Токсичність меламіну та нирки

Анотація

Токсичність меламіну привернула увагу лікарів в результаті недавнього періоду пошкодження нирок після впливу забрудненого меламіном молока в Китаї. Меламін - це органічна азотиста сполука, що використовується у виробництві пластмас, барвників, добрив та тканин. У поточному інциденті до молока додавали меламін, щоб підвищити хибні результати аналізу вмісту білка. Різні токсичні ефекти меламіну, включаючи нефролітіаз, хронічне запалення нирок та карциному сечового міхура, були вивчені на тваринах. Тут ми розглядаємо епідеміологію, клінічні особливості та результати розслідування щодо єдиного спалаху отруєння меламіном у людей. Ми також вивчаємо токсичність меламіну та ціанурової кислоти для нирок - побічний продукт її синтезу - та пов’язані з ними фактори ризику при впливі та надаємо вказівки щодо рівнів у продуктах.

Меламин був невідомою речовиною для нефрологів до сьогодні. Хоча вивчався як сечогінний засіб 50 років тому1, він ніколи не вступав у клінічну практику з розробкою інших сильнодіючих та безпечних засобів для натурезу. Ця сполука стала головною новиною нещодавно після виникнення спалаху сечокам’яної хвороби у немовлят та дітей, які споживають забруднене меламіном молоко в Китаї. Нефротоксичний ефект меламіну заслуговує на увагу нефрологів, педіатрів, урологів та рентгенологів.

ЩО ТАКЕ МЕЛАМІН?

Меламін - це органічна основа, комерційно синтезована із сечовини з проміжним етапом отримання ціанової кислоти (табл. 1). Реакція також призводить до утворення інших побічних продуктів, включаючи ціанурову кислоту, аммелін та аммелід (рис. 1). Меламін - це 66% азоту за молекулярною масою. Промисловість поєднує його з формальдегідом, виробляючи меламінову смолу, дуже міцний термореактивний пластик та пінку меламіну, полімерний миючий засіб. Інші комерційні продукти, що містять меламін, включають стільниці, дошки для сухого стирання, тканини, клеї, посуд та антипірени. Меламін також є одним з основних компонентів пігменту жовтого кольору 150, який є барвником для чорнил та пластмас. Це також похідне миш'якових препаратів, і Меларсопрол - один із таких препаратів, що використовується для лікування африканського трипаносомозу. Починаючи з 1958 року, меламін застосовують у добривах і іноді пропонують його як небілковий азотистий джерело для годівлі худоби. Однак згодом було показано, що воно є неефективним небілковим джерелом азоту для тварин через його повільний гідроліз у жуйних (Таблиця 1).

Хімічна структура меламіну: У молекулі меламіну є шість атомів азоту, що становить 66% молекулярної маси. Назва Міжнародного союзу чистої та прикладної хімії: 1,3,5-триазин-2,4,6-триамін; інші назви: ціануротріамід, ціануротріамін або ціанурамід.

Короткий зміст хімічних властивостей меламіну 2

ЧОМУ МЕЛАМІН З'ЯВИВСЯ В МОЛОКІ?

Нещодавно в молоко додавали меламін, щоб помилково підвищити вміст його білка методом Кельдаля (рис. 2). Перший етап методу Кельдаля виявляє не тільки азот у білку, але й азот у всіх органічних азотистих сполуках, включаючи меламін. По суті, азот в аналізі реагує з сірчаною кислотою, утворюючи сульфат амонію. Потім додають невелику кількість гідроксиду натрію, і сіль амонію перетворюється назад в аміак. Аміак знову реагує з сірчаною кислотою, а залишок кислоти кількісно визначають додаванням карбонату натрію з метилоранжевим показником рН для кількісного визначення кількості амонійної солі (рис. 2).

Метод Кельдаля, універсально застосовуваний кількісний метод для оцінки вмісту білка в їжі.

