Abstract

Toxicitatea melaminei a atras atenția medicilor ca rezultat al unei recente apariții a leziunilor renale după expunerea la lapte contaminat cu melamină din China. Melamina este un compus organic azotat utilizat în producția de materiale plastice, coloranți, îngrășăminte și țesături. În incidentul actual, melamina a fost adăugată la lapte pentru a ridica rezultatele testelor false pentru conținutul de proteine. O varietate de efecte toxice ale melaminei, inclusiv nefrolitiaza, inflamația cronică a rinichilor și carcinomul vezicii urinare, au fost toate studiate la animale. Revizuim aici epidemiologia, caracteristicile clinice și descoperirile de investigație referitoare la singurul focar de otrăvire cu melamină la om. De asemenea, examinăm toxicitățile renale ale melaminei și acidului cianuric - un produs secundar al sintezei sale - și factorii de risc asociați la expunere și oferim îndrumări privind nivelurile din alimente.

americană

Melamina a fost o substanță necunoscută pentru nefrologi până astăzi. Deși studiată ca diuretice în urmă cu 50 de ani, 1 nu a intrat niciodată în practica clinică odată cu dezvoltarea altor mijloace puternice și mai sigure pentru natură. Acest compus a devenit știrea recentă recentă după apariția unui focar de pietre urinare la sugari și copii care consumă lapte contaminat cu melamină în China. Efectele nefrotoxice ale melaminei justifică acum atenția nefrologilor, pediatrilor, urologilor și radiologilor.

CE ESTE MELAMINA?

Melamina este o bază organică sintetizată comercial din uree cu o etapă intermediară de producere a acidului cianic (Tabelul 1). Reacția are ca rezultat, de asemenea, formarea altor subproduse, inclusiv acid cianuric, amelină și amelidă (Figura 1). Melamina este de 66% azot în greutate moleculară. Este combinat cu formaldehidă de către industrie pentru a produce rășină melaminică, un plastic termorezistent foarte durabil și spumă melaminică, un detergent polimeric. Alte produse comerciale care conțin melamină includ blaturi, plăci de ștergere uscată, țesături, cleiuri, articole de uz casnic și ignifuge. Melamina este, de asemenea, una dintre componentele majore ale pigmentului galben 150, care este un colorant pentru cerneluri și materiale plastice. Este, de asemenea, un derivat al medicamentelor arsenicale, iar Melarsoprolul este un astfel de medicament utilizat pentru tratamentul tripanosomiazei africane. Începând din 1958, melamina a fost utilizată în îngrășăminte și este oferită ocazional ca sursă de azot neproteic pentru hrana bovinelor. Ulterior, totuși, s-a dovedit a fi o sursă de azot neproteic ineficientă pentru animale din cauza hidrolizei sale lente la rumegătoare (Tabelul 1).

Structura chimică a melaminei: Există șase atomi de azot într-o moleculă de melamină, constituind 66% din greutatea moleculară. Denumirea Uniunii Internaționale a Chimiei Pure și Aplicate: 1,3,5-triazin-2,4,6-triamină; alte denumiri: cianurotriamidă, cianurotriamină sau cianuramidă.

Rezumatul proprietăților chimice ale melaminei 2

DE CE A APĂRUT MELAMINA ÎN LAPTE?

Melamina a fost adăugată recent în lapte pentru a-și ridica în mod fals conținutul de proteine ​​prin metoda Kjeldahl (Figura 2). Primul pas al metodei Kjeldahl detectează nu numai azotul din proteine, ci și azotul în toți compușii organici cu azot, inclusiv melamina. În esență, azotul din test reacționează cu acidul sulfuric pentru a forma sulfat de amoniu. Se adaugă apoi cantități mici de hidroxid de sodiu, iar sarea de amoniu este convertită înapoi în amoniac. Amoniacul reacționează din nou cu acid sulfuric, iar acidul rămas este cuantificat prin adăugarea de carbonat de sodiu cu un indicator de pH metil portocaliu pentru a cuantifica cantitatea de sare de amoniu (Figura 2).

Metoda Kjeldahl, o metodă cantitativă universal utilizată pentru evaluarea conținutului de proteine ​​din alimente.

