Введение

Накопление метаболических отходов вследствие нарушения функции почек. Токсичность белков – это результат накопления продуктов метаболизма белков, таких как мочевина, мочевая кислота, аммиак и креатинин. Причины токсичности белков разнообразны и включают нарушения цикла мочевины, генетические мутации, избыточное потребление белка и недостаточную функцию почек, например, при хронической болезни почек и остром повреждении почек. Симптомы токсичности белков включают необъяснимую рвоту и потерю аппетита. Нелеченная токсичность белков может привести к серьезным осложнениям, таким как судороги, энцефалопатия, дальнейшее повреждение почек и даже смерть.

Определение

Токсичность белка возникает при накоплении в организме отходов белкового обмена. В процессе метаболизма белков образуются азотистые отходы, такие как мочевина, мочевая кислота, аммиак и креатинин. Эти соединения не используются организмом человека и обычно выводятся почками. Однако при таких состояниях, как почечная недостаточность, не полностью функционирующие почки не способны эффективно выводить эти метаболические отходы, что приводит к их накоплению в организме и развитию токсичности. Хотя существует множество причин токсичности белка, это состояние наиболее часто встречается у людей с хроническими заболеваниями почек, употребляющих пищу, богатую белком, особенно белки животного происхождения, которые быстро перевариваются и метаболизируются, вызывая быстрое высвобождение высокой концентрации отходов белкового обмена в кровь.

Причины и патофизиология

Токсичность белков играет значительную роль в нейродегенеративных заболеваниях. Это может быть связано как с высоким потреблением белка, так и с патологическими расстройствами, приводящими к накоплению белковых отходов, неэффективному метаболизму белков или олигомеризации аминокислот в результате протеолиза. Механизмы, посредством которых белки могут вызывать известные нейродегенеративные заболевания, включают дисфункцию транскрипции, распространение патологического процесса, образование патологических цитоплазматических включений, а также нарушение функции митохондрий и стрессовых гранул. Мочевина – еще один продукт метаболизма белка у человека. Однако организм использует мочевину как источник азота, необходимого для роста и поддержания жизни. Наиболее значимые нарушения цикла мочевины носят генетический характер, приводя к дефектам ферментов или транспортеров, ингибирующих реабсорбцию мочевой кислоты и, как следствие, повышению уровня аммиака, который является токсичным. Высокое потребление белка может приводить к увеличению количества белковых отходов, что отличается от белкового отравления, поскольку проблема заключается в высоком уровне метаболитов отходов. Обычно это происходит, когда потребление белка превышает треть от общего объема потребляемой пищи. Печень обладает ограниченной способностью и не может полностью дезаминировать белки, что приводит к увеличению уровня азота в организме. Скорость выведения мочевины не успевает за скоростью ее образования. Катаболизм аминокислот может приводить к токсичным уровням аммиака. Кроме того, существует ограничение на скорость, с которой желудочно-кишечный тракт способен абсорбировать аминокислоты из белков. Мочевая кислота не является продуктом метаболизма белка, однако многие высокобелковые диеты содержат повышенное количество нуклеиновых кислот. Один из двух типов нуклеиновых кислот – пурины (второй тип – пиримидины, которые не представляют проблемы) – метаболизируется в мочевую кислоту у человека при избытке, что может приводить к различным проблемам, в первую очередь к подагре. Почки играют важную роль в реабсорбции и выведении мочевой кислоты. Определенные транспортеры, расположенные в нефроне на апикальной и базалатеральной поверхностях, регулируют уровень мочевой кислоты в сыворотке крови. Мочевая кислота менее токсична, чем другие азотистые производные, и при низких концентрациях обладает антиоксидантными свойствами в крови. У людей с нарушенной функцией почек снижается выведение мочевой кислоты, что может приводить к различным заболеваниям, включая дальнейшее повреждение почек, сердечно-сосудистые заболевания, диабет и подагру. Креатинин может не быть прямым индикатором токсичности белка, однако важно отметить, что его уровень может повышаться из-за перегрузки почек, подвергающихся воздействию высокого уровня белковых отходов. Кроме того, повышенный уровень креатинина в сыворотке крови может указывать на снижение скорости клубочковой фильтрации из-за заболевания почек, увеличение количества побочных продуктов вследствие разрушения мышц или высокое потребление белка.

