Биоэлементы в медицине
 Скачать 7.69 Mb.
|
ГЛАВА 1 . БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ХИМИЧЕСКИХЭЛЕМЕНТОВ1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Развитие знаний о химическом составе человеческого тела и значении химических элементов для жизни и здоровья человека тесно связано с именами наших выдающихся соотечественников: В. И. Вернадского, А. П. Виноградова, А. И. Венчикова, В. В. Ковальского, Г. А. Бабенко, А. П. Авцына и ряда других видных ученых — биогеохимиков, биологов и врачей. Химические элементы в свободном состоянии и в виде множества химических соединений входят в состав всех клеток и тканей человеческого организма. На рис. 1 представлен элементный состав тела человека. На долю всего 4 элементов-органогенов (О, С, Н, N) приходится 96 0/0 массы человеческого тела, тогда как на макроэлементы — 4 0/0 , а на микроэлементы — всего 0,05 0/0 . Химические элементы являются важнейшими катализаторами различных биохимических реакций, непременными и незаменимыми участниками процессов роста и развития организма, обмена веществ, адаптации к меняющимся условиям окружающей среды (рис. 2). Химические элементы поступают с пищей, водой и воздухом, усваиваются организмом и распределяются в его тканях; активно функционируют, выполняют роль строительного материала и/ИЛИ участников и регуляторов биохимических процессов в этих тканях•, взаимодействуют друг с другом, депонируются и, в конечном итоге, выводятся из организма (рис. З). Физиологическое действие различных элементов зависит от их дозы. Поэтому токсичные элементы (мышьяк, ртуть, сурьма, кадмий и др.) при низких концентрациях могут действовать на организм как лекарство (оказывая тем самым саногенетическое воздействие), тогда как натрий, калий, кальций, железо, магний и ряд других элементов в высоких концентрациях могут обладать выраженным токсическим эффектом. Кислород Азот (65) (3) Углерод (10) (18) Минеральные элементы фосфор Кальций (1,25) (1,7) Магний Натрий (0,05) (02)Калий Хлор(0.25) (0,2) Сера Микроэлементы (0.3) фторМедь (0.02)Иод Марганец Железо Кобальт (0.006) Молибден ЦинкСелен (?) (0 0033) итого (0,0005) прочие, неэссенциальные элементы Рис. 1. Из чего состоит человеческое тело (в % от массы тела) (по S. Rilling, 1993) Для осуществления жизненно важных функций для каждого элемента существует оптимальный диапазон концентраций. При дефиците или избыточном накоплении элементов в организме могут происходить серьезные изменения, обусловливающие нарушение активности прямо или косвенно зависящих от них ферментов. Применение минералов и металлов в лечебных целях ИЗвеСТно со времен древнейших цивилизаций Китая, Индии, Месопотамии. Новый импульс применению солей в качестве лекарств отмечен во времена Парацельса (ХУ век). Вплоть до начала ХХ века металлы и их соединения широко использовались в медицине (табл. 1). Рис. 2. Биологические реакции на изменение содержания химических элементов в среде (В. В. Ковальский, 1974) Лечебные свойства элементов и их соединений, как правило, близки или идентичны. К таким соединениям относятся и комплексы с компонентами, свойственными живому организму. По мере развития химии ученые стали все чаще отмечать, что действие, например, металлов, может быть усилено при образовании ими соединений с лекарственными веществами, специфичными по отношению к тому или иному заболеванию. Это обусловлено волосы Зубы, стона Рис. З. Физиологические механизмы обмена химических элементов (по W. Е. kollmer, 1983 с доп. и изм. А. В. Скального, 2000) Таблица 1История изучения роли химических элементов в питании животных и человека (по Pais, Jones, 1997 с доп. А. В. Скального, 2003) Дата 29 Падение Фив ускорилось из-за падежа крупного рогатого скота (вызванного неизвестными факторами), хотя его пасли на прекрасных пастбищах 40-120 Домашних животных во времена Плутарха кормили солью 23-79 Виргилий и Плиний рекомендовали различные соли для увеличения производства молока 1295 Клинические случаи отравления селеном пастбищного скота в Китае были подробно описаны Марко Поло до 1680 Сиденхэм лечил анемию железными опилками 1747 Менгини обнаружил в крови железо 1748 Ганн сообщил, что в костях присутствует фосфор 1770 Шили обнаружил, что в костях содержится фосфат кальция 1784 Шили нашел в протеинах серу 1791 Фордис показал, что помимо зерен, канарейки нуждаются в добавках «известковой земли». 