Adăugarea a 1 g de melamină la 1 L de lapte crește în mod fals conținutul de proteine ​​cu 0,4%. Când melamina este dizolvată la temperatura camerei, 3,1 g de melamină pot fi dizolvate în apă fără a forma precipitate, iar conținutul de proteine ​​va crește în mod fals cu 1,2%. Acest lucru poate duce aproximativ la o supraestimare a conținutului de proteine ​​din laptele lichid cu 30%. În cazul laptelui praf, cantitatea de melamină adăugată poate fi mai mare datorită solubilității sale mai mari la temperaturi mai ridicate atunci când se adaugă apă caldă.

METABOLISMUL LA ANIMALE

Melamina nu este metabolizată de animale și este eliminată rapid în urină. Mai mult de 90% din melamina ingerată este excretată în 24 de ore. Timpul de înjumătățire al excreției de melamină în studiile la animale a variat între 2,7 și 4,04 ore. 2,3 Nivelurile de melamină din sânge, ficat sau plasmă sunt similare. 2 Volumul de distribuție a melaminei la porci este de 0,61 ± 0,04 L/kg și nu este distribuit pe scară largă la majoritatea țesuturilor organelor. 3 Acest studiu la porci confirmă, de asemenea, că excreția melaminei se potrivește cel mai bine unui model cu un singur compartiment în care melamina are un timp de înjumătățire de 4,04 ± 0,37 h și un clearance renal de 0,11 ± 0,01 L/h pe kg (aproximativ 27 ml/min. ). 3

TOXICITATEA MELAMINEI

Studiile privind toxicitatea melaminei administrate pe cale orală la om sunt inexistente. Datele privind toxicitatea provin în principal din studii efectuate pe oi, pisică, câine, șoareci și șobolani. Toxicitatea poate fi clasificată ca acută sau cronică. Cea mai frecventă toxicitate este toxicitatea renală, care este, de asemenea, zona cea mai preocupată de nefrologi.

Toxicitate acută la animale

Melamina are o toxicitate acută scăzută; LD50, doza letală a unui compus care ar duce la moarte la 50% din animalele testate, pentru melamină la șobolani este de 3,161 g/kg corp greutate. 4 Toxicitatea cutanată acută la iepuri apare atunci când expunerea este> 1 g/kg corp greutate. 5

Contactul direct are ca rezultat iritarea pielii și iritarea ochilor, iar inhalarea provoacă iritarea căilor respiratorii. Ingerarea orală afectează tractul digestiv, prezentându-se ca greață, vărsături și diaree. 6

Toxicitatea renală acută este cel mai bine ilustrată de un studiu de ovine efectuat în 1953. 7 Când oile au fost hrănite cu o singură doză orală de 100 g de melamină, toate au murit până în a 11-a zi. Când s-a administrat o doză zilnică de 25 până la 50 g de melamină timp de 7 până la 9 zile, din nou toate oile au murit. Aceștia au prezentat insuficiență renală acută, cu creșterea nivelului de azot ureic și creatinină din sânge, urmată de oliguria care precede moartea. Examinările post-mortem au evidențiat cristale în tubulii renali, nefroză și cistită hemoragică. Când expunerea a fost redusă la 10 g/zi melamină timp de 16 până la 31 de zile, două treimi din oi au murit. Din nou, au experimentat pierderea poftei de mâncare, oliguria și creșterea nivelului de azot ureic și creatinină din sânge înainte de moartea lor. Analizele postmortem în aceste condiții au relevat, de asemenea, depunerea cristalelor în rinichi.

Toxicitatea cronică la animale

Expunerea pe termen lung la melamină reduce fertilitatea și are ca rezultat toxicitatea fetală în studiile pe animale. Descrierea clasică a modificărilor urinare legate de expunerea cronică la melamină datează din 1953, când Laboratoarele Hazleton au efectuat un experiment la câini hrănindu-le 3% (30.000 ppm) melamină în greutate în alimente timp de 1 an. Au fost observate modificări urinare distincte, inclusiv reducerea greutății specifice, creșteri ale debitului de urină, cristalurie melaminică și proteinurie cu hematurie microscopică. Cea mai frecvent raportată toxicitate renală cronică este formarea de calculi. Există incertitudine cu privire la faptul dacă melamina are ca rezultat leziuni cronice ale rinichilor, altele decât formarea agresivă a pietrei.

