The physicochemical properties and distribution of aluminum in the environment, the effect on living organisms, the reduction of its toxic effect

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The review examines the physicochemical properties, distribution in the environment, the effect on living organisms, including toxicity and ecotoxicity, ways of removing aluminum and its compounds from the human and animal organism. Analysis of scientific literature has shown that the widespread use of aluminum in nature, its use in the agricultural, food, cosmetic, aluminum, oil-producing industries, medicine, water treatment processes and other fields of activity leads to an increased intake of this element into the human body. The cumulative nature of the toxic effect of aluminum and its compounds leads to negative consequences for the respiratory, nervous, musculoskeletal systems, and mammary glands.

About the authors

Victoriia E. Kutai

Far Eastern Federal University

Email: kutai_ve@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1419-6588
SPIN-code: 5979-4221

assistant, 3rd year postgraduate student of the Department of Pharmacy and Pharmacology of the School of Biomedicine

Russian Federation, Vladivostok

Vasiliy Yu. Tsygankov

Far Eastern Federal University

Author for correspondence.
Email: tsig_90@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5095-7260
SPIN-code: 5047-8410
Scopus Author ID: 56150726400
ResearcherId: J-4069-2013

PhD (Biology), Associate Professor, Associate Professor of the UNESCO International Chair “Marine Ecology” of the Institute of World Ocean

Russian Federation, Vladivostok

References

  1. Wang L. Entry and deposit of aluminum in the brain. Adv Exp Med Biol. 2018;1091:39–51. doi: 10.1007/978-981-13-1370-7_3
  2. Cheng D, Zhang X, Tang J, et al. Chlorogenic acid protects against aluminum toxicity via MAPK/Akt signaling pathway in murine RAW264.7 macrophages. J Inorg Biochem. 2019;190:113–120. doi: 10.1016/j.jinorgbio.2018.11.001
  3. Cheng D, Wang X, Xi Y, et al. Identification of the Al-binding proteins that account for aluminum neurotoxicity and transport in vivo. Toxicol Res (Camb). 2017;7(1):127–135. doi: 10.1039/c7tx00261k
  4. Niu Q. Overview of the relationship between aluminum exposure and health of human being. Adv Exp Med Biol. 2018;1091:1–31. doi: 10.1007/978-981-13-1370-7_1
  5. Toxicological Profile for Aluminum [Internet]. ATSDR. U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service, 2008. Available from: https://www.atsdr.cdc.gov/ToxProfiles/tp22-c4.pdf
  6. The life-cycle of aluminium [Internet]. Corporate Communications Department and Sustainability Constellium. Available from: https://www.constellium.com/sites/default/files/constellium_-_life_cycle_of_aluminium.pdf
  7. Wills MR, Savory J. Water content of aluminum, dialysis dementia, and osteomalacia. Environ Health Perspect. 1985;63:141–147. doi: 10.1289/ehp.8563141
  8. North MR, Fleischer MA, Swaddle TW. Precipitation from alkaline aqueous aluminosilicate solutions. Can J Chem. 2001;79(1):319–325. doi: 10.1139/v00-182
  9. Stojanovic B, Bukvic M, Epler I. Application of aluminum and aluminum alloys in engineering. Applied engineering letters: Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018;3(2):52–62. doi: 10.18485/aeletters.2018.3.2.2
  10. Sulaj Z, Drishti A, Çeko I, et al. Fatal aluminum phosphide poisonings in Tirana (Albania), 2009–2013. Daru. 2015;23(1):8. doi: 10.1186/s40199-015-0090-0
  11. Etemadi-Aleagha A, Akhgari M, Iravani FS. Aluminum phosphide poisoning-related deaths in Tehran, Iran, 2006 to 2013. Medicine (Baltimore). 2015;94(38):e1637. doi: 10.1097/MD.0000000000001637
  12. Shafahi A, Mostafazadeh B, Dadpour B. Inhalational toxicity of aluminum phosphide as an ongoing concern; a report of two cases. Arch Acad Emerg Med. 2019;7(1):e69.
  13. Alnasser S, Hussain SM, Kirdi TS, Ahmed A. Aluminum phosphide poisoning in Saudi Arabia over a nine-year period. Ann Saudi med. 2018;38(4):277–283. doi: 10.5144/0256-4947.2018.277
  14. Navabi SM, Navabi J, Aghaei A, et al. Mortality from aluminum phosphide poisoning in Kermanshah Province, Iran: characteristics and predictive factors. Epidemiol Health. 2018;40:e2018022. doi: 10.4178/epih.e2018022
  15. Sharma T, Sharma A, Kapoor D. Profile of aluminum phosphide poisoning in a tertiary care institute in the sub-Himalayan region. J Family Med Prim Care. 2018;7(3):581–583. doi: 10.4103/jfmpc.jfmpc_231_17
  16. Sharma A, Sharma A, Acharya A, et al. Extracorporeal membrane oxygenation in aluminum phosphide poisoning in Nepal: a case report. J Med Case Rep. 2018;12(1):311. doi: 10.1186/s13256-018-1864-z
  17. He P, Zou Y, Hu Z. Advances in aluminum hydroxide based adjuvant research and its mechanism. Hum Vaccin Immunother. 2015;11(2):477–488. doi: 10.1080/21645515.2014.1004026
  18. Becker LC, Boyer I, Bergfeld WF, et al. Safety assessment of alumina and aluminum hydroxide as used in cosmetics. Int J Toxicol. 2016;35(3 Suppl):16S–33S. doi: 10.1177/1091581816677948
  19. Klotz K, Weistenhöfer W, Neff F, et al. The health effects of aluminum exposure. Dtsch Arztebl Int. 2017;114(39):653–659. doi: 10.3238/arztebl.2017.0653
  20. Krewski D, Yokel RA, Nieboer E, et al. Human health risk assessment for aluminium, aluminium oxide, and aluminium hydroxide. J Toxicol Environ Health B Crit Rev. 2007;10(Suppl 1):1–269. doi: 10.1080/10937400701597766
  21. Nie J. Exposure to aluminum in daily life and Alzheimer’s disease. Adv Exp Med Biol. 2018;1091:99–111. doi: 10.1007/978-981-13-1370-7_6
  22. Bagryantseva ОV, Shatrov GN, Khotimchenko SА, et al. Aluminium: food-related health risk assessment of the consumers. Health Risk Analysis. 2016;1(13):59–68. (In Russ.)
  23. Redgrove J, Rodriguez I, Mahadevan-Bava S, Exley C. Prescription infant formulas are contaminated with aluminium. Int J Environ Res Public Health. 2019;16(5):899. doi: 10.3390/ijerph16050899
  24. Toxicological Profile for Aluminum [Internet]. ATSDR. U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service, 2008. Available from: https://www.atsdr.cdc.gov/ToxProfiles/tp22-c3.pdf
  25. Exley C, Mold MJ. Aluminium in human brain tissue: how much is too much? J Biol Inorg Chem. 2019;24(8):1279–1282. doi: 10.1007/s00775-019-01710-0
  26. Shaw CA. Aluminum as a CNS and immune system toxin across the life span. Adv Exp Med Biol. 2018;1091:53–83. doi: 10.1007/978-981-13-1370-7_4
  27. Banks WA, Kastin AJ. Aluminum-induced neurotoxicity: alterations in membrane function at the blood-brain barrier. Neurosci Biobehav Rev. 1989;13(1):47–53. doi: 10.1016/s0149-7634(89)80051-x
  28. Mold M, Chmielecka A, Rodriguez MRR, et al. Aluminium in brain tissue in multiple sclerosis. Int J Environ Res Public Health. 2018;15(8):1777. doi: 10.3390/ijerph15081777
  29. Mold M, Cottle J, Exley C. Aluminium in brain tissue in epilepsy: A case report from Camelford. Int J Environ Res Public Health. 2019;16(12):2129. doi: 10.3390/ijerph16122129
  30. Mold M, Umar D, King A, Exley C. Aluminium in brain tissue in autism. J Trace Elem Med Biol. 2018;46:76–82. doi: 10.1016/j.jtemb.2017.11.012
  31. Mold M, Cottle J, King A, Exley C. Intracellular aluminium in inflammatory and glial cellsin cerebral amyloid angiopathy: A case report. Int J Environ Res Public Health. 2019;16(8):1459. doi: 10.3390/ijerph16081459
  32. Meng H, Wang S, Guo J, et al. Cognitive impairment of workers in a large-scale aluminium factory in China: a cross-sectional study. BMJ Open. 2019;9(6):e027154. doi: 10.1136/bmjopen-2018-027154
  33. Klein GL. Aluminum toxicity to bone: A multisystem effect? Osteoporos Sarcopenia. 2019;5(1):2–5. doi: 10.1016/j.afos.2019.01.001
  34. Omran GA. Hematological and immunological impairment following in-utero and postnatal exposure to aluminum sulfate in female offspring of albino rats. Immunopharmacol Immunotoxicol. 2019;41(1):40–47. doi: 10.1080/08923973.2018.1533967
  35. Kahbasi S, Samadbin M, Attar F, et al. The effect of aluminum oxide on red blood cell integrity and hemoglobin structure at nanoscale. Int J Biol Macromol. 2019;138:800–809. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2019.07.154
  36. Jeong CH, Kwon HC, Kim DH, et al. Effects of aluminum on the integrity of the intestinal epithelium: An in vitro and in vivo study. Environ Health Perspect. 2020;128(1):17013. doi: 10.1289/EHP5701
  37. Tsialtas I, Gorgogietas VA, Michalopoulou M, et al. Neurotoxic effects of aluminum are associated with its interference with estrogen receptors signaling. Neurotoxicology. 2020;77:114–126. doi: 10.1016/j.neuro.2020.01.004
  38. Aluminum chloride [Internet]. NIOSH. Centers for Disease Control and Prevention. Available from: https://www.cdc.gov/niosh-rtecs/BD802C8.html
  39. Lovegrove A, Edwards CH, De Noni I, et al. Role of polysaccharides in food, digestion, and health. Crit Rev Food Sci Nutr. 2017;57(2):237–253. doi: 10.1080/10408398.2014.939263
  40. Khotimchenko MY, Khozhaenko EV, Kolenchenko EA, Khotimchenko YS. Equilibrium studies of sorption of strontium ions by different pectin compounds. Journal of Environmental Science and Technology. 2012;5(5):319–331. doi: 10.3923/jest.2012.319.331
  41. Khotimchenko MY, Khozhaenko EV, Kolenchenko EA, Khotimchenko YS. Influence of pectin substances on strontium removal in rats. International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. 2012;4(2):269–273.
  42. Khotimchenko Y, Khozhaenko E, Kovalev V, Khotimchenko M. Cerium binding activity of pectins isolated from the seagrasses Zostera marina and Phyllospadix iwatensis. Mar Drugs. 2012;10(4):834–848. doi: 10.3390/md10040834
  43. Khotimchenko MY, Podkorytova EA, Kovalev VV, et al. Removal of cesium from aqueous silutions by sodium and calcium alginates. Journal of Environmental Science and Technology. 2014;7(1):30–43. doi: 10.3923/jest.2014.30.43
  44. Kakita K, Kishida M. Isolation of aluminum-tolerant and -absorbing yeast. Biocontrol Sci. 2020;25(4):231–234. doi: 10.4265/bio.25.231
  45. Li HQ, Ip SP, Zheng GQ, et al. Isorhynchophylline alleviates learning and memory impairments induced by aluminum chloride in mice. Chin Med. 2018;13:29. doi: 10.1186/s13020-018-0187-8
  46. Aboelwafa HR, El-Kott AF, Abd-Ella EM, Yousef HN. The possible neuroprotective effect of silymarin against aluminum chloride-prompted Alzheimer’s-like disease in rats. Brain Sci. 2020;10(9):628. doi: 10.3390/brainsci10090628
  47. Liu L, Liu Y, Zhao J, et al. Neuroprotective effects of D-(-)-quinic acid on aluminum chloride-induced dementia in rats. Evid Based Complement Alternat Med. 2020;2020:5602597. doi: 10.1155/2020/5602597
  48. Hosseini-Sharifabad A, Rabbani M, Seyed-Yousefi Y, Safavi M. Magnesium increases the protective effect of citicoline on aluminum chloride-induced cognitive impairment. Clin Psychopharmacol Neurosci. 2020;18(2):241–248. doi: 10.9758/cpn.2020.18.2.241

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure. Life cycle of aluminum in the environment [6]

Download (252KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2021 Kutai V.E., Tsygankov V.Y.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».