Последствия диеты с высоким содержанием белка

Диета с высоким содержанием белка представляет собой проблему для здоровья людей, страдающих заболеваниями почек. Основная опасность заключается в том, что повышенное потребление белка может усугубить повреждение почек и привести к протеиновой токсичности. Физиологические изменения, вызванные увеличением потребления белка, такие как повышение давления в клубочках и гиперфильтрация, создают дополнительную нагрузку на уже поврежденные почки. Эта нагрузка может привести к неполноценному метаболизму белков и, как следствие, к токсичности. Диета с высоким содержанием белка может вызывать осложнения у людей с заболеваниями почек и связана с прогрессированием болезни. Знаменитое исследование здоровья медсестер выявило корреляцию между снижением функции почек и увеличением потребления животного белка у людей, которым уже был поставлен диагноз заболевания почек. Эта связь позволяет предположить, что общее потребление белка, превышающее рекомендованные нормы, может ускорить развитие заболевания почек и повысить риск протеиновой токсичности у больного человека. По этой причине ограничение потребления белка является распространенным методом лечения людей с заболеваниями почек, сопровождающимися протеинурией. У людей, соблюдающих диету с ограничением белка, наблюдается более медленное прогрессирование заболеваний почек. Однако ряд исследований не выявили доказательств протеиновой токсичности, связанной с высоким потреблением белка, на функцию почек у здоровых людей. Было установлено, что диеты, регулярно превышающие рекомендованные нормы потребления белка, приводят к увеличению скорости клубочковой фильтрации в почках, а также влияют на гормональную систему организма. Хорошо известно, что эти физиологические эффекты вредны для людей с заболеваниями почек, но не было доказано, что эти реакции наносят вред здоровым людям с нормальной функцией почек. У людей со здоровой функцией почек почки постоянно работают над выведением продуктов метаболизма белков, что предотвращает развитие протеиновой токсичности. В ответ на увеличение потребления белка с пищей почки поддерживают гомеостаз в организме, работая с повышенной интенсивностью, производя большее количество мочевины и, соответственно, выводя ее из организма. Хотя некоторые предполагают, что увеличение образования и выведения отходов приведет к увеличению нагрузки на почки, другие исследования это не подтверждают.

Симптомы

Необъяснимая рвота и потеря аппетита свидетельствуют о токсичности белка. Если эти два симптома сопровождаются запахом аммиака изо рта, наиболее вероятной причиной является развитие почечной недостаточности. Людям с заболеваниями почек, не получающим диализ, рекомендуется по возможности избегать употребления белка, так как его избыточное потребление ускоряет прогрессирование заболевания и может привести к летальному исходу. Большинство проблем связано с накоплением нефильтрованных токсинов и продуктов распада, образующихся при метаболизме белков. Функция почек естественным образом снижается с возрастом из-за постепенной потери нефронов (фильтров) в почках. К распространенным причинам хронической болезни почек относятся диабет, сердечно-сосудистые заболевания, длительное неконтролируемое высокое кровяное давление, а также злоупотребление обезболивающими препаратами, такими как ибупрофен, аспирин и парацетамол. Некоторые заболевания почек, например, поликистоз почек, могут иметь генетическую природу и прогрессировать с возрастом.

Диагноз

При нормальных условиях в организме аммиак, мочевина, мочевая кислота и креатинин образуются в результате метаболизма белков и выводятся почками с мочой. Если эти продукты распада не могут должным образом выводиться из организма, они накапливаются и становятся высокотоксичными. Потребление белка является основным источником этих отходов. Накопление этих отходов может происходить у людей с почечной недостаточностью, употребляющих пищу, богатую белком, и поэтому не способных должным образом выводить отходы. Анализ на азот мочевины крови (АМК или BUN) измеряет количество азота мочевины в крови. Повышенный уровень мочевины в крови (уремия) указывает на плохое выведение мочевины из организма, обычно из-за повреждения почек. Повышенный уровень креатинина в крови также может быть признаком повреждения почек и неспособности должным образом выводить белковые отходы. Подтверждение заболевания почек или почечной недостаточности часто получают с помощью анализа крови, измеряющего концентрацию креатинина и мочевины (азота мочевины крови).

Лечение

Варианты лечения протеиновой токсичности могут включать в себя заместительную терапию почек, такую как гемодиализ и гемофильтрация. Изменения образа жизни, такие как диета с низким содержанием белка, снижение потребления натрия и физические упражнения, также могут быть включены в план лечения. В зависимости от симптомов могут быть назначены лекарственные препараты. Обычно при заболеваниях почек назначают препараты для лечения гипертонии, такие как ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента (АПФ) и блокаторы рецепторов ангиотензина II (БРА), поскольку они оказывают защитное действие на почки. Диуретики также могут быть назначены для облегчения выведения отходов и уменьшения задержки жидкости. Пересадка почки – еще один вариант лечения, при котором здоровая почка от живого или умершего донора пересаживается реципиенту. Если организм не способен выводить мочевину, это может привести к серьезному состоянию, называемому уремией, которое характеризуется высоким уровнем мочевины в крови. Симптомы уремии включают тошноту, рвоту, усталость, анорексию, потерю веса и изменение психического статуса. Без лечения уремия может привести к судорогам, коме, остановке сердца и смерти. Если организм не может перерабатывать или выводить аммиак, например, при протеиновой токсичности, это приводит к накоплению аммиака в крови, вызывая состояние, называемое гипераммониемией. Симптомы повышенного уровня аммиака в крови включают мышечную слабость и усталость. Без лечения аммиак может проникать через гематоэнцефалический барьер и воздействовать на ткани мозга, вызывая широкий спектр нейропсихиатрических и неврологических симптомов, включая нарушение памяти, судороги, спутанность сознания, делирий, чрезмерную сонливость, дезориентацию, отек мозга, внутричерепную гипертензию, кому и даже смерть.

Эпидемиология

Распространенность белковой токсичности невозможно точно оценить, поскольку существует множество причин ее возникновения. У многих людей протеиновая токсичность развивается на фоне хронической болезни почек (ХБП) или терминальной стадии почечной недостаточности (ТСПН). Распространенность ХБП (всех стадий) в США с 1988 по 2016 год оставалась относительно стабильной, составляя около 14,2% ежегодно. Число людей, получающих лечение по поводу ТСПН, увеличилось до примерно 2284 человек на 1 миллион населения в 2018 году по сравнению с 1927 человек на 1 миллион в 2007 году. Распространенность ТСПН, требующей лечения, возрастает с возрастом, чаще встречается у мужчин, чем у женщин, и выше среди коренных гавайцев и жителей островов Тихого океана, чем в любой другой расовой группе. Однако количественно оценить распространенность именно белковой токсичности сложно, поскольку люди с заболеваниями, вызывающими накопление белковых метаболитов, как правило, начинают гемодиализ до появления симптомов. Нарушения цикла мочевины также приводят к токсичному накоплению белковых метаболитов, в частности аммиака. По данным на 2013 год, в США заболеваемость нарушениями цикла мочевины оценивалась в 1 случай на 31 000 новорожденных, что составляет около 113 новых случаев в год.

Новорожденные

Токсичность белков, в особенности накопление аммиака, может поражать недоношенных новорожденных с серьезными дефектами ферментов цикла мочевины, которые практически не проявляются физически при рождении. Клинические симптомы могут возникнуть в течение нескольких дней после рождения, приводя к тяжелому заболеванию, интеллектуальной недостаточности или смерти при отсутствии лечения.

Нейродегенеративные заболевания

Люди с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Хантингтона, деменция, болезнь Паркинсона и боковой амиотрофический склероз (БАС), часто также демонстрируют признаки белковой токсичности. Клеточные нарушения и генетические мутации, вызванные этими нейродегенеративными заболеваниями, могут патологически изменять транскрипцию генов, оказывая негативное влияние на метаболизм белков.