Додавання 1 г меламіну в 1 л молока помилково збільшує вміст білка на 0,4%. Коли меламін розчиняється при кімнатній температурі, 3,1 г меламіну можна розчинити у воді без утворення осаду, а вміст білка помилково збільшиться на 1,2%. Це може приблизно призвести до завищення вмісту білка в рідкому молоці на 30%. У разі сухого молока кількість доданого меламіну може бути більшим через його більшу розчинність при більш високій температурі при додаванні теплої води.

МЕТАБОЛІЗМ У ТВАРИН

Меламін не метаболізується тваринами і швидко виводиться із сечею. Понад 90% проглоченого меламіну виводиться протягом 24 годин. Період напіввиведення екскреції меламіну в дослідженнях на тваринах коливався від 2,7 до 4,04 год. 2,3 Рівні меламіну в крові, печінці або плазмі подібні. 2 Об'єм розподілу меламіну у свиней становить 0,61 ± 0,04 л/кг, і він не розподіляється широко у більшості тканин органу. 3 Це дослідження на свинях також підтверджує виведення меламіну, що найкраще підходить для однокамерної моделі, в якій меламін має період напіввиведення 4,04 ± 0,37 год та нирковий кліренс 0,11 ± 0,01 л/год на кг (приблизно 27 мл/хв. ). 3

ТОКСИЧНІСТЬ МЕЛАМІНУ

Досліджень щодо токсичності меламіну, який приймається перорально у людей, не існує. Дані про токсичність в основному походять із досліджень на вівцях, котах, собаках, мишах та щурах. Токсичність можна класифікувати як гостру або хронічну. Найбільш поширеною токсичністю є ниркова токсичність, яка також є найбільш проблемною для нефрологів.

Гостра токсичність у тварин

Меламін має низьку гостру токсичність; LD50, летальна доза сполуки, яка призведе до смерті 50% випробуваних тварин, для меламіну у щурів становить 3,161 г/кг маси тіла. 4 Гостра шкірна токсичність у кроликів проявляється, коли вплив становить> 1 г/кг маси тіла. 5

Прямий контакт призводить до подразнення шкіри та очей, а вдихання викликає подразнення дихальних шляхів. Прийом всередину всередину впливає на травний тракт, проявляючись нудотою, блювотою та діареєю. 6

Гостру токсичність для нирок найкраще ілюструє дослідження овець, проведене в 1953 р. 7 Коли овець годували одноразовою пероральною дозою 100 г меламіну, всі вони померли до 11-го дня. Коли вводили добову дозу від 25 до 50 г меламіну протягом 7 - 9 днів, знову всі вівці загинули. Вони зазнали гострої ниркової недостатності з підвищенням вмісту в крові азоту сечовини та креатиніну з подальшою олігурією, яка передувала смерті. Післясмертні обстеження виявили кристали в канальцях нирок, нефроз та геморагічний цистит. Коли опромінення було зменшено до 10 г/день меламіну протягом 16 - 31 днів, дві третини овець загинули. Знову ж перед смертю вони зазнали втрати апетиту, олігурії та підвищення рівня азоту сечовини та креатиніну в крові. Посмертні аналізи за цих умов також виявили відкладення кристалів у нирках.

Хронічна токсичність у тварин

Тривалий вплив меламіну знижує фертильність і призводить до токсичності для плода в дослідженнях на тваринах. Класичний опис змін сечі, пов’язаних із хронічним впливом меламіну, датується 1953 роком, коли лабораторії Хазлетон провели експеримент на собаках, годуючи їх 3% (30000 ppm) меламіну в їжі протягом 1 року. 8 Були відзначені характерні зміни сечі, включаючи зменшення питомої ваги, збільшення виходу сечі, кристалурію меламіну та протеїнурію з мікроскопічною гематурією. Найчастіше повідомляється про хронічну ниркову токсичність - каменеутворення. Існує невизначеність щодо того, чи призводить меламін до хронічного пошкодження нирок, крім агресивного утворення каменів.

