Abstract
A neurodegeneratív betegségek etiológiájában úgy tűnik, hogy a fogékonysági gének és környezeti tényezők egyaránt szerepet játszanak. A toxikus fémeket jelentős környezetszennyezőknek tekintik. Az alumínium (Al) és más toxikus fémek eltávolításának hatására javuló szklerózis multiplex (MS) esetéről szóló tanulmányunk nyomán megvizsgáltuk az Al-mérgezés és az ND közötti lehetséges kapcsolatot. Az Al eltávolítására az EDTA (kalcium-dinátrium-etilén-diamin-tetraecetsav) kelátképző szerrel végzett lassú intravénás kezelést alkalmaztuk (kelátpróba), és a betegektől 12 órán keresztül gyűjtött vizeletben kimutattuk azt. A szklerózis multiplexben szenvedő betegek az összes ÉD 85,6%-át képviselték. Az Al az esetek 44,8%-ában volt jelen az ND-t és az egészséges betegeket átfogó esetekben. Az Al-szintek szignifikánsan magasabbak voltak az ND-betegeknél, mint az egészségeseknél. Itt mutatjuk be, hogy az Al-terhelés által érintett betegek kezelése tíz EDTA kelátterápiával (EDTA intravénás beadása hetente egyszer) képes volt jelentősen csökkenteni az Al-mérgezést.
1. Bevezetés
Az emberi populáció toxikus fémeknek való kitettsége számos szervrendszer károsodását eredményezheti.
Az egyik leggyakrabban vizsgált toxikus fém, az alumínium (Al) számos betegségben szerepet játszik. Az Al nagy mennyiségben előforduló és mindenütt elterjedt környezeti és ipari mérgező anyag, és számos élelmiszeripari termékben is megtalálható, és részt vesz a csontváz, a vérképzőszervek és a neurológiai betegségek kialakulásában . Az Al-toxicitást az olyan fémek, mint a magnézium, a kalcium és a vas (Fe) homeosztázisának felborulása okozza: valójában az Al biológiai funkcióikban utánozza ezeket a fémeket, és számos biokémiai változást idéz elő . Különösen az Al közvetlen genotoxicitást fejt ki primer emberi idegsejtekben, és neurodegenerációt idéz elő a Fe felhalmozódás és az oxigén reaktív fajok (ROS) termelésének növekedése révén . Az Al által kiváltott oxidatív DNS-károsodást korábban patkányok agyának különböző régióiban neurodegenerációval hozták összefüggésbe . Ezenkívül nemrégiben kimutatták, hogy az Al3+ transzporter által közvetített dopamin neuron degenerációt idéz elő a Caenorhabditis elegans fonálférgekben .
A toxikus fémek eltávolítása az emberi szervezetből hasznos eszközt jelenthet a fémmérgezéssel kapcsolatos számos betegség kezdetének vagy progressziójának elkerülésére.
A biológiai minták bizonyos fémtartalmának monitorozás céljából történő meghatározására alkalmas módszereket néhány évvel ezelőtt fejlesztették ki. Valóban, mind a toxikus, mind az esszenciális fémeket vérben, vizeletben és hajban atomabszorpciós spektroszkópiával vizsgálták . Ezt követően módszereket fejlesztettek ki a humán biológiai anyagokban található nyomelemek elemzésére, és az induktív csatolású plazma tömegspektrometriát (ICP-MS) több elem szűrésére is előnyösnek tartották . Nehéznek tűnik azonban a vérben és a vizeletben a fémfelesleg kimutatása az akut fémmérgezéstől eltérő körülmények között. Valójában a vér toxikus fémszintjének növekedése csak a fémeknek való friss expozíciót tükrözi . Akut expozíciót követően a toxikus fémek gyorsan átkerülnek a vérből számos szövetbe, ahol, mint például a központi idegrendszerben (CNS), szekvenálódnak. A felhalmozódott toxikus fémek emberi szervekből történő eltávolításának egyetlen módja a fémek kelátképző szerek segítségével történő megkötése, azzal a céllal, hogy a vizelettel kiüríthető komplexeket képezzenek. A toxikus fémek szintje vizsgálható a betegektől gyűjtött vizeletmintákban a kelátképző szerrel való “kihívást” követően (“kelációs teszt”). Az ismert kelátképző szerek közül a kalcium-dinátrium-etilén-diamin-tetraecetsavat (CaNa2EDTA vagy EDTA) választottuk, amelyet intravénásan adtunk be. Korábban tanulmányozták az alumínium és más biokémiai érdekű fémek stabilitási állandóit különböző kelátképző szerekkel, köztük az EDTA-val . A fémkomplex állandók készletének kidolgozása a fémek kémiai és funkcionális tulajdonságainak korrelációját szolgálta, és arra utalt, hogy az EDTA képes mobilizálni az alumíniumot.
