Measuring changes in serum, hair and urinary levels of cobalt, copper, manganese, and iron in obesity and hypertention using the ICP-MS technique
Authors: Тиньков А.А. , Айсувакова О.П. , Скальная М.Г. , Карганов М.Ю. , Chang S. J.-S. , Скальный А.В. 
Published: June 2020

Введение. Нарушения металлолигандного гомеостаза патогенетически связаны с развитием ожирения. Несмотря на то, что обмен железа при ожирении изучен достаточно детальноно, данные касающиеся обмена других металлов недостаточны. Цель исследования -- изучение содержания кобальта, железа, меди и марганца в сыворотке крови, моче и волосах пациентов с ожирением в зависимости от наличия у них артериальной гипертонии. Методика. Обследованы 395 лиц обоего пола: 196 с ожирением и 199 с нормальной массой тела. На основании данных амбулаторных карт среди обследуемых пациентов с ожирением артериальная гипертония была диагностирована у 43%, атеросклероз у 9% и нарушение толерантности к глюкозе и/или сахарный диабет 2 типа -- 11%. Анализ содержания кобальта (Co), железа (Fe), меди (Cu) и марганца (Mn) в волосах, сыворотке крови и моче проводили с использованием масс-спектрометра с индуктивно-связанной плазмой NexION 300D (PerkinElmer Inc., США) оснащенном ESI SC-2 DX4 autosampler (Elemental Scientific Inc., США). Калибровка ICP-DRC-MS системы проводилась с использованием растворов металлов, приготовленных на основе Universal Data Acquisition Standards Kit (PerkinElmer Inc., США). Внутренняя стандартизация проводилась с использованием растворов иттрия и родия 10 мг/л Pure Single-Element Standard (PerkinElmer Inc., США). Контроль качества проводился с использованием референтных образцов волос (GBW09101, SINR, Китай), сыворотки и мочи (ClinChek Plasma/Urine Control, Recipe, Германия). Результаты. Установлено, что в сыворотке крови пациентов с ожирением концентрация Co и Fe снижалась статистически значимо на 32% и 12% соответственно. Уровень Cu и Mn превышал соответствующие контрольные значения на 12% и 4%. Содержание Co, Cu и Mn в волосах обследуемых пациентов с ожирением было ниже контроля на 16%, 8% и 20%, соответственно. Отмечалось статистически значимое увеличение содержания железа в волосах на 55% по сравнению с контролем. Концентрация Co и Fe в моче пациентов с ожирением была соответственно ниже на 34% и выше на 25% относительно контрольных значений. При этом у пациентов с ожирением и гипертонией обнаруживалось статистически значимое повышение концентрации меди в сыворотке крови (на 9%), кобальта в моче (на 69%), а также содержания марганца в волосах (на 69%) по сравнению с соответствующими показателями у пациентов с ожирением без гипертонии. Заключение. Можно предположить, что дисбаланс металлов в организме вносит вклад в формирование ожирение-ассоциированных патологий, в том числе в развитие артериальной гипертензии.

Background. Disorders of the metal-ligand homeostasis are pathogenetically associated with obesity. Although impaired iron metabolism in obesity is relatively well studied information about other essential metals is insufficient. Objective. The objective of the study was to assess serum, urine, and hair levels of cobalt, iron, copper, and manganese in obese subjects in relation to the presence of hypertension. Methods. 396 adults with obesity (n = 196) and normal weight (n = 199) were examined. Based on clinical records of the patients with obesity, 43% of them had arterial hypertension, 9% had atherosclerosis, and 11% had impaired glucose tolerance and/or type 2 diabetes mellitus. Measurements of hair, serum, and urinary levels of cobalt (Co), iron (Fe), copper (Cu) and manganese (Mn) were performed using a NexIOD 300D inductively-coupled plasma mass-spectrometer (PerkinElmer Inc., USA) equipped with an ESI SC-2 DX4 autosampler (Elemental Scientific Inc., USA). The ICP-DRC-MS system was calibrated with metal solutions prepared with a Universal Data Acquisition Standards Kit (PerkinElmer Inc., USA). Pure Single-Element Standard yttrium and rhodium solutions (10 mg/l) (PerkinElmer Inc., USA) were used as internal standards. Reference samples of hair (GBW09101, SINR, China), serum, and urine (ClinChek Plasma/Urine Control, Recipe, Germany) were used for quality control. Results. Serum levels of Co and Fe were statistically significantly 32% and 12%, respectively, lower in obese patients than in normal-weight controls. Serum concentrations of Cu and Mn in obese patients exceeded the control values by 12% and 4%, respectively. Hair contents of Co, Cu, and Mn in obese subjects were 16%, 8%, and 20%, respectively, lower as compared to the respective control values. Hair Fe in obesity was 55% elevated compared to normal-weight values. Urinary Co and Fe in obese subjects were 34% lower and 25% higher, respectively, than in healthy controls. At the same time, patients with obesity and hypertension had elevated serum Cu, urinary Co, and hair Mn compared to obese normotensive subjects. Conclusion. The impaired metal homeostasis may contribute to the development of obesity-associated disorders including hypertension.