1811—1825 Исследования Куртуа, Койнде и Буссингаля привели к открытию йода и, особенно, того, что йод является щинственным средством против заболеваний щитовидной жејрзы 1823 Пруст обнаружил хлор в соляной кислоте желудочного сока 1842 Шосса установил, что голубям необходим кальций для роста костей 1847 Либиг обнаружил калий в тканях животных 1850—1854 Шатен опубликовал результаты исследований связи дефицита иода в окружающей среде со случаями эндемических заболеваний щитовидной железы у человека и животных 1869 Создание периодической системы элементов Д.И.Менделеевым 1869 Ролан открыл важность цинка для микроорганизма Aspergillus niger 1873 Фон Бюнге выдвинул гипотезу об антагонизме между натрием и калием и между натрием и хлором 1880 Форстер показал, что животным требуются микроэле- менты, и что кормление собак только мясом приводит к дефицитам 1893-1899 Фон Бюнге и Абдерхальден показали, что молодые животные, получающие только молоко, дополнительно нуждаются в железе 1905 Бэбкок изучил потребности крупного рогатого скота в соли, отмечая ее особенное значение для дойных коров Кенделл выделил и назвал тироксин щитовидной железы; было обнаружено, что этот гормон содержит 6596 йода Бертран во Франции и МакХаргью в Соединенных Штатах начали использовать очищенные диеты для изучения роли различных минералов и потребности в них 1922 Бертран и Берзон показали, что цинк необходим для развития крыс и роста волос 1924 Тейлер и его коллеги изучили дефицит фосфора у пастбищного скота и обнаружили, что добавки корректируют поражения костей (?), предотвращают потери от ботулизма и увеличивают показатели роста и воспроизводства 1926 Лерой показал, что магний ускоряет рост мышей Харт с коллегами показал, что медь, помимо железа, необходима для образования гемоглобина 1928-1933 Уорберг установил, что дыхательные ферменты животных содержат группу ферропорфирина 1931 Нил, Беккер и Шили установили, что медь является важным элементом для жвачных животных 1931 Кимерер и МакКоллум показали, что марганец необхо- дим для крыс и мышей и что их дефицит вызывает тетанию 1920—1932 В. И. Вернадский — основатель биогеохимии, опубли- ковал работы, показавшие связь между химическим составом живых организмов и химией земной коры 1933 Сьолемма связал болезнь опорно-двигательного аппарата у скота («лизуха») с дефицитом меди 1935 Фрэнк и Поттер определили наличие селена в корме как фактора, отвечающего за щелочную болезнь домашнею скота 1935 Дункан и Хоффман наблюдали случаи тетании у телят, вызванные низким содержанием магния в молоке 1935 Андервуд и Фильмер и, независимо от них, Марстон и Лине обнаружили, что энзоотический маразм у овец вызван дефицитом кобальта 1936—1937 Вильгус, Норрис и Хаузер сообщили, что дефицит марганца приводит к перозису у цыплят 1937 Беккер и коллеги установили, что состояние «соляной болезни» скота во Флориде вызвано комбинацией дефицитов кобальта, меди и железа на пастбищах Беннетс и Чепмен показали, что энзоотическая атаксия новорожденных ягнят вызвана тем, что овцы получали недостаточно меди во время беременности Фергюсон, Льюис и Уотсон показали, что токсичность молибдена приводит к сильной диарее пастбищного скота 1938—1942 Хевеси и другие начали использовать радиоизотопы для изучения минерального обмена 1940 Дейли и Манн сообщили, что цинк является компоненом фермента карбоангидразы 1946 Маултюн установил, что малые концентрации фтора в питьевой воде предотвращают кариес зубов 1946—1949 А. П. Виноградов сформулировал понятие о биогеохи- мических провинциях 1948 рикс и коллеги и, независимо от них, Смит показали, что кобальт является неотъемлемой частью витамина 1950—1954 Дик отметил метаболическую взаимосвязь между прдью, молибденом и неорганическими сульфатами у жвачных животных ричерт и Вестерфилд выделили молибден из металлофермента ксантиновой оксидазы Ниди и Хорбах