A múltban az Al toxikus szintjét neurodegeneratív betegségekkel (ND) hozták összefüggésbe. Kiemelték az Al és az Alzheimer-kór közötti lehetséges kapcsolatot . 1991-ben arról számoltak be, hogy az alacsony dózisú intramuszkuláris desferrioxaminnal (DFO), egy háromértékű kelátorral történő kezelés, amely képes eltávolítani a szervezetből a felesleges vasat és/vagy alumíniumot, lassítja az Alzheimer-kór progresszióját .
A jelen munkában úgy döntöttünk, hogy megvizsgáljuk, hogy az Al részt vesz-e a neurotoxicitásban. Valóban értékeltük az Al testterhelését az ND-ben érintett vagy nem érintett betegeknél. Vizsgáltuk továbbá ennek a terhelésnek a lehetséges csökkenését az EDTA kelátképző szerrel végzett kezelések hatására.
2. Anyagok és módszerek
2.1. Az Al-terhelés csökkentése. A vizsgálat felépítése és a betegek toborzása
A 471 egymást követő, egy járóbeteg-szakellátó központban orvosi vizsgálaton átesett alany közül csak 211-et választottunk ki és vontunk be ebbe a vizsgálatba, mivel bizonyított volt az Al-terhelésük és a protokoll betartása, például a hetente egyszeri, személyes választás alapján végzett kelátterápia. A tanulmányban vizsgált ÉD-k a szklerózis multiplex (MS), az amyotrófiás laterálszklerózis (ALS), a Parkinson-kór (PD) és az Alzheimer-kór (AD) voltak. Sok MS-beteget korábban az ilyen kórképekben alkalmazott hagyományos gyógyszerekkel kezeltek (pl. immunszuppresszáns szerekkel, mint a mitoxantron és az azatioprin, széles spektrumú immunmoduláló szerekkel, mint a glatiramer-acetát és az interferon , és monoklonális antitestekkel, mint a rituximab és a natalizumab). Néhány szklerózis multiplexes beteget korábban soha nem kezeltek gyógyszerekkel. Ismert betegségben nem szenvedő betegeket (egészséges alanyok vagy kontrollok), valamint nem neurodegeneratív kórképekben szenvedő betegeket (nem ND, ami a fibromyalgiához hasonló, nem ND-nek minősülő betegségekre utal) is felvettek. Néhány egészséges beteg, aki korábban környezeti vagy munkahelyi toxikus fémeknek volt kitéve, előnyben részesítette az esetleges mérgezésük vizsgálatát az ilyen fémek hajmintákban való jelenlétének értékelésével. Őket valóban kizárták a jelen vizsgálatból. Minden beteg beleegyezését adta a vizsgálatban való részvételhez. Életkoruk 18 és 75 év között volt.
2.2. Kelációs teszt és a vizelet Al-értékelése
A betegeket kelációs tesztnek vetették alá az esetleges Al-mérgezés kimutatására. Felkérték őket ugyanis, hogy vegyenek vizeletmintát az EDTA kelátképző szerrel (etiléndiamin-tetraecetsav, pl. kalcium-dinátrium-edetát, 2 g/10 ml, 500 ml fiziológiás sóoldatban hígítva, Farmax srl, Brescia, Olaszország) végzett intravénás kezelés előtt és után. Az EDTA-t intravénásan lassan adták be a betegeknek (az infúzió körülbelül 2 órán át tartott). A kelátozást követő vizeletgyűjtés ideje 12 óra volt. Az ilyen gyűjtésből kinyert mintákat pontosan steril fiolákba burkolták, és a toxikológiai laboratóriumba (Doctor’s Data Inc., St. Charles, IL, USA) szállították, ahol feldolgozták őket. A mintákat hitelesített fémmentes savakkal savasan emésztették; az emésztés zárt edényű mikrohullámú emésztőrendszerben történt. A minták hígításához ultratiszta vizet használtak.