Формування сечового каменю

Більшість досліджень на тваринах щодо підгострого або хронічного впливу меламіну виявляють утворення каменів. Захворюваність коливається від 5 до 100% залежно від дозування меламіну, статі та кількості споживання води. 4,9 До складу каменів входить або комбінація меламіну та сечової кислоти, або меламіну в матриці білка, сечової кислоти та фосфату. 10

Частота утворення каменів зростає при щоденному впливі меламіну. Найнижча можлива добова доза меламіну, яка призводить до утворення каменів у сечовому міхурі, становить лише 750 ppm протягом 13 тижнів. 4 Крива доза-реакція для індукції сечокам’яної хвороби у відлучених щурів надзвичайно крута (рис. 3). Це говорить про те, що утворення конкрементів відбувається в перенасиченій сечі, але не в ненасиченій сечі. 11 Дослідження, проведене на мишах B6C3F1 під впливом 13 тижнів меламіну, показало, що миші-самці набагато сильніше, ніж самки, незважаючи на подібну масу тіла. Відносний ризик утворення каменів у чоловіків удвічі більший, ніж у жінок. 4

Шанс утворення каменів у сечовому міхурі у самців щурів F-344 після 13 тижнів впливу меламіну. Фігура, намальована на основі даних Melnick et al. 4

Дослідження впливу меламіну протягом 36 тижнів у щурів показало, що частота утворення каменів була зменшена за рахунок збільшення кількості споживання рідини. 9 У цьому дослідженні одну групу щурів, контрольну групу, годували дієтами, що містять 1% меламіну. Дві інші групи щурів отримували корм, що містить 1% меламіну разом з 5 або 10% хлориду натрію, відповідно. Збільшення вмісту солі в дієті призвело до подвоєння та потроєння кількості споживання рідини в групах, які приймали 5 і 10% хлориду натрію порівняно з контролем. Частота утворення каменів була зменшена з 37% у контрольній групі до 11% у групі, яка приймала 5% хлориду натрію, та до 5% у групі, яка приймала 10% хлориду натрію.

ВИБУХ ЛЮДИНИ

Токсичність меламіну привернула нашу увагу в Гонконзі через нещодавній спалах сечових каменів у дітей, які споживали забруднене меламіном молоко в Китаї. 11 вересня 2008 року Інформаційне агентство Сіньхуа в Китаї повідомило про спалах сечових каменів у дітей молодше 3 років. 12,13 Спалах спочатку був пов’язаний із споживанням порошку молока, забрудненого меламіном, від провідного виробника молочних продуктів у Китаї Sanlu Group. Всі постраждалі діти мали вплив забрудненого молока протягом приблизно 3-6 місяців до появи каменів. Пізніше забруднення було виявлено і в інших марках молочних продуктів. Найвищий вміст меламіну був у сухому молоці Sanlu, до 2,563 г/кг порошку, тоді як меламін у інших марок коливався від 0,090 до 619 мг/кг. 14

Офіційні дані, оприлюднені Міністерством охорони здоров’я Китайської Народної Республіки 21 вересня 2008 року, свідчать, що загалом 52 857 дітей пройшли лікування від забрудненого меламіном молока 13; 99,2% дітей були молодшими 3 років, хоча після цього повідомлялося про більше дітей старше 3 років. Деякі діти були безсимптомними; однак більшість симптомів включали дратівливість, дизурію, утруднене сечовипускання, ниркову коліку, гематурію або кам’яний прохід. 15 Гіпертонія, набряки або олігурія також мали місце у більш важких випадках. Уріналіз дітей, що перебувають під впливом, виявив мікроскопічну гематурію з протеїнурією або без неї. Меламін можна виявити в сечі уражених дітей за допомогою біохімічного тесту або наявності віялоподібних кристалів.

Аналіз складу каменю в основному продемонстрував меламін та сечову кислоту. 15,16 Камені були світлопрозорими, і звичайні рентгенівські плівки не змогли показати свою присутність. Ультразвукове дослідження або комп’ютерна томографія дозволяють виявити наявність каменів і виявити наявність перешкод. З огляду на велику дозу опромінення комп’ютерної томографії для дітей, ультрасонографія є найкращим дослідженням першої лінії.

Меламінові камені для людини характерні. Зазвичай вони виникають двобічно, і часто присутні множинні камені. 15 Акустична тінь каменю може бути відсутнім. Вони м’які за своєю суттю і їх легко розбити. Більшість каменів, як правило, мають розмір 4 мм, або вони свідчать про непрохідність, медикаментозне лікування з гідратацією та подальше ультрасонографічне дослідження - перша спроба лікування. Якщо консервативна медикаментозна терапія не вдається, знадобиться хірургічне дренування та видалення. Гостра ниркова недостатність спостерігалася у 2,5% випадків. 16 Смертність була зафіксована у чотирьох випадках. 17

ПОШКОДЖЕННЯ ПАРАНХІМАЛЬНОГО ПОЧКУ

Існує невизначеність щодо того, чи викликає меламін пряму ниркову токсичність при тривалому впливі; однак у дослідженнях, у яких не спостерігалось хронічної токсичності, дозування меламіну зазвичай було нижчим. Два дослідження спеціально досліджували токсичність меламіну, розглядаючи посмертні зрізи нирок у тварин. Перше дослідження від Melnick et al. 4 спостерігали значне збільшення хронічного запалення в нирках самок щурів, що зазнали впливу меламіну, протягом 103 тижнів порівняно з контролем (82% у щурів, які харчувалися дієтою, що містить меламін, 9000 ppm проти 34% у тих, хто харчувався дієтами, що містять меламін, 4500 ppm проти 8 % у контролі; P ≤ 0,01). Спостережуване хронічне запалення в цьому дослідженні не можна віднести до утворення каменів, оскільки в сечовивідних шляхах не виявлено каменів. У самців щурів спостерігався дещо підвищений рівень хронічного запалення, але це не було статистично незначущим.

Друге дослідження від Ogasawara et al. 9 продемонстрував ішемічні зміни в корі нирок щурів (вогнищеве ураження фіброзу, запальна клітинна інфільтрація та регенерація ниркових канальців) після годування меламіном протягом 36 тижнів. Ішемічні зміни відбулися у 100% щурів, яких годували дієтами, що містять 3% меламіну за вагою їжі, і мали місце лише у 5% щурів, коли годували їх дієтами, що містять 1% меламіну.

Токсичність меламіну в поєднанні з ціануровою кислотою

Широко відомою епідемією отруєння меламіном є сумнозвісна нефротоксичність, спричинена кормами для домашніх тварин у Північній Америці в 2007 році. 19 У березні 2007 року численні випадки гострої ниркової недостатності у собак та котів були пов'язані з проковтуванням різних собак та котів корми для домашніх тварин. Одним із забруднювачів був меламін, який додавали з тієї самої причини, що і під час недавнього впливу молока на людей: Для отримання хибно високого вмісту білка. У цьому спалаху домашніх тварин не тільки був присутній меламін, але й інша токсична сполука - ціанурова кислота - була забрудненою, що призвело до дуже високої смертності цих тварин.

Ціанурова кислота (s-триазин-2,4,6-триол) структурно пов'язана з меламіном (малюнок 4А). Застосовується як стабілізатор у відкритих басейнах і гідромасажних ваннах, щоб мінімізувати розкладання хлористоводневої кислоти світлом. 20 Як ціанурова кислота потрапила в корм для домашніх тварин, невідомо. Його могли додавати навмисно або залишати забруднювачем під час синтезу меламіну, оскільки ціанурова кислота є побічним продуктом.

(А) Молекулярна структура ціанурової кислоти, відома своєю структурною схожістю з меламіном. (B) Меламін може взаємодіяти з ізомерною формою ціанурової кислоти з утворенням цианурату меламіну, пояснюючи збільшення утворення каменів та токсичності.

Дослідження токсичності ціанурової кислоти обмежені, але, ймовірно, вона буде поводитися як меламін внаслідок її структурної подібності. Підгостре годування ціануратом натрію у дозі 700 або 2200 мг/кг у щурів призводило до виникнення конкрементів сечового міхура та деяких пов’язаних із цим змін епітелію сечового міхура. 20 Жодних інших побічних ефектів не відзначено.

Гістологічна діагностика асоційованої з меламіном ниркової недостатності на основі характеристик кристалів нирок. (А) Розширена дистальна трубка кота містить скупчення круглих зелених кристалів меламіну/ціанурової кислоти з випромінюючими спицями та концентричними смугами (стрілка). Навколишні проксимальні канальці здаються незмінними (гематоксилін та еозин; бар = 45 мкм). (B) Розширена дистальна трубка кота містить фрагментовані або кулясті щільні зелені кристали меламіну/ціанурової кислоти (довгі стрілки). Зверніть увагу на ослаблення вистилаючого епітелію з широким розділенням ядер (коротка стрілка) та мітотичною фігурою (наконечник стрілки), що свідчить про некроз та регенерацію канальцевого епітелію (гематоксилін та еозин; бар = 45 мкм). Передруковано з Брауна та ін., 22 з дозволу Американської асоціації ветеринарних лабораторних діагностиків.

Канцерогенність меламіну

Немає даних щодо канцерогенності меламіну у людини. Канцерогенність у тварин визначали під час досліджень на щурах та мишах. Експозиція утворює перехідно-клітинні карциноми сечового міхура та сечоводів у самців щурів, але лише гіперплазію сечового міхура у мишей-самців. Самки щурів або мишей не мали карциноми, але у самки щурів були виявлені перехідно-клітинні папіломи. 4 Виникнення пухлин сечового міхура у самців щурів добре корелює з утворенням каменів та впливом високих доз. Подібна залежність від дози була підтверджена в іншому дослідженні з використанням самців щурів. 9 Введення хлориду натрію для збільшення споживання рідини та виділення сечі зменшує поширеність каменів та пухлин.

Немає доказів того, що меламін зазнає біотрансформації. Мутагенез меламіну не спостерігався в дослідженнях впливу Salmonella typhimurium та Drosophila melanogaster. 26,27 Пухлини сечового міхура, що спостерігаються у самців щурів, які зазнали високих доз меламіну, як видається, продукуються нереактивно реагуючим на ДНК механізмом, що включає гіперплазію епітелію, вторинну за наявності каменів у сечовому міхурі, що містять меламін. Ці дослідження дійшли висновку, що пухлини сечового міхура не будуть виникати у гризунів, якщо вони не зазнають дозування, що призводить до каменів у сечовому міхурі.

Всесвітня організація охорони здоров’я меламін класифікувала як канцерогенний ризик групи 3, що означає, що меламін не піддається класифікації щодо його канцерогенності для людей, посилаючись на той факт, що дані про канцерогенність є недостатніми для людини та недостатніми або обмеженими у експериментальних тварин.

КЕРІВНИЦТВО З РІВНЯ У ПРОДУКТІВ

ВИСНОВКИ

Отримавши найкращі наявні докази в опроміненнях людей та дослідженнях на тваринах, ми дійшли висновку щодо кількох пунктів щодо токсичності меламіну: Високі дози меламіну призведуть до сечових каменів, кристалурії та гострої ниркової недостатності як у людей, так і у тварин; утворення каменів, ймовірно, посилюється за рахунок менших розмірів тіла, більшої дози меламіну та меншої кількості споживання рідини; Дослідження на тваринах показують, що чоловіки страждають більше, ніж жінки; токсичність меламіну ще більше посилюється наявністю інших домішок, пов’язаних із синтезом меламіну, зокрема ціанурової кислоти; може статися пошкодження канальців з непрохідністю кристалів та хронічним запаленням нирок; і токсичність не може бути обмежена утворенням каменів у дослідженнях на тваринах, якщо меламін присутній у великих дозах або в поєднанні з ціануровою кислотою.