Formarea pietrei urinare

Majoritatea studiilor pe animale referitoare la expunerea subacută sau cronică la melamină relevă formarea de pietre. Incidența variază de la 5 la 100%, în funcție de doza de melamină, sex și cantitatea de aport de apă. 4.9 Compoziția pietrelor este fie o combinație de melamină și acid uric sau melamină într-o matrice de proteine, acid uric și fosfat. 10

Incidența formării de pietre crește odată cu expunerea zilnică la melamină. Cea mai mică doză zilnică posibilă de melamină care duce la formarea pietrei vezicii urinare este de până la 750 ppm timp de 13 săptămâni. 4 Curba doză-răspuns pentru inducerea urolitiazei la șobolanii înțărcați este extrem de abruptă (Figura 3). Acest lucru sugerează că formarea calculilor are loc în urina suprasaturată, dar nu în urina insaturată. 11 Un studiu efectuat pe șoareci B6C3F1 cu expunere la 13 săptămâni de melamină a arătat că șoarecii masculi sunt mult mai afectați decât femelele, în ciuda greutăților corporale similare. Riscul relativ de formare a calculilor la bărbați este de două ori mai mare decât la femele. 4

Șansa formării de pietre vezicale la șobolani F-344 masculi după 13 săptămâni de expunere la melamină. Figura desenată folosind datele de la Melnick și colab. 4

Un studiu al expunerii la melamină timp de 36 săptămâni la șobolani a demonstrat că incidența formării de pietre a fost redusă prin creșterea cantității de aport de lichide. 9 În acest studiu, un grup de șobolani, grupul martor, a fost alimentat cu diete care conțin 1% melamină. Celelalte două grupuri de șobolani au primit furaje care conțin 1% melamină împreună cu 5 sau 10% respectiv clorură de sodiu. Creșterea conținutului de sare din dietă a dus la dublarea și triplarea cantității de lichid în grupurile care au luat 5 și 10% clorură de sodiu în comparație cu martorul. Incidența formării de pietre a fost redusă de la 37% în grupul martor la 11% în grupul care a luat 5% clorură de sodiu și la 5% în grupul care a luat 10% clorură de sodiu.

FOCUL UMAN

Toxicitatea melaminei ne-a atras atenția în Hong Kong din cauza unui recent focar de pietre urinare la copiii care au consumat lapte contaminat cu melamină în China. La 11 septembrie 2008, agenția de știri Xinhua din China a raportat un focar de pietre urinare la copiii cu vârsta mai mică de 3 ani. 12.13 Focarul a fost inițial legat de consumul de lapte praf contaminat cu melamină de la grupul Sanlu, unul dintre principalii producători de lactate din China. Toți copiii afectați au avut o expunere la laptele contaminat timp de aproximativ 3 până la 6 luni înainte de apariția pietrelor. Ulterior, contaminarea a fost găsită la alte mărci de produse lactate. Cel mai mare conținut de melamină a fost în laptele praf Sanlu, până la 2.563 g/kg pulbere, în timp ce melamina din celelalte mărci a variat de la 0,090 la 619 mg/kg. 14

Datele oficiale publicate de Ministerul Sănătății din Republica Populară Chineză la 21 septembrie 2008, au afirmat că un total de 52 857 copii au primit tratament pentru laptele contaminat cu melamină 13; 99,2% dintre copii au fost mai mici de 3 ani, deși mai mulți copii care au fost mai mari de 3 ani au fost raportați după aceea. Unii dintre copii erau asimptomatici; cu toate acestea, cele mai multe simptome includ iritabilitate, disurie, dificultăți la urinare, colici renale, hematurie sau trecerea pietrelor. 15 Hipertensiunea, edemul sau oliguria au apărut și în cazuri mai severe. Analizele de urină ale copiilor expuși au relevat hematurie microscopică cu sau fără proteinurie. Melamina poate fi detectată în urina copiilor afectați prin test biochimic sau prin prezența cristalelor în formă de evantai.

