The specific impact of uremic toxins upon cognitive domains: a review / O impacto específico de toxinas urêmicas em domínios cognitivos: uma revisão

ABSTRACT One of the mechanisms proposed for chronic kidney disease (CKD)-related cognitive impairment is the accumulation of uremic toxins due to the deterioration of the renal clearance function. Cognition can be categorized into five major domains according to its information processing functions: memory, attention, language, visual-spatial, and executive. We performed a review using the terms 'uric acid', 'indoxyl sulfate', 'p-cresyl sulfate', 'homocysteine', 'interleukins' and 'parathyroid hormone'. These are the compounds that were found to be strongly associated with cognitive impairment in CKD in the literature. The 26 selected articles point towards an association between higher levels of uric acid, homocysteine, and interleukin 6 with lower cognitive performance in executive, attentional, and memory domains. We also reviewed the hemodialysis effects on cognition. Hemodialysis seems to contribute to an amelioration of CKD-related encephalopathic dysfunction, although this improvement occurs more in some cognitive domains than in others.

RESUMO Um dos mecanismos propostos para explicar o comprometimento cognitivo relacionado à doença renal crônica (DRC) é o acúmulo de toxinas urêmicas devido à deterioração da função de depuração renal. A cognição pode ser categorizada em cinco domínios principais de acordo com suas funções de processamento de informações: memória, atenção, linguagem, visual-espacial e executiva. Realizamos uma revisão usando os termos "ácido úrico", "indoxil sulfato", "p-cresil sulfato", "homocisteína", "interleucinas" e "paratormônio". Estes são os compostos que se mostraram fortemente associados ao comprometimento cognitivo na DRC na literatura. Os 26 artigos selecionados apontam para uma associação entre níveis mais elevados de ácido úrico, homocisteína e interleucina-6 com menor desempenho cognitivo nos domínios executivo, atenção e de memória. Também revisamos os efeitos da hemodiálise na cognição. A hemodiálise parece contribuir para uma melhoria da disfunção encefalopática relacionada à DRC, embora essa melhora ocorra mais em alguns domínios cognitivos do que em outros.

Is there a relationship between tryptophan dietary intake and plasma levels of indoxyl sulfate in chronic kidney disease patients on hemodialysis? / Há relação entre ingestão alimentar de triptofano e níveis plasmáticos de indoxil sulfato em pacientes renais crônicos em hemodiálise?

Abstract Introduction: Gut microbiota is involved in generation of uremic toxins in chronic kidney disease (CKD) patients on hemodialysis (HD), like indoxyl sulfate (IS) that is originated from tryptophan amino acid fermentation. Objective: To evaluate the tryptophan intake by chronic renal failure patients on HD and its possible relationship with IS plasma levels. Methods: Participated of the study 46 patients with CKD on HD regular program (56.5% men; 52.7 ± 10.3 years; 63 (32.2-118.2) months on HD; BMI 25.6 ± 4.9 kg/m2). The tryptophan intake was evaluated by a 24-hours dietary recall (R-24h) performed on 3 different days. Routine biochemical tests and anthropometric measurements were evaluated. IS plasma levels were determined by High Performance Liquid Chromatography (HPLC) with fluorescent detection and the interleukin-6 (IL-6) plasma levels by immunoenzymatic method (ELISA, Enzyme Linked Immunosorbent Assay). Results: The average of tryptophan intake was according to recommendation, but IS plasma levels (35.0 ± 11.9 mg/L) were elevated, however according to the EUTox values for uremic individuals. There was no correlation between the tryptophan intake and IS plasma levels. However, there was positive correlation between protein intake and tryptophan and variables used to evaluate lean body mass, and moreover, IS levels were positively associated with IL-6 (r = 0.6: p = 0.01). Conclusion: The present study suggests that tryptophan dietary intake may not be a determinant factor to IS levels. However, it suggests that gut microbiota may play an important role in systemic inflammation in patients with CKD.

Resumo Introdução: A microbiota intestinal está envolvida na geração de toxinas urêmicas presentes nos pacientes com doença renal crônica (DRC) em hemodiálise (HD) como indoxil sulfato (IS), formado a partir da fermentação do aminoácido triptofano. Objetivo: Avaliar a ingestão de triptofano alimentar pelos pacientes renais crônicos em HD e sua possível relação com os níveis plasmáticos de IS. Métodos: Participaram do estudo 46 pacientes com DRC em programa regular de HD (56,5% homens; 52,7 ± 10,3 anos; 63 (32,2-118,2) meses em HD; IMC 25,6 ± 4,9kg/m2. A ingestão de triptofano foi avaliada por meio do recordatório alimentar de 24 (R-24h) realizado em três diferentes dias. Exames bioquímicos de rotina, bem como a avaliação antropométrica foram avaliados. Os níveis plasmáticos de IS foram determinados por cromatografia líquida de alto desempenho (HPLC) com detecção fluorescente e as concentrações plasmáticas de interleucina-6 (IL-6) pelo método imunoenzimático (ELISA, Enzyme Linked Immunosorbent Assay). Resultados: A ingestão média de triptofano estava dentro do recomendado, já os níveis plasmáticos de IS (35,0 ± 11,9mg/L) estavam elevados, porém de acordo com os valores da EUTox para indivíduos urêmicos. Não houve correlação entre a ingestão de triptofano e os níveis plasmáticos de IS. Contudo, houve correlação positiva entre ingestão de proteína e triptofano e variáveis que avaliam massa magra e, além disso, os níveis IS foram positivamente associados com os de IL-6 (r = 0,6: p = 0,01). Conclusão: O presente estudo sugere que a ingestão alimentar de triptofano pode não ser um fator determinante dos níveis de IS. No entanto, sugere que o intestino pode ter importante papel na inflamação sistêmica presente nos pacientes com DRC.

Association between indoxyl sulfate and bone histomorphometry in pre-dialysis chronic kidney disease patients / Associação entre indoxil sulfato e histomorfometria óssea em pacientes renais crônicos pré-diálise

Introduction: Experimental studies have suggested that indoxyl sulfate (IS), a protein-bound uremic toxin, may be involved in the development of renal osteodystrophy. Objective: evaluate the association between IS levels and biochemical parameters related to mineral metabolism and bone histomorphometry in a cohort of pre-dialysis chronic kidney disease (CKD) patients. Methods: This is a post-hoc analysis of an observational study evaluating the association between coronary calcification and bone biopsy findings in 49 patients (age: 52 ± 10 years; 67% male; estimated glomerular filtration rate: 36 ± 17 ml/min). Serum levels of IS were measured. Results: Patients at CKD stages 2 and 3 presented remarkably low bone formation rate. Patients at CKD stages 4 and 5 presented significantly higher osteoid volume, osteoblast and osteoclast surface, bone fibrosis volume and bone formation rate and a lower mineralization lag time than CKD stage 2 and 3 patients. We observed a positive association between IS levels on one hand and the bone formation rate, osteoid volume, osteoblast surface and bone fibrosis volume on the other. Multivariate regression models confirmed that the associations between IS levels and osteoblast surface and bone fibrosis volume were both independent of demographic and biochemical characteristics of the study population. A similar trend was observed for the bone formation rate. Conclusion: Our findings demonstrated that IS is positively associated with bone formation rate in pre-dialysis CKD patients. .

Introdução: Estudos experimentais indicam que o indoxil sulfato (IS), uma toxina urêmica ligada à proteína, pode estar envolvido no desenvolvimento da osteodistrofia renal. Objetivo: Avaliar a associação entre os níveis séricos de IS e parâmetros bioquímicos do metabolismo mineral e da histomorfometria óssea em uma coorte de pacientes com doença renal crônica (DRC) pré-diálise. Métodos: Análise post-hoc de um estudo que avaliou a associação entre calcificação coronariana e histomorfometria óssea em 49 pacientes (idade: 52 ± 10 anos; 67% sexo masculino; taxa de filtração glomerular estimada: 36 ± 17 ml/min). Os níveis séricos de IS foram dosados. Resultados: Pacientes com DRC estágio 2 e 3 apresentaram uma taxa de formação óssea baixa. Pacientes com DRC estágio 4 e 5 apresentaram volume osteoide, superfícies osteoblástica e osteoclástica, volume de fibrose e taxa de formação óssea significativamente maiores e intervalo de mineralização significativamente menor que os pacientes com DRC estágio 2 e 3. Os níveis séricos de IS associaram-se positivamente com a taxa de formação óssea, volume osteoide, superfície osteoblástica e volume de fibrose. A análise de regressão multivariada identificou que o IS é um fator independente determinante da superfície osteoblástica e fibrose. Uma tendência similar foi observada para a taxa de formação óssea. Conclusão: Nosso estudo sugere que, na DRC pré-dialítica, o IS correlaciona-se positivamente com a formação óssea. .