Linsen mit hohem Selengehalt versus Arsentoxizität

Chronische Arsen(As)-Vergiftungen sind ein weltweites Problem der öffentlichen Gesundheit. Weltweit sind bis zu 100 Millionen Menschen in ihrem Trinkwasser und in der Nahrung chronisch gefährlich hohen As-Konzentrationen ausgesetzt. Bangladesch steht vor einer großen Herausforderung für die öffentliche Gesundheit – der Verseuchung des Grundwassers durch Arsen (As). Seit in den 1990er Jahren in Bangladesch eine Verunreinigung des Wassers aus Rohrbrunnen durch As entdeckt wurde, wurde das As im Trinkwasser um 40 % reduziert, dennoch bleiben etwa 45 Millionen Bangladescher durch hohe As-Konzentrationen über dem WHO-Richtlinienwert von 10 µg/l gefährdet das Brunnenwasser. Die jährlichen Kosten für die Behandlung von As-bedingten Gesundheitsproblemen in Bangladesch werden derzeit auf 77,5 Millionen US-Dollar geschätzt. Mangel an Mikronährstoffen (z. Selen)-Böden führen zu weniger nahrhaften lokalen Lebensmitteln, die zu einem Komplizen der Kriminalität werden und die toxische Belastung durch As-Exposition verschärfen.

Selen (Se) ist ein Spurenelement, das ein wesentlicher Bestandteil mehrerer Stoffwechselwege ist, die die Immunfunktion steuern. Se und As wirken im Körper antagonistisch, indem sie in vielen biologischen Funktionen konkurrieren. Seit den 1930er Jahren ist bekannt, dass Arsen, das Tierfutter zugesetzt wird, der Se-Toxizität/-Aktivität bei Tieren entgegenwirkt. Se interagiert mit As, um einen Komplex zu bilden; Eine übermäßige Se-Ausscheidung kann als Folge der Se/As-Komplexbildung unter der Bedingung einer chronischen As-Aufnahme und einer geringen Se-Aufnahme über die Nahrung auftreten. Dieses Szenario kann die Se-Verarmung weiter beschleunigen. Da Se mit As einen Komplex bilden kann, kann eine Se-Ergänzung im Prinzip die As-Toxizität verringern und auch die Auswirkungen der As-Exposition auf viele andere Parameter, wie oxidativen Stress, Immuntoxizität usw., verringern.

Die Supplementierung von Se als Pillen wird derzeit zur Behandlung von Arsenikose verwendet. Aber Pillen werden von den Menschen oft nicht gut angenommen und sind für Familien mit niedrigem Einkommen teuer. Linsen sind ein weit verbreitetes Lebensmittel in Bangladesch und das Land importiert bereits Linsen aus Kanada. In Saskatchewan (SK) angebaute Linsen sind reich an Se, hauptsächlich in Form von L-Selenomethionin, das hochgradig bioverfügbar ist. Die Saskatchewan-Linsen haben einen mittleren Selengehalt zwischen 425 und 672 µg/kg, wobei in einigen Regionen der Linsenselengehalt auf 1884 µg/kg ansteigt. Diese Linsen mit hohem Selengehalt, die in die täglichen Mahlzeiten As-exponierter Familien in Bangladesch aufgenommen werden, können dazu beitragen, die Symptome einer langfristigen As-Vergiftung auf kostengünstige, unkomplizierte und ernährungsphysiologisch vorteilhafte Weise zu lindern.

Rote Linsen für diesen Versuch wurden in Saskatchewan, Kanada (Se = 854 µg/kg) und Idaho, USA (Se = 0,043 µg/kg) angebaut. Andere Nährstoffe werden in beiden Linsenkulturen am UofS gemessen, bevor sie an Familien in Bangladesch versandt werden. High-Se- und Low-Se-Linsen werden in zwei verschieden farbigen Päckchen verpackt und an die ausgewählten Familien verteilt. Die Ermittler sowie das Außendienstpersonal werden hinsichtlich der Linsen-/Dahlsorten, die jeder Familie gegeben werden, geblendet. 65 g Linsen pro Person und Tag werden vom weiblichen Familienoberhaupt mit einer Tasse abgemessen, das normalerweise täglich Moshur Dahl (Linsensuppe) für die ganze Familie kocht. 65 g Linsen mit hohem Se-Gehalt liefern 55 µg Se, was der empfohlenen Tagesdosis von 55 µg/Person/Tag entspricht.

Probenahmeverfahren und Datensammlung: Zu Beginn, in der Mitte und am Ende der Studie (Tabelle 1) werden Haushaltswasserproben sowie Haar-, Blut-, Kot- und Urinproben vor Ort von jeder Person gesammelt.

Wasser (20 ml): Derzeit verwendetes Trinkwasser zur Messung von Arsen und anderen toxischen und essentiellen Elementen. Das Wasser wird vor der Lagerung bei pH < 2,0 in spurenelementfreien Röhrchen bei Raumtemperatur angesäuert.

Urin (15-20 ml): Der Urin wird in spurenelementfreien Röhrchen gesammelt, aliquotiert und bei -80 °C gelagert.

Stuhl (5-10 g): Der Stuhl wird in Spurenelement-freien Röhrchen gesammelt und bei -20°C gelagert.

Blut (5 ml/Besuch): Blut wird mit einer sterilen Nadel und Spritze in spurenelementfreien Vacutainer-Röhrchen entnommen. Blutproben werden am selben Tag in Kühlboxen an Dhaka Lab gesendet und in Plasma und Zellen getrennt, Plasmaaliquots werden bei -80 °C gelagert. Buffycoat-Zellen werden in RNALater in einem Gefrierschrank bei -80 °C gelagert. Vollblut (100 ul) wird bei –80°C gelagert.

Haare: Haare vom Hinterkopf werden gesammelt (ca. 0,2 g) für die As-Analyse, da Haare As ein geeigneter Marker für Langzeitexposition sind.

Labormethoden:

Metalle: Se wird im Blut durch Graphitofen-Atomabsorptionsspektrometrie (GFAAS) gemessen. Arsen in Haar-, Stuhl- und Urinproben wird nach dem Säureaufschluss der Proben durch Hydriderzeugungs-Atomabsorptionsspektrometrie (HGAAS) gemessen.

Oxidativer Stress und antioxidativer Status: Die Forscher messen 8-oxo-7, 8-dihydro-2'-desoxyguanosin (8-oxodG), ein Hauptprodukt von ROS-induziertem oxidativem Stress, im Urin/Plasma von Kindern unter Verwendung kommerzieller ELISA-Kits . Reduziertes Glutathion (GSH) gilt als wichtiger Fänger reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), und sein Verhältnis zu oxidiertem Glutathion (GSSG) wird als Marker für oxidativen Stress verwendet. Der Antioxidansstatus (GSH/GSSG) im Vollblut wird durch Messung von GSH und GSSG mit kommerziellen Kits bestimmt.

Lungenentzündung: Die Ermittler messen fraktioniertes ausgeatmetes Stickstoffmonoxid (FENO) bei Teilnehmern (≥9 Jahre) als Marker für allergische Lungenentzündungen. Die Überwachung von FENO ist einfach und nicht-invasiv mit einem tragbaren kleinen Gerät. FENO wird online durch die Single-Atem-Technik gemäß den veröffentlichten Richtlinien (Ref) und den Anweisungen des Herstellers mit einem NIOX MINO® gemessen. FENO wird als Mittelwert aus zwei aufeinander folgenden, reproduzierbaren Ablesungen aufgezeichnet. FENO-Daten werden als p.p.b. angegeben. NIOX MINO verwendet IR-Kommunikation zur Übertragung von Teilnehmerdaten an einen PC mit der Software NIOX MINO Data Manager. FENO ist normalerweise hoch bei Personen mit aktuellem allergischem Asthma oder Rhinitis.