Evaluation of Kidney Functions and Heavy Elements Levels in the Blood Serum of Patients with Chronic Kidney Disease Prior and After Hemodialysis
Authors: N. Q. Al-Khafaji , B. Y. Al-Khafaji , D. K. Al-Omar 
Published: December 2024

Purpose. To determine the role of certain heavy metals in forming the endogenous intoxication syndrome in chronic kidney disease and to evaluate the impact of hemodialysis procedure on cadmium, selenium, zinc, lead, as well as total calcium and inorganic phosphorus blood levels, which can aggravate the severity of endogenous intoxication syndrome in renal dysfunction. Materials and methods. A total of 75 participants took part in the study: 50 patients undergoing hemodialysis (of which 70% were men, and 30% were women) and 25 practically healthy individuals represented by medical staff. The patients were divided into age groups of 17–36 years, 37–56 years and 57–76 years (age range was within 17–75 years). The majority of patients belonged to the older age group (57–76 years). Venous blood (4.0 ml) was sampled from all study population. The serum obtained by centrifugation was stored at –20 °C until testing. For heavy metals assay, 1.0 ml of blood serum was used. Their levels were quantified using atomic absorption spectrophotometer FAAS. – AA7000 Shimadzu (Japan). At the same time with heavy metals, total calcium, inorganic phosphorus, urea and creatinine in serum were determined using UV-light spectrophotometer (Apple/Japan). The statistical analysis was performed using SPSS program, version 26 (Statistical Package of Social Science), based on using One way ANOVA, LSD. Results. Two main cycles of clinical and laboratory examination were performed, prior to and after hemodialysis, in each of which 50 patients were involved. At the same time, heavy metals levels were determined in practically healthy subjects constituting the control group. The mean levels (Mean±SD) of lead and cadmium (Pb and Cd) were found to be higher prior to hemodialysis procedure than after it: 1.04±0.38 and 0.065±0.18 mg/L and 0.82±0.25 and 0.054±0.019, respectively, while conversely, the mean zinc and selenium (Zn and Se) levels of 0.016±0.008 and 0.178±0.068 (respectively) were lower than after treatment: 0.026±0.011 and 0.239±0.062 (respectively). At the same time, the levels of heavy metals cadmium and lead in patients prior to hemodialysis were significantly higher than in the control group (0.050±0.015 and 0.71±0.27, respectively). Selenium and zinc levels in patients tested in the pre-dialysis stage were significantly lower than in the group of practically healthy subjects (0.934±0.204 and 0.037±0.005), respectively. After hemodialysis, selenium and zinc levels increased (0.239±0.062 and 0.026±0.011, respectively), while remaining significantly lower than normal (0.934±0.204 and 0.037±0.005, respectively). Increased levels of urea, creatinine, calcium and inorganic phosphorus in pre-dialysis stage were indicators of kidney dysfunction severity degree. The data obtained allow suggesting that kidney dysfunction leads to an increase in blood levels of heavy metals Cd and Pb entering the body from environment with food, drinks, and as a result of occupational activity. Their accumulation in the body can aggravate the severity of endogenous intoxication in kidney dysfunction. Also, the mentioned decrease in levels of trace elements Se and Zn, both largely determining the activity of antioxidant enzymes (as cofactors), certainly contributes to this. Conclusion. The increase in lead and cadmium blood levels and the decrease in selenium and zinc blood levels in patients with kidney dysfunction revealed in the study allowing to consider these elements as kidney dysfunction biomarkers, and the observed changes in their levels after hemodialysis could be considered as effectiveness indicators of using this kind of therapy in hospital clinics.

Цель. Установление роли отдельных тяжелых металлов в формировании синдрома эндогенной интоксикации при хронической болезни почек и оценка эффективности процедуры гемодиализа на содержание в крови кадмия, селена, цинка, свинца, а также общего кальция и неорганического фосфора, способных усугублять тяжесть проявления синдрома эндогенной интоксикации при нарушении функции почек. Материалы и методы. В исследовании приняли участие 75 человек: 50 пациентов, подвергнутых процедуре гемодиализа (из них 70% мужчин, 30% женщин), и 25 практически здоровых лиц, каковыми явились медицинские работники. Контингент пациентов был распределен на возрастные группы: 17–36 лет, 37–56 лет и 57–76 лет (диапазон возраста составил 17–75 лет). Большинство пациентов относилось к старшей возрастной группе – 57–76 лет. У всех исследуемых производили взятие венозной крови (в объеме 4,0 мл). Полученную путем ее центрифугирования сыворотку хранили до проведения исследования при температуре –20 °С. Для определения тяжелых металлов использовали 1,0 мл сыворотки крови. Определение их содержания осуществлено с использованием атомно-абсорбционного спектрофотометра FAAS. – AA7000 Shimadzu/Japan (Шимадзу/Япония). Параллельно с тяжелыми металлами устанавливалось содержание в сыворотке крови общего кальция, неорганического фосфора, а также мочевины и креатинина с использованием ультрафиолетового спектрофотометра UV-light spectrophotometer (Apple/Japan). Статистический анализ выполняли с применением программы SPSS, версия 26 (Statistical Package of Social Science), основанной на использовании One way ANOVA, LSD. Результаты. Выполнено два основных цикла клинико-лабораторного исследования – перед и после проведения гемодиализа, в каждом из которых участвовали 50 пациентов. Наряду с этим было определено содержание тяжелых металлов в группе практически здоровых человек, составивших контрольную группу. Установлено, что до проведения процедуры гемодиализа средняя концентрация (Mean±SD) свинца и кадмия (Pb и Cd) была выше, чем после нее: 1,04±0,38 и 0,065±0,18 мг/л и 0,82±0,25 и 0,054±0,019 соответственно, тогда как средняя концентрация цинка и селена (Zn и Se) – 0,016±0,008 и 0,178±0,068 соответственно, напротив, оказалась ниже, чем после лечения: 0,026±0,011 и 0,239±0,062 соответственно. При этом концентрация тяжелых металлов кадмия и свинца у пациентов до проведения гемодиализа оказалась значительно выше, чем у лиц контрольной группы – 0,050±0,015 и 0,71±0,27 соответственно. Содержание селена и цинка у пациентов, исследованных в преддиализной стадии, было существенно ниже такового в группе практически здоровых лиц – 0,934±0,204 и 0,037±0,005 соответственно. После проведения гемодиализа уровни селена и цинка повысились – 0,239±0,062 и 0,026±0,011 соответственно, оставаясь, тем не менее, значительно ниже, чем в норме (0,934±0,204 и 0,037±0,005 соответственно). Показателем степени выраженности нарушения функции почек явилось отмеченное в преддиализной стадии возрастание концентрации мочевины, креатинина, кальция и неорганического фосфора. На основании полученных данных представляется возможным судить о том, что нарушение функции почек вызывает увеличение содержания в крови тяжелых металлов Cd и Pb, поступающих в организм из окружающей среды с пищей, напитками, а также в результате профессиональной деятельности. Их накопление в организме способно усугубить выраженность эндогенной интоксикации при нарушении функции почек. Этому не может не способствовать отмеченное снижение содержания микроэлементов Se и Zn, во многом определяющих активность антиоксидантных ферментов (в качестве кофакторов). Заключение. Установленные в ходе исследования пациентов с нарушением функции почек увеличение содержания в крови свинца и кадмия и уменьшение селена и цинка позволяют рассматривать эти элементы как биомаркеры нарушения функции почек, а отмеченную после проведения гемодиализа динамику изменения их содержания – как показатель эффективности использования этого вида лечения в госпитальной клинике.