A szennyeződés elkerülése érdekében csak műanyag anyagokat használtak. Minden laboratóriumi eszközt (pipettahegyeket, mérőlombikokat stb.) legalább 48 órára 10%-os (v/v) HNO3/etanol oldatba merítettünk, majd röviddel a használat előtt Milli-Q tisztított vízzel mostuk. A levegőből származó szennyeződés elkerülése érdekében a minták és a reagensek előkészítésének minden lépését 100-as osztályú tiszta padon végeztük.
A vizsgálatot induktívan kapcsolt plazma tömegspektrometriával (ICP-MS) végeztük, az interferencia csökkentésének új, megbízható módszerét, az ion-molekula kémiával összekapcsolt ütköző/reakciócellás módszert alkalmazva. A módszert nemrégiben alkalmazták 20 nyomelem biomonitorozására foglalkozással összefüggő expozíciónak kitett munkavállalók vérében és vizeletében . A minőségellenőrzéshez és az eredmények validálásához hitelesített vizeletstandardokat és házon belüli standardokat használtak. A folyadékbevitelből és a mintatérfogatból adódó potenciálisan nagy hibahatár elkerülése érdekében az eredményeket mikrogrammokban (μg) g kreatininre vonatkoztatva adták meg. A kreatinint fordított fázisú nagy teljesítményű folyadékkromatográfiával mértük, és a vizelet teljes Al-térfogatának korrigálására használtuk az egyének glomeruláris szűrési sebességében a spotminta időpontjában fennálló különbségek miatt. A “Az EDTA-val végzett kelátterápia hatásai toxikus fémeknek való (akut vagy krónikus) kitettséggel kapcsolatos kórképek által érintett betegeknél” című kutatási programot a Milánói Egyetem (Olaszország) etikai kötelezettségvállalása (64/2014-es szám) jóváhagyta.
2.3. Az EDTA-val végzett kelátterápia hatása. A betegek tüneteinek javulásának klinikai értékelése az MS-ben
Az MS-re specifikus diagnosztikai teszt hiányában a neurológiai közösség olyan diagnosztikai kritériumokat fogadott el, amelyeket az időben . A mágneses rezonanciás képalkotás (MRI), az agy-gerincvelői folyadék elemzése és a vizuális kiváltott potenciál, a klinikai diagnózishoz hozzáadva, úgy vélték, hogy az érzékenység és a specificitás korlátai vannak. Az MRI egymás után egyre nagyobb jelentőségre tett szert. A betegek tüneteinek javulásának diagnózisa azonban jelenleg klinikai kritériumokon alapul, mint a neurológiai fogyatékosság (paresztézia, járási ataxia, spaszticitás, optikai neuritis és hólyagműködési zavar) és a fáradtság csökkenése. Néha az ALS tünetei, mint a parézis, izomsorvadás és diszartria, az MRI és az agy-gerincvelői folyadék MS-re jellemző rendellenességeivel társulnak. Valóban, a beteg tüneteinek javulását tekintettük a klinikai rokkantságból való felépülésnek, például a munkaképesség, a spaszticitás csökkenése, a relapszus késleltetése és/vagy a fáradtság eltűnése.
2.4. A betegek tüneteinek javulása. Az EDTA kelátterápia hatása az Al-intoxikációra
A betegeket, akiknél Al-intoxikációt mutattak ki (a vizeletminták szintjének vizsgálatával), EDTA kelátterápiának vetették alá. EDTA-t (2 g-ot 500 ml fiziológiás sóoldatban) intravénásan infundáltunk minden betegnek körülbelül 2 óra alatt. A kezelést hetente egyszer adták, és tíz hétig tartott. A kezelések végén a vizelet Al-szintjét a korábban leírtak szerint elemezték.
