Методические подходы определения алюминия в биологических субстратах

43. Stephenson C.D., Lockwood C.J., Ma Y., et al. Thrombin-dependent regulation of matrix metalloproteinase (MMP)-9 levels in human fetalmembranes // J Matern Fetal Neonatal Med. - 2005. - Vol. 18. №1. - P.17-22.

44. Tamassia N., Le Moigne V., Calzetti F., et al. The MyD88-independent pathway is not mobilized in human neutrophils stimulated via TLR4 // J Immunol. - 2007. - Vol. 178. №11. -P.7344-7356.

45. Tita Alan T.N., Andrews W.W. Diagnosis and Management of Clinical Chorioamnionitis // Clin Perinatol. - 2010. - Vol. 37. №2. - P.339-354.

46. Wang H., Parry S. Functionally significant SNP MMP-8 promoter haplotypes and preterm premature rupture of membranes // Hum. Mol. Genet. - 2004. - Vol. 13. №21. - P.2659-2669.

47. Wang H., Parry S., Macones G., et al. A functional SNP in the promoter of the SERPINH1 gene increases risk of preterm premature rupture of membranes in African Americans // Proc Natl Acad Sci USA. - 2006. - Vol. 103. №36. - P.13463-13467.

48. Weiss A., Goldman S., Shalev E. The matrix metalloproteinases (MMPS) in the decidua and fetal membranes // Front. Biosci. - 2007. - Vol. 12. - P.649-659.

49. Woods J.R., Plessinger M.A., Miller R.K. Vitamins C and E: missing links in preventing preterm premature rupture of membranes? // Am J Obstet Gynecol. - 2001. - Vol. 185. №1. -P.5-10.

50. Xu P., Alfaidy N., Challis J.R. Expression of matrix metalloproteinase (MMP)-2 and MMP-9 in human placenta and fetal membranes in relation to preterm and term labor // J Clin Endocrinol Metab. - 2002. - Vol. 87. №3. - P.1353-1361.

Информация об авторах:

Дмитриенко Ксения Владимировна - врач акушер-гинеколог, e-mail: tishkovakseni@mail.ru; Игитова Марина Борисовна - д.м.н., профессор кафедры акушерства и гинекологии, e-mail: igitova-2011@mail.ru

Information About the Authors:

Dmitrienko Ksenia Vladimirovna - obstetrician, e-mail: tishkovakseni@mail.ru; Igitova Marina Borisovna - Ph.D., MD, Professor, e-mail: igitova-2011@mail.ru

© МЕРИНОВ A.B., ЖУРБА O.M., ЛИСЕЦКАЯ Л.Г. - 2014 УДК: 543.62

методические подходы определения Алюминия в биологических субстратах

Алексей Владимирович Меринов, Ольга Михайловна Журба, Людмила Гавриловна Лисецкая

Резюме. В статье рассмотрены различные методы определения алюминия в биологических материалах (кровь, моча, волосы и т.д.), приведены пределы обнаружения аналитических методов. Анализ литературы показал, что для проведения биологического мониторинга алюминия широко используются методы атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и атомно-абсорбционная спектрометрия. В Российской Федерации аттестованы методы атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой, использующие дорогостоящее и сложное в эксплуатации оборудование, что затрудняет их массовое использование.

Ключевые слова: алюминий, биологические материалы, методы определения.

METHODOLOGICAL ASPECTS OF CHEMICAL AND ANALYTICAL MONITORING OF ALUMINIUM IN BIOLOGICAL SUBSTRATES

A.V. Merinov, O.M. Zhurba, L.G. Lisetskaya

Summary. This article describes various methods for determination of aluminum in biological materials (blood, urine, hair, etc.), shows the detection limits of analytical methods. Analysis of the literature showed that for biomonitoring aluminum widely used methods of atomic emission spectrometry and mass spectrometry with inductively coupled plasma and atomic absorption spectrometry. In Russia certified the methods of atomic-emission spectrometry and mass spectrometry with inductively coupled plasma, using expensive and complex equipment in operation, which makes it difficult for mass use.

Key words: aluminium, biological materials, methods of determination.

Определение алюминия в биологических субстратах имеет диагностическое значение, поскольку длительное воздействие соединений алюминия оказывает неблагоприятное влияние на почки, центральную нервную систему, кости, легкие, костный мозг, яичники, матку и молочные железы. Основными проявлениями избытка алюминия являются: болезнь Альцгеймера (болезнь, вызывающая слабоумие с тяжелыми поражениями нейропсихической сферы), энцефалопатии, заболевания легких и бронхов (алюминоз легких, алюминиевые бронхиты), заболевания сердца, заболевания костей [1,2,5,9].

По содержанию в организме алюминий относится к группе микроэлементов [4,8], а, исходя из биологической роли, отнесён к токсичным элементам [4,8,9].

С аналитической точки зрения биологические субстраты являются очень трудными объектами не только из-за сложного матричного состава (органические

компоненты крови, плазмы и даже сыворотки, высокий солевой фон мочи), но и в силу очень малых концентраций большинства микроэлементов [4].

Оценку содержания алюминия в организме проводят по результатам исследований крови (цельной или сыворотки), мочи, волос, ткани головного мозга [2,3,6,7,10-20].

В практике определения алюминия в организме человека применяются:

- колориметрический метод, основанный на применении аммонийной соли ауринтрикарбоновой кислоты (алюминона), которая образует с алюминием ярко-красный лак [2];

- методы атомной эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС) [3,6];

- масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) [3,7,11,13,15];

- метод атомно-абсорбционной спектрометрии

с электротермической атомизацией (ААС-ЭТА) [10,12,14,16-20].

Атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-АЭС). Метод, описанный в работе [6], применяется для определения микроэлементов (алюминия, бария, бериллия и т.д.) в диагностирующих биосубстратах (волосы, ногти, кровь, плазма, грудное молоко, моча, аутопсийные материалы (печень, почки, миокард, плацента), слюна, зубы), а также в препаратах аминокислот, поливитаминных препаратах с микроэлементами, в биологически активных добавках к пище и в сырье для их изготовления. Метод заключается в переведении проб в растворенную форму (обработкой проб концентрированной азотной кислотой при открытом и автоклавном разложении) и последующем анализе.

Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС). В работе [7] методика применяется для количественного определения элементов (серебра, алюминия, мышьяка, золота и т.д.) в диагностируемых биосубстратах: волосы, ногти, кровь, плазма, грудное молоко, моча,

перекиси водорода, Тритона Х-100 (для стабилизации клеточных мембран и протеинов поверхностно активных веществ) [12,16].

- Непосредственный анализ.

При анализе образцов тканей, пробы высушивают до постоянной массы, затем вываривают с азотной кислотой и перекисью водорода в микроволновой печи с последующим разбавлением водой. Полученный раствор подвергается анализу [14]. Методика определения алюминия в волосах, описанная в работе [10], заключается в следующем:

- Измельчение образцов волос и разбавление полученной суспензии водой;

- Атомно-абсорбционный анализ с ЭТА, с предварительным смешиванием аликвот пробы с химическими модификаторами и глицерином.

Пределы обнаружения ряда методов определения алюминия в биологических субстратах представлены в таблице 1.

Говоря об общих тенденциях определения алюминия

аутопсийные материалы (печень, почки, миокард, плацента), слюна, зубы и в препаратах аминокислот, поливитаминных препаратах с микроэлементами, биологически активных добавках к пище и в сырье для их изготовления. Метод заключается в пробоподго-товке образцов и последующем анализе. Подготовка образцов осуществляется с использованием двух методов разложения: 1) кислотное растворение в открытых сосудах, без полного разрушения органической матрицы; 2) кислотное разложение («мокрое озоление») с использованием систем микроволновой пробоподготовки.

Атомно-абсорбционная спектрометрия с электротермической атомизацией (ААС-ЭТА). Анализ жидких биопроб методом ААС-ЭТА можно разделить на два этапа:

- Разбавление проб или азотной кислотой [16,18-20], или азотной кислотой с добавлением перекиси водорода [12], или азотной кислотой с добавлением, помимо

Методики определения алюминия в биосредах

Таблица 1

№ Объект анализа Метод анализа Предел обнаружения Литература

1 Волосы, ногти, кровь, плазма, грудное молоко, моча, печень, почки, миокард, плацента, слюна, зубы ИСП-АЭС 32 мкг/л 6

2 Волосы, ногти, кровь, плазма, грудное молоко, моча, печень, почки, миокард, плацента, слюна, зубы ИСП-МС 20 нг/л 7

3 Цельная кровь ИСП-МС 4,73 мкг/л 13

4 Цельная кровь, сыворотка, моча ИСП-МС 0,05 мкг/л 11

5 Моча ААС-ЭТА 1,1 мкг/л 12

6 Сыворотка, моча ААС-ЭТА 0,54 мкг/л и 1,89 мкг/л для сыворотки и мочи соответственно 20

7 Сыворотка, моча ААС-ЭТА 0,4 мкг/л (и для сыворотки и для мочи) 16

8 Плазма, моча ААС-ЭТА 1,34 мкг/л и 1,0 мкг/л для плазмы и мочи соответственно 18

9 Волосы ААС-ЭТА 0,9 мкг/кг 10

в биопробах, необходимо отметить широкое использование методов атомно-эмиссионной спектрометрии, масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и атомно-абсорбционной спектрометрии. В то же время рассматриваемые методики ИСП-АЭС и ИСП-МС высокого разрешения практически полностью позволяют устранить мешающее влияние, но требуют больших расходов аргона высокой чистоты, по сравнению с методом ААС-ЭТА, что затрудняет их массовое использование.

В целом методики, созданные на основе этих методов, могут быть рекомендованы для клинико-диагностических исследований в рамках персонализированной медицины.

ЛИТЕРАТУРА

1. Авцын А.П., Жаворонков А.А., Риш М.А., Строчкова Л.С. Микроэлементозы человека. - М.: Медицина. - 1991. -495 с.

2. Бандман А.Л., Гудзовский Г.А., Дубейковская Л.С. и др. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов I-IV групп: справ. - Ленинград: Химия, 1988. -512 с.

3. Детков В.Ю., Скальный А.В. Содержание химических элементов в волосах детей, проживающих в Санкт-Петербурге // Вестник Российской военно-медицинской академии. - 2013. - Т. 44. №4. - С.155-158.

4. Иваненко Н.Б., Ганеев А.А., Соловьев Н.Д., Москвин Л.Н. Определение микроэлементов в биологических жидкостях // Журнал аналитической химии. - 2011. - Т. 66. №9. - С.900-915.

5. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: справ. - Кн. 2. - М.: Недра, 1994. -303 с.

6. Определение содержания химических элементов в диагностируемых биосубстратах, поливитаминных препаратах с микроэлементами, в биологически активных добавках к

пище и в сырье для их изготовления методом атомной эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой. Методические указания. МУК 4.1.1482-03. (дата введения 30.06. 2003 г.).

7. Определение содержания химических элементов в диагностируемых биосубстратах, препаратах и биологически активных добавках методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной аргоновой плазмой. Методические указания. МУК 4.1.1483-03. (дата введения 30. 06. 2003 г.).

8. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине.

- М.: Мир. - 2003. - 272 с.

9. Токсикологическая химия. Метаболизм и анализ токсикантов: учебное пособие / Под ред. Н.И. Калетиной. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. - 1016 с.

10. Bermejo-Barrera P., Moreda-Pineiro A., Moreda-Pineiro J., Bermejo-Barrera A. Determination of aluminium and manganese in human scalp hair by electrothermal atomic absorption spectrometry using slurry sampling // Talanta. - 1998. - Vol. 45.

- P.1147-1154.

11. Bocca B., Alimonti A., Petrucci F., et al. Quantification of

trace elements by sector field inductively coupled plasma mass spectrometry in urine, serum, blood and cerebrospinal fluid of patients with Parkinson's disease // Spectrochim. Acta Part B: Atomic Spectroscopy. - 2004. - Vol. 59. - P.559-566.

12. Campillo N., Vinas P., Lopez-Garcia I., Hernandez-Cordoba M. Determination of molybdenum, chromium and aluminium in human urine by electrothermal atomic absorption spectrometry using fast-programme methodology // Talanta. - 1999. - Vol. 905. - P.905-912.

13. Dllio S., Violante N., Di Gregorio M., et al. Simultaneous quantification of 17 trace elements in blood by dynamic reaction cell inductively coupled plasma mass spectrometry (DRC-ICP-MS) equipped with a high-efficiency sample introduction system // Anal. Chim. Acta. - 2006. - Vol. 579. - P.202-208.

14. House E., Esiri M., Forster G., et al. Aluminium, iron and copper in human brain tissues donated to the medical research council's cognitive function and ageing study // Metallomics. -2012. - Vol. 4. - P.56-65.

15. Ivanenko N.B., Ivanenko A.A., Solovyev N.D., et al. Biomonitoring of 20 trace elements in blood and urine of occupationally exposed workers by sector field inductively

coupled plasma mass spectrometry // Talanta. - 2013. - Vol. 116. - P.764-769.

16. Magalhäes C.G., Lelis K.L.A., Rocha C.A., da Silva J.B.B. Direct determination of aluminium in serum and urine by electrothermal atomic absorption spectrometry using ruthenium as permanent modifier // Anal. Chim. Acta. - 2002. - Vol. 464. -P.323-330.

17. RöllinH.B., TheodorouP., CantrellA.C. Biological indicators of exposure to total and respirable aluminium dust fractions in a primary aluminium smelter // Occupational and Environmental Medicine. - 1996. - Vol. 53. - P.417-421.

18. Rossbach B., Buchta M., Csanady G.A., Filser G. Biological monitoring of welders exposed to aluminium // Toxicology Letters. - 2006. - Vol. 162. - P.239-245.

19. Sjögren B., Iregren A., Frech W., et al. Effects on the nervous system among welders exposed to aluminium and manganese // Occupational and Environmental Medicine. - 1996. - Vol. 53. -P.32-40.

20. Valkonen S., Aitio A. Analysis of aluminium in serum and urine for the Biomonitoring of occupational exposure // The Science of the Total Environment. - 1997. - Vol. 199. - P.103-110.

REFERENCES

1. Avtsyn A.P., Zhavoronkov A.A., Rish M.A., Strochkova L.S. Microelementoses of human. - Moscow: Meditsina. - 1991. -495 p.

2. Bandman A.L., Gudzovskiy G.A., Dubeykovskaya L.S., et al. Harmful chemicals. Inorganic compounds of elements of groups I-IV: a handbook. - Leningrad: Khimiya, 1988. - 512 p.

3. Detkov V.Yu., SkalnyA.V. The content of chemical elements in the hair of children living in Saint-Petersburg // Vestnik Rossiyskoy voenno-meditsinskoy akademii. - 2013. - Vol. 44. №4.

- P.155-158

4. Ivanenko N.B., Ganeev A.A., Solovyev N.D., Moskvin L.N. Determination of micro elements in biological fluids // Zhurnal analiticheskoy khimii. - 2011. - Vol. 66. №9. - P.900-915

5. Ivanov V.V. Environmental geochemistry of elements: a handbook. - Moscow: Nedra, 1994. - Is. 2. - 303 p.

6. Determination of chemical elements in diagnosable biosubstrates, multivitamin preparations with microelements, biologically active additives to food and raw materials for their production by atomic emission spectrometry with inductively coupled argon plasma. Methodical instructions. MUK 4.1.148203.

7. Determination of chemical elements in diagnosable biosubstrates, multivitamin preparations with microelements, biologically active additives to food and raw materials for their production by mass spectrometry with inductively coupled argon plasma. Methodical instructions. MUK 4.1.1482-03.

8. Skal'nyy A.V., Rudakov I.A. Bioelements in medicine. -Moscow: Mir, 2003. - 272 p.

9. Toxicological Chemistry. Metabolism and analysis of toxicants: a tutorial / Ed. N.I. Kaletinoy. - Moscