Figur 3

Variasjoner av fluorkonsentrasjoner langs prøvepunktene i Referanseområdet (Buddangala) og sykdomsforekomstområder (Ambagaswewa og Wewalketiya).

Overdreven og langvarig eksponering for fluor kan være direkte relatert til nyrevevskader fordi høye fluoridsoner for grunnvann overlapper Med ckdu-utbredte regioner i NCP . Pasienter med redusert glomerulær filtrasjonshastighet har økt risiko for kronisk fluorforgiftning fordi de har mindre evne til å skille ut fluor via urin . Ifølge dose-effekt forholdet mellom fluor nivåer og CKDu, uventede effekter av fluor på cellulære systemer har blitt undersøkt Av Agalakova og Gusev som tydelig viser at fluor kan påvirke oksidativt stress, intracellulær redoks homeostase, lipidperoksydasjon, proteinsyntese hemming, genuttrykk endring, og apoptose.

en rekke geologiske faktorer som oppløsningshastigheter og oppholdstider for fluorbærende bergarter kan være relatert til høyere fluornivåer i grunne brønner i disse områdene. Mineraler, nemlig charnockite, granittisk, hornblende og biotitisk gneis, og også fluor-bærende mineraler som micas, pyroksen, fluoritt, turmalin, topaz, sphen og apatitt kan forbedre fluor nivåer i jord . Fluor i vannet kan være en potensiell årsaksfaktor i utviklingen av sykdommen på grunn av ikke bare virkningen av fluor selv, men også samspillet med andre ioniske bestanddeler som Ca, Na Og muligens Mg som er tilstede i drikkevannet .

spesielt oppsamlede vannprøver hadde høyt ionisk innhold med tilstedeværelse av store mengder hovedioner Som Na + Og K + som normalt finnes i vann. Den økte iconicity av drikkevann kan påvirke uttømming av vannmolekyler nær nyre membran, endre vannaktivitet og ion aktivitet, osmotisk aktivitet, og hydrofobe interaksjoner. Når man rangerer ionene etter deres evne til å denaturere proteiner, spiller kationene inkludert kalium, natrium, magnesium og kalsium og anioner som fluor og fosfater en viktig rolle som er tilstede i høyere innhold i oppsamlede drikkevannsprøver fra prøvetakingssteder . Gjødsel avrenning som inneholder de fleste av de ioniske midler kan bidra til forurensning av drikkevannskilder i dette området. På samme måte er noen anioner som fluor og fosfater de mest aktive i protein denaturering, mens nitrater er minst effektive. Endring av jordens sammensetning og hydrologi kan føre til økt ionisitet av tilstøtende vannkilder. De vekslende reduserende og oksiderende forholdene (avhengig av miljø-og klimaforholdene i områdene) av jord fremmer tilsetning av jern (Fe) og mangan (mn) i jordløsningen som vil bli delvis utlakket ut i vanntabellen som indikeres av resultatene av å ha høyt Fe og Mn-innhold i alle prøvetakingssteder (Tabell 2). Disse redoksfluktuasjonene i jord kan redusere ph i løsningen på grunn av noen ikke-likevektsioniske prosesser som konvertering av karbonat til bikarbonat og reaksjon med omgivende karbondioksid (CO2). pH-reduksjon av jordløsningen vil føre til utslipp av jordbundne giftige tungmetaller, og de legges til vannkildene i disse områdene. Intensiv bruk av kunstgjødsel og plantevernmidler er også ansvarlig for reduksjon av jord pH-nivåer .

nyren trenger “godt” drikkevann . Det kan anses at den langsiktige eksponeringen av nyrene til drikkevannet som inneholder mange ioniske arter og har høy ionicitet, som kommer til å fortsette i nyrene, kan påvirke dem negativt. Slik eksponering kalles “kronisk eksponering”. Kronisk eksponering er når eksponering skjer kontinuerlig med giftige stoffer over en lengre periode . Akviferer av disse områdene blir stadig etterfylt av vann med høy ionisitet Fra Mahaweli-kanaler, samt hyppig oksidasjonsreduksjon av de akviferer som frigjør og øker mengder ioner til vanntabell .

4. Konklusjon

persistensen av overskridede Nivåer Av Cd, Pb og fluorider som påvirker nyrefunksjonen i noen utvalgte gravebrønner i CKDu-endemiske områder indikerer en risiko for å konsumere drikkevannet fra disse ressursene. Selv om andre analyserte sporstoffer og motioner i drikkevannsprøver ikke har overskredet de tillatte grensene, øker langvarig eksponering av nyrene via drikkevann med forhøyede nivåer av ioner forekomsten av nyresvikt. Forurensning av drikkevannskilder med spormetaller og fluor forekommer hovedsakelig ved frigjøring av ioner bundet til jordpartikler fra jorda. Derfor er det verdt å undersøke kilder og veier for forurensning av giftige metaller og fluor i jorda, og ytterligere vurderinger bør utføres for å forstå bidraget fra gjødselsapplikasjon og andre landbruksaktiviteter for disse forurensningene også. I Tillegg må giftige metallkonsentrasjoner av hyppig bruk av gjødsel som ofte brukes i Sri Lanka, evalueres kontinuerlig.

Datatilgjengelighet

dataene som brukes til å støtte funnene i denne studien, er inkludert i artikkelen.

Interessekonflikter

forfatterne erklærer at de ikke har noen kjente konkurrerende økonomiske interesser eller personlige forhold som kunne ha vist seg å påvirke arbeidet som er rapportert i denne artikkelen.

Bekreftelser

forfatterne vil gjerne anerkjenne National Institute Of Fundamental Studies (Nifs), Kandy, Sri Lanka, og vil gjerne takke Fru Sachini Rathnasekara og Mr. Sudesh Hemal for å gi språkhjelp, skrivehjelp og korrekturlesing av artikkelen Og Amila T. Kannangara, Amitha Suriyaarachchi, Og Erandi Udayasiri for å støtte analysen av vannprøver. DENNE forskningen ble finansiert AV forskningsprosjektet PS / DSP / CKDU/06 / 3.5 med tittelen ” Etablere Et Ckdu Informasjons-Og Forskningssenter ved Universitetet I Kelaniya, Sri Lanka.”