2.5. Adatelemzés
A statisztikai elemzést a Microsoft Excel 2010 és az IBM SPSS Statistics 20 (IBM Armonk, New York, USA) segítségével végeztük. Logisztikus regresszióelemzéssel vizsgálták több változó relatív hozzájárulását a műtéti kimenetelhez. szignifikánsnak minősült.
3. Eredmények
3.1. A betegek jellemzői
Az 1. ábra az Al-mérgezést mutató betegek megoszlását közli.
A bevont alanyok jellemzőinek sémája.
Az ND által érintett betegek között a legjobban reprezentáltak az MS-ben szenvedők (az összes ND 85,6%-a). Valóban, mind az MS-betegek csoportját, mind az ND-betegek csoportját összehasonlítottuk az egészséges betegek csoportjával.
3.2. A betegségben szenvedő betegek és az ND-betegek csoportja. Al-intoxikáció
Az EDTA-kihívás előtt minden betegnél nem mutatkozott Al-intoxikáció (az adatok nem láthatóak). Az összes ND által érintett beteg különböző toxikus fémek által okozott mérgezést mutatott (az adatok nem láthatóak). Az EDTA-kihívás után az Al az esetek 44,8%-ában volt jelen az ND-t és az egészséges betegeket átfogóan. Az EDTA-val történő első intravénás kezelést követően gyűjtött vizeletminták (kelátpróba) μg/g kreatinin Al-tartalmának kiértékeléséből kapott Al-mérgezési szinteket a 2. ábra mutatja be. Az adatok azt mutatják, hogy az SM és ND betegek vizeletmintáiban az Al-értékek szignifikánsan magasabbak voltak, mint az egészséges betegekéiben.
A vizsgált személyek vizeletmintáiban vizsgált alumínium (Al)-szintek a kelációs tesztet követően (sötét) és tíz EDTA-val végzett kelációs kezelés után (világos), átlag ± SEM μg/g kreatininben kifejezve. A vizsgált alanyok egészséges betegek, szklerózis multiplexben (MS) szenvedő betegek és valamennyi neurodegeneratív betegségben (ND) szenvedő betegek voltak. Az Al-szintek mind az MS-, mind az ND-betegeknél szignifikánsan magasabbak voltak az egészséges alanyoknál a kelációs tesztet követően kapott értékekhez képest ( vs. egészséges). Az EDTA-val végzett kelátterápiák után az Al-szintek szignifikánsan alacsonyabbak voltak, mint a kelátpróba után kapott értékek (# versus és ## versus ).
3.3. Az EDTA kelátterápia hasznossága
Az EDTA kelátterápia hatásáról a 2. ábra is beszámol. Valóban, azok a betegek, akik a kelátvizsgálatot követően Al-mérgezést mutattak ki, kelátterápiában részesültek (EDTA intravénás beadása hetente egyszer). Tíz terápia után a vizeletminták Al-szintjét tovább értékelték, és összehasonlították a kelátpróba után kapott értékekkel. Az EDTA beadása szignifikánsan hatékonynak bizonyult az Al-terhelés eltávolításában, amint azt a 2. ábra mutatja. Eredményeink azt mutatták, hogy az Al-mérgezés idejének csökkentése jól összefüggött a betegek jobb klinikai állapotával. Valójában különböző mértékben mutatták a neurológiai fogyatékosság és a fáradtság csökkenését.
Megjegyzendő, hogy az EDTA kelátterápia hatékonysága jobban megmutatkozott az ND betegeknél, mint az egészséges betegeknél.