Analizele compoziției pietrei au demonstrat în principal melamină și acid uric. 15.16 Pietrele au fost radiolucide, iar filmele cu raze X simple nu au reușit să-și arate prezența. Ecografia sau tomografia computerizată pot dezvălui prezența pietrelor și pot detecta dacă există vreo obstrucție. Având în vedere doza mare de radiații a tomografiei computerizate pentru copii, ultrasonografia este investigația de primă linie preferată.

Pietrele melaminice la om sunt caracteristice. De obicei, apar bilateral și sunt prezente mai multe pietre. 15 Umbra acustică a pietrei poate lipsi. Sunt de natură moale și pot fi despărțite cu ușurință. Majoritatea pietrelor sunt de obicei de 4 mm sau prezintă dovezi de obstrucție, tratamentul medical cu hidratare și ultrasonografia de urmărire reprezintă prima încercare de tratament. Dacă terapia medicală conservatoare eșuează, va fi nevoie de drenaj chirurgical și îndepărtare. Insuficiența renală acută a apărut în 2,5% din cazuri. 16 Mortalitatea a fost înregistrată în patru cazuri. 17

DAUNE PARENCHIMALE RENALE

Există incertitudine dacă melamina cauzează toxicitate renală directă la expunerea pe termen lung; cu toate acestea, în studiile în care nu s-a observat toxicitate cronică, doza de melamină a fost de obicei mai mică. 18 Două studii au investigat în mod specific toxicitatea melaminei prin examinarea secțiunilor post-mortem de rinichi la animale. Primul studiu de la Melnick și colab. 4 au observat o creștere semnificativă a inflamației cronice la rinichii femelelor șobolani expuși la melamină timp de 103 săptămâni comparativ cu martorii (82% la șobolanii hrăniți cu o dietă care conțin melamină la 9000 ppm versus 34% la cei cu diete care conțin melamină la 4500 ppm versus 8 % în control; P ≤ 0,01). Inflamația cronică observată în acest studiu nu a putut fi atribuită formării de pietre, deoarece nu au fost detectate pietre în tractul urinar. Șobolanii masculi au prezentat o incidență ușor crescută a inflamației cronice, dar aceasta nu a fost statistic nesemnificativă.

Al doilea studiu din Ogasawara și colab. 9 au demonstrat modificări ischemice în cortexul renal al șobolanilor (leziune focală a fibrozei, infiltrarea celulelor inflamatorii și regenerarea tubulară renală) după hrănirea cu melamină timp de 36 săptămâni. Modificări ischemice au apărut la 100% dintre șobolanii hrăniți cu diete care conțin 3% melamină din greutatea alimentelor și au apărut la doar 5% din șobolani când au fost hrăniți cu diete cu 1% melamină.

Toxicitatea melaminei combinată cu acid cianuric

O epidemie cunoscută pe scară largă de otrăvire cu melamină este infama „nefrotoxicitate indusă de hrana animalelor de companie în America de Nord” în 2007. 19 În martie 2007, numeroase cazuri de insuficiență renală acută la câini și pisici au fost asociate cu ingestia unei varietăți de câini și pisici alimente pentru animale de companie. Unul dintre contaminanți a fost melamina, care a fost adăugată din același motiv ca în expunerea recentă la lapte la om: pentru a da un conținut fals ridicat de proteine. În acest focar de animale de companie, nu numai că a fost prezentă melamina, ci și un alt compus toxic - acidul cianuric - a fost un contaminant, dând naștere unei mortalități foarte mari la aceste animale.

Acidul cianuric (s-triazin-2,4,6-triol) este legat structural de melamină (Figura 4A). Este folosit ca stabilizator în piscinele în aer liber și în căzile cu hidromasaj pentru a reduce la minimum descompunerea acidului hipocloros prin lumină. 20 Nu se cunoaște modul în care acidul cianuric a intrat în hrana pentru animale de companie. Ar fi putut fi adăugat în mod intenționat sau a rămas ca contaminant în timpul sintezei melaminei, deoarece acidul cianuric este un produs secundar.

(A) Structura moleculară a acidului cianuric, remarcată prin asemănarea sa structurală cu melamina. (B) Melamina poate interacționa cu forma izomerică a acidului cianuric pentru a forma cianurat de melamină, explicând creșterea formării pietrei și a toxicității.

