Asociación clínica entre oligoelementos de lágrima y métricas de ojo seco.

Jul 16, 2023

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 18052 (2022) Citar este artículo

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Se propone que la exposición a oligoelementos desempeñe un papel en la patogénesis de la enfermedad sistémica. Estudios emergentes han sugerido que la exposición a trazas de metales puede contribuir a la enfermedad del ojo seco. Nuestro estudio tuvo como objetivo principal investigar la asociación entre la exposición a trazas de metales en muestras de lágrimas y la presencia de métricas de ojo seco en la industria de astilleros. En total, en este estudio transversal se incluyeron 84 participantes elegibles de la industria de los astilleros. Los parámetros para identificar los síntomas del ojo seco incluyeron OSDI, VELOCIDAD, NIBUT y las condiciones de la superficie ocular, como la altura del menisco lagrimal, el parpadeo y el área de la glándula de Meibomio, se realizaron mediante el analizador de superficie ocular SBM sistemi. La concentración de oligoelementos lagrimales se detectó mediante espectroscopia de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). La asociación entre los oligoelementos de las lágrimas y los parámetros del ojo seco se investigó mediante modelos de regresión. Los participantes en el grupo de exposición tenían niveles significativamente más altos de Pb en lágrimas que el grupo de control. En el grupo de exposición, el Pb lagrimal se asoció significativamente con un aumento de la VELOCIDAD y la puntuación OSDI con coeficientes beta de 0,144 (IC del 95 %: 0,092, 0,197), 0,121 (IC del 95 %: 0,049, 0,194), respectivamente, y una disminución del área de las glándulas de Meibomio inferior y superior. con coeficientes beta de − 0,158 (− 0,283, − 0,033) y − 0,228 (− 0,396, − 0,061), respectivamente. Se considera que la exposición a oligoelementos lagrimales afecta la apariencia de las métricas del ojo seco. Mejorar el entorno laboral y controlar la salud de la superficie ocular puede beneficiar a los trabajadores expuestos a oligoelementos.

La enfermedad del ojo seco es uno de los trastornos oculares más frecuentes que cursa con sequedad y malestar1. Es una enfermedad compleja y multifactorial asociada con un estrés ambiental y biológico excesivo y es un problema de salud pública creciente en el mundo2,3. Numerosas pruebas han informado sobre el impacto de la enfermedad del ojo seco, incluido el envejecimiento, el género, el estilo de vida, los antihistamínicos y el uso de lentes de contacto4,5,6. Las dos categorías principales de enfermedad del ojo seco son el ojo seco por deficiencia de agua y el ojo seco por evaporación7. El tipo evaporativo se asocia con condiciones alteradas de los párpados, especialmente disfunción de las glándulas de Meibomio8. El tipo con deficiencia acuosa es causado principalmente por una disfunción de la glándula lagrimal, como la obstrucción y el síndrome de Sjögren9. Estudios epidemiológicos sugieren que el tipo evaporativo es la principal causa de aparición de la enfermedad del ojo seco10. Sin embargo, aún no se han explorado varias fisiopatologías subyacentes debido a los diversos mecanismos patogénicos potenciales implicados en el desarrollo de la enfermedad del ojo seco.

Los oligoelementos se distribuyen en el medio ambiente mediante procesos naturales y artificiales, como erupciones volcánicas, aguas de manantial, contaminación del aire y procesos industriales11. Pueden acumularse en los organismos porque son difíciles de metabolizar y luego unirse a componentes celulares vitales como proteínas estructurales, enzimas y ácidos nucleicos e interferir con su funcionamiento12,13. La acumulación excesiva de oligoelementos es un factor de riesgo de daño orgánico múltiple, incluso a niveles bajos de exposición14.

La evidencia emergente ha informado sobre los impactos de la contaminación del aire, como las partículas (PM2.5) y los oligoelementos, en la aparición de la enfermedad del ojo seco15,16,17. El aumento de la acumulación de PM2,5 en la película lagrimal induce daños en la superficie ocular y provoca la enfermedad del ojo seco18,19. Sin embargo, la información sobre los oligoelementos analizados en muestras de lágrimas es extremadamente limitada debido a la dificultad del muestreo y la baja concentración para la detección. Los trabajadores de soldadura corren el riesgo de exposición a oligoelementos debido a la mayor frecuencia de exposición a vapores metálicos en entornos laborales20,21,22. En este estudio transversal, intentamos investigar las relaciones entre los oligoelementos en muestras de lágrimas y las métricas de ojo seco entre los trabajadores de soldadura de la industria de astilleros.