4. Megbeszélés
A mérgező fémeket, peszticideket és fenolokat jelentős környezetszennyezőknek tekintik . A toxikus fémeket a biológiailag nem lebomló anyagok közé sorolják, csakúgy, mint a műanyagokat és a mosószereket, mivel mikroorganizmusok nem bontják le őket. Ezek globális egészségügyi kockázatot jelentenek, mivel képesek hozzájárulni a különböző betegségek kialakulásához. Ebben az összefüggésben az Al-t (amely egy rendkívül reaktív elem és mindenütt jelen lévő környezetszennyező anyag) összefüggésbe hozták néhány betegséggel . Az osteomalacia valójában az Al toxikus hatásaihoz kapcsolódó csontrendszeri betegség, mint például a foszfáthiány, a Ca-felvétel károsodása és az osteoblastok diszfunkcionális proliferációja . Ezenkívül az Al-expozíció károsíthatja a Fe bélrendszeri felszívódását, elősegítve a vérszegény állapotot . Ezenkívül az Al aktív szerepet játszhat a neurológiai betegségek patogenetikai mechanizmusaiban. Különösen az Al bizonyítottan felelős az Alzheimer-kór és más kapcsolódó rendellenességek kritikus neuropatológiai elváltozásaiért, mivel képes a hiperfoszforilált fehérjék keresztkötésére . Az Alzheimer-kórban szenvedő betegek agyában a szenilis plakkok magjában lévő amiloid rostokban kimutatták az Al-t . Az Al jelenléte a biológiai rendszerekben fontos prooxidáns aktivitást eredményezhet azáltal, hogy a Fenton-reakción keresztül elősegíti a szuperoxid-termelődést . A közelmúltban további javaslatokat tettek az Al eltávolítására az Alzheimer-kórban szenvedő betegeknél DFO-kezeléssel . Sikeres DFO-kezelést (mind alacsony, mind standard dózisban) végeztek Al-túlterhelés esetén a hemodializált betegek körében . Ezenkívül kimutatták, hogy a DFO képes védőhatást kifejteni az egerek agyszövetében az Al által kiváltott strukturális és metabolikus változásokkal szemben. Mivel azonban egyes betegek intoleránsak lehetnek a DFO-val szemben, vagy a DFO mellékhatásai, például allergiás reakciók, neurológiai tünetek vagy nyilvánvaló gyomor-bélrendszeri zavarok jelentkezhetnek, úgy döntöttünk, hogy EDTA-t használunk kelátképző anyagként. Az EDTA-hoz hasonló N-(2-hidroxietil)etiléndiamin-triecetsav (HEDTA) kelátorról kimutatták, hogy szelénnel együtt is hatékony az Al által kiváltott oxidatív stressz ellen patkányok agyában .
Az Al és Fe emelkedett vizeletkiválasztását mutatták ki korábban MS betegeknél .
Már korábban tanulmányoztuk egy MS-ben szenvedő fiatalember esetét, akit néhány éve sikertelenül kezelnek a jelenlegi terápiákkal . A beteg által feltárt tünetek a következők voltak: szubakut látásvesztés, diplopia és szemmozgással járó fájdalom, mint a látóideggyulladás első tünetei; a finommotoros készségek zavara; paresztézia és járási ataxia; hólyagműködési zavar; és jelentős fáradtság. Vizsgáltuk a toxikus fémek szintjét a vizeletben, EDTA-val történő intravénás “kihívást” követően. A beteg vizeletében emelkedett Al-, Pb- és Hg-szintet mutattunk ki. Valóban, havonta kétszer EDTA-kezelésnek vetettük alá. A kezelés alatt a beteg idővel javuló tüneteket mutatott, amelyek az SM remissziójára utaltak. Visszanyerte látását és hólyagfunkcióját, és megszűnt a paresztézia, valamint a fáradtság. Mivel ennél a betegnél a leginkább reprezentált toxikus fém az Al volt, úgy döntöttünk, hogy megvizsgáljuk az Al-mérgezés és az ND lehetséges kapcsolatát.