Studiile privind toxicitatea acidului cianuric sunt limitate, dar este probabil să se comporte ca melamină ca urmare a similarității sale structurale. Hrănirea subacută a cianuratului de sodiu la 700 sau 2200 mg/kg la șobolani a dus la calculi vezicale și, respectiv, la unele modificări epiteliale ale vezicii urinare asociate. 20 Nu au fost observate alte efecte adverse.

Diagnosticul histologic al insuficienței renale asociate melaminei pe baza caracteristicilor cristalului renal. (A) Tubul de pisică distal dilatat conține grupuri de cristale rotunde de melamină verde/acid cianuric cu spițe radiante și striații concentrice (săgeată). Tubii proximali din jur apar neafectați (hematoxilină și eozină; bar = 45 μm). (B) Tubulul distal al pisicii conține cristale de melamină verde densă fragmentată sau globulară/acid cianuric (săgeți lungi). Observați atenuarea epiteliului de căptușeală cu o separare largă a nucleilor (săgeată scurtă) și figura mitotică (vârf de săgeată) indicativă a necrozei epiteliale tubulare și regenerare (hematoxilină și eozină; bar = 45 μm). Reeditat din Brown și colab., 22 cu permisiunea Asociației Americane a Diagnosticilor de Laborator Veterinar.

CARCINOGENICITATEA MELAMINEI

Nu există date privind carcinogenitatea melaminei la om. Carcinogenitatea la animale a fost determinată din studii efectuate la șobolani și șoareci. Expunerea produce vezicule urinare și carcinoame cu celule de tranziție ureterală la șobolani masculi, dar numai hiperplazie urinară a vezicii urinare la șoareci masculi. Șobolanii sau șoarecii femele nu aveau carcinom, dar la șobolanii femele s-au găsit papiloame cu celule de tranziție. 4 Apariția tumorilor vezicii urinare la șobolanii masculi se corelează bine cu formarea calculilor și expunerea la doze mari. O relație similară dependentă de doză a fost confirmată într-un alt studiu folosind șobolani masculi. 9 Administrarea de clorură de sodiu pentru a crește aportul de lichide și debitul urinar reduce prevalența apariției pietrei și a tumorii.

Nu există dovezi că melamina suferă biotransformare. Mutageneza melaminei nu a fost observată în studiile de expunere la Salmonella typhimurium și Drosophila melanogaster. 26,27 Tumorile vezicii urinare observate la șobolanii masculi expuși la doze mari de melamină par a fi produse de un mecanism non-reactiv ADN care implică hiperplazie epitelială secundară prezenței pietrelor vezicii urinare care conțin melamină. Aceste studii au concluzionat că tumorile vezicii urinare nu ar apărea la rozătoare decât dacă sunt expuse la doze care au ca rezultat pietre ale vezicii urinare.

Melamina a fost clasificată ca un risc carcinogen din grupa 3 de către Organizația Mondială a Sănătății28, ceea ce înseamnă că melamina nu este clasificabilă în ceea ce privește carcinogenitatea sa la om, referindu-se la faptul că dovezile carcinogenității sunt inadecvate la om și inadecvate sau limitate la animalele experimentale.

ORIENTĂRI PRIVIND NIVELURILE DIN ALIMENTE

CONCLUZII

Cu cele mai bune dovezi disponibile în expuneri la om și studii pe animale, concluzionăm câteva puncte cu privire la toxicitatea melaminei: melamina cu doze mari va avea ca rezultat pietre urinare, cristalurie și insuficiență renală acută atât la oameni, cât și la animale; formarea de pietre este probabil îmbunătățită de dimensiuni mai mici ale corpului, doze mai mari de melamină și cantități mai mici de aport de lichide; studiile efectuate pe animale arată că masculii sunt mai afectați decât femelele; toxicitatea melaminei este în continuare agravată de prezența altor impurități asociate sintezei melaminei, în special a acidului cianuric; pot apărea leziuni tubulare cu obstrucție de la cristale și inflamație cronică a rinichiului; și toxicitatea nu poate fi limitată la formarea de pietre în studiile la animale dacă melamina este prezentă în doze mari sau în combinație cu acid cianuric.