Se ha realizado un estudio longitudinal para explorar los efectos de los oligoelementos en los trabajadores de un astillero desde 2014. En 2020, se inscribieron un total de 92 participantes elegibles de 20 años o más de una industria de astilleros para la evaluación de riesgos para la salud de los oligoelementos de las lágrimas durante su chequeo médico anual. (Figura 1). Los exámenes completos incluyeron cuestionarios autoinformados, datos de laboratorio, biomarcadores, oligoelementos de las lágrimas y parámetros del ojo seco. La aprobación ética fue aprobada por la Junta de Revisión Institucional del Hospital General Tri-Service de Taiwán, y los participantes dieron su consentimiento informado antes de la inscripción. Se excluyeron los participantes que no completaron los cuestionarios sobre la enfermedad del ojo seco y no recibieron un examen de la superficie ocular (n = 6). El resto de los participantes se dividieron en grupos de exposición (n = 59) y control (n = 25) en función de su situación laboral23,24. La prevalencia de la enfermedad del ojo seco fue de alrededor del 1,5 % al 4,8 % según lo informado por la Base de datos de investigación del seguro nacional de salud en Taiwán25. Después de calcular el tamaño de la muestra usando una calculadora, 73 participantes fueron el número mínimo de muestras necesarias para cumplir con las restricciones estadísticas deseadas.

Diagrama de flujo del estudio.

La clasificación y el diagnóstico precisos de la enfermedad del ojo seco se complican por su naturaleza multifactorial y heterogénea y la variabilidad de los síntomas26. En consecuencia, se han propuesto muchas evaluaciones diagnósticas para presentar el estado de las capas superficiales del ojo27. En nuestro estudio, todos los procedimientos fueron realizados por un médico capacitado. La puntuación OSDI es un cuestionario útil y fiable que proporciona una evaluación rápida de las condiciones de la superficie ocular relacionadas con la enfermedad del ojo seco28. El OSDI se evalúa en una escala de 0 a 100, donde las puntuaciones más altas representan una mayor gravedad.

La aplicación del cuestionario SPEED identifica y califica rápidamente los síntomas del ojo seco mediante cuatro preguntas sencillas29. Una puntuación evalúa la VELOCIDAD de 0 a 28, que evalúa la gravedad de las presentaciones de ojo seco, que incluyen sequedad, picazón, irritación, ardor, dolor y fatiga ocular.

Estos exámenes fueron realizados por un analizador de superficie ocular (SBM Sistemi Ocular Surface Analyzer), un dispositivo válido y no invasivo para monitorear el estado de la superficie ocular30.

NIBUT es un método práctico y no invasivo para evaluar la estabilidad de la película lagrimal y muestra una mejor capacidad de diagnóstico que el TBUT31 estándar. Muchos investigadores consideran un NIBUT inferior a 10 s como enfermedad del ojo seco32. El menisco lagrimal es un reservorio de líquido lagrimal que contiene el 75% del volumen lagrimal33.

La evaluación de TMH se ha propuesto como informativa para evaluar la enfermedad del ojo seco con una especificidad y sensibilidad relativamente altas34. Una TMH normal está entre 0,2 y 0,3 mm, y la enfermedad del ojo seco sugiere una TMH < 0,25 mm35.

La evaluación cuantitativa de las glándulas de Meibomio es esencial para evaluar la gravedad de la disfunción de las glándulas de Meibomio36. Un estudio emergente ha propuesto que las imágenes de la glándula de Meibomio son una herramienta valiosa para abordar la enfermedad del ojo seco37. Se registró la relación entre el área de las glándulas de Meibomio superior e inferior y el área total, respectivamente.

