Explorar a principal Causa de Doença Renal Crônica de Etiologia Desconhecida (CKDu) através de Análise do Íon do Metal e Counterion Contaminantes na Água Potável: Um Estudo no Sri Lanka
Resumo
A introdução de elevadas quantidades de estrangeiros íons no sangue pode levar à diminuição da filtração em membrana de rins e crônica nos rins. A fim de avaliar o risco de consumo de água potável (água do poço escavado) em doenças renais crônicas de etiologia desconhecida (CKDu), foram analisadas e comparadas com uma área de referência áreas afetadas no Sri Lanka, vestígios de metais e outros contraões em amostras de água obtidas a partir de poços escavados. A água potável pode ser a principal fonte responsável pela introdução de contaminantes iónicos nefrotóxicos no corpo humano. Para atingir este objectivo, foram recolhidas amostras de água potável de poços escavados em duas áreas endémicas de CKDu e uma área de referência onde não foram encontrados doentes de CKDu numa estação seca. Na área de Wewelketiya( uma das áreas endêmicas), concentrações de Cd em 60% das amostras de água e concentrações de Pb em 40% das amostras de água excederam o limite máximo dado pelos padrões de qualidade da água do Sri Lanka. As concentrações de fluoreto também excederam os limites admissíveis de mais de 80% das amostras de água recolhidas em ambas as áreas endémicas de CKDu. No entanto, nenhuma das amostras de água em áreas de referência comunicou que Cd, Pb e fluoreto estão para além dos seus limites máximos admissíveis. Por conseguinte, as pessoas nas áreas endémicas específicas do CKDu correm o risco de sofrer danos nos tecidos renais devido à exposição a longo prazo à água potável, com níveis elevados de alguns iões metálicos e contraões.
1. Introdução
doença renal Crônica de etiologia desconhecida foi descoberta pela primeira vez no Sri Lanka, em meados da década de 1990 e foi principalmente observada entre os agricultores, no Centro-Norte da Província (NCP) do Sri Lanka, e, desde então, mais de duas décadas de um período, a propagação da doença drasticamente até a outras áreas agrícolas do país, como o Norte, Noroeste, Leste, Uva, e as Províncias do Centro do país . A doença renal crónica (DRC) é uma doença não-transmissível que está relacionada com factores de risco tais como diabetes ou hipertensão, snakebites passadas e infecções do tracto urinário . Outro estudo definiu “doença renal crónica” como lesão renal ou função renal diminuída (TFG diminuída) por três meses ou mais . A doença renal crônica (DRC) é uma preocupação global de saúde pública, que está atraindo maior atenção global por causa da rápida propagação da doença. No entanto, CKD de etiologia desconhecida CKDu também é prevalente e está progredindo rapidamente em certas regiões do mundo, especialmente na África, América Central e Ásia .
a ocorrência de CKDu no mesmo país variará com a área geográfica. Uma relação íntima entre a qualidade da água e a geologia subjacente tem sido registrada repetidamente em várias regiões geográficas do mundo. Desde o CKDu existe nas comunidades onde a água subterrânea é a principal fonte de água potável, muitos fatores de risco são a hipótese, por exemplo, não identificado toxinas ambientais, levando a CKDu , crônica exposição aos pesticidas e nível avançado de metais pesados na água e no solo , altos níveis de flúor e impactos potenciais de AlFx no solo e na água , e o crescimento de cianobactérias de recursos hídricos .
