Метод масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, как инновационная технология определения содержания химических элементов в организме человека



Скачать 82,48 Kb.
Дата25.06.2015
Размер82,48 Kb.
Метод масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, как инновационная технология определения содержания химических элементов в организме человека.

Одним из перспективных направлений современной медицины является изучение элементного «портрета» населения отдельных биогеохимических регионов и профессиональных групп с целью научной разработки и внедрения мероприятий по устранению выявленных микроэлементозов [26].

Наличие многочисленных микроэлементов в организме и концентрация их в определенных органах и тканях не случайны, а связаны с их биологической ролью в процессах жизнедеятельности организма [5, 8, 20]. Каждый химический элемент выполняет определенную физиологическую роль, и отдельные элементы друг друга не заменяют. Химические элементы входят в состав и участвуют в образовании витаминов, ферментов, гормонов и других веществ, регулирующих биохимические процессы. Таким образом, все процессы обмена веществ в организме, включая внутриклеточный, совершаются при обязательном участии определенных химических элементов.

Общеизвестно, что биологические эффекты большинства микроэлементов дозозависимы, поэтому как их недостаток, так и избыток приводят к развитию патологических процессов – микроэлементозов.

Важность для жизнедеятельности организма большинства химических элементов подробно проанализирована в медицинской литературе [2, 14, 19, 24].

По результатам научных исследований последних лет одним из факторов риска развития функциональных расстройств является нарушение гомеостаза макро- и микроэлементов, которое, приводит к снижению резервов здоровья и ухудшению адаптации к профессиональной деятельности.

Так, по данным литературы, у лиц, подверженных влиянию токсических факторов производства, описаны случаи увеличения заболеваемости инфекционными, респираторными, функциональными расстройствами желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы, что авторы связывают с изменением гормонального и иммунного статуса в функционировании которых большую роль играют микроэлементы. Многофакторность антропогенной нагрузки в городской среде в совокупности с производственными факторами способствует снижению функциональных резервов организма [11, 12, 13].

В качестве биосред, по которым оценивается состояние минерального обмена, использовались сыворотка крови, волосы, моча и слюна. Выбор среды в конечном итоге определялся непосредственно той задачей, которая решается в каждом конкретном случае. При прочих равных условиях предпочтение отдается химическому анализу состава волос. Это объясняется следующим.

Многочисленными эколого-физиологическими и гигиеническими исследованиями показано, что элементный состав волос адекватно отражает биогеохимическое окружение организма, коррелирует с уровнем биоэлементов во внутренней среде, характеризует элементный статус организма и может служить средством диагностики нарушений минерального обмена [2, 14, 15, 17, 19, 30, 31]. Правомерность и эффективность использования волос как тест-объекта для анализа доказана результатами международных программ, выполненных под эгидой Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) [31]. Это подтверждают и исследования, проведенные Т.И. Бурцевой и И.А. Рудаковым [ 4 ].

Что касается проживания на территории Северо-Запада России, то по данным Келлер А.А., Кувакина [7] общей для всего Северо-Западного региона особенностью биогеохимической ситуации является недостаток кальция, магния, калия, фосфора, йода, фтора, кобальта, молибдена, бора, что создает природные предпосылки возникновения биогеохимических эндемий (в частности, кариеса зубов и эндемического зоба) и других микроэлементов. Ситуация осложняется тем фактом, что в условиях мегаполиса отмечается интенсивный прессинг на его жителей токсичных химических компонентов внешней среды [17, 28] В то же время в связи с напряженной стрессовой ситуацией в городских условиях повышена потребность его населения в поступлении магния [32].

Несбалансированность по структуре и качеству питания населения России – зарегистрированный факт. Прежде всего, это проявляется в недостаточности белкового и витаминно-минеральных компонентов [6]. Анализ фактического питания населения Российской Федерации и данных научной литературы свидетельствует о широком распространении во многих регионах недостаточной обеспеченности (или даже дефицита) ряда важнейших микронутриентов, в том числе эссенциальных микроэлементов. Во многих случаях численность лиц с неадекватной обеспеченностью эссенциальными микроэлементами достигает или даже превосходит 50% всего обследованного населения [22, 27]. Вот почему, в «Концепции государственной политики в области здорового питания» впервые в Российской Федерации в качестве средств быстрого устранения дефицита в рационе населения минорных компонентов пищи определены биологически активные добавки – содержащие различные микроэлементы в концентрированном виде [27].

Метод ИСП-МС и его возможности

Элементная диагностика в медицине является важным инструментом в понимании первичных и вторичных взаимосвязей между изменения­ми содержания макро- и микроэлементов с целью поиска рациональных стра­тегий лечения заболеваний.

Изменение содержание элементов в биопробах отражается в изменении концентрации, которая очень мала. Для определения малых концентраций химических элементов в различных объектах живой и неживой природы необходимо приме­нение не только высокочувствительных инструментальных методов анализа, но и стандартизированных образцов сравнения для адекватной оценки полученных результатов. Основные требова­ния, предъявляемые к методу, — сочетание низких пределов обнаружения, высокой чувствительности и селективности. В настоящее время для определения элементов в биомедицинских образцах все большее распространение получает метод масс-спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) [9]. Он позволяет одновременно определять в одной пробе содержание макро-, микро- и ультрамикроэлементов, что очень важно при оценке взаимодействия и взаимовлияния одних элементов с другими в организме человека.

Основной принцип работы масс-спектрометра состоит в том что, метод ИСП-МС комбинирует использование индуктивно связной плазмы в качестве источника ионов с квадрупольным масс-спектрометром, выступающем в роли масс-анализатора, и дискретно-диодным детектором, который используется для регистрации отдельных ионов и их потоков. Индуктивно связная плазма поддерживается в специальной горелке, способна возбуждать однозарядные ионы из атомов вводимого образца. Далее ионы фокусируются ионно-оптической системой и попадают в анализатор масс-спектрометра, где разделяются по отношению масс к заряду. Соответствующий ионный поток регистрируется детектором. Через масс-спектрометр в каждый момент времени пропускается ионы со строго определенным соотношением массы и заряда, которые затем попадают в детектор для количественной регистрации. В современных ИСП-МС приборах применяется двойная регистрация сигналов: импульсный режим одного сегмента детектора для подсчета отдельных ионов и аналоговый режим другого – для регистрации ионных токов. Таким образом, современные ИПС-МС приборы позволяют определять концентрации отдельных элементов на уровне от сотых долей нанограммов до сотен миллиграммов на литр.

Несомненными достоинствами метода ИСП-МС являются высокая чувствительность и избирательность метода, надежность современного оборудования, простота и точность калибровки по общедоступным стандартизированным образцам, относительная свобода от взаимных физических и химических влияний при анализе.


Список литературы


  1. Абдрахманова Е.Р. Биосреды человека и болезни в условиях антропогенеза / Е.Р. Абдрахманова // Проблемы экологии: Принципы их решения на примере Южного Урала / Под ред. Н.В.Старовой. – М. : Наука, 2003. – С. 86–96.

  2. Агаджанян Н.А. Химические элементы в среде обитания и экологический портрет человека / Н.А.Агаджанян, А.В. Скальный . – М. : Изд.-во КМК, 2001. – 83 с.

  3. Адамович В.Л. Последствия цезий-стронциевого загрязнения территорий Чернобыльскими нуклидами / В.Л. Адамович, В.П. Михалев // Антропогенные воздействия и здоровье человека : 3-я: всерос. конф. – Калуга, 1996. – С. 7–9.

  4. Бурцева Т.И. Зависимость элементного состава волос от содержания биоэлементов в рационе питания / Т.И. Бурцева, И.А. Рудаков // Микроэлементы в медицине. – 2007. – № 8. – С.57–60.

  5. Гигиеническая диагностика загрязнения среды обитания солями тяжелых металлов / Лимин Б.В. [и др.].  – СПб. : СПбГМА им. И.И. Мечникова, 2003.  – 130 с.

  6. Истомин А.В. Гигиеническая оценка и прогноз состояния фактического питания отдельных групп населения России / А.В. Истомин, Т.В. Юдина // Гигиена и санитария. – 1996. – № 4. – С. 17–19.

  7. Келлер А.А. Медицинская экология / А.А Келлер., В.И. Кувакин. – СПб. : Петроградский и К, 1998. – 256 с.

  8. Лим Т.Е. Использование методологии оценки риска здоровью населения Санкт-Петербурга в связи с загрязнением атмосферного воздуха / Т.Е. Лим // Донозология . – 2007. – №1. – С. 64-69

  9. Методика определения микроэлементов в диагностируемых биосубстратах атомной спектрометрией с индуктивно связанной аргоновой плазмой / Л.Г. Подунова [и др.] – Методические рекомендации, утв. ФЦ ГСЭН 29.01.2003, 2003.

  10. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология / А.П. Авцын [и др. ] ; АМН СССР. – М. : Медицина, 1991. – 496 с.

  11. Некрасов В.И. Сравнение элементного состава волос жителей Новосибирска, работающих в атомной промышленности и занятых в непроизводственной сфере / В.И. Некрасов, С.В. Ефимов //Микроэлементы в медицине. – 2006. – Т.7, Вып.3. – С.49–52.

  12. Некрасов В.И. Элементный статус лиц вредных и опасных профессий / В.И. Некрасов, А.В. Скальный – М. : РОСМЭМ, 2006. – 229 с.

  13. Патология отдаленного периода у ликвидаторов последствий аварии на Чернобыльской АЭС / под ред. А.М.Никифорова. – М. : Бином, 2002. – 304 с.

  14. Поляков А.Я. Здоровье детей и подростков и проблема микроэлементозов / А.Я. Поляков // Актуальные вопросы современной медицины. Новосибирск на рубеже ХХI века : IХ науч.-практ. конф. врачей. – 1999. – С.86-87.

  15. Применение атомно-эмиссионной спектрометрии с возбуждением спектров в дуге постоянного тока для оценки средних уровней содержания макро- и микроэлементов в волосах человека/ Э.А. Гладких, Е.В. Полякова, О.В. Шуваева., Н.Ф. Бейзель // Микроэлементы в медицине. – 2005. – Т. 6, вып. 2. – С. 21–26.

  16. Рамендик Г.И. Масс-спектрометрия / Г.И. Рамендик // Горная энциклопедия. – 1987. – Т.3. – С. 266–267.

  17. Ревич Б.А. Химические элементы в волосах человека как индикатор воздействия загрязнения производственной и окружающей среды / Б.А. Ревич // Гигиена и санитария. – 1990. – №3. – С.55–59.

  18. Система выявления и оздоровления детей групп риска с повышенным содержанием солей тяжелых металлов в биосредах в условиях антропогенного воздействия / А.В. Скальный и [и др.] – СПб. : СПбГМА им. И.И. Мечникова, 2004. – 32 с.

  19. Скальная М.Г. Макро- и микроэлементы в питании современного человека: эколого-физиологические и социальные аспекты / М.Г. Скальная, С.В. Нотова. – М. : РОСМЭМ, 2004. – 310 с.

  20. Скальная М.Г. Химические элементы-микронутриенты как резерв восстановления здоровья жителей России / М.Г. Скальная, Р.М. Дубовой, А.В. Скальный. – Оренбург : РИК ГОУ ОГУ, 2004. – 239 с.

  21. Скальный А.В. Биоэлементы в медицине/ А.В. Скальный, И.А. Рудаков – М. : Мир, 2003. – 272 с.

  22. Скальный А.В. Распространенность микроэлементозов у детей в различных регионах России / А. В. Скальный // Геохимическая экология и биогеохимическое районирование биосферы. Матер. Второй Всероссийской школы. Москва, 25-28 января 1999. – 2000. – с. 209–211.

  23. Скальный А.В. Физиологические аспекты применения макро- и микроэлементов в спорте / А.В. Скальный. – Оренбург : РИК ГОУ ОГУ, 2005. – 120 с.

  24. Скальный А.В. Химические элементы в физиологии и экологии человека. – М.: Мир, 2003. – 216 с.

  25. Содержание плутония и некоторых микроэлементов в волосах жителей Беларуси, проживающих на территории, пострадавшей при аварии на Чернобыльской АЭС / А.Ф. Маленченко [и др.] //Гигиена и санитария. – 1997. – №5. – С.19–22.

  26. Сусликов В.Л. Геохимическая экология болезней / В.Л. Сусликов. – М. : Гелиос АРВ, 1999. – 672 с.

  27. Тутельян В.А. Биологически активные добавки к пище: законодательно-нормативная база оборота в Российской Федерации / В.А. Тутельян, Б.П. Суханов // Вестник Санкт-Петербургской государственной медицинской академии им. И.И.Мечникова. – 2007. – №2. – С. 77 – 85.

  28. Черняева Т.К. Содержание тяжелых металлов в волосах детей в промышленном городе / Т.К. Черняева, Н.А. Матвеева , Ю.Г Кузьмичев // Гигиена и санитария. – 1997. – №3 – С. 26 –28

  29. Экология человека в изменяющемся мире / Н.А. Агаджанян [и др.] ; под ред. В.А. Черешнева. – Екатеринбург : УрО РАН, 2006. – 562 с.

  30. Diagnosis of lung cancer based on metal contents in serum and hair using multivariate statistical methods / Y. Ren, Z. Zhang [et al.] // Talanta – 1997. – Vol. 44. – Iss.10. – P.1823–1831.

  31. Elemental anomalies in hair as indicators of endocrinologic pathologies and deficiencies in calcium and bone metabolism / N. Miekeley, L.M. DeCarvalho Fortes, C.L. Porto da Silveira and M.B. Lima // J. of Trace Elements in Med. And Biol. – 2001. –Vol 15. – Iss.1. – P. 46–55.

  32. Kumeda Y. Metabolic syndrome and magnesium / Y. Kumeda, M. Inana // Clin. Calcium. – 2005. – 15(11). – p. 1859–1866.


База данных защищена авторским правом ©zubstom.ru 2015
обратиться к администрации

    Главная страница