Eredményeink azt mutatják, hogy mind a külön vizsgált MS-ben érintett betegek vizeletmintáiban, mind a teljes vizsgált ND-ben mért Al-szintek jelentősen magasabbak voltak, mint az egészséges betegeké, amint arról a 2. ábra beszámol. Az egészséges betegek mintegy 80 μg/g kreatinin, mint átlagos Al-szintet mutattak, még akkor is, ha a normál értékek 35 μg/g kreatinin. Ezek az adatok arra utalnak, hogy az Al-mérgezés nem feltétlenül függ össze az ND klinikai tüneteinek megjelenésével. Ráadásul a kontrollbetegek valószínűleg képesek korlátozni a további Al-terhelést neuroprotektív vagy antioxidáns mechanizmusok révén, amelyek az ND-betegeknél hiányoznak. Az egyes betegek klinikai értékelése azt sugallta, hogy fontos kapcsolat áll fenn az Al-mérgezés és a mozgáskárosodás, a paresztézia, az ataxia és az ND-ben érintett személyek által mutatott egyéb tünetek között. Valójában azok a betegek, akiknél a vizeletmintában maximális Al-értékeket mutattak ki, klinikai szinten is a betegség legsúlyosabb tüneteit mutatták. Azzal az ellenvetéssel, hogy az Al mobilizálása (kelátképző szerekkel) olyan viszonylag biztonságos helyekről, mint a csontok, és ennek az erősen neurotoxikus fémnek a lerakódása a CNS-ben veszélyes lehet, szemben áll az a megfontolás, hogy az ND-ben szenvedő betegeknél a kelátképzés előtt a CNS-ben Al-terhelés volt (amely felelős a betegség patogeneziséért). Ráadásul a kelátképző szerekkel a toxikus fém által képzett komplexeket a vesék jól eltávolítják. A közelmúltban végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy súlyos viselkedés-motoros deficitek és a motoros neuronok elvesztése az idegrendszeren keresztül akkor következett be, amikor egy állatmodellben Al-vakcina adjuvánst alkalmaztak. Az Al-hidroxiddal injektált egereknél ugyanis a gerincvelőben és a motoros kéregben jelentősen megnőtt a sejthalál, ami elsősorban a motoros neuronokat érintette, és neuroinflammációt indukált. A hatások nagyon hasonlítottak az emberi ALS-ben észlelt károsodáshoz .
Amint arról nemrégiben beszámoltunk, az immunrendszer is érzékenynek tűnik az Al-expozícióra . Az Al autoimmunitásra, orális toleranciára, CD4+ és CD8+ expresszióra, túlérzékenységre és eritrocita immunfunkcióra gyakorolt hatásai immunotoxikológiai aktivitásra utalnak. Felvetették, hogy az Al által kiváltott neurotoxicitás számos jellemzője részben autoimmun reakciókból eredhet .
Végezetül Exley C egy közelmúltbeli jelentésében az Al-t az ND kialakulásához, progressziójához és agresszivitásához potenciálisan hozzájáruló tényezőnek tekintik, még ha nehéznek tűnik is megállapítani, hogy mikor járul hozzá a betegség etiológiájához. Mivel azonban az Al kockázatot jelent az emberi egészségre, olyan intézkedéseket kell végrehajtani, amelyekkel a testterhelését a lehető legalacsonyabb gyakorlati határértékre lehet csökkenteni.
Milyen stratégiát lehet javasolni a toxikus fémek által kiváltott sérülések közös terápiájára? A toxikus fémek intracelluláris felvételét megfelelő gátlókkal (kelátorokkal) lehetne megfelelően megakadályozni, míg a ROS keletkezését és a ROS által közvetített folyamatokat megfelelő antioxidánsokkal és szabadgyök- és Fe-leválasztókkal lehetne megelőzni vagy javítani.
A tapasztalataink szerint, amint azt korábbi tanulmányok és a jelen tanulmány is mutatja, a toxikus fémek eltávolítása kedvező hatásokat váltott ki a betegek tüneteinek javulásával . Az EDTA kezeléseknek semmilyen káros hatása nem volt megfigyelhető. A fémek eltávolítása fokozatosnak tűnt az időben, és számos kelátterápiát javasolt. Összefoglalva, a jelen tanulmányban kimutattuk, hogy az EDTA kelátterápia képes volt csökkenteni az Al-terhelést az ND által érintett betegeknél a klinikai állapotuk javításával. Reméljük, hogy a jövőben az ilyen kezelést hasznos eszköznek tekintik majd az ND-betegek tüneteinek javítására.
Érdekütközés
A szerzők kijelentik, hogy nincs érdekellentét a cikk publikálásával kapcsolatban.
A szerzők kijelentik, hogy nincs érdekütközés a cikk közzétételével kapcsolatban.