Zusammenhang von Fettleibigkeit, Diabetes und Bluthochdruck mit Arsen im Trinkwasser in der Provinz Comarca Lagunera (Norden).

Mar 18, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 9244 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Details zu den Metriken

Chronischer endemischer regionaler Hydroarsenismus (CERHA) ist ein globales Problem, von dem über 200 Millionen Menschen betroffen sind, die Arsen (As) im Trinkwasser ausgesetzt sind. Dazu gehören 1,75 Millionen Menschen mit Wohnsitz in La Comarca Lagunera, einer Region im Norden Zentralmexikos. Der Arsengehalt in dieser Region übersteigt typischerweise die WHO-Richtlinie von 10 µg L−1. Biochemische Veränderungen im Zusammenhang mit dem menschlichen Stoffwechsel können das Risiko für Übergewicht und Fettleibigkeit (O&O), Typ-2-Diabetes (T2D) und Bluthochdruck (AHT) erhöhen. In unserer Studie haben wir die Rolle von As im Trinkwasser als Risikofaktor für diese Stoffwechselerkrankungen untersucht. Wir haben uns auf Bevölkerungsgruppen mit historisch mäßigen (San Pedro) und niedrigen (Lerdo) Trinkwasser-A-Werten sowie auf Menschen ohne historische Hinweise auf eine As-Wasserverschmutzung konzentriert. Die Expositionsbewertung gegenüber As basierte auf Messungen der Trinkwasser- (Medianwerte 67,2, 21,0, 4,3 µg L−1) und der As-Konzentrationen im Urin bei Frauen (9,4, 5,3, 0,8 µg L−1) und Männern (18,1, 4,8, 1,0). µg L−1). Eine signifikante Korrelation zwischen As im Trinkwasser und Urin belegte die As-Exposition in der Bevölkerung (R2 = 0,72). Bereinigte Odds Ratios mit 95 %-Konfidenzintervallen zeigten, dass bei Personen, die in San Pedro leben, die Wahrscheinlichkeit, mit T2D (1,7, 1,2–2,0) und AHT (1,8, 1,7–1,9) diagnostiziert zu werden, höher ist als bei Personen, die in Lerdo leben. Dennoch gab es keinen signifikanten Zusammenhang mit Fettleibigkeit. Es wurde festgestellt, dass Personen, die in CERHA-Städten leben, ein höheres Risiko für Fettleibigkeit (1,3–1,9), T2D (1,5 bis 3,3) und AHT (1,4 bis 2,4) haben als Personen, die in Nicht-CERHA-Städten leben. Schließlich ist Fettleibigkeit bei Frauen wahrscheinlicher [umgekehrter OR und 95 %-KI 0,4 (0,2–0,7)] als bei Männern, während bei Männern häufiger T2D [OR = 2,0 (1,4–2,3)] und AHT diagnostiziert werden [ OR = 2,0 (1,5–2,3)] als Frauen, unabhängig von der Gemeinde.

Die Prävalenz von Übergewicht und Adipositas (O&O), Typ-2-Diabetes (T2D) und Bluthochdruck (AHT) hat seit den 1970er Jahren erheblich zugenommen1 und ist damit das größte Gesundheitsproblem in Mexiko, Tendenz steigend. Die National Health and Nutrition Surveys (ENSANUT)1 von 2016–2018 ergaben, dass 96 Millionen Menschen an O&O leiden (71,3 bis 75,2 % oder 3 von 4 Erwachsenen). Darüber hinaus wurde bei 13,5 Millionen Menschen (10,4 %) T2D diagnostiziert und 15,2 Millionen Menschen (12 %) leben mit AHT. T2D ist mit 106.525 gemeldeten Todesfällen im Jahr 2018 die zweithäufigste Todesursache in Mexiko2. Mexiko hat die sechsthöchste weltweite Prävalenz von T2D und die höchste Todesrate unter den Ländern mit großer Bevölkerung3.

Zu den multifaktoriellen Determinanten von O&O, T2D und AHT gehören eine beschleunigte Modifikationsdiät aufgrund des Verzehrs von kalorien-, kohlenhydrat- und fettreichen Nahrungsmitteln, ein sitzender Lebensstil und genetische Anfälligkeit, insbesondere bei indianischstämmigen Bevölkerungsgruppen3,4,5 . Umweltfaktoren können jedoch auch genetische Veranlagungen beeinflussen und zum schnellen Anstieg von O&O, T2D und AHT beitragen [z. B. 6,7,8,9].

Chronischer endemischer regionaler Hydroarsenismus (CERHA) steht im Zusammenhang mit dem natürlichen Vorkommen von Arsen (As) im Grundwasser für den menschlichen Verzehr und ist in vielen Ländern weltweit verbreitet10,11,12,13. Über 200 Millionen Menschen sind chronisch As im Trinkwasser in Konzentrationen ausgesetzt, die über den Richtlinien der Weltgesundheitsorganisation von 10 µg L−1 für Trinkwasser liegen10, 14, 15. Die weltweit am stärksten von CERHA betroffene Bevölkerung besteht aus Haushalten mit niedrigem sozioökonomischem Status . Zu den CERHA-Regionen in Amerika gehören Argentinien, Bolivien, Chile, El Salvador, die Vereinigten Staaten von Amerika, Nicaragua, Peru und Mexiko. Eine CERHA-Region liegt im zentralen Norden Mexikos, genauer gesagt in der Provinz La Comarca Lagunera. Neun Gemeinden in den Bundesstaaten Coahuila und Durango mit einer Bevölkerung von fast 1,75 Millionen Menschen2 sind seit sieben Jahrzehnten von Arsen im Grundwasser betroffen. Typische As-Konzentrationen im Grundwasser in der Provinz La Comarca Lagunera liegen zwischen 0,7 und > 800 µg L−1 [z. B. 16, 17, 18, 19, 20]. Seit den 1960er Jahren sind gesundheitsschädliche Auswirkungen im Zusammenhang mit der As-Exposition dokumentiert.

In dieser Forschung untersuchten wir den wahrscheinlichen Zusammenhang zwischen der As-Exposition im Trinkwasser und den Stoffwechselerkrankungen O&O, T2D und AHT in der Provinz La Comarca Lagunera. Wir haben Personen rekrutiert, die in Gemeinden innerhalb der CERHA-Region leben und in der Vergangenheit As-Expositionen im Trinkwasser aufwiesen, sowie Personen, die in Gemeinden ohne historische Hinweise auf eine As-Wasserverschmutzung lebten. Für diese Studie haben wir die Gemeinden San Pedro in Coahuila und Lerdo in Durango ausgewählt, mit historisch mäßigen (San Pedro) und niedrigen (Lerdo) Werten der As-Exposition im Trinkwasser. Darüber hinaus wurden vier Nicht-CERHA-Gemeinden in La Comarca, in denen es keine historischen Hinweise auf eine As-Wasserverschmutzung gab, einbezogen (Nazas, Cuencame, Simon Bolivar und Mapimi). Die ausgewählten Gemeinden verfügen über eine Bevölkerung mit relativ homogenen wirtschaftlichen und soziokulturellen Merkmalen1, 2, 21.

Die Expositionsbewertung gegenüber As basierte auf Messungen der As-Konzentrationen im Trinkwasser und im Urin, die mithilfe hochauflösender induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie analysiert wurden. Wir stellten die Hypothese auf, dass Personen in San Pedro und Lerdo eine höhere Rate an As-Aufnahme und Urinausscheidung aufwiesen als Personen in Nicht-CERHA-Gemeinden. Darüber hinaus erwarteten wir eine höhere Prävalenz von O&O, T2D und AHT in Bevölkerungsgruppen, die höheren As-Werten ausgesetzt waren, in San Pedro als in Lerdo und in beiden Gemeinden als in Nicht-CERHA-Gemeinden. Basierend auf dem ENSANUT-Datensatz 2018–20191 gingen wir von einer höheren Prävalenz dieser Pathologien in der CERHA-Region im Vergleich zu Nicht-CERHA-Gemeinden im Norden Zentralmexikos aus.

Um den möglichen Zusammenhang zwischen der As-Exposition in Trinkwasser und Urin und O&O, T2D und AHT zu untersuchen, führten wir eine Analyse des logistischen Regressionsmodells (LRM) durch. Wir rekrutierten Teilnehmer im gleichen Altersbereich und mit relativ ähnlichen wirtschaftlichen und soziokulturellen Merkmalen, um signifikante Störfaktoren auf individueller Ebene zu kontrollieren. LRM ist ein leistungsstarkes Werkzeug in epidemiologischen Studien, die zwei oder mehr erklärende Variablen und die Antwortvariable einbeziehen und gleichzeitig die Auswirkungen von Störfaktoren reduzieren22.

Die Provinz La Comarca Lagunera liegt im zentralen Norden Mexikos, in der Chihuahua-Wüste (Abb. 1). Die Region zeichnet sich durch ein trockenes bis semiarides Klima mit geringen Niederschlägen (250–500 mm pro Jahr), hoher Verdunstung (> 1100 mm pro Jahr) und durchschnittlichen Sommer- und Wintertemperaturen von 31 bzw. 16 °C aus. Höhere und geringere Niederschläge treten im Juli–August (13–52 mm/Tag, Julianische Tage 190–220) und im April (4 mm d−1, Julianische Tage 90–120) auf. Bevor die Flüsse Nazas und Aguanaval aufgestaut wurden, bildeten ihre Abflüsse 13 kurzlebige Lagunen, darunter die Mayran-Lagune, die größte in Lateinamerika. Diese Lagunen verschwanden nach dem Bau der Staudämme in den 1940er und 1960er Jahren. Darüber hinaus ging die Grundwasserneubildung in der Region nach den 1960er Jahren rapide zurück. Gleichzeitig hat sich der Wasserbedarf in den letzten 70 Jahren aufgrund des Wachstums der Landwirtschaft und der Milchviehhaltung sowie der menschlichen Bevölkerung verdreifacht. Derzeit wird Wasser in der Landwirtschaft und Milchviehhaltung (91 %) sowie in städtischen und industriellen Aktivitäten (9 %) genutzt, wobei 60,6 % des Volumens aus den Grundwasserleitern und 39,4 % aus den Staudämmen entnommen werden23.

Lage von La Comarca Lagunera (103o 45′–102o W, 25o 15′–26o15′ N) zwischen Nordwest-Durango und Südwest-Coahuila im zentralen Norden Mexikos in der Provinz Comarca Lagunera (Polygon in Blau) und in den Städten Lerdo und San Pedro in Durango bzw. Coahuila. Die Karte wurde vom Nationalen Institut für Statistik und Geographie (INEGI, 2018) geändert: „Karte der Anfälligkeit für das Phänomen der Senkung im Tal der Comarca Lagunera, Durango und Coahuila de Zaragoza (19.12.2018)“, auf die unter https://www.inegi.org.mx/app/library/file.html?upc=8 zugegriffen werden kann Die Nutzung dieser Karte erfolgt in Übereinstimmung mit den „Bedingungen zur kostenlosen Nutzung von INEGI-Informationen“.

In dieser Studie haben wir Daten zum As-Gehalt in Grundwasserproben aus Brunnen in der Provinz La Comarca Lagunera aus früheren Studien zusammengestellt, die von der Abteilung für Biochemie der Universidad Autonoma de Coahuila Unidad Torreon und anderen Forschern und Regierungsbehörden durchgeführt wurden. Unser Hauptinteresse bestand darin, die historische Exposition gegenüber As-Werten in der öffentlichen Wasserversorgung in CERHA-Gemeinden zu überprüfen und diejenigen zu unterscheiden, bei denen in Nicht-CERHA-Gemeinden keine historischen Hinweise auf eine As-Wasserverschmutzung vorliegen.

La Comarca Lagunera hat 1.754.142 Einwohner und besteht aus fünf Gemeinden in Coahuila (60,7 %) und 15 Gemeinden in Durango (39,3 %)2 Die Stadt Torreon (Coahuila) liegt in der Stadt Lerdo und Gomez-Palacio (Durango). Die größte CERHA-Region in Mexiko umfasst neun Gemeinden in der Provinz La Comarca Lagunera, darunter Torreon, Matamoros, San Pedro de las Colonias, Francisco I. Wood und Viesca in Coahuila. 1). Für diese Studie wurden zwei CERHA-Gemeinden ausgewählt: San Pedro (101.141 Einwohner) und Lerdo (163.313 Einwohner)2 Darüber hinaus wurden Nicht-CERHA-Gemeinden in Lagunera Comarca ausgewählt, um Nicht-As-Exposition darzustellen, darunter Nazas (12.894), Cuencame (34.955), Simon Bolivar (10.038) und Mapimi (26.932). Die Bevölkerung besteht etwa zu gleichen Teilen aus Männern und Frauen2.

San Pedro und Lerdo sind Gemeinden mit historisch mäßigen und niedrigen Wasserständen. Nazas, Cuencame, Simon Bolivar und Mapimi sind Gemeinden ohne historische Hinweise auf eine Wasserverschmutzung durch As. Die Auswahl der Gemeinden basierte in erster Linie auf ihrem As-Expositionshintergrund.

Darüber hinaus haben wir auf den Datensatz des Report Annual of Multidimensional Poverty and Social Backwardness zugegriffen, um Informationen über die ausgewählten Kommunen hinsichtlich sozialer Benachteiligungsindikatoren, Wohnqualität und -raum sowie Bedingungen multidimensionaler Armut zu erhalten21. Die ausgewählten Gemeinden verfügen über eine Bevölkerung mit relativ homogenen wirtschaftlichen und soziokulturellen Merkmalen (siehe Tabelle S1). Was die Indikatoren für soziale Benachteiligung betrifft, so leiden zwischen 13,9 und 22,6 % der Bevölkerung unter Bildungsrückstand, während nur 16,7 % bis 32,2 % bzw. 10,9 % bis 29,3 % Zugang zu hochwertiger Gesundheitsversorgung bzw. nahrhafter Nahrung haben. Was die grundlegende Wohnungsversorgung betrifft, hat die Mehrheit der Menschen Zugang zu Wasser (zwischen 84,3 und 91,1 %), Abwasserentsorgung (zwischen 86,5 und 98,0 %) und Strom (99,8 %). Allerdings stellt die Sicherstellung des Zugangs zu Wasser für viele Gemeinden in der Region weiterhin eine große Herausforderung dar20. Basierend auf mehrdimensionalen Armutsmessungen ist die Mehrheit der Menschen entweder von mäßiger Armut betroffen (zwischen 33,2 und 45,6 %) oder aufgrund mangelnder Grundversorgung gefährdet (zwischen 31,7 und 45,6 %). Wir haben auf die Datenbank der jüngsten ENSANUT-Umfrage 2018–2019 (https://ensanut.insp.mx/encuestas/ensanut2018/informes.php) zugegriffen, um die Prävalenzraten von O&O, T2D und AHT sowohl bei CERHA als auch bei Nicht-HCT zu ermitteln. CERHA-Gemeinden in La Comarca Lagunera in den Bundesstaaten Coahuila und Durango sowie landesweit1.

Ein Flussdiagramm, das den Registrierungs- und Rekrutierungsprozess für Teilnehmer unserer Studie detailliert beschreibt, ist in Abb. S1 dargestellt. In den Gemeinden der ausgewählten Kommunen fanden öffentliche Treffen statt (z. B. auf öffentlichen Plätzen und in Grundschulen), um die Studienziele zu erläutern. Hunderte Personen (n = 872) bekundeten Interesse an einer Teilnahme an dieser Studie. Jeder Freiwillige wurde über die Ziele und Verfahren der Studie informiert und unterzeichnete eine Einverständniserklärung. Den eingeschriebenen Teilnehmern wurden auch die Verfahren für eine Ablehnung oder einen Ausschluss von der Studie in jedem Stadium, auch nach der Einwilligung, erläutert. Berechtigte Teilnehmer (n = 724) wurden zur Trinkwasserquelle (Leitungswasser oder kommerziell gereinigtes Wasser) und zur täglichen Aufnahmerate befragt. Sie füllten den Fragebogen der National Health and Nutrition Survey1 aus, um Informationen über ihren Zugang zu nahrhaften Lebensmitteln (Artikel, Häufigkeit und Portion) bereitzustellen, darunter Milchprodukte (Milch, Käse, Joghurt), Getreide (Mais, Weizen, Reis, Bohnen) und alle Gemüsesorten und Obst, Getränke und Snacks, die pro Tag verzehrt werden, sowie Fisch und Schalentiere, Fleisch, Eier und Geflügel, die pro Woche verzehrt werden, was zu Unterschieden in der Nahrungsaufnahme von anorganischem As führen kann (https://ensanut.insp.mx/encuestas/ensanut100k2018/ descargas.php).

Die Teilnehmer haben auch an der Umfrage zu multidimensionalen Armutsschwellen des National Council for the Evaluation of Social Development Policy (CONEVAL) teilgenommen (https://www.coneval.org.mx/rw/resource/coneval/med_pobreza/Cuestionario_Individual.pdf)24. Diese Umfrage liefert Informationen über die Art der Tätigkeit (Baugewerbe, informeller Verkauf, Kundenservice, Hausfrau) und die Arbeitsentfernung, Indikatoren für soziale Benachteiligung (z. B. Bildungsrückstand, Zugang zu Gesundheitsdiensten und sozialer Sicherheit), Wohnqualität und Raum (z. B. Schmutz). Böden, nicht haltbare Dach- und Wandmaterialien, überfüllte Häuser und grundlegende Dienstleistungen wie Wasser, Abwasserentsorgung und Strom) und Bedingungen multidimensionaler Armut (z. B. extrem, mäßig, gefährdet aufgrund des Einkommens oder aufgrund fehlender grundlegender Dienstleistungen). , nicht arm und nicht verletzlich). Die Teilnehmer wurden auch zu ihrem Alkoholkonsum und ihren Zigarettenrauchgewohnheiten befragt (nie, früherer oder aktueller Konsum, Dauer des Konsums und Zigaretten pro Tag). Darüber hinaus wurden für jede Person Informationen zur körperlichen Aktivität gemäß dem Global Physical Activity Questionnaire (GPAQ) (https://www.who.int/publications/m/item/global-physical-activity-questionnaire)25 eingeholt.

Die anfänglichen Zulassungskriterien für potenzielle Teilnehmer dieser Kohortenstudie waren: (1) Personen im Alter zwischen 19 und 74 Jahren, (2) seit mindestens fünf Jahren im Untersuchungsgebiet ansässig, (3) Personen mit relativ homogenen wirtschaftlichen und soziokulturelle Merkmale und (4) diejenigen, die nicht schwanger waren und keine kritischen Gesundheitsprobleme hatten (Abb. S1). Zu den Einschränkungen unserer Studie gehörte eine relativ kleine Stichprobengröße in verschiedenen Altersgruppen. Beispielsweise standen wir bei der Rekrutierung von Personen unter 40 Jahren vor Herausforderungen, insbesondere bei Männern, da diese häufig außerhalb ihrer Heimatstadt studieren oder arbeiten, was zu unterschiedlichen As-Expositionen führt. Um eine zuverlässige statistische Analyse und Kontrolle altersbedingter Störfaktoren zu gewährleisten, die sich auf die Studienergebnisse auswirken könnten, haben wir eine Untergruppe von Teilnehmern im Alter von 45–64 Jahren (n = 287) ausgewählt. Zu den ausgeschlossenen Personen (n = 437) gehörten somit jünger als 45 und älter als 64 Jahre (358), schwangere Frauen (2), extrem arme oder nicht arme Menschen (17), Alkoholiker (18) und chronische Raucher (30). bei denen chronische oder akute Krankheiten wie Krebs und Nierenerkrankungen (Steine, Infektionen oder Nierenversagen) diagnostiziert oder die Person amputiert wurde (10). Die Umfragen umfassten auch Fragen zum beruflichen Einsatz von Agrochemikalien und anderen toxischen Substanzen (aktueller Nutzungsstatus, Nutzungsdauer und spezifische Chemikalien). Personen, die regelmäßig mit Agrochemikalien und anderen giftigen Substanzen arbeiten, wurden ebenfalls ausgeschlossen (2).

Die rekrutierten Personen wurden von Ärzten der medizinischen Fakultät der Universidad Autonoma de Coahuila körperlich untersucht. Sie wurden auf anthropometrische Maße untersucht. Das Körpergewicht wurde mit einer elektronischen Digitalwaage und die Stehhöhe mit einem Stadiometer gemessen. Übergewicht und Fettleibigkeit wurden anhand des Body-Mass-Index (BMI) beurteilt, der durch Division des Gewichts (kg) durch das Quadrat der Körpergröße in Metern (kg/m2) berechnet wurde. Der BMI ist ein Maß zur Angabe des Ernährungszustands bei Erwachsenen. Eine Person gilt als untergewichtig, wenn ihr BMI < 18,5 ist, das Normalgewicht 18,5–24,9 beträgt, das Übergewicht oder die Voradipösität 25,0–29,9 beträgt, die Adipositasklasse I 30,0–34,9 beträgt, die Adipositasklasse II 35,0–39,9 beträgt und die Adipositasklasse III liegt ≥ 4026.

Der systolische (SBP) und der diastolische (DBP) Blutdruck wurden morgens vor dem Essen oder der Einnahme von Medikamenten gemessen. SBP und DBP wurden mit standardisierten Techniken und Geräten gemessen, insbesondere mit dem digitalen Blutdruckmessgerät Omron HEM907 XL. Bei den aufgezeichneten Werten handelte es sich um den Durchschnitt zweier Messungen im Abstand von jeweils 5 Minuten. Nach Angaben der American Heart Association sind die Blutdruckwerte in mm Hg für den systolischen Bereich normal, wenn sie < 120 und diastolisch sind, wenn sie < 80 sind, erhöht, wenn sie 120–129 bzw. < 80 sind, und hohen Blutdruck (Hypertonie), wenn sie ≥ 130 bzw. ≥ 80 sind27. Die Gesamtprävalenz der AHT wurde durch Addition der Prävalenz der diagnostizierten AHT, wie in den Fragebögen angegeben, plus der Prävalenz der nicht diagnostizierten AHT bei Teilnehmern ermittelt, die auf die diagnostizierte AHT mit „NEIN“ antworteten, aber einen SBP ≥ 130 und einen DBP ≥ 80 mm Hg aufwiesen. Auch der Zeitpunkt der Diagnose von Stoffwechselerkrankungen wurde abgefragt.

Die Teilnehmer wurden gebeten, Nüchternblutproben abzugeben. Von jedem Teilnehmer wurde eine Venenpunktionsblutprobe (2 ml) zur Nüchtern-Serumblutzuckeranalyse (FSBG) entnommen. FSBG wurde mithilfe einer enzymatisch-kolorimetrischen Methode (Glukose-Kit Spinreact und SPIN640Plus Autoanalyzer) gemessen. Ein Blutzuckerspiegel < 126 mg dL-1 ist normal, FSBG (8–12 h) ≥ 126 bis 199 mg dL-1 deutet auf Prädiabetes hin und > 200 mg dL-1 deutet auf T2D hin. Wir definierten die T2D-Prävalenz als diagnostiziertes T2D, wenn die T2D-Diagnose in den Fragebögen selbst angegeben wurde, und als nicht diagnostiziertes T2D für Teilnehmer, die im Fragebogen mit „NEIN“ antworteten, aber ein FSBG-Ergebnis ≥ 126 mg dL-1 hatten.

Die Teilnehmer wurden außerdem gebeten, den an einem Tag ausgeschiedenen Urin anzugeben. Urinproben wurden sofort vor Ort in tragbaren Kühlboxen bei 4 °C gelagert. Kreatinin in 24-Stunden-Urinproben wurde mit einem Roche/Hitachi Modular P Chemistry Analyzer unter Verwendung einer enzymatischen (Kreatininase)-Reaktion gemessen. Im Biomedical Investigations Center (CIB-Labor der autonomen Universität Coahuila) wurden Urinaliquots in säuregewaschene 50-ml-Röhrchen überführt und bis zur Arsenanalyse bei –20 °C eingefroren. Alle Urinproben wurden bis zu ihrem Versand an das Stables Isotope Laboratory in Mazatlan des ICMyL-UNAM in einem Gefrierschrank aufbewahrt.

Personen, die bei einer der drei Stichprobenerhebungen in den Jahren 2015 bis 2017 keine biologischen Proben zur Verfügung gestellt hatten, wurden aus der Studie ausgeschlossen. Während der Studie wurden 30 Teilnehmer ausgeschlossen, weil sie bei einer der drei Stichprobenerhebungen keine biologischen Proben zur Verfügung gestellt hatten.

Zwischen 2005–2007 und 2015–2017 wurden repräsentative Grundwasser- und Trinkwasserproben (1-l-LDPE-Nalgene-Flasche) aus Brunnen in CERHA- und Nicht-CERHA-Gemeinden, darunter Lerdo, Gomez Palacio, Nazas, Cuencame, Simon Bolivar und Mapimi, entnommen in Durango und San Pedro, Torreon und Viesca im Bundesstaat Coahuila. Trinkwasserproben wurden im Haus jedes Teilnehmers in den Gemeinden San Pedro (27 Städte), Lerdo (4 Städte) und Nicht-CERHA-Gemeinden (12 Städte) gesammelt. Die Proben wurden in sauberen Plastikbeuteln mit Reißverschluss doppelt verpackt, beschriftet (Standort, GPS-Position, Datum und Uhrzeit) und bei 4 °C in einer hermetisch verschlossenen Eisbox aufbewahrt. Wasserproben wurden zum Stables Isotope Laboratory in Mazatlan des ICMyL-UNAM transportiert.

Trinkwasser- und menschliche Urinproben wurden in Laboratorien mit HEPA-gefilterter Luft (Klasse 1000) und Spurenmetallreinigung verarbeitet und analysiert28. Trinkwasserproben wurden durch einen 0,45-μm-Filter gefiltert und mit 1 ml Salpetersäure (HNO3 67–70 %, Optima™, für Ultra Trace Elemental Analysis, Fisher Chemical™) pro 1 l Wasser auf einen pH-Wert von ~ 2 angesäuert und dann gelagert Säuregereinigte HDPE-Flaschen innerhalb von 24 Stunden nach der Probenahme. Urinproben wurden gelagert und bis zur Analyse eingefroren. Aliquots von Urinproben (5 ml) wurden mit 10 ml konzentrierter HNO3 in einem Blockkocher 4 Stunden lang bei 120 °C aufgeschlossen. Die aufgeschlossenen Proben wurden zur Trockne eingedampft und dann zur Messung der As-Konzentration mit 1 M HNO3 gelöst. Es wurden hochreine Reagenzien (Ultra Trace Elemental Analysis) und Wasser (Widerstand ≥ 18 MΩ cm−1 bei 25 °C, Academic Milli-Q, Millipore, Bedford, MA, USA) verwendet. Die analytischen Bestimmungen von As in verdautem Urin und gefiltertem und angesäuertem Trinkwasser wurden mithilfe einer hochauflösenden induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometrie (HR-ICP-MS, Thermo Element XR, Bremen, Deutschland)28 durchgeführt. Das Instrument wurde im hochauflösenden Modus (R = 10.000) betrieben. Die Quantifizierung wurde mithilfe einer externen Kalibrierungskurve (0,5, 1, 2, 5, 10 und 25 µg As L−1) durchgeführt, die aus 1000 mg L−1 Einzellösung (High Purity Standards, Charleston, SC, USA) erhalten und angesäuert wurde mit 1 % HNO3. Vor der Analyse wurden die Standardlösungen und die Probe mit 115In als internem Standard versetzt (Endkonzentration 1 µg L−1), um instrumentelle Abweichungen zu korrigieren. Mit unseren untersuchten Proben wurden auch Feld- und Labor-Leerwerte sowie zwei zertifizierte Referenzmaterialien (NIST-1640a Spurenelemente in natürlichen Gewässern und NIST-2668 Toxische Elemente in gefrorenem menschlichem Urin) gemessen. Die Arsenrückgewinnung betrug > 95 % und der Variationskoeffizient betrug < 10 % in beiden CRMs. Die Nachweisgrenzen der Methode lagen für As bei < 10 ng L−1. Wir normalisierten die As-Werte im Urin anhand der Kreatininkonzentration (Einheiten in µg As pro Gramm Kreatinin).

Um die durchschnittliche tägliche Aufnahme von As (ADI, µg As d−1 kg−1) aus dem Trinkwasser abzuschätzen, haben wir die tägliche Trinkwasseraufnahmerate (L d−1) mit der As-Konzentration im Trinkwasser (µg L) multipliziert −1) und teilte dann das Ergebnis durch das Körpergewicht der Person (kg). Diese Berechnung wurde für Personen in verschiedenen Gruppen basierend auf ihrem Geschlecht, Standort und Gesundheitszustand im Hinblick auf Stoffwechselerkrankungen durchgeführt. Anschließend berechneten wir die kumulative Exposition gegenüber As (mg As kg−1) auf zeitgewichtete Weise, indem wir den ADI mit der Dauer des Leitungswasser- oder gereinigten Wasserverbrauchs multiplizierten und ihn durch die Verweilzeit dividierten. Die kumulative As-Exposition wurde als Prädiktorfaktor für die Entwicklung von Stoffwechselerkrankungen mit langer Latenzzeit wie O&O, T2D und HTA verwendet.

Die endgültig rekrutierten Teilnehmer (n = 257) wurden nach dem As-Expositionsgrad im Trinkwasser (San Pedro: mäßig, Lerdo: niedrig und Gemeinde ohne CERHA: nicht exponiert), Diagnosen oder Fehlen von O&O, T2D und gruppiert AHT und Sex (Frauen oder Männer). Unter den Gruppen wurden deskriptive Statistiken durchgeführt, um den demografischen, sozioökonomischen Status, die Ernährung und den Lebensstil zu bewerten. Darüber hinaus wurden für die verschiedenen Gruppen eine statistische Analyse der anthropometrischen Maße und eine klinische Analyse (z. B. BMI, SBP, DBP, FSBG und Kreatinin), die As-Werte im Trinkwasser und Urin sowie der ADI und die kumulative As-Exposition durchgeführt. Wir haben die Unterschiede zwischen den Gruppen anhand des Ausmaßes der As-Exposition im Trinkwasser (mäßig, niedrig und nicht exponiert) sowie des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins von Stoffwechselerkrankungen unter Berücksichtigung des Geschlechts bewertet.

Um einen regionalen Kontext für die As-Exposition in Leitungswasser (Grundwasser) und kommerziell gereinigtem Wasser (in Flaschen abgefüllt) bereitzustellen, die an denselben und an verschiedenen Orten gesammelt wurden, wurde auch ein Mehrfachvergleich durchgeführt. Da die Annahmen der Normalität und Homogenität der Varianz nicht erfüllt waren und die Anzahl der Teilnehmer in jeder Gruppe unterschiedlich war, verwendeten wir den nichtparametrischen Kruskal-Wallis-Test, um die Unterschiede zwischen den Gruppen zu bewerten. Wenn der Kruskal-Wallis-Test einen signifikanten Unterschied feststellte, verwendeten wir den Post-hoc-Test von Dunn, um die p-Werte für mehrere Vergleiche anzupassen.

Einfache lineare Regressionsanalysen wurden durchgeführt, um die Beziehungen zwischen der As-Aufnahme (ADI und kumulative Expositionsdosen) über das Trinkwasser und seiner Urinausscheidung vor und nach der Normalisierung von Kreatinin festzustellen.

Spearmans Rangkorrelationsanalyse wurde auch verwendet, um die bivariaten Zusammenhänge zwischen As-Spiegeln im Urin, kumulativen As-Expositionsdosen und Kreatinin mit allen potenziellen Prädiktoren, einschließlich anthropometrischer Messungen (Gewicht, Größe, BMI) und klinischer Analyse (Kreatinin, Glukosekonzentrationen, Blut), zu bewerten Druck), Ernährung (z. B. Getreide, Gemüse, Obst, Milchprodukte, Fleisch, Geflügel, Meeresfrüchte), Trinkwasser aus Leitungswasser oder gereinigtem Wasser (nein, ja) und Wasseraufnahmerate, demografische (Alter, Geschlecht) und sozioökonomische (z. B. Bildung, Armutsniveau), Art der Tätigkeit (z. B. arbeitslos, Haushälterin, Außendienstmitarbeiter, informeller Verkauf, Industrie- oder Maquila-Arbeiter) und Arbeitsentfernung (nah, fern) sowie Lebensstil (z. B. Alkoholkonsum, Rauchen, Sport treiben).

Wir verwendeten eine Analyse des logistischen Regressionsmodells (LMR), um den Zusammenhang zwischen jeder Stoffwechselerkrankung (O&O, T2D und AHT) und der As-Exposition im Trinkwasser und As im Urin (Prädiktorvariablen) zu untersuchen, angepasst an Geschlecht, Standort und Verweilzeit24. Faktoren, die mit Stoffwechselerkrankungen in Zusammenhang stehen können, wurden ebenfalls separat angepasst, darunter Ernährung, Lebensstil, soziodemografischer und wirtschaftlicher Status. Daher wurden in dieser Studie die wichtigsten Störfaktoren auf individueller Ebene kontrolliert, die Unterschiede bei Stoffwechselerkrankungen erklären könnten.

Die Arsenexposition ging entweder als kontinuierliche (As-Gehalte im Trinkwasser), kategoriale (mäßige, niedrige und Nicht-As-Gehalte im Trinkwasser) oder dichotomische (Anwesenheit/Abwesenheit) Expositionsvariable in das Modell ein. Für die kategorialen Expositionsvariablen gingen wir von moderat (> 25 bis 125 µg L−1), niedrig (> 10–25 µg L−1) und unterhalb des WHO-Richtwerts von 10 µg L−1 aus.

Wir haben das Odds Ratio (OR) und das entsprechende 95 %-Konfidenzintervall (95 %-KI) durch LRM-Analyse erhalten. Für eine binäre Antwortvariable, beispielsweise eine Antwort auf eine Ja-Nein-Frage zur Prävalenz von O&O, T2D und AHT, lautet das logistische Regressionsmodell wie folgt:

Dabei sind \(r\)1 und \(r\)2 die beiden Antwortniveaus. Dann werden die Quoten wie folgt berechnet:

Beachten Sie, dass exp(βi(Xi + 1)) = exp(βiXi) \(\cdot\) exp(βi). Die Quote multipliziert mit exp(βi) ist das Einheitsquotenverhältnis und multipliziert mit exp((Xhigh–Xlow)βi) ist das Bereichsquotenverhältnis. Die OR-Größe wird allgemein als „Stärke der Assoziation“ bezeichnet. Ein OR ~ 1 weist darauf hin, dass kein Zusammenhang zwischen der As-Exposition und der Krankheit besteht, während ein OR > 1 darauf hinweist, dass die Exposition ein Risikofaktor für die Krankheit sein könnte. Umgekehrt bedeutet ein OR < 1, dass die Exposition ein Schutzfaktor gegen die Krankheit sein kann. Zur Beurteilung der Signifikanz jeder Variablen wurde der Wald-X2-Test eingesetzt. Der Wald-Test ist ein Signifikanztest für individuelle Regressionskoeffizienten im LRM. Alle statistischen Analysen wurden mit der JMP-Software Version 14 (SAS Institute, Cary, NC, USA) durchgeführt, wobei p-Werte < 0,05 als statistisch signifikant angesehen wurden.

Basierend auf der Deklaration von Helsinki: Ethische Grundsätze für die medizinische Forschung am Menschen29. Das Versuchsprotokoll wurde von der Ethikkommission der Autonomen Universität Coahuila genehmigt.

Tabelle S2 zeigt die Merkmale der rekrutierten Teilnehmer dieser Studie, geschichtet nach Standort und Geschlecht. Basierend auf den As-Gehalten im Trinkwasser wurde der Probandenpool in 30 % mit mäßiger Exposition, 43 % mit geringer Exposition und 27 % ohne As-Exposition im Trinkwasser eingeteilt. Die rekrutierten Teilnehmer bestanden zu 50–60 % aus Frauen und zu 40–50 % aus Männern im Alter von 45 bis 64 Jahren und mit einer Aufenthaltsdauer von 38 bis 43 Jahren, was darauf hindeutet, dass sie mindestens die Hälfte ihres Lebens in der Region verbrachten untersuchte Städte. Erwachsene im Alter zwischen 45 und 64 Jahren stellen eine der bedeutendsten demografischen Schichten in Mexiko dar (20 % aller Erwachsenen mit 11,63 bzw. 13,15 Millionen Männern und Frauen), das reifere Erwerbsalter und die gefährdetere Gruppe mit T2D die erste häufigste Todesursache2.

Basierend auf Umfragen, die von rekrutierten Teilnehmern durchgeführt wurden, waren die sozioökonomischen Merkmale der meisten Teilnehmer repräsentativ für die allgemeine Bevölkerung (Tabellen S1 und S2). Was die Indikatoren für soziale Benachteiligung anbelangt, so hatten < 10 % einen Bildungsrückstand (< 6 Jahre), über 70 % hatten einen Abschluss von 8–12 Jahren und < 20 % hatten einen Bildungsrückstand von mehr als 12 Jahren. Zwischen einem Drittel und der Hälfte der Teilnehmer hatte eingeschränkten Zugang zu Gesundheitsdiensten und sozialer Sicherheit. Alle Häuser der Teilnehmer hatten Zugang zu grundlegenden Wohndienstleistungen wie Wasser, Abwasserentsorgung und Strom, und ihre Häuser wurden aus langlebigen Materialien gebaut. Die Teilnehmer verteilten sich relativ gleichmäßig zwischen mittlerer Armut und Gefährdung aufgrund fehlender Grundversorgung. Die Berufsart der Teilnehmer beiderlei Geschlechts war 35–40 % arbeitslos, Frauen: 30–40 % Hauswirtschaft, < 10 % Außendienstmitarbeiter, < 10 % informelle Verkäufer, Männer: < 30 % Industrie- oder Maquila-Arbeiter und < 10 % Außendienstmitarbeiter , < 10 % informelle Verkäufe).

In der Ernährung der Teilnehmer wurden Ähnlichkeiten hinsichtlich der Art der verzehrten Lebensmittel und der Aufnahmerate beobachtet (Tabelle S3). Die Ernährung basierte hauptsächlich auf Mais, Reis, Bohnen, Fleisch und Geflügel mit einer begrenzten Auswahl an Gemüse und Früchten. Der Verzehr von Fisch und Schalentieren war praktisch nicht vorhanden. Unter Berücksichtigung der Häufigkeit und Portionsgröße der einzelnen Lebensmittel haben etwa 30 % der Teilnehmer Zugang zu nahrhaften und hochwertigen Lebensmitteln (28,1–33,0 %). Eine Einschränkung der Studie besteht darin, dass alle Ernährungsgegenstände mit einem gewissen Maß an Ungenauigkeit selbst angegeben wurden.

Basierend auf den ausgefüllten Studienfragebögen wurden die Trinkwasserquelle und die tägliche Aufnahmerate (L d−1) bei den rekrutierten Teilnehmern ermittelt (Tabelle S4). In San Pedro trinken 55–70 % der Teilnehmer gereinigtes Wasser (in Flaschen). In Lerdo und Nicht-CERHA-Gemeinden trinken ≥ 65 % der rekrutierten Teilnehmer Leitungswasser. Die meisten Menschen, die angaben, gereinigtes Wasser zu trinken, erkannten auch die Verwendung von Leitungswasser zur Lebensmittelzubereitung (z. B. zum Spülen und Kochen von Speisen und zum Geschirrspülen). Die tägliche Wasseraufnahme der Teilnehmer betrug durchschnittlich 1,2–1,8 bzw. 1,6–2,2 l pro Tag für Frauen und Männer. Männer trinken deutlich mehr Wasser als Frauen (p < 0,05), es wurden jedoch nicht signifikante Unterschiede zwischen den Gemeinden beobachtet (p > 0,05).

Die Ergebnisse der Alkoholtrink- und Rauchgewohnheiten zeigten, dass 10–12 % der Teilnehmer Alkohol (1–5 Mal pro Monat über 17–19 Jahre) und 8–10 % Tabak (1–5 Zigaretten pro Tag über 15 Jahre) konsumierten. , ohne signifikante Unterschiede zwischen den Gemeinden (Tabelle S5).

Die meisten Menschen praktizieren weniger körperliche Aktivität als die WHO-Empfehlung25 für Erwachsene im Alter von 18 bis 64 Jahren, nämlich mindestens 150 Minuten aerobe körperliche Aktivität mittlerer Intensität während der Woche oder mindestens 75 Minuten aerobe körperliche Aktivität hoher Intensität während der Woche (Tabelle S6). Nur 16 % der Teilnehmer gaben an, regelmäßig Sport zu treiben, wobei 10–19,5 % der Frauen und 12,5–18,2 % der Männer an Aktivitäten mittlerer bis hoher Intensität teilnahmen. Die restlichen 84 % berichteten über körperliche Aktivität geringer Intensität oder einen sitzenden Lebensstil. Es wurden keine signifikanten Unterschiede zwischen Geschlechtern und Gemeinden beobachtet (p > 0,05).

Eine statistische Zusammenfassung der As-Werte in Grundwasser- und Trinkwasserproben, die in dieser Studie gesammelt und analysiert wurden, sowie zusammengestellte Daten aus früheren Studien sind in Tabelle 1 dargestellt. Basierend auf mehreren (paarweisen) Vergleichen mit dem Kruskal-Wallis-Test wurden Grundwasserproben gesammelt in San Pedro (Median 67,2–172,9 µg L−1) und Lerdo (19,0–21,0 µg L−1) waren zwischen den Umfragen für dieselbe Gemeinde vergleichbar (p > 0,05). Allerdings waren die As-Werte in San Pedro dreimal höher als in der Gemeinde Lerdo (p < 0,05). In Nazas, Cuencame, Simon Bolivar und Mapimi waren die As-Werte im Grundwasser (2,0–10,7 µg L−1) deutlich niedriger als in den Gemeinden San Pedro und Lerdo (p < 0,05). Was den As-Gehalt im Trinkwasser betrifft, waren die Werte in San Pedro (30,0–42,2 µg L−1) doppelt so hoch wie die in Lerdo (16,8–19,4 µg L−1). Der Arsengehalt im Leitungswasser in Nicht-CERHA-Gemeinden (1,2–10,0 µg L−1) war deutlich niedriger als in Lerdo und San Pedro (p < 0,05). Es wurden keine signifikanten Unterschiede bei den mittleren As-Werten im Grundwasser beobachtet, das während unserer Erhebungen 2005–2007 und 2015–2017 von CERHA- und Nicht-CERHA-Gemeinden in der Region La Comarca gesammelt wurde, sowie im zusammengestellten historischen Datensatz (p > 0,05).

Anhand der Trinkwassermenge und der entsprechenden As-Werte, der Aufenthaltsjahre und des Körpergewichts wurden die durchschnittliche tägliche As-Aufnahme und die kumulativen Expositionsdosen pro Person für Personen der verschiedenen Gruppen berechnet. Die Mediane der Gruppen mit und ohne O&O, T2D und HTA an drei unabhängigen Orten haben wir mit dem Post-hoc-Test von Kruskal-Wallis und Dunn verglichen, um die p-Werte für mehrere Vergleiche anzupassen und dabei auch das Geschlecht zu berücksichtigen (Tabelle 2). In San Pedro mit mäßiger As-Exposition im Trinkwasser waren der ADI und die kumulativen As-Dosen deutlich höher als bei Menschen mit geringer Exposition in Lerdo und beide waren höher als bei Menschen in Nicht-CERHA-Gemeinden. Die ADI-Werte und kumulativen Dosen waren in San Pedro (Mediane 0,54–0,59 µg kg−1 d−1 und 7,2–7,4 mg kg−1) doppelt so hoch wie in Lerdo (0,22–0,26 und 2,9–4,0) und nahezu zehnmal höher in Nicht-CERHA-Gemeinden (0,05 bzw. 0,6). An jedem Ort wurden nicht signifikante Unterschiede zwischen den Geschlechtern beobachtet.

Die As-Ausscheidung im Urin war bei San Pedro-Menschen (durchschnittlich 9,4–18,1 µg U-As L−1) 2–3 Mal höher als bei Lerdo (4,8–5,3 µg U-As L−1) und > 10 Mal höher (0,8–18,1 µg U-As L−1). –1,0 µg U-As L−1) als bei nicht exponierten Personen (Tabelle 2). Zwischen den Geschlechtern wurden nicht signifikante Unterschiede beobachtet. Im Vergleich dazu zeigten die Mediane der Kreatininspiegel im Urin keine signifikanten Unterschiede zwischen den Orten, die As im Trinkwasser und beim Sex ausgesetzt waren und nicht ausgesetzt waren (Mediane 0,6 bis 0,8 g/l), außer bei nicht exponierten Frauen mit einem Minimum von 0,29 (0,12). –0,68) g L−1 (Tabelle 2). Die ebenfalls in Tabelle 2 enthaltenen As-Spiegel im Urin, normalisiert auf Kreatinin (µg U-As g−1 U-creat), zeigten eine große Variabilität mit Medianwerten von 6,8 bis 15,9 µg U-As g−1 U-creat. Es wurden nicht signifikante Unterschiede im normalisierten As bei Urinexposition und Nichtexposition oder zwischen den Geschlechtern beobachtet (p > 0,05).

Der Arsengehalt im Trinkwasser und die As-Aufnahmeraten spiegelten sich in der As-Ausscheidung im Urin wider. Beispielsweise spiegelte eine lineare Regressionsanalyse zwischen As im Urin und Trinkwasser [U-As (µg L−1) = − 1,56 + 0,51*As Trinkwasser (µg L−1), R2 = 0,72, N = 257] a wider signifikanter Zusammenhang (Abb. 2). Die Konzentration von As im Urin, normalisiert durch die Kreatininkonzentration im Urin [µg As g−1 Kreatinin im Urin) in Abhängigkeit von As im Trinkwasser, zeigte ebenfalls einen signifikanten Zusammenhang [U-As normalisiert auf Kreatinin (µg U-As g−1 U- creat) = 5,46 + 0,32*As Trinkwasser (µg L−1), R2 = 0,68, N = 257], aber niedriger als die nicht normalisierten As-Werte im Urin.

Analyse der linearen Regression zwischen Arsen im Urin (µg U-As L−1) und Trinkwasser (µg L−1).

Der Zusammenhang zwischen den As-Werten im Urin, der kumulativen As-Exposition und dem Kreatinin mit allen potenziellen Prädiktoren wurde mithilfe der Rangkorrelationsanalyse nach Spearman bewertet. Die signifikanten Korrelationskoeffizienten nach Spearman (ρ-Werte) sind in Tabelle 3 aufgeführt. Es wurde festgestellt, dass Kreatinin signifikant mit As im Urin assoziiert ist (ρ = 0,51, p = 0,0044), was die Normalisierung von As im Urin mit Kreatinin ungültig macht. Darüber hinaus korrelierte As im Urin positiv mit den kumulativen As-Dosen (ρ = 0,67, p < 0,0001). Es wurde festgestellt, dass die kumulativen As-Dosen positiv mit As im Urin und im Trinkwasser, der Aufnahmerate von Leitungswasser, Kreatinin, As im Urin, normalisiert auf Kreatinin, Verweilzeit, Körpergewicht (0,20 < ρ < 0,85, p < 0,0014) korrelieren ). Darüber hinaus korrelierten die kumulativen As-Dosen negativ mit der Menge und dem Zeitpunkt des Konsums von Flaschenwasser. Es wurde festgestellt, dass Kreatinin positiv mit As im Trinkwasser, dem individuellen Körpergewicht und der Aufnahme von Obst, Getreide und Alkohol korreliert (0,37 ≤ ρ ≤ 0,69, p ≤ 0,0347). Schließlich korrelierte As im Urin positiv mit dem Zeitpunkt der Diagnose von T2D (ρ = 0,56, p = 0,0015).

Mehrere Vergleiche der Mediane von As im Urin zwischen Bevölkerungsgruppen mit unterschiedlichen Pathologien, durchgeführt durch den Kruskal-Wallis-Test und durch Dunns Post-hoc-Test bestätigte Unterschiede (p < 0,05), sind in Tabelle 4 dargestellt. In San Pedro, nicht adipöse Frauen scheiden mehr A im Urin aus als fettleibige Frauen. Es wurden jedoch nicht signifikante Unterschiede zwischen adipösen und nicht adipösen Männern beobachtet (p > 0,05). Erwachsene mit diagnostiziertem T2D zeigten höhere As-Werte im Urin als nicht diagnostizierte T2D-Erwachsene (p < 0,05). Es wurde eine hohe Variabilität der As-Werte im Urin zwischen diagnostizierten und nicht diagnostizierten AHT-Erwachsenen ohne signifikante Unterschiede beobachtet. In Lerdo wurden nicht signifikante Unterschiede zwischen den Geschlechtern bei derselben Pathologie oder zwischen Pathologien bei demselben Geschlecht beobachtet (p > 0,05). Die As-Ausscheidung im Urin bei nicht exponierten Personen zeigte keine signifikanten Unterschiede zwischen Geschlecht und Pathologien. In allen Gruppen in San Pedro waren die As-Werte im Urin signifikant höher als bei den Lerdo-Menschen (p < 0,05). Ebenso waren alle As-Ausscheidungswerte im Urin bei nicht exponierten Personen signifikant niedriger als bei Personen mit mäßiger und geringer As-Exposition im Trinkwasser in San Pedro (7–13-mal höher) und Lerdo (2–5-mal höher) (p < 0,05).

Die Gesamtprävalenz von O&O, T2D und AHT in San Pedro, Lerdo und Nicht-CERHA-Gemeinden in der Provinz La Comarca ist in Tabelle 5 dargestellt. Gemäß der BMI-Klassifizierung waren nur 8,6 % der Frauen und bis zu 38,5 % der Männer normal 34 bzw. 38,5 % waren übergewichtig und 57,4 bzw. 23 % waren fettleibig. In Lerdo wiesen 8,7 % der Frauen und 25 % der Männer Normalgewicht auf, während 31,8 % bzw. 50 % übergewichtig und 59,5 % bzw. 25 % fettleibig waren. In Nicht-CERHA-Gemeinden waren 10,3 % der Frauen und 31 % der Männer normalgewichtig, aber 40,7 % und 43,4 % waren übergewichtig und 49 % bzw. 25,6 % waren fettleibig. Es wurden nicht signifikante Unterschiede in der Fettleibigkeitsprävalenz bei den Einwohnern von San Pedro und Lerdo beobachtet (p > 0,05), beide waren jedoch höher als bei Menschen in Nicht-CERHA-Gemeinden in La Comarca (p < 0,05).

Basierend auf den angewandten Fragebögen betrug die Prävalenz der diagnostizierten T2D 27,3 (Frauen 18,3 und Männer 33,6 %) in San Pedro, 18,4 % (Frauen 13,6 und Männer 20,3 %) in Lerdo und 11,7 % (Frauen 11,1 und 15,3 Männer) in Nicht-CERHA-Gemeinden. Mindestens 5 % der Bevölkerung antworteten in den Fragebögen auf die T2D-Diagnose mit „NEIN“, was basierend auf den FSBG-Werten (> 126 mg dL−1) zu Prädiabetiker oder Diabetiker führte. Darüber hinaus zeigten 13–17 % der Teilnehmer Werte, die auf einen unkontrollierten Diabetes hindeuten (FSBG > 200 mg dL−1). Die angegebene AHT-Prävalenz betrug 34,9 % in San Pedro (Frauen 30,8 % und Männer 40,2 %), 29,9 % in der Stadt Lerdo (Frauen 18,2 und Männer 33,5 %) und 21,7 % (Frauen 17,2 und 28,3 % Männer) in Nicht-CERHA Gemeinden. Basierend auf Messungen von SBP und DBP wurden in beiden Städten 2–3 % der Teilnehmer, die AHT-Fragen mit „NEIN“ beantworteten, zu den AHT-Prozentsätzen hinzugefügt. Obwohl in dieser Studie wahrscheinlich Fehler in der Diagnose auftreten könnten (nicht diagnostiziert oder falsch diagnostiziert), stieg die Prävalenz von T2D und AHT bei Erwachsenen in Bezug auf die Fragebogenerklärungen leicht an. Eine höhere Prävalenz von T2D und AHT wurde in San Pedro in der Gemeinde Lerdo beobachtet. Darüber hinaus zeigten nicht exponierte Personen in San Pedro und Lerdo eine deutlich geringere Inzidenz von T2D und AHT als Personen, die mäßigen bzw. niedrigen As-Werten im Trinkwasser ausgesetzt waren.

Eine statistische Zusammenfassung der ENSANUT-Umfrage 2018–2019 im Hinblick auf die Prävalenzen von O&O, T2D und AHT wurde für CERHA-Gemeinden (moderate und geringe As-Exposition im Trinkwasser) und Nicht-CERHA-Gemeinden in der Provinz La Comarca, Durango und durchgeführt Coahuila-Staaten und Mexiko (Tabelle 6). Es wurden nicht signifikante Unterschiede in der Prävalenz von O&O, T2D und AHT in San Pedro und Lerdo im Vergleich zu anderen CERHA-Gemeinden mit mäßiger bzw. geringer As-Exposition beobachtet. Allerdings war die Prävalenz dieser Stoffwechselerkrankungen in CERHA-Gemeinden deutlich höher als in Nicht-CERHA-Gemeinden in der Provinz La Comarca, den Bundesstaaten Durango und Coahuila sowie im ganzen Land.

Die Zusammenhänge zwischen der As-Exposition im Trinkwasser und O&O, T2D und AHT wurden durch LMR analysiert, wobei Geschlecht (Männer und Frauen), Wohnort (z. B. San Pedro, Lerdo und Nicht-CERHA-Gemeinden), As-Expositionsniveau (z. B , hohe und niedrige As-Exposition) und Vorhandensein oder Fehlen von As im Trinkwasser (z. B. CERHA- und Nicht-CERHA-Gemeinden) (Tabelle 7). Die durch LMR erhaltene OD ist mathematisch definiert als das Verhältnis zwischen der Wahrscheinlichkeit der Stoffwechselerkrankung in der Bevölkerung, die mäßigen oder niedrigen As-Werten im Trinkwasser ausgesetzt ist, und der Wahrscheinlichkeit der Stoffwechselerkrankung in der nicht exponierten Bevölkerung in Nicht-CERHA-Gemeinden. Die Ergebnisse zeigten, dass das Geschlecht ein signifikanter unabhängiger Prädiktor für Fettleibigkeit, T2D und AHT ist. Beispielsweise ist die Wahrscheinlichkeit, dass Frauen fettleibig sind, im Vergleich zu Männern 2,3-mal höher [umgekehrter OR und 95 %-KI 0,4 (0,2–0,7)], unabhängig von der Wohngemeinde. Andererseits ist die Wahrscheinlichkeit, dass bei Männern T2D [OR = 2,0 (1,4–2,3)] und AHT [OR = 2,0 (1,5–2,3)] diagnostiziert wird, doppelt so hoch wie bei Frauen.

Die logistische Regressionsanalyse ergab, dass die Wohngemeinde ein wichtiger Prädiktor für T2D und AHT ist. Beispielsweise besteht in San Pedro mit mäßiger As-Exposition im Trinkwasser eine um das 1,7-fache höhere Wahrscheinlichkeit, für T2D diagnostiziert zu werden [OR = 1,7 (1,2–2,0)] und 1,8 für AHT [OR = 1,8 (1,7–1,9)]. im Vergleich zu Lerdo mit niedrigem As-Expositionsniveau. Außerdem war die Wahrscheinlichkeit, mit T2D und AHT diagnostiziert zu werden, bei Menschen in CERHA-Gemeinden (Vorkommen von As im Trinkwasser) 1,5–1,8 bzw. 1,4–1,7 Mal höher als bei Menschen in Nicht-CERHA-Gemeinden (Fehlen von As im Trinkwasser). Wasser). Die für CERHA-Gemeinden, einschließlich San Pedro und Lerdo, berechneten ODs zeigten im Vergleich zu Nicht-CERHA-Gemeinden in den Bundesstaaten Coahuila und Durango sowie landesweit eine 1,5- bis 3,3- bzw. 1,6- bis 2,4-mal höhere Wahrscheinlichkeit, an T2D bzw. AHT zu erkranken. In Bezug auf Fettleibigkeit war die Zahl der CERHA-Gemeinden (As-Präsenz, OR = 1,6 (1,1–2,8)) 1,6-mal höher als in Nicht-CERHA-Gemeinden in der Provinz La Comarca. Außerdem war das Risiko, fettleibig zu sein, in CERHA-Gemeinden, einschließlich San Pedro und Lerdo, in den Bundesstaaten Durango und Coahuila sowie landesweit um 1,3–1,9 höher. Die As-Exposition trug jedoch nicht signifikant zur Fettleibigkeit bei (1–1,9-fach, Prob χ2 ≥ 0,137).

Die Bereiche der As-Gehalte im Grundwasser, die für die CERHA-Region repräsentativ sind, schwankten von 0,5 bis 880 µg L−1 im vorhandenen historischen Datensatz (1940er–2000er Jahre), bis zu < 1 bis 447,5 µg L−1 in den Jahren 2005–2006 und 1,5 bis 643 µg L−1 −1 Umfragen 2015–2017. Basierend auf unseren Ergebnissen und der zusammengestellten Datenbank weisen die Grundwasserspiegel eine hohe räumliche Variabilität auf, mit höheren Gehalten vom zentralen Norden in Richtung Süden des Grundwasserleiters (Tlahualilo-San Pedro-Viesca, die schmutzige Zone) und einem deutlichen Rückgang in Richtung westlich des Grundwasserleiters (Torreon-Gomez Palacio-Lerdo, die saubere Zone). Eine ähnliche räumliche Verteilung wurde bereits vor Jahrzehnten beobachtet.

Um das Risiko aufgrund des Vorhandenseins von As im Grundwasser zu mindern, richtete das Rural Interstate System ein „Polygon für sauberes Wasserreservoir“ ein, um > 130 Dörfer und Gemeinden in den CERHA-Gemeinden mit Trinkwasser zu versorgen [Abb. 1;23]. Allerdings hat die intensive Entnahme von Grundwasser, hauptsächlich aus dem Reinwasserpolygon in der Metropolregion Torreon-Gómez Palacio-Lerdo und seiner Umgebung, nach und nach zu einem Grundwasserdefizit (> 120–183 Millionen m3 pro Jahr) und einer Grundwasserverarmung geführt ( > 1 bis 3 my−1) in den letzten Jahrzehnten25. Durch das Pumpen großer Mengen entstehen unnatürliche Grundwassergefälle, die das Wasser von der „schmutzigen“ Zone (z. B. die Gemeinden Francisco I Madero und San Pedro) in die „saubere“ Zone (z. B. die Gemeinden Torreón und Lerdo) mobilisieren und so das Eindringen von Wasser mit hohem Gehalt begünstigen von gelösten Stoffen, einschließlich As. Die fortschreitende Erschöpfung des Grundwassers erhöht hypothetisch den As-Gehalt, da das abgepumpte Wasser über einen längeren Zeitraum mit vulkanischem und intrusivem Gestein, einer der wahrscheinlichen As-Quellen in der Region, interagiert hat. Folglich könnte die kontinuierliche Bewegung und Vermischung von Wassermassen von schmutzigen zu sauberen Zonen den As-Gehalt im Grundwasserpolygon des Reinwasserreservoirs erhöhen. Angesichts der schwerwiegenden gesundheitlichen Auswirkungen, die mit der As-Exposition einhergehen, ist die Umsetzung eines systematischen und kontinuierlichen Überwachungsprogramms in der Region unbedingt erforderlich.

In high-level CERHA municipalities, most wells showed As levels above the Mexican health standard for As in drinking water of 25 µg L−130, a non-safeguard human health standard." href="/articles/s41598-023-36166-5#ref-CR31" id="ref-link-section-d18969088e4862"> 31 2,5-mal höher als die WHO-Empfehlung. In CERHA-Gemeinden auf niedrigem Niveau liegen die meisten Brunnen unter dem mexikanischen Gesundheitsstandard. Allerdings wiesen > 80 % der analysierten Brunnen höhere Werte auf als die WHO-Richtlinie. Darüber hinaus sind praktisch alle Grundwasserbrunnen in der CERHA-Region deutlich mit As angereichert, was typische Werte in natürlichen Gewässern von 1–2 μg L−110, 11, 32, 33 betrifft.

Um den mexikanischen Gesundheitsstandard für As beim Trinkwasser zu erfüllen, haben die Wasserversorger in den CERHA-Gemeinden ein Programm namens „Tandeo“ eingeführt, bei dem Wasser mit hohem As-Gehalt (schmutzig) mit Wasser mit niedrigem As-Gehalt (sauber) gemischt wird, bevor es der Bevölkerung zugeführt wird . In San Pedro beispielsweise sind die As-Werte im Grundwasser aufgrund des Tandeos deutlich höher als im Trinkwasser. Allerdings beträgt der As-Gehalt im Trinkwasser in San Pedro im Durchschnitt immer noch das Vierfache der WHO-Richtlinie. In der Stadt Lerdo zeigten Grundwasser- und Trinkwasserspiegel keine signifikanten Unterschiede. Das Trinkwasser in der Gemeinde Lerdo entsprach dem mexikanischen As-Standard, 1,5–2 Mal höher als die WHO-Richtlinien. In San Pedro waren die tägliche As-Aufnahmerate und die kumulative As-Exposition bei Männern doppelt so hoch wie bei Frauen und viermal so hoch wie bei Männern und Frauen in der Stadt Lerdo. Die As-Werte im Urin waren um ein Vielfaches höher als bei der exponierten Bevölkerung als bei der nicht exponierten Bevölkerung.

Das Vorkommen von As im Grundwasser und bei der Übernutzung von Grundwasserleitern wirkt sich nicht nur auf die Gesundheit der Bevölkerung aus, sondern gefährdet auch die wirtschaftliche, soziale und ökologische Nachhaltigkeit der Provinz La Comarca Lagunera20. Die Menschen in den CERHA-Gemeinden sind gefährdeter und haben einen schlechten Lebensstandard, da die grundlegende Gesundheitsversorgung und die sanitären Einrichtungen beeinträchtigt sind.

Because the toxicological effects associated with prolonged exposure to As is drinking waters are very variable and can lead to severe skin damage (e.g., hyperkeratosis or hyperhidrosis), vascular and hematological lesions (anemia), neurological disorders, decreased sexual activity, malformations congenital and cancer (skin, lung, kidney, gallbladder)8, 11, 15, the WHO recommended a restrictive quality standard of 10 µg L−1 in drinking water15, ." href="/articles/s41598-023-36166-5#ref-CR31" id="ref-link-section-d18969088e4909"> 31, 33. Mexiko hielt mehrere Jahrzehnte lang den zuvor von der WHO empfohlenen Grenzwert von 25 µg L−1 im Trinkwasser ein. Seit dem 2. Mai 2023 ist in Mexiko der strengere WHO-Qualitätsstandard von 10 µg L−1 verpflichtend34.

Die epidemiologische Literatur liefert Hinweise darauf, dass As den Stoffwechsel stört und O&O5, 35,36,37,38, T2D38,39,40,41,42,43,44,45,46 und AHT43, 47,48,49,50 induziert. Forschungen, die sich mit der Rolle von As im Trinkwasser befassen und zur Prävalenz von Stoffwechselerkrankungen wie O&O, T2D und AHT beitragen, sind eindeutig bei Menschen, die erhöhten Konzentrationen ausgesetzt sind. Die langfristigen Auswirkungen einer geringen und mäßigen As-Exposition im Trinkwasser und das Risiko von Stoffwechselerkrankungen bleiben jedoch unklar oder umstritten [z. B. 4, 37, 40, 41, 51, 52]. Während beispielsweise begrenzte Belege darauf hindeuten, dass die As-Exposition in einem umgekehrten Zusammenhang mit dem BMI stehen könnte53, belegen unsere Ergebnisse keinen Zusammenhang zwischen dem BMI und der As-Exposition im Trinkwasser.

Darüber hinaus wurden nicht signifikante Unterschiede in der Fettleibigkeit zwischen den Gemeinden San Pedro und Lerdo mit mäßiger bzw. niedriger As-Exposition im Trinkwasser beobachtet. Basierend auf den ORs zwischen CERHA- und Nicht-CERHA-Gemeinden ist das Risiko für Fettleibigkeit bei exponierten Personen jedoch um 1,2–1,8 höher als bei nicht exponierten Personen. Auch die Prävalenz von Fettleibigkeit ist in den CERHA-Gemeinden der Region höher als in den Bundesstaaten Durango und Coahuila und in nationalen Statistiken. Ein weiteres unerwartetes Ergebnis ist, dass bei Frauen die Wahrscheinlichkeit, fettleibig zu sein, > 2-mal höher ist als bei Männern, unabhängig von der Expositionsstufe oder der Wohngemeinde.

Frühere Studien in CERHA-Gemeinden der Provinz La Comarca Lagunera haben gezeigt, dass die Exposition gegenüber anorganischem As diabetogen sein kann42. Die Autoren berichteten von ORs für T2D zwischen 1,9 (1,1–3,4) und 2,7 (1,5–4,6) für Gruppen mit einem Gesamtharn-As von 64–104 μg L–1 bzw. > 104 μg L–1. Unser logistisches Regressionsmodell ergab, dass Menschen in San Pedro (mäßiger As-Gehalt im Trinkwasser) im Vergleich zur Gemeinde Lerdo (niedriger Expositionsgrad) ein höheres Risiko hatten, an Typ-2-Diabetes zu erkranken. Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit für T2D bei exponierten Personen in CERHA-Gemeinden um 1,5–3,3 höher als bei Menschen in Nicht-CERHA-Gemeinden. Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit, dass T2D diagnostiziert wird, bei Männern doppelt so hoch wie bei Frauen. Somit unterstützen unsere prospektiven Ergebnisse einen Zusammenhang zwischen As-Exposition aus dem Trinkwasser und einem höheren T2D-Risiko im beobachteten Konzentrationsbereich.

Der Zusammenhang zwischen dem Risiko einer koronaren Herzkrankheit und der Sterblichkeit durch Schlaganfälle mit As im Trinkwasser wurde sogar bei geringen As-Werten (< 10 µg L−1)39, 48 berichtet. In unserer Studie haben OPs auch gezeigt, dass Menschen in San Pedro dies zeigten ein höheres AHT-Risiko als in Lerdo. Darüber hinaus ist die Wahrscheinlichkeit einer AHT bei exponierten Personen in CERHA-Gemeinden 1,6–2,4-mal höher als in Nicht-CERHA-Gemeinden. Wie bei T2D beobachtet, ist die Wahrscheinlichkeit einer AHT bei Männern doppelt so hoch wie bei Frauen.

Männer waren anfälliger für T2D- und AHT-Diagnosen als Frauen. Diese Ergebnisse stimmen mit der täglichen Aufnahmerate und der kumulativen As-Exposition überein, die bei der San Pedro-Bevölkerung höher ist als bei der Lerdo-Bevölkerung und bei Männern doppelt so hoch ist wie bei Frauen. In Bezug auf die Prävalenz von Fettleibigkeit zeigten Frauen höhere Chancen als Männer und es wurden nicht signifikante Unterschiede zwischen San Pedro und Lerdo bei mäßiger bzw. geringer As-Exposition im Trinkwasser beobachtet. Daher sind die Zusammenhänge zwischen As und Fettleibigkeit unklar. Die durchschnittlichen As-Konzentrationen im Grundwasser in Nicht-CERHA-Gemeinden sind im Vergleich zu CERHA-Gemeinden niedrig (< 10 µg/L). Allerdings sind die Auswirkungen einer chronischen Exposition gegenüber sehr geringen As-Konzentrationen über das Trinkwasser auf die menschliche Gesundheit ungewiss.

Basierend auf einer systematischen Durchsicht der Literatur umfasst der Stoffwechsel beim Menschen drei Hauptschritte [z. B. 19, 36, 54, 55, 56, 57]: (1) das aufgenommene Arsenat (AsV, etwa 50–70 %) oder Arsenit (AsIII) im Trinkwasser wird sofort aus dem Magen-Darm-Trakt absorbiert, (2) AsV wird schnell zu AsIII reduziert und (3) durch oxidative Methylierung wandelt sich AsIII in mono (MAsIII), dimethyliertes (DMAsIII) oder trimethyliertes (TMAsIII) um ) Metaboliten.

Methylierung erleichtert die As-Ausscheidung aus dem Körper, hauptsächlich im Urin (DMA > > MMA > TMA). Der Grad der Methylierung variiert je nach Alter (Erwachsene > Kinder) und Geschlecht (Frauen > Männer, insbesondere während der Schwangerschaft)54, 56. Die Bestimmung der As-Spezies im Urin liefert wertvolle Einblicke in die Umwandlung und den Metabolismus von As im Körper. Studien, die in der exponierten Bevölkerung von CERHA-Gemeinden in der Provinz La Comarca Lagunera durchgeführt wurden, haben hohe Konzentrationen von As im Urin berichtet, vorwiegend DMA (75–78 %), gefolgt von MMA (10–12 %) und anorganischem As (10–15 %). 19, 55.

Der wahrscheinliche Zusammenhang zwischen As und Stoffwechselerkrankungen hängt mit methyliertem Arsen zusammen. Beispielsweise stören diese Verbindungen stark die Funktion der β-Zellen der Bauchspeicheldrüse und die Insulinproduktion und hemmen die basale oder durch Insulin stimulierte Glukoseaufnahme durch Skelettmuskeln, kultivierte Adipozyten oder Nierenzellen57. Biochemische Veränderungen im Zusammenhang mit dem As-Stoffwechsel bei exponierten Menschen können zu verschiedenen nachteiligen Auswirkungen führen. Dazu gehören die Induktion von Lipodystrophie und ein Anstieg des Körperfettgehalts, Nüchternhyperglykämie, beeinträchtigte Glukosetoleranz, Insulinresistenz sowie Störungen der normalen Leberfunktion und der Serumlipidprofile (z. B. Gesamtcholesterin, HDL-Cholesterin, LDL-Cholesterin und Triglyceride)35. 36,37, 58. Die kumulative Wirkung dieser Veränderungen trägt zur Entwicklung von Fettleibigkeit und anderen Stoffwechselerkrankungen bei.

Andererseits können Fettleibigkeit und Typ-2-Diabetes die Fähigkeit des Körpers zur Metabolisierung von As36,37,38, 40, 42, 56, 58 beeinträchtigen und dadurch möglicherweise die Ausscheidung über den Urin erhöhen oder einschränken. Die Stoffwechselveränderung spiegelt sich in der starken Korrelation zwischen dem As-Spiegel im Urin und dem Kreatinin wider, wie in unserer Studie beobachtet. Darüber hinaus werden erhöhte Kreatininspiegel bei übergewichtigen Personen und Personen mit chronischen Nieren- und Nierenerkrankungen im Zusammenhang mit Diabetes beobachtet59, 60. Die Pathogenese von T2D kann den As-Metabolismus und die As-Ausscheidung beeinflussen. Erstens kann T2D zu einer erhöhten Urinproduktion (Polyurie) aufgrund erhöhter Glukosespiegel im Blut führen, was zu einer stärkeren Wasserausscheidung und einer stärkeren Ausscheidung bestimmter Substanzen, einschließlich As40, 45, 61, führt. Umgekehrt kann fortgeschrittenes T2D, begleitet von einer chronischen Nierenerkrankung, zu einer verminderten Urinproduktion führen Urinproduktion, was zu erhöhten As-Werten im Körper führt43. In unserer Studie zeigten Teilnehmer mit T2D-Diagnose, die As im Trinkwasser ausgesetzt waren, eine höhere As-Ausscheidung im Urin, und die As-Werte im Urin stiegen mit der Dauer der T2D-Diagnose, was auf eine mögliche Veränderung der Nierenfunktion schließen lässt. Nicht adipöse Frauen schieden mehr As im Urin aus, was möglicherweise durch einen höheren Trinkwasserverbrauch erklärt werden kann.

Kreatinin wird in Forschungsstudien häufig zur Normalisierung des As-Spiegels im Urin verwendet59, 62,63,64. Unsere Untersuchung ergab jedoch eine Korrelation zwischen dem Kreatininspiegel und dem As-Spiegel im Urin, was darauf hindeutet, dass eine Normalisierung zu ungenauen Ergebnissen führen kann, beispielsweise zu einer Unterschätzung der As-Exposition65, 66. Darüber hinaus haben wir eine Korrelation zwischen dem Kreatininspiegel und dem individuellen Körpergewicht beobachtet bekanntermaßen von der Muskelmasse beeinflusst66, 67. Daher ist Vorsicht geboten, wenn Kreatinin als Normalisierungsmethode für den As-Spiegel im Urin verwendet wird. Alternativ ist das spezifische Gewicht des Urins, das die Körpergröße und Muskelmasse weniger beeinflusst, eine nützliche Methode zur Normalisierung anstelle von Kreatinin68, 69. In unserer Studie wurde dieser Parameter nicht gemessen.

Während der As-Spiegel im Urin mit Fettleibigkeit, dem Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Diabetes in Verbindung gebracht wird19, 37, 42, 45, wurden starke Zusammenhänge mit As im Trinkwasser und diesen Gesundheitszuständen gefunden70, 71. Unsere Ergebnisse liefern Hinweise darauf, dass der As-Spiegel im Trinkwasser verwendet wird , einschließlich der akzeptablen täglichen Aufnahme [ADI] und der kumulativen As-Dosen, ist eine zuverlässige Methode zur Beurteilung der As-Exposition im Kontext der untersuchten Forschungsfragen. Die Bestimmung der im Urin und im Wasser vorhandenen As-Arten ermöglicht jedoch eine genauere Risikobewertung und ein umfassenderes Verständnis der potenziellen gesundheitlichen Auswirkungen, die mit der As-Exposition verbunden sind, und geht über die Einschränkungen der alleinigen Messung der Gesamt-As-Werte19, 55 hinaus. Die in CERHA-Gemeinden lebende Bevölkerung ist nicht gefährdet nur auf Stoffwechselerkrankungen (O&O, T2D und AHT), wie unsere Studie belegte, aber auch der Zusammenhang des As-Stoffwechsels mit Krebs wurde in La Comarca Lagunera berichtet. Mahlknecht et al. (2023)20 schätzten, dass das lebenslange Risiko, an Krebs zu erkranken, für die Bevölkerung, die Wasser mit As trinkt, in CERHA-Gemeinden zwischen 0,5 und 61 Fällen bei 10.000 Kindern und 0,2 bis 33 Fällen bei 10.000 Erwachsenen liegt19. Die Autoren berichteten außerdem, dass die Wahrscheinlichkeit, das akzeptable inkrementelle lebenslange Krebsrisiko zu überschreiten, bei Kindern 96 % und bei Erwachsenen 83 % betrug.

Der Zusammenhang zwischen As im Trinkwasser mit dem gesamten As im Urin und As/Kreatinin zeigte, dass Trinkwasser die Hauptquelle für As in der Studienpopulation ist. Daher ist Trinkwasser in der Provinz La Comarca Lagunera der Hauptweg der As-Exposition. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass andere As-Quellen, einschließlich Nahrungsquellen, nicht außer Acht gelassen werden sollten. Beispielsweise enthalten große Meeresfische und Meeresfrüchte einen erhöhten As-Gehalt und stellen eine wichtige As-Quelle für den Menschen dar72. Basierend auf den Angaben in den Fragebögen ist der Verzehr dieser Meeresfrüchte in der Bevölkerung jedoch selten (z. B. einmal im Monat bei einer Aufnahmemenge < 5 g/Tag). Folglich ist der Beitrag von Meeresfischen und Meeresfrüchten zum gesamten Urin-As in unserer Studienpopulation gering.

In dieser CERHA-Region wird Grundwasser auch zur Bewässerung landwirtschaftlicher Felder (Anbau von Luzerne, Walnüssen, Melonen und verschiedenen Gemüsesorten) sowie als Trinkwasser für Vieh (Rinder, Schweine, Ziegen) und Geflügel (Hühner und Truthähne) verwendet. Die Comarca Lagunera ist der führende nationale Hersteller von Milch- und Geflügelfleisch und ein bedeutender Produzent von Futtermitteln und Walnüssen. Im Grundwasser vorhandenes Arsen kann in die Nahrungskette gelangen und möglicherweise landwirtschaftliche und tierische Produkte kontaminieren. Darüber hinaus dient Leitungswasser, das bei der Lebensmittelzubereitung verwendet wird, als direkte As-Quelle für die Bevölkerung in den CERHA-Gemeinden. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, das wahrscheinliche Vorhandensein von As in Lebensmitteln aus der Region sowie bei deren Zubereitung in Haushalten innerhalb der CERHA-Gemeinden dringend zu untersuchen. Diese Untersuchung sollte darauf abzielen, den Beitrag der As-Aufnahme aus diesen Quellen sowie ihre möglichen Auswirkungen auf die Bevölkerung zu bewerten. Darüber hinaus könnten Nutztiere, die As durch kontaminiertes Trinkwasser und Futtermittel ausgesetzt sind, gesundheitsschädliche Auswirkungen haben73, was die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen in diesem Bereich verdeutlicht.

Das natürlich angereicherte As im Grundwasser in der CERHA-Region im zentralen Norden Mexikos kommt seit den 1960er Jahren vor (0,3–880 µg L−1) und bleibt bis heute bestehen (0,5–447,5 µg L−1). Aufgrund der Wassermanagementpolitik in den Städten San Pedro und Lerdo, die repräsentativ für Gemeinden mit mittlerem und niedrigem CERHA-Gehalt sind, sank der As-Gehalt im Leitungswasser von 117,2–172,9 auf < 70 µg L−1 und von 34,3 auf 19,4–21 µg L −1 in den letzten zwei Jahrzehnten. San Pedro und Lerdo liegen jedoch 4 bzw. 1,5–2 Mal höher als die WHO-Richtlinien für Trinkwasser. Daher sind Menschen immer noch geringen und mäßigen As-Werten im Trinkwasser ausgesetzt. Daher ist As immer noch ein öffentliches Gesundheitsproblem. Die hohe Korrelation zwischen As im Trinkwasser mit dem gesamten As und As/Kreatinin im Urin sowie der As-Ausscheidung im Urin und Kreatinin zeigte, dass Trinkwasser die Hauptquelle von As in unserer Studienpopulation ist. Die tägliche As-Aufnahmerate, die kumulative As-Exposition, das gesamte As im Urin und die normalisierten Werte von As im Urin gegenüber Kreatinin zeigten signifikante Unterschiede zwischen Geschlecht (Männer > Frauen) und Wohnort (San Pedro > Lerdo > Nicht-CERHA-Gemeinden).

In der Provinz La Comarca Lagunera mit niedrigen bis mäßigen As-Werten im Trinkwasser und Epidemien von Fettleibigkeit, T2D und AHT im Zusammenhang mit mehreren Ursachen ist die Quantifizierung von As im Trinkwasser als Risikofaktor für diese Stoffwechselerkrankungen komplex. Beispielsweise wurden nicht signifikante Unterschiede bei den Fettleibigkeitsraten zwischen den Gemeinden San Pedro und Lerdo mit mäßiger bzw. niedriger As-Exposition beobachtet. Es wurde auch ein nicht signifikanter Zusammenhang zwischen dem BMI und der As-Exposition im Trinkwasser festgestellt. Allerdings war das Risiko für Fettleibigkeit bei exponierten Personen (CERHA-Gemeinden) doppelt so hoch wie bei nicht exponierten Personen (Nicht-CERHA-Gemeinden). Darüber hinaus war es bei Menschen in der Gemeinde San Pedro wahrscheinlicher, dass T2D und AHT diagnostiziert wurden, als bei Menschen in Lerdo und Nicht-CERHA-Gemeinden. Diese Ergebnisse liefern einen weiteren Beweis dafür, dass As-Exposition das Risiko für die Entwicklung von Diabetes und Bluthochdruck erhöhen kann. Schließlich zeigten ungerade Verhältnisse ein höheres Risiko für T2D und AHT bei Männern als bei Frauen, während Frauen im Vergleich zu Männern ein höheres Risiko für Fettleibigkeit aufwiesen.

Obwohl es sich nicht um unbestreitbare Beweise für Ursache und Wirkung handelt (z. B. As-Exposition und Stoffwechselerkrankungen), stimmen unsere Beweise mit der höheren Prävalenz von T2D und AHT im Zusammenhang mit As im Trinkwasser in CERHA-Gemeinden überein. Allerdings sind sich die meisten Menschen in der Region dieser akuten Nebenwirkungen der As-Toxizität nicht bewusst. Darüber hinaus nimmt die Prävalenz von Stoffwechselerkrankungen weiterhin zu.

Die Einbeziehung von Teilnehmern derselben Altersgruppe (45–64 Jahre) und ähnlicher sozioökonomischer (z. B. Zugang zu Gesundheitsdiensten, sozialer Sicherheit, grundlegender Wohndienstleistungen, Armutsquote, Bildungsniveau) und Ernährung (z. B. Portionen Getreide, Gemüse, Früchte und tierisches Eiweiß) war nützlich, um andere Unterschiede als As zu kontrollieren, die Variationen bei Stoffwechselerkrankungen erklären können. Allerdings sind die Ergebnisse möglicherweise nicht auf andere Bevölkerungsgruppen übertragbar. Daher müssen zukünftige Studien mit einer großen Stichprobengröße, die die Unterschiede zwischen Alterskategorien und sozioökonomischen Ebenen bewerten, unsere Ergebnisse bestätigen. Es sind weitere epidemiologische Studien zur Auswirkung der Trinkwasserexposition in unterschiedlichen Dosen auf das Risiko von Stoffwechselerkrankungen erforderlich.

Da As vom Grundwasser in die Nahrungskette gelangt, muss das Vorhandensein von As in regionalen landwirtschaftlichen und tierischen Produkten als zweite Metalloidquelle für den Menschen untersucht werden. Auch das zugesetzte As während der Lebensmittelzubereitung in Haushalten im Zusammenhang mit Leitungswasser muss untersucht werden. Die trophische As-Übertragung und ihre Präsenz in Lebensmitteln könnten auch die wirtschaftliche, soziale und ökologische Nachhaltigkeit der Provinz La Comarca Lagunera gefährden.

Um die menschliche Gesundheit der Bevölkerung der La Comarca Lagunera zu schützen, muss der mexikanische Staat die Einhaltung des Menschenrechts auf Wasser und Sanitärversorgung gewährleisten: (1) ausreichend (20–50 l Trinkwasser pro Tag), (2) zugänglich in Häusern oder in der Umgebung, (3) gesund (ohne Gesundheitsrisiko) und (4) unter allen Umständen verfügbar und zugänglich74. Daher müssen der Schutz und die Bewirtschaftung des Wassers absolute Priorität haben, um die CERHA-Gemeinden mit kostenlosem Trinkwasser zu versorgen. Nach jahrzehntelanger chronischer As-Exposition im Trinkwasser reagiert der mexikanische Staat mit der Regierungsmaßnahme „Agua saludable para La Laguna“ (Gesundes Wasser für La Laguna), um die Bevölkerung mit Wasser in Quantität und Qualität zu versorgen, indem er das mit As angereicherte Grundwasser aus dem Wasser ersetzt Grundwasserleiter mit Oberflächenwasser aus dem Fluss Nazas. Zusätzliche Maßnahmen müssen epidemiologische Studien umfassen, um die Anzahl der betroffenen Personen zu ermitteln und eine spezielle medizinische Betreuung der Auswirkungen von As auf die menschliche Gesundheit bereitzustellen. Aufklärung der Bevölkerung über das Risiko einer chronischen Exposition gegenüber anorganischem As im Trinkwasser und in der Ernährung75. Außerdem sollen die Ursachen für die fortschreitende Absenkung des Grundwasserspiegels des Grundwasserleiters sowie das Vorkommen von As in dieser HACRE-Region untersucht werden.

Die Autoren bestätigen, dass die Daten, die die Ergebnisse dieser Studie stützen, im Artikel und seinen ergänzenden Materialien verfügbar sind.

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Vielen Dank an H. Bójorquez-Leyva, Y. Montano-Ley, CL Jocobi-Aguilar und S. Soto-Morales für ihre Laborunterstützung und Datenverarbeitung.

Studie in Zusammenarbeit mit der Autonomen Universität Coahuila und dem Gesundheitsminister von Coahuila. Die Ausgaben während des Projekts wurden zu gleichen Teilen von der Gruppe der verantwortlichen Forscher getragen. Diese Forschung wurde durch ein Stipendium unterstützt, das M. Soto-Jiménez von der Nationalen Autonomen Universität von Mexiko verliehen wurde [Stipendiennummer PASPA-DGAPA9 2018–2019]. Das Projekt wurde im Jahr von „PRONACES-CONACYT 321540“ unterstützt

Biomedizinisches Forschungszentrum, Autonome Universität Coahuila, Torreon Unit, Torreon, Mexiko

BL Sánchez-Rodríguez, I. Castillo-Maldonado und D. Pedroza-Escobar

Medizinische Fakultät, Autonome Universität Coahuila, Torreon Unit, Torreón, Mexiko

D. Delgadillo-Guzman

Institut für Meereswissenschaften und Limnologie, Nationale Autonome Universität von Mexiko, Av. Joel Montes Camarena, 82040, Mazatlán, Sinaloa, Mexiko

MF Soto-Jimenez

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SRBL und SJMF haben das Projekt entworfen und geleitet. Alle Autoren trugen zu Umfragen, Sammlung, Vorbereitung und Analyse der Proben bei und trugen zur Interpretation der Ergebnisse bei. SRBL und SJMF übernahmen beim Verfassen des Manuskripts die Federführung. Alle Autoren gaben kritisches Feedback und halfen bei der Gestaltung der Recherche, Analyse und des Manuskripts.

Korrespondenz mit MF Soto-Jiménez.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Sanchez-Rodriguez, BL, Castillo-Maldonado, I, Pedroza-Escobar, D. et al. Zusammenhang von Fettleibigkeit, Diabetes und Bluthochdruck mit Arsen im Trinkwasser in der Provinz Comarca Lagunera (Nord-Zentral-Mexiko). Sci Rep 13, 9244 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36166-5

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Eingegangen: 30. Dezember 2022

Angenommen: 30. Mai 2023

Veröffentlicht: 07. Juni 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-36166-5

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