CKDu foi descoberto principalmente entre os homens na província Centro-Norte (NCP) do Sri Lanka, incluindo os distritos de Anuradhapura e Polonnaruwa (Tabela 1), e ultimamente, também tem sido detectado entre mulheres e crianças. Os pacientes do sexo masculino são predominantemente agricultores e / ou trabalhadores agrícolas, que têm mais de 40 anos de idade . A distribuição da doença pode estar associada a alguns factores geográficos e socioeconómicos de origem ambiental e profissional. NCP do Sri Lanka é uma parte da “zona seca” do Sri Lanka, com uma precipitação de ∼1750 a 1000 mm por ano , e alguns estudos têm mostrado que o mapa de chuvas em grande parte se sobrepõe com a região afetada pelo CKDu. Agora, a doença se espalhou para distritos próximos, incluindo as províncias Noroeste, Leste e Uva também. É um fardo elevado para a economia do país, devido ao elevado custo dos tratamentos e ao fraco rendimento das pessoas em áreas remotas. Alguns estudos de coorte realizados utilizando registos hospitalares descritivos indicaram que os doentes que vinham a clínicas de Nefrologia em Anuradhapura e Kandy estavam a aumentar durante o período 2001-2002, sendo a maioria doentes com DRC .
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Fonte: Ministério da Saúde, A nutrição e a Medicina Indígena, Sri Lanka, em 2016.
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as causas e os factores de risco para o desenvolvimento do CKDu variam muito. Como o CKDu prevalece em agregados familiares onde a água subterrânea ou água de poço é a principal fonte de água potável, vários fatores de risco podem ser hipótese de: (a) a exposição crônica a pesticidas químicos e fertilizantes e, assim, aumentar de metais pesados (por exemplo, Cd, Pb e Como) em água e (b) presença de níveis elevados de flúor e outros possíveis counterions, tais como fosfatos e nitratos .
os desequilíbrios iónicos do sangue e a introdução de uma elevada carga de iões ou moléculas estranhas no sangue causam diminuição da membrana de filtração que pode resultar em desnaturação proteica. Essas moléculas proteicas passam para a urina devido à ausência de manutenção adequada do tamanho dos poros na membrana. Os capilares glomerulares danificam progressivamente a membrana de filtração com gradientes de pressão osmótica elevados e proteoglicanos carregados negativamente também podem ser afetados por concentrações mais elevadas de catiões . Além disso, as toxinas não são filtradas do sangue e acumuladas no corpo. Quando a disfunção dos rins ocorre parcial ou completamente, o desempenho normal do corpo são alterados, resultando em alguns problemas graves de saúde com etiologia confusa, como a doença renal crônica de etiologia desconhecida (CKDu) .
A intenção do presente estudo é avaliar a qualidade da água potável através da avaliação dos níveis de metais tóxicos e selecionado counterions em poços de CKDu áreas endêmicas, em comparação com uma área de referência (CKDu nonendemic áreas) e comentar sobre o risco do consumo de água potável em áreas seleccionadas com base em rupees de Sri Lankan padrões de qualidade de água. Além disso, o estudo tem como objetivo explorar a evidência da relação entre o consumo de água do poço e a prevalência de doenças renais em áreas endêmicas de CKDu selecionadas.
2. Metodologia
2.1. Recolha de amostras
com base nas informações obtidas do Ministério da Saúde, Sri Lanka, divisão Wewalketiya Gama-Niladhari (GND) e Ambagaswewwa GND foram seleccionadas como zonas endémicas de CKDu para amostragem de água que estão localizadas no distrito de Anuradhapura e no distrito de Polonnaruwa, respectivamente, na província do centro norte, Sri Lanka. Buddahangala GND no distrito de Ampara foi selecionada como a área de referência para o presente estudo. Os pontos de amostragem para a recolha de amostras de água potável foram selecionados a partir de poços de água potável rasos (poços escavados) localizados em jardins domésticos dos residentes, que são as principais fontes de consumo de água em sua vida diária. Foram seleccionados aleatoriamente trinta poços escavados para a amostragem de água, e todos os locais de amostragem estavam localizados na mesma zona climática (zona seca do Sri Lanka). Os locais de amostragem foram registados no campo utilizando o sistema global de posicionamento (GPS) (Figura 1). O procedimento de amostragem foi realizado em agosto de 2019 (estação seca) para todas as áreas de estudo seleccionadas. Foram colhidas 30 amostras triplicadas de água potável de cada zona de amostragem em garrafas de Teflon não contaminadas (125 ml) e conservadas adicionando conc. ácido nítrico (0.10 mL) e armazenado a 4 ° C, e outras 30 amostras triplicadas de água de beber foram recolhidas em garrafas de Teflon não contaminadas (125 ml) sem acidificação e armazenadas a 4 ° C.
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b)
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2.2. A análise das amostras de água
a concentração de oligoelementos incluindo cádmio, chumbo, crómio, arsénio, zinco, cobre, sódio, potássio, ferro, manganês, cobalto e níquel foi determinada utilizando espectrometria de massa de Plasma indutivamente acoplada (ICP-MS-7800-Agilent, Alemanha). Os padrões Multielement ICP-MS (AccuStandard, EUA) foram usados para calibração instrumental. Foram preparadas duas séries de calibração (1 ppb–50 ppb e 10 ppb-1000 ppb), utilizando o padrão multielement. Amostras de água acidificada (com conc. HNO3) foram filtrados através de 0.Filtros de seringa de 45 µm antes da inserção no instrumento ICP-MS. A concentração de fosfato e nitrato nas amostras de água foi medida pelo método cromatográfico iónico de acordo com os procedimentos normalizados US-EPA (método 9056A). Bicarbonato de sódio (CASRN 144-55-8) e carbonato de sódio (CASRN-497-19-7) foram usados como uma solução de eluição, e o ácido sulfúrico (CASRN-7664-93-9) foi usado como uma regeneração solução. As soluções–mãe de nitrato e fosfato para reagente ACS de grau l000 mg/L foram utilizadas para os padrões para aniões preparados para uma gama de concentrações (0,1 mg/L-10 mg/L). Cada amostra padrão e recolhida foram filtradas utilizando filtros de nylon de 0,22 micrómetros. Foram introduzidas amostras, com o caudal de 0,7 mL / min, no cromatógrafo de iões (Metrohm Eco IC). As concentrações de fluoreto das amostras de água foram medidas no local utilizando um medidor de fluoreto calibrado (Eutech Instrument, pH 510) e, ao efectuar as leituras, o tampão TISAB (III) foi utilizado com a amostra de água numa proporção de 1 : 1, a fim de estabilizar o pH do meio. As concentrações de magnésio e cálcio nas amostras de água foram determinadas utilizando um espectrofotómetro de absorção atómica de chama (GBC 5000). Uma série de soluções de metal padrão foram preparadas separadamente (10 ppm–500 ppm) usando ambos os padrões de íon de Mg e Ca metal (1000 ppm, Bibby Scientific) para obter a curva de calibração, e a concentração de Mg e Ca de cada amostra de água foi determinada.
2.3. O pacote de software para Tratamento de dados geográficos e Análise de dados estatísticos
ArcGIS 10.2.2 foi utilizado para efectuar interpolação superficial em todos os locais de amostragem, utilizando valores médios estimados para medir o impacto da contaminação da água na área do estudo. A análise estatística foi feita usando software de Estatísticas SPSS. Foram realizadas estatísticas descritivas sobre os conjuntos de dados e foi realizado um teste t emparelhado para determinar as diferenças ou semelhanças dos parâmetros químicos registados em cada local de amostragem.
3. Resultados e discussão
a insuficiência renal crónica mostrou recentemente um aumento significativo em algumas áreas nos distritos de Anuradhapura e Pollonnaruwa. A tabela 2 resume os resultados de rastreamento de metais e alguns dos counterion concentrações selecionadas amostras de águas de poços que são obtidos a partir do Ambagaswewa GND (Madirigiriya DSP em Pollonnaruwa distrito), Wewalketiya GND, (Rambewa DSP, em Anuradhapura de distrito), e o site de referência (Buddhangala GND nos Ampara distrito), respectivamente, comparados com os limites admissíveis . Ao considerar os factores causadores do CKDu, os metais tóxicos são a preocupação mais importante, incluindo o cádmio, o crómio e o chumbo. Traços de cádmio ocorrem naturalmente no fosfato e tem sido mostrado para entrar na água, solo, e também alimentos através da aplicação de fertilizantes. O cádmio está presente como impureza nos adubos fosfatados e nos produtos petrolíferos refinados . De acordo com as normas de qualidade da água potável do Sri Lanka, o teor máximo admissível (MPL) de cádmio (Cd) é de 3 000 µg/l. No presente estudo, 60% dos poços escavados seleccionados em Wewalketiya GND, no distrito de Anuradhapura, apresentavam elevados níveis de Cd que excediam os MPLs. No entanto, as amostras de água potável obtidas a partir de Ambagaswewa GND, Distrito de Pollonnaruwa, mostraram os baixos níveis de Cd que não excederam os MPLs, e também nenhuma da água mostrou o nível de Cd que excede os MPLs na área de referência.
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ND: não detectado; N/A: indisponivel.
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no Entanto, anteriormente publicados relatórios têm interpretado que a exposição a longo prazo para Cd via água potável persistir nos rins e pode causar insuficiência renal, através de diversos caminhos , porque ambos renais tubulares proximais danos e declínio da taxa de filtração glomerular (JOY) nos seres humanos são devidas a exposição crônica ao Cd . A distribuição de cádmio ao longo dos locais de amostragem, em especial GND, é apresentada na Figura 2 e as concentrações de cádmio foram significativamente mais elevadas no WEWALKETIYA GND no que respeita à área de referência. Mas as concentrações de Cd não eram significativamente diferentes da referência no GND Ambagaswewa. O aumento da mobilidade geoquímica do Cd pode ser visto em condições ambientais ácidas com a aplicação de fertilizantes e pesticidas na terra, o que aumenta a concentração total de Cd nos solos agrícolas. A acidificação dos solos e das águas superficiais aumenta a mobilidade geoquímica do Cd. O cádmio (Cd) tem sido sugerido como um possível fator que contribui para a doença, e a fonte de contaminação pode ser associada com a aplicação tripla de superfosfato (TSP) em paddy e outras culturas, porque o uso TSP é difundido em todo o setor agrícola no Sri Lanka e, especialmente, nas áreas prevalecentes da doença .
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de Acordo com os resultados do presente estudo, os níveis de chumbo no Ambagaswewa GND são relatados para ser 6.080 µg/L como o valor máximo, com uma média de 1.229 ± 1.537 µg/L, e os níveis de chumbo no Wewalketiya GND variou de 1.000 µg/L para 17.350 ppb, com a média de 5.422 ± 3.687 µg/L (Tabela 2). Mesmo que poço de amostras de água em Wewalketiya GND mostrou uma grande variação de concentrações de Pb, 40% das amostras coletadas excedeu o MPLs da Pb, e em caso de insuficiência renal, foi relatado que a exposição crônica ao Pb pode levar a nefrotoxicidade caracterizada por efeitos renais, tais como esclerose glomerular, fibrose intersticial e tubulares proximais nefropatia que têm sido comumente observada entre os pacientes com CKDu no Sri Lanka .
além disso, as concentrações Cr de poços escavados selecionados nas áreas de Ambagaswewa e Wewelketiya foram relatadas como 0,203-0.423 µg/L e 11, 5–48, 00 µg / L, respectivamente, e todos os valores foram inferiores aos MPLs. Mas na área de referência, nenhum dos recursos hídricos seleccionados foi contaminado com Cr. Em humanos e animais, crómio (III) é encontrado como um nutriente essencial que desempenha um papel fundamental valioso no metabolismo da gordura, glicose e proteína, e é feito pela ação da insulina . Embora o crómio (III) tenha sido encontrado como nutriente essencial, a exposição aguda e crónica a níveis elevados por inalação, ingestão ou contacto dérmico pode resultar em efeitos adversos para a saúde. O rim é, portanto, um dos principais órgãos direccionados para a Cr em doses elevadas agudas e exposição cumulativa crónica. Além disso, danos renais e disfunção causados devido à exposição CR crónica podem envolver tanto o glomerular quanto o túbulo .
os efeitos para a saúde devidos a água dura ou bicarbonatos e sulfatos de cálcio (Ca) e magnésio (Mg) são significativos, e são recomendados 100 mg/L para Ca e 30 mg/L para a água potável. Os resultados obtidos a partir da análise da amostra mostram variações nas concentrações de Ca e Mg em poços escavados selecionados em Ambagaswewa e Wewelketiya, e a maioria das amostras relataram que as concentrações de Ca e Mg estão além dos MPLs nas áreas endémicas de CKDu. No entanto, na área de referência, a média das concentrações de Ca e Mg foram relatados para ser 23.09 (±14.63) mg/L e 16.14 (±11.90) mg/L, respectivamente, indicando que os valores baixos do que CKDu áreas endêmicas. A exposição a longo prazo aos iões Ca e Mg através da água de bebida pode afectar negativamente disfunções renais modificando o risco para pedras de cálcio e aumentando o risco de pedras renais contendo cálcio .
fluoreto pode ocorrer naturalmente em água acima dos níveis desejáveis. O fluoreto também foi proposto como causa do CKDu , e de acordo com o padrão de qualidade da água potável do Sri Lanka, o limite máximo admissível (MPL) de fluoreto (F) é de 1,0 mg/L. No entanto, os níveis mais elevados de fluoreto nas amostras de água de beber recolhidas (Figura 3) foram registados na WEWALKETIYA GND (média: 1,370 ± 0.658 mg/L) e Aambagaswewa GND (média: 1.260 ± 0.654 mg/L), em comparação com a área de referência (média de 0,505 ± 0.765 mg/L), e ambos CKDu áreas endêmicas excedeu o MPLs de fluoreto na coletadas amostras de água potável. As variações dos níveis de fluoreto em todos os locais de amostragem são indicadas na Figura 3. Além disso, 80% das amostras em AMBAGASWEWA GND e 95% das amostras em Wewalketiya GND estavam contaminadas com fluoreto que excedeu os limites normalizados .
a exposição excessiva e a longo prazo ao fluoreto pode estar directamente relacionada com danos nos tecidos renais, uma vez que as zonas de fluoreto elevadas para as águas subterrâneas se sobrepõem às regiões prevalentes de CKDu no PCN . Os doentes com taxa de filtração glomerular reduzida têm um risco aumentado de toxicidade crónica do fluoreto porque têm menos capacidade para excretar fluoreto através da urina . De acordo com a relação dose–efeito entre os níveis de fluoreto e o CKDu , os efeitos inesperados do fluoreto nos sistemas celulares foram investigados por Agalakova e Gusev, que revelam claramente que o fluoreto pode afectar o stress oxidativo, a homeostase intracelular do redox, a peroxidação lipídica, a inibição da síntese proteica, a alteração da expressão genética e a apoptose.
uma série de factores geológicos, tais como taxas de dissolução e tempos de permanência de rochas com fluoreto, podem estar relacionados com níveis mais elevados de fluoreto em poços pouco profundos nessas áreas. Os minerais, nomeadamente, charnocite, granítico, hornblende e gneisses biotíticos , e também os minerais Portadores de fluoreto, tais como micas, piroxeno, fluorite, tourmalina, topaz, esfeno e apatite, podem aumentar os níveis de fluoreto no solo . O fluoreto na água pode ser um potencial factor causal no desenvolvimento da doença, devido não só aos impactos do próprio fluoreto, mas também à sua interacção com outros componentes iónicos, tais como Ca, Na e, possivelmente, Mg, que estão presentes na água potável .
em particular, as amostras de água recolhidas apresentavam um elevado teor iónico com a presença de elevadas quantidades de iões principais, tais como Na+ E K+, que são normalmente encontrados na água. O aumento da iconicidade da água potável pode influenciar a depleção de moléculas de água perto da membrana renal, mudando a atividade da água e a atividade iônica, a atividade osmótica e as interações hidrofóbicas. Ao classificar os iões pela sua capacidade de desnaturar proteínas, os catiões, incluindo potássio, sódio, magnésio e cálcio e aniões, como o fluoreto e os fosfatos, desempenham um papel importante que estão presentes em teores mais elevados nas amostras de água potável recolhidas em locais de amostragem . O escoamento de fertilizantes que contém a maioria desses agentes iônicos pode contribuir para a poluição das fontes de água potável naquela área. Do mesmo modo, alguns aniões, como o fluoreto e os fosfatos, são os mais activos na desnaturação de proteínas, enquanto os nitratos são os menos eficazes. A alteração da composição e da hidrologia do solo pode levar a um aumento da Ionicidade das fontes de água adjacentes. A alternância de redução e de oxidação condições (dependendo do ambiente e condições climáticas das áreas) do solo promover a adição de ferro (Fe) e manganês (Mn) na solução do solo, que iria ficar, em parte, lixiviados para a água, que é indicado pelos resultados de ter alta Fe e Mn conteúdo em todos os locais de amostragem (Tabela 2). Essas flutuações redox do solo podem diminuir o pH da solução devido a alguns processos iônicos nãoequilibrados, tais como a conversão de carbonato em bicarbonato e reação com dióxido de carbono ambiente (CO2). a redução do pH da solução do solo conduzirá à libertação de metais pesados tóxicos ligados ao solo e estes serão adicionados às fontes de água nessas áreas. A utilização intensiva de fertilizantes químicos e pesticidas é também responsável pela redução dos níveis de pH no solo .
o rim precisa de água potável” boa”. Pode-se considerar que a exposição a longo prazo do rim à água potável que contém muitas espécies iônicas e tem alta Ionicidade, que vão persistir nos rins, pode afetá-los negativamente. Tal exposição é denominada “exposição crónica”. A exposição crónica ocorre quando a exposição ocorre continuamente com substâncias tóxicas durante um longo período de tempo . Os aquíferos dessas áreas são constantemente reabastecidos por água com elevada Ionicidade proveniente dos canais de Mahaweli, bem como a redução frequente da oxidação desses aquíferos libertando e aumentando as quantidades de íons para o lençol freático .
4. Conclusão
a persistência de níveis excedidos de Cd, Pb e fluoretos que influenciam a função renal em alguns poços escavados seleccionados em áreas endémicas de CKDu indica um risco de consumo de água potável a partir desses recursos. Mesmo que outros oligoelementos analisados e contraões em amostras de água potável não tenham excedido os limites admissíveis, a exposição a longo prazo do rim através da água potável com níveis elevados de íons aumenta a ocorrência de insuficiência renal. A contaminação das fontes de água potável com vestígios de metais e fluoreto ocorre principalmente através da libertação de iões ligados a partículas do solo. Por conseguinte, vale a pena investigar as fontes e vias de contaminação dos metais tóxicos e do fluoreto no solo, devendo ser realizadas avaliações adicionais para compreender a contribuição da aplicação de fertilizantes e de outras actividades agrícolas para essas contaminações também. Além disso, as concentrações de metais tóxicos de uso freqüente de fertilizantes comumente utilizados no Sri Lanka precisam ser avaliados continuamente.
disponibilidade de dados
os dados utilizados para apoiar os resultados deste estudo estão incluídos no artigo.
conflitos de interesses
os autores declaram que não têm interesses financeiros ou relações pessoais concorrentes conhecidos que possam ter influenciado o trabalho relatado neste artigo.
Agradecimentos
Os autores gostariam de agradecer o Instituto Nacional de Estudos Fundamentais (NIFS), Kandy, Sri Lanka, e gostaria de agradecer a Sra Sachini Rathnasekara e Mr. Sudesh Hemal para fornecer a ajuda da língua, a escrita de assistência e revisão do artigo e Amila T. Kannangara, Amitha Suriyaarachchi, and Erandi Udayasiri for supporting the analysis of water samples. Esta pesquisa foi financiada pelo projeto de pesquisa PS/DSP/CKDU/06/3.5 intitulado “estabelecer um centro de informação e Pesquisa em CKDu na Universidade de Kelaniya, Sri Lanka.”
