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.
Protein toxicity is the effect of the buildup of protein metabolic waste compounds, like urea, uric acid, ammonia, and creatinine. Protein toxicity has many causes, including urea cycle disorders, genetic mutations, excessive protein intake, and insufficient kidney function, such as chronic kidney disease and acute kidney injury. Symptoms of protein toxicity include unexplained vomiting and loss of appetite. Untreated protein toxicity can lead to serious complications such as seizures, encephalopathy, further kidney damage, and even death.
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.