El procedimiento de recolección de muestras de lágrima se realizó mediante un tubo capilar. Utilizamos tubos de plástico en lugar de material de vidrio para minimizar el riesgo de lesiones. El muestreo con tubos capilares recogió 10 µl de muestra de lágrima. Las muestras se extrajeron de los capilares mediante centrifugación. La muestra de lágrima se recogió por acción capilar. Los oligoelementos incluían vanadio (V), cromo (Cr), manganeso (Mn), hierro (Fe), cobalto (Co), níquel (Ni), cobre (Cu), zinc (Zn), arsénico (As), selenio. (Se), rodio (Rh), cadmio (Cd), mercurio (Hg) y plomo (Pb). Medimos los oligoelementos mediante espectroscopia de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) (Thermo Fisher iCAP RQ ICA-MS, EE. UU.) según un método anterior38. Estas muestras se mezclaron con ácido nítrico concentrado (Fisher Scientific, Reino Unido). Se utilizaron blancos de agua desionizada para detectar cualquier contaminación en el proceso analítico. Se utilizó una solución estándar de roca certificada (BCR1) para verificar la precisión del procedimiento.

La información básica, como la edad, el nivel educativo y el historial de tabaquismo, se obtuvo a partir de cuestionarios autoinformados. Los datos de laboratorio, incluidos el hemograma completo, las pruebas de función hepática, las pruebas de función renal y los perfiles de lípidos séricos, se analizaron mediante protocolos estándar. La evaluación de la circunferencia de la cintura se registró en el plano horizontal entre la cresta ilíaca. La circunferencia de la costilla más baja y la cadera se midió alrededor de la porción más completa de la nalga.

En términos de análisis estadístico, se utilizó el Statistical Package for the Social Sciences, versión 22.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, EE. UU.). La ilustración del mapa de calor presenta la correlación por pares entre los oligoelementos lagrimales y el parámetro del ojo seco. En estos oligoelementos para cada parámetro del ojo seco, se analizó la regresión de la suma cuantil ponderada (WQS) para evaluar el mayor contribuyente. El umbral de significación estadística se definió como un valor de p inferior a 0,05. Las asociaciones entre los oligoelementos en la muestra de lágrima y los diferentes parámetros del ojo seco se analizaron mediante un modelo de regresión lineal, que se ajustó por edad, recuento de glóbulos blancos, creatinina, alanina aminotransferasa e historial de tabaquismo.

Obtuvimos el permiso del paciente antes de la inscripción pidiéndole que completara un consentimiento informado por escrito, y el IRB del Tri-Service General Hospital, Taiwán, otorgó la aprobación para el estudio. Además, el diseño del estudio fue confirmado de acuerdo con la Declaración de Helsinki.

Los datos demográficos de los participantes en cada grupo de exposición y control se muestran en la Tabla 1. Los participantes en el grupo de exposición tenían niveles significativamente más altos de leucocitos y albúmina que el grupo de control. En cuanto a las pruebas diagnósticas de la enfermedad del ojo seco, la prueba de Schirmer en exposición y control fue de 10,28 ± 7,48 y 9,76 ± 9,07 mm, respectivamente. Además, NIBUT fue significativamente mayor en el grupo de exposición que en el grupo de control (p = 0,005). Sin embargo, otros parámetros del ojo seco como la VELOCIDAD, la puntuación OSDI, el área de la glándula de Meibomio, la TMH y la prueba de Schirmer no tuvieron diferencias significativas entre los grupos de exposición y control.

La concentración de oligoelementos en la muestra de lágrima para cada grupo de exposición y control se presenta en la Tabla 2. Los participantes en el grupo de exposición tenían niveles significativamente más altos de Pb (p = 0,016) que el grupo de control.

En la Fig. 2 se muestra una ilustración de un mapa de calor de la correlación por pares para los oligoelementos de las lágrimas y los parámetros del ojo seco. Las concentraciones de Pb en las lágrimas tuvieron una correlación moderada con la puntuación SPEED y una correlación leve con la puntuación OSDI. Las correlaciones entre los diferentes oligoelementos y los parámetros del ojo seco fueron en general débiles.

La ilustración del mapa de calor presenta una correlación por pares entre los oligoelementos de las lágrimas y los parámetros de la enfermedad del ojo seco.

Las relaciones entre el Pb lagrimal y los parámetros del ojo seco se demostraron en la Fig. 3. En el modelo totalmente ajustado, el Pb se asoció significativamente con una mayor VELOCIDAD. Puntuación OSDI con coeficientes beta de 0,145 (IC del 95 %: 0,093, 0,196), 0,121 (IC del 95 %: 0,050, 0,193), respectivamente, y disminución del área de las glándulas de Meibomio inferior y superior con coeficientes beta de − 0,161 (IC del 95 %: − 0,288, − 0,035) y − 0,231 (IC del 95 %: − 0,397, − 0,064), respectivamente en el grupo de exposición. Sin embargo, la asociación entre el Pb lagrimal y los parámetros del ojo seco en el grupo de control no logra una diferencia estadísticamente significativa.

Asociaciones entre el Pb lagrimal y los parámetros de la enfermedad del ojo seco en cada grupo de exposición y control.

La Figura 4 muestra la contribución del Pb lagrimal a cada parámetro del ojo seco individualmente mediante un modelo de regresión de suma cuantil ponderada. El Pb es el que más contribuye a la VELOCIDAD y al área de las glándulas de Meibomio. Se observan asociaciones significativas entre los oligoelementos y los parámetros del ojo seco según los modelos de regresión WQS.

Asociaciones entre oligoelementos lagrimales y parámetros de la enfermedad del ojo seco basadas en análisis de suma cuantil ponderada.

Nuestro estudio aclaró la relación entre los oligoelementos de las lágrimas y los parámetros del ojo seco. El Pb lagrimal se asoció significativamente con un aumento de la VELOCIDAD, la puntuación OSDI y una disminución del área de la glándula de Meibomio. Además, Chung et al. informaron que la concentración de mercurio en la sangre se asociaba significativamente con las enfermedades del ojo seco39. Nuestro estudio de investigación fue el primero en utilizar la concentración de oligoelementos en muestras de lágrimas para analizar su efecto sobre los parámetros del ojo seco.

Se ha demostrado que la exposición a oligoelementos afecta a muchos tipos de enfermedades oculares. Se demostró que los oligoelementos tóxicos como Pb, Hg y Cd dañan la degeneración macular relacionada con la edad en una población coreana40. Vennam et al. informaron la neurotoxicidad de oligoelementos como As, Cd y Pb que contribuyen al glaucoma41. Se han encontrado Pb y Cd en el tejido ocular humano, especialmente en el epitelio pigmentario de la retina y la coroides42. La acumulación de estos oligoelementos podría dañar las funciones neuroprotectoras de la retina y provocar enfermedades maculares relacionadas con la edad43. Estudios recientes han indicado que la inflamación en las glándulas lagrimales y la superficie ocular puede contribuir a la enfermedad del ojo seco a través de una disminución de la secreción lagrimal acuosa, la apoptosis de las células caliciformes conjuntivales y la alteración de las glándulas de Meibomio44,45,46. Propusimos que el Pb, especialmente en la muestra de lágrimas, estaba sustancialmente correlacionado con los parámetros del ojo seco.

La función alterada de la glándula de Meibomio representa una de las principales condiciones que causan la enfermedad del ojo seco47. La alteración de la función de la glándula de Meibomio afecta tanto a la calidad como a la cantidad de la secreción de meibomio, afectando la salud de la superficie ocular a través de cambios en la composición de la película lagrimal48. Los estudios actuales han demostrado que la contaminación del aire, especialmente PM2,5, puede promover el desarrollo de la enfermedad del ojo seco y la disfunción de las glándulas de Meibomio al regular una serie de procesos inflamatorios49. La producción de especies reactivas de oxígeno a partir de estos oligoelementos es esencial en el desarrollo de enfermedades oculares50,51. Nuestra investigación encontró que el Pb lagrimal se correlacionaba significativamente con la disfunción de la glándula de Meibomio. Por lo tanto, especulamos que los oligoelementos podrían influir en el estado de la superficie ocular por la misma vía que la contaminación del aire. Se propusieron algunos mecanismos plausibles para la exposición del Pb a los parámetros del ojo seco. En primer lugar, la exposición al Pb se asocia con cambios adversos en los marcadores inflamatorios que conducen a una respuesta inflamatoria acelerada52. A continuación, la hiperosmolaridad de la película lagrimal podría explicar la relación del Pb con la enfermedad del ojo seco. La hiperosmolaridad de la película lagrimal se considera uno de los principales mecanismos que implican la enfermedad del ojo seco53. Por último, se sugiere que el estrés oxidativo está asociado con una mayor osmolaridad de la película lagrimal54. La reacción de radicales libres generada por la exposición al Pb puede causar hiperosmolaridad y luego provocar manifestaciones de enfermedad del ojo seco.

Varias limitaciones deben tenerse en cuenta en este estudio. En primer lugar, no se puede interpretar una relación causal-efecto debido al diseño transversal. Se necesita un estudio longitudinal de base poblacional para una evaluación adicional. En segundo lugar, el análisis no ajustó algunos factores de riesgo para confundir la relación entre la enfermedad del ojo seco y el Pb lagrimal, incluido el uso de lentes de contacto o medicamentos sistémicos. Además, este estudio no registró el período de las personas que estuvieron expuestas a oligoelementos en el área de trabajo. Por último, otra limitación de este estudio fue el pequeño número de muestras de cohortes. Es necesario realizar más estudios, que incluyan más muestras de lágrimas de la exposición de los participantes a trazas de metales, para aplicar estos marcadores en el diagnóstico.

El presente estudio destacó la relación significativa entre la exposición ocupacional al Pb con las métricas del ojo seco. Se justificaron más investigaciones experimentales y longitudinales para dilucidar una asociación causal entre la exposición a oligoelementos y las métricas del ojo seco. Nuestro estudio también sugiere que se necesita una intervención de salud pública para controlar la contaminación ocupacional.

Los conjuntos de datos durante el estudio actual no están disponibles públicamente debido al requisito de consentimiento de los participantes, pero los datos descriptivos estratificados por décadas por sexo y edad están disponibles del autor correspondiente a solicitud razonable.

Índice de enfermedades de la superficie ocular

Evaluación estándar del paciente sobre la sequedad ocular.

Tiempo de ruptura de la película lagrimal no invasivo

Altura del menisco lagrimal

Vanadio

Cromo

Manganeso

Hierro

Cobalto

Níquel

Cobre

Zinc

Arsénico

Selenio

Rodio

Cadmio

Mercurio

Dirigir

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Este estudio fue apoyado por el Ministerio de Ciencia y Tecnología (MOST 107-2314-B-016 -045-MY3, MOST 110-2314-B-016 -009, MOST 111-2314-B-016 -012-MY2) y Oficina Médica de Defensa Nacional (MAB-109-082), Taiwán, República de China.

Departamento de Oftalmología, Hospital General Tri-Service; y Facultad de Medicina, Centro Médico de Defensa Nacional, Taipei, Taiwán, República de China

Ying-Jen Chen

Departamento de Patología, Hospital General Tri-Servicios; y Facultad de Medicina, Centro Médico de Defensa Nacional, Taipei, Taiwán, República de China

Yuan-Yuei Chen

Departamento de Patología, Sucursal Songshan del Hospital General de Tres Servicios; y Facultad de Medicina, Centro Médico de Defensa Nacional, Taipei, Taiwán, República de China

Yuan-Yuei Chen

Escuela de Salud Pública, Centro Médico de Defensa Nacional, Taipei, República de China

Ching-Huang Lai

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YJC, YYC y CHL contribuyeron al diseño del estudio, fueron responsables de la gestión y recuperación de datos y contribuyeron al análisis e interpretación de los datos iniciales. YJC redactó el manuscrito inicial. YJC, YYC y CHL decidieron los métodos de recopilación de datos. YJC, YYC y CHL también fueron responsables de las decisiones de análisis de datos. CHL conceptualizó y diseñó el estudio, supervisó todos los aspectos del estudio, revisó y revisó críticamente el manuscrito y aprobó el manuscrito final tal como fue presentado.

Correspondencia a Ching-Huang Lai.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Chen, YJ., Chen, YY. y Lai, CH. Asociación clínica entre oligoelementos de la lágrima y métricas de ojo seco. Representante científico 12, 18052 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-22550-0

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Recibido: 27 de diciembre de 2021

Aceptado: 17 de octubre de 2022

Publicado: 27 de octubre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-22550-0

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