обнаружили, что высокие концентрации фтора в питьевой воде приводят к пятнам на зубной эмали Тукер и Сальмон открыли, что паракератоз и глубокие поражения кожи вызваны дефицитом цинка в свинине 1957 Шварц и Фольц определили, что селен является фактором, предотвращающим некроз печени у крыс. Выход первой в СССР монографии по биологической роли микроэлементов (В. И. Войнар) 1958—1959 Скотт предотвратил развитие экссудативного диатеза у домашней птицы с помощью селена, в то время как Мут, Олдфилд, Реммерт, МакЛин, Томпсон, Клакстон и другие предотвратили «беломышечную болезнь» у жвачных животных с помощью этого элемента 1959 Шварц и Мерц показали, что хром необходим для метаболизма глюкозы 1961 А. И. Венчиков создал учение о биотиках 1970—1984 Данные об эссенциальности ряда микроэлементов (мышьяк, бор, свинец, литий, никель, кремний, олово и ванадий) (Анке, Нильсен и др.) 1983 Создание учения о микроэлементозах (А. П. Авцын, А. А. Жаворонков) тем, что в организме химические элементы находятся преимущественно в виде координационных соединений, избыточное образование или распад которых может приводить к нарушению так называемого металло-лигандного гомеостаза, а в дальнейшем и к развитию патологических изменений. Более половины средств современной фармакотерапии представляют собой потенциальные комплексообразующие вещества — лиганды, или металлы и их соединения. Комплексы металл-лекарство могут образовываться в организме в результате приема лекарств — потенциальных лигандов, за счет связывания металлов, входящих в состав маталлоферментов (так называемые эндогенные комплексы). В том и другом случае, образовавшиеся координационные соединения элементов, как правило, обладают большой биологической усваиваемостью, терапевтической эффективностью и безопасностью. Элементы-металлы и лиганды (например, глутаминовая, аспарагиновая, липоевая, аскорбиновая кислоты и др.), могут выступать в качестве активаторов или ингибиторов различных ферментов, что обусловливает их существенную роль в энзимотерапии различных заболеваний. В конечном итоге успехи координационной химии позволили в последнее десятилетие создать много новых высокоэффективных средств на основе соединений химических элементов и органического вещества (лиганда). В современной медицине металло-лигандные комплексы, наряду с их использованием в качестве самостоятельных терапевтических агентов, являются важными компонентами режимов рационального питания, требующих набора необходимых элементов в легко усваиваемой форме. Важнейшей особенностью функционирования химических элементов в организме является их взаимодействие друг с ДРУгом; часто это взаимодействие проявляется в виде синергических или антагонистических эффектов. По-видимому, синергистами можно считать такие элементы, которые взаимно способствуют абсорбции в пищеварительном тракте, «помогают» друг другу в осуществлении какой-либо функции на тканевом и клеточном уровне. В этом случае наблюдаются ситуации, характеризующиеся непосредственным взаимодействием элементов (напр.: Са и Р, Na и Cl), когда уровень абсорбции определяется их оптимальным соотношением в рационе и химусе. Сочетанное действие элементов в подобных случаях может быть опосредовано через процессы фосфорилирования в стенке кишечника или влияния на активность пищеварительных ферментов. Возможно также и непрямое взаимодействие, напр., путем стимуляции размножения и активности микрофлоры в желудке и кишечнике. Синергические механизмы функционируют также и на уровне тканевого и клеточного метаболизма. В числе таких механизмов можно выделить взаимодействие элементов в структурных процессах, напр., Са и Р — в формировании костей, Fe и Си — в синтезе гемоглобина, Мп и Zn — в конформации молекул РНК в печени. Элементы синергисты могут вместе участвовать в формировании активного центра какого-либо фермента (напр . , Fe и Мо в составе ксанти- и альдегидоксидаз, или Си и Ре — в составе цитохромоксидаз). Они также могут оказывать синергический эффект на активирование ферментных систем и усиление процессов синтеза веществ, активировать функции эндокринных органов и опосредованно влиять через гормоны на обменные процессы. Антагонистами можно считать элементы, которые тормозят абсорбцию друг друга в пищеварительном тракте или оказывают противоположное влияние на какую-либо биохимическую функцию в организме. В отличие от синергизма, который чаще бывает взаимным, антагонизм может быть обоюдным или односторонним. Так, Mg и Р, Zn и Си взаимно тормозят абсорбцию друг друга в кишечнике, а Са ингибирует абсорбцию Zn и Mg (но не наоборот). Эффект ингибирования абсорбции одних элементов другими в пищеварительном канале может быть обусловлен простым химическим взаимодействием элементов, конкуренцией за вещество-переносчик ионов в кишечной стенке, напр., Со2+, Fe 2+ На рис. 4 показаны основные взаимодействия химических элементов между собой. Безусловно, данная схема не отражает все возможные варианты взаимодействия. Кроме того, следует также учитывать и возможную специфику взаимосвязей у представителей разного пола при различных физиологических состояниях; психо-эмоциональной, физиологической нагрузки и времени года. Рис. 4. Взаимодействие химических элементов (по В. Momcilovic, 1987) В процессе тканевого метаболизма, где химические элементы находятся в основном в ионной форме, возможно существование ряда механизмов антагонистического взаимодействия, в числе которых механизм конкуренции ионов за активные центры в ферментных системах (напр. , Mg2+ и Мп 2+ в металлоферментных комплексах щелочной фосфатазы). В основе другого механизма лежит конкуренция за связь с веществом-переносчиком в крови (напр., Fe2+ и Zn2+ являются конкурентами за связь с трансферрином плазмы). Возможно также антагонистическое влияние ионов разных элементов на один и тот же фермент, активирование ионами ферментных систем выполняющих противоположные функции и т. д. Все вышеизложенное имеет большое значение не только потому, что уже изученные к настоящему времени двух-, трех- и многосторонние взаимосвязи между химическими элементами в организме исчисляются сотнями, но и потому, что эти сложнейпше взаимодействия определяют сложный характер клинических проявлений, возникающих вследствие нарушений метаболизма жизненноважных химических элементов. 1 .2. БИОЛОГИЧЕСКИЕ КЛАССИФИКАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Для систематизации сведений о содержании и физиологической роли химических элементов в организме в последние десятилетия был предложен ряд классификаций. Не рассматривая подробно каждую из них, остановимся лишь на некоторых принципиальных моментах. Один из принципов классификации — разделение химических элементов на группы, в зависимости от величины их содерэкания в теле млекопитающих и человека. Первую группу такой классификации составляют «макроэлементы», концентрация которых в организме превышает 0,01 % . К ним относятся О, С, Н, N, Са, Р, К, Na, S, Cl, Mg. В абсолютных значениях (из расчета на среднюю массу тела человека в 70 кг), величины содержания этих элементов колеблются в пределах от сорока с лишним кг (кислород) до нескольких г (магний). Некоторые элементы этой группы называют «органогенами» (О, Н, С, N, Р, S) в связи с их ведущей ролью в формировании структуры тканей и органов. Вторую группу составляют «микроэлементы» (концентрация от 0,00001 0/0 до 0,01 % В эту группу входят: Ре, Zn, Е, Sr, Мо, Си, Br, Si, СБ, Ј, Мп, Т, РЬ, Cd, В, Rb. Эти элементы содержатся в организме в концентрациях от сотен мг до нескольких г. Однако, несмотря на «малое» содержание, микроэлементы не случайные ингредиенты биосубстратов живого организма, а компоненты сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организма на всех этапах его развития. В третью группу включены «ультрамикроэлементы» , концентрация которых ниже 0,00000196 . Это Se, Со, У, Ст, As, Ni, Li, Ва, Ti, Ag, sn, ве, Ga, Ge, Hg, sc, zr, М, Sb, U, Th, Rh. Содержание этих элементов в теле человека измеряется в мг и мкг. На данный момент установлено важнейшее значение для организма многих элементов из этой группы, таких как, селен, кобальт, хром и др. В основе другой классификации лежат представления о физиологической роли химических элементов в организме. Согласно такой классификации макроэлементы, составляющие основную массу клеток и тканей, являются «структурными» элементами. К «эссенциальным» (жизненно-необходимым) микроэлементам относят Ре, Ј, Си, Zn, Со, Cr, Мо, Se, Мп, к «условно-эссенциальным» — As, В, Br, Р, Li, Ni, Si, V. Жизненная необходимость или эссенциальность (от англ. essential — «необходимый»), является важнейшим для жизнедеятельности живых организмов свойством химических элементов. Химический элемент считается эссенциальным, если при его отсутствии или недостаточном поступлении в организм нарушается нормальная жизнедеятельность, прекраикается развитие, становится невозможной репродукция. Восполнение недостающего количества такого элемента устраняет клинические проявления его дефицита и возвращает организму жизнеспособность. Хронология установления эссенциальности химических элементов приведена в табл. 2. К «токсичным» элементам отнесены Т, Cd, РЬ, Hg, Ве, Ва, Bi, Т1, к «потенциально-токсичным» — Ag, Аи, In, Ge, Rb, Ti, Те, U , W, Sn, Zr и др. Результатом воздействия этих элементов на организм является развитие синдромов интоксикаций (токсикопатий). В основе следующей классификации лежит «тропность» элементов к определенным органам и тканям. Согласно такой схеме, элементы предложено делить на три группы: локализующиеся в Таблица 2Хронология установления эссенциальности химических элементов (по В. L. 0'Dell, R. А. Sunde, 1995) год Элеиент Автор
Продолжение таблицы 2Год Автор 1935 Underwood, Кобальт предотвращает потерю аппети-
женное количество холекальциферола костной ткани, локализующиеся в ретикулоэндотелиальной системе и на элементы, не обладающие тканевой специфичностью. В соответствии с еще одной схемой классификации, элементы следует разделять также на три группы, но уже на основании их биологической роли в организме: жизненно необходимые, вероятно необходимые и элементы с малоизученной ролью. Согласно классификации, предложенной в последние годы В. Л. Сусликовым, химические элементы (так называемые «атомовиты» ) делятся: а) по количественному содержанию в теле человека (стабильные, постоянные, временные), б) «анатомо-физиологическим» свойствам (структурные, принимающие непосредственное участие в обмене веществ — биокаталитические, эндокринные, гематоатомовиты), в) «витальному значению» для организма человека (незаменимые, взаимозаменяемые, недостаточно изученные), г) интенсивности всасывания в желудочно-кишечном тракте. Обилие предложенных классификаций уже само по себе свидетельствует об их несовершенстве. Действительно, «структурные » элементы одновременно являются «эссенциальными» , в свою очередь, «эссенциальные» при определенных условиях становятся «токсическими», а «токсические» элементы в малых концентрациях могут быть полезными и даже необходимыми для организма. Поэтому некоторые из токсических элементов, такие как Cd, РЬ, А, Rb, называют «серьезными кандидатами на эссенциальность». Таким образом, огромная и разнообразная роль химических элементов в процессах жизнедеятельности и недостаточная изученность этой проблемы делают невозможным при современном уровне знаний создание единой совершенной классификации. Для обозначения химических элементов, обеспечивающих жизнедеятельность организма, предлагались различные названия, которые подчеркивали связь этих элементов с жизнью: биотический элемент, биогенный элемент, атомовит и др. По нашему мнению, использование для этой цели термина «биоэлемент» от греч. bios (жизнь), в качестве первой составной части термина (ср. — биотики, биосфера и др.), представляется наиболее правильным. Основные признаки биоэлементов: низкая токсичность; высокая усваиваемость; соответвующая форма нахождения в организме (соединения, аналогичные природным: глицинаты, аспартаты, фосфаты, цитраты, гистидинаты, оротаты и др.). Например, селен в виде селенита натрия не является биоэлементом в отличие от селеноцистеина или селенометионина, так же как цинк в виде сульфата по сравнению с аспарагинатом, глутаматом, пиколинатом и глицинатом цинка. Возможно, что свободный ион (катион, анион) — это переходная форма между химическим элементом и биоэлементом. Например, биоэлемент металл в составе метало-лигандного комплекса: мет алл — аминокислота (цинк — аспартат, гистидинат, глицинат); металл — органическая кислота (калия цитрат, кальция лактат и др.). Биоэлементами являются водород и кислород, входящие в состав молекул воды; азот, входящий в состав аммиака и др. Разумеется, роль многих химических элементов в организме в настоящее время еще до конца не выяснена. Однако с достаточной уверенностью можно предположить, что список необходимых для жизни «эссенциальных» элементов будет расширяться, пополняясь за счет «токсичных » элементов и тех элементов, чья биологическая роль пока еще недостаточно ясна. Что же касается рассмотренных выше классификаций, то, повидимому, наиболее обоснованным в настоящее время является деление биоэлементов на органогены, макро-, микро- и ультрамикроэлементы. Хотя это деление является чисто условным, в его основу положен достоверный факт, свидетельствующий о том, что отдельные биоэлементы в организме содержатся в различных количествах. Кроме того, исторически сложилось так, что с макроэлементами в большей мере связываются представления о «структурных» функциях, с микроэлементами — биохимическая и физиологическая активность, несоразмеримая с их малым содержанием в человеческом теле, а с ультрамикроэлементами — токсичность и недостаточная изученность их роли в организме. 1 .З. МИКРОЭЛЕМЕНТОЗЫ ЧЕЛОВЕКА: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ В нашей стране по предложению академика РАМН А. П. Авцына для обозначения всех патологических процессов, вызванных дефицитом, избытком или дисбалансом макро- и микроэлементов, введено понятие микроэлементозов, классификация которых приведена в табл. З. Под микроэлементозами человека. понимают состояния дефицита, избытка или дисбаланса химических элементов которые естественным образом отражаются на здоровье человека. 1 .4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В БИОСУБСТРАТАХ ЧЕЛОВЕКА Для определения содержания химических элементов применяются методы количественного анализа этих элементов в различных биосубстратах. В современной клинической медицине наиболее широкое распространение получил биохимический анализ, в ходе которого в биосубстратах (кровь, моча, слюна, спинномозговая жидкость) определяется концентрация ионов К+ Na+ Fe+ Zn+ Са2+, фосфат-ионов. В профилактической медицине, гигиене и экологии человека, судебно-медицинской экспертизе используются различные варианты химического анализа продуктов питания, объектов окружающей среды (почва, вода, воздух), токсикологический анализ биосубстратов. Для изучения элементного состава организма человека наиболее широко используется метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии, отличающийся высокой чувствительностью и возможностью определения химических элементов, находящихся в биосубстратах в очень низких концентрациях. В последнее время отмечается распространение методов определения с помощью атомной эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и масс-спектрометрии. Эти методы позволяют в одной пробе биосубстрата (волосы, ногти, кровь, моча, продукты питания и др.) одновременно определить содержание десятков химических элементов, что очень важно для оценки их взаимодействия и взаимовлияния в организме человека, обеспеченности человека микронутриентами. 1 .4.1 . Методы оценки элементного статуса человека Оценка элементного статуса человека является основным вопросом определения влияния на здоровье человека дефицита, избытка или нарушения тканевого перераспределения макро- и микроэлементов. Таблица ЗРабочая классификация микроэлементозов (МТОЗ) человека (по А. П. Авцын., ХА. Жаворонков. , МА. Риш, Л.Н. Строчкова, 1991)
Эта оценка производится или путем прямого определения содержания химических элементов в органах и тканях человека, или косвенно — изучением различных биохимических реакций и процессов, в которые вовлечены эти элементы. Следует отметить, что главной задачей всегда является выбор наиболее подходящих для целей исследования биосубстратов и методов анализа. Наиболее информативными для целей гигиенической, донозологической диагностики следует считать ткани или органы, которые вовлечены в процессы «хранения» (депонирования) и аккумуляции (концентрирования) химических элементов для их дальнейшего функционального использования (табл. 4.). Кратковременные по экспозиции и значительные по степени отклонения элементного статуса изменения отражены в их концентрациях в жидких средах организма, тогда как твердые ткани (волосы, норм, кости) характеризуют элементный статус, формирующийся в течение длительного времени (месяцы, коды). Тем самым твердые ткани более пригодны для целей как клинической, так и гигиенической донозологической диагностики. Серьезные изменения баланса химических элементов отражаются на элементном составе внутренних органов и тканей, которые являются информативными биосредами в первую очередь для целей клинической диагностики. Таблица 4 Информативность определения химических элементов в крови, моче и волосах (krause С. et al., 1989; Sabbioni Е. et al., 1992)
рольхимических В Российской Федерации в последнее десятилетие широкое распространение получило проведение элементного анализа волос. Этот анализ позволяет с высокой степенью надежности выделить группы риска по гипер- и гипоэлементозам для их дальнейшегО углубленного изучения и своевременно принять меры профилактического характера, направленные на восстановление нарушений гомеостаза элементов и связанных с ним биохимических и физиологических функций организма. 1 .4.2. Показания к проведению лабораторной диагностики Определение элементного состава биосред организма человека может использоваться при: мониторинге состояния здоровья, оценке уровня работоспособности и эффективности лечения; формировании групп риска по гипо- и гиперэлементозам; скрининг-диагностических исследованиях больших групп населения; подборе рациональной диеты как здоровому, так и больному человеку; составлении карт территорий риска заболеваний по нозологическим и системным формам патологии у детей и других возрастных групп населения; оценке взаимозависимости многосторонних связей цепи «человек-среда обитания » ; составлении карт экологического природного и техногенного неблагополучия регионов; изучении воздействия на организм вредных привычек детей и их родителей; экспертно-криминалистических исследованиях (идентификация личности в судебной медицине, метод выбора в подтверждение исследований по молекуле ДНК и генному коду). 1 .4.3. Методы определения элементов Атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС) Метод индивидуального определения порядка 70 элементов. Атомизация пробы в пламени, графитовой кювете или с использованием специальной техники (например, метод холодного пара, определение в виде гидридов). В настоящее время дан- ныЙ метод наиболее распространен в Российской Федерации, странах СНГ и Балтии. Достоинства: чрезвычайно высокая специфичность при определении элементов (позволяющая использовать упрощенную пробоподготовку). В графитовых кюветах: низкие пределы обнаружения, малый расход пробы. Недостатки: одноэлементный метод, ограниченная линейность области измерений (обычно 1:10). В графитовых кюветах: эффекты матрицы, летучесть соединений. Плазменная атомно-эмиссионная спектрометрия (ИСП-АЭС) Многоэлементный метод, пригодный для одновременного определения многих элементов, в то время как в ААС можно определять лишь отдельные элементы. Перспективный метод для скрининговых биомедицинских и экологических исследований. Достигаемые пределы обнаружения элементов лежат в интервале между пламенной и графитовой ААС (О, 1—100 мкг/л). Достоинства: относительно малые матричные эффекты, широкий диапазон измерений (1 : 10000), производительность выше, чем при использовании ААС. Недостатки: спектральные помехи, перекрывание эмиссионных линий некоторых элементов. Плазменная масс-спектрометрия (ИСП-МС) Многоэлементный метод. В последние годы считается наиболее перспективным методом для определения микро- и ультрамикроэлементов в биосубстратах. Используется в научно-исследовательских и клинических лабораториях. Достоинства: чрезвычайно низкие пределы обнаружения (по большинству элементов ниже 0,01 мкг/л), высокая производительность. Относится к специальным методам исследования ввиду возможности рпределения изотопов элементов. Позволяет проводить исследования с иск усственно обогащенными устойчивыми изотопами, анализ методом изотопного разбавления. Недостатки: высокая стоимость оборудования, повышенные требования к обслуживающему персоналу. Чрезвычайно низкие роль химических пределы обнаружения должны сочетаться с соответствующими высокими трудозатратами во избежание загрязнения проб. Ионная хроматография Относительно новый метод. При благоприятных условиях пределы обнаружения достигают 1 мкг/л. Достоинства: совместное определение присутствующих элементов из одной пробы. Прежде всего это щелочные и щелочноземельные металлы в водных растворах. Недостатки: полная минерализация пробы, малый имеющийся практический опыт применения. Полярографический метод (инверсионная амперометрия) Метод определения небольшого числа отдельных или совместно присутствующих элементов , в первую очередь для водных растворов. Достоинства: незначительные затраты на оборудование. Недостатки: полная минерализация пробы, большая вероятность внесения загрязнений (реагенты) или потерь, требует большого количества пробы. Нейтроноактивационный анализ (НАА)Многоэлементный метод. Применяется главным образом в научных исследованиях. Используется при подтверждении результатов других более производительных методов, например, для аттестации стандартных образцов и в арбитражном анализе. Достоинства: простая пробоподготовка, малый расход пробы, высокая селективность. Пределы обнаружения отдельных элементов достигают 0,001—1 нг/г, варианты неразрушающего контроля, не требует контрольного опыта. Недостатки: дорогостоящее оборудование и расходные материалы, значительные временные затраты. Время от анализа до получения результатов исследования по отдельным элементам может достигать 6 месяцев. Пламенная фотометрия Атомно-эмиссионный спектрометрический метод используется для рутинного определения некоторых элементов (напр. Na, К, И) в пробах хорошо известных объектов (плазма крови, моча). Применяется в клинических лабораториях . ДОСТСанства: простой производительный метод, умеренные требованзя к обслуживанию. Недотатки : ограниченно пригоден для некоторых элементов, невысока{ чувствительность (1—100 мг/л). Спектрофотометрический метод Измерние молекулярного поглощения окрашенными комплекснымр соединениями исследуемых элементов с подходящими реагетами, например, с дитизоном. Достошства: малые затраты на оборудование. Недосатки: полная минерализация пробы, большая вероятность внеения загрязнений (проба, посуда, реагенты), требует большого :оличества пробы и временных затрат. Реигено-флуоресцентная спектрометрия (РФА) Многолементный метод определения основных компонентов. Использунт два типа приборов: с дисперсией по длинам волн и энергиям.Применение в медицине ограничено. Достоюства: Высокая производительность за счет относительно простойпробоподготовки. Приборы с дисперсией по энергиям позволяютбыстро выполнить качественный и количественный обзорный анлиз. Недостатки: количественное определение содержащихся в пробе эле№нтов ограничено за счет одновременного усиления и ослаблениз рентгенофлуоресцентного излучения. 1.4.4. Биохимические индикаторы элементного статуса Кроме фямого определения химических элементов в тканях, судить об и: статусе можно и с помощью определения соответствующих биоммических показателей (табл. 5). Эти показатели зависят от кщцентрации химических элементов в тканях и органах, поэтоиу косвенно отражают их дефицит или избыток. Например, дефиците цинка может изменяться активность Znзависимых сарбоангидразы, щелочной фосфатазы, карбоксипептидазы и других ферментов. Классическими биохимическими индикаторам интоксикации свинцом являются показатели порфириновогс обмена, гипохромная анемия, анизоцитоз и другие [Вматологитеские показатели. Статус селена можно определить с помощью ахтивности глутатионпероксидазы эритроцитов и показателей прекисного окисления липидов. зо | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||