A Review of Metal Exposure and Its Effects on Bone Health.
Link: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30675155/
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J Toxicol. 2018 Dec 23;2018:4854152. doi: 10.1155/2018/4854152. eCollection 2018.
Abstract
The presence of metals in the environment is a matter of concern, since human activities are the major cause of pollution and metals can enter the food chain and bioaccumulate in hard and soft tissues/organs, which results in a long half-life of the metal in the body. Metal intoxication has a negative impact on human health and can alter different systems depending on metal type and concentration and duration of metal exposure. The present review focuses on the most common metals found in contaminated areas (cadmium, zinc, copper, nickel, mercury, chromium, lead, aluminum, titanium, and iron, as well as metalloid arsenic) and their effects on bone tissue. Both the lack and excess of these metals in the body can alter bone dynamics. Long term exposure and short exposure to high concentrations induce an imbalance in the bone remodeling process, altering both formation and resorption and leading to the development of different bone pathologies.
PMID: 30675155 PMCID: PMC6323513 DOI: 10.1155/2018/4854152 Free PMC Article
Conclusions:
At low concentrations, some metals have an anabolic effect on bone tissue, such as zinc, copper and nickel.
They mainly serve as cofactors for enzymes involved in bone remodeling processes. However, both the lack and excess of these metals in the body can damage bone integrity. Whether its effect is beneficial or toxic depends on external factors (concentration and environmental nutrition) and internal factors (absorption and metabolism of these elements, genetic disposition, age and sex) and their mutual interactions [140]. Other metals, such as cadmium, arsenic, mercury, chromium and aluminum are toxic to bone cells, even at low concentrations.
As shown in this review, most of the metals analyzed here are found in nature at low levels. However, human activities are the main cause of pollution and exposure to these trace elements causes serious health problems. The present review focused on its effects on bone. Bone tissue undergoes constant remodeling throughout life. The process involves the coordinated action of resorption, synthesis and mineralization of the bone matrix. In general, metals have two problems: on the one hand, their direct toxicity to bone cells and, on the other hand, their accumulation in the bone matrix. As shown here, its direct toxicity mainly affects osteoblasts, inhibiting osteoblast differentiation, synthesis activity and mineralization of the extracellular matrix. Its effect on osteoclasts differs according to the metal, increasing or decreasing the activity of the TRAP enzyme and inhibiting the maturation of precursors. This generates an imbalance in the bone remodeling process, decreasing bone formation and contributing to the generation of bone diseases, such as osteopenia and osteoporosis. In addition, the ability of trace metals to accumulate in the extracellular bone matrix allows bioaccumulation and therefore leads to an increase in the metal's half-life in the body. This is of particular importance when exposure levels are low, but exposure is constant over time, as, in the long run, the deleterious effects may be equal to or worse than short exposure to high levels of the metal.
Conclusões
Em baixas concentrações, alguns metais têm um efeito anabólico no tecido ósseo, como é o caso do zinco, cobre e níquel.
Eles servem principalmente como co-fatores para enzimas envolvidas nos processos de remodelação óssea. No entanto, tanto a falta quanto o excesso desses metais no corpo podem danificar a integridade óssea. Se o seu efeito é benéfico ou tóxico depende de fatores externos (concentração e nutrição ambiental) e internos (absorção e metabolismo desses elementos, disposição genética, idade e sexo) e de suas interações mútuas. Outros metais, como cádmio, arsênico, mercúrio, cromo e alumínio são tóxicos para as células ósseas, mesmo em baixas concentrações.
Como mostrado na presente revisão, a maioria dos metais analisados aqui é encontrada na natureza em níveis baixos. No entanto, as atividades humanas são a principal causa de poluição e a exposição a esses oligoelementos causa graves problemas de saúde. A presente revisão enfocou seus efeitos sobre osso. O tecido ósseo sofre constante remodelação ao longo da vida. O processo envolve a ação coordenada de reabsorção, síntese e mineralização da matriz óssea. No geral, os metais apresentam dois problemas: por um lado, sua toxicidade direta nas células ósseas e, por outro, seu acúmulo na matriz óssea. Como mostrado aqui, sua toxicidade direta afeta principalmente os osteoblastos, inibindo a diferenciação dos osteoblastos, a atividade de síntese e a mineralização da matriz extracelular. Seu efeito sobre os osteoclastos difere de acordo com o metal, aumentando ou diminuindo a atividade da enzima TRAP e inibindo a maturação dos precursores. Isso gera um desequilíbrio no processo de remodelação óssea, diminuindo a formação óssea e contribuindo para a geração de doenças ósseas, como osteopenia e osteoporose. Além disso, a capacidade dos metais vestigiais se acumularem na matriz óssea extracelular permite a bioacumulação e, portanto, leva a um aumento na meia vida do metal no corpo. Isso é de particular importância quando os níveis de exposição são baixos, mas a exposição é constante ao longo do tempo, pois, a longo prazo, os efeitos deletérios podem ser iguais ou piores que a exposição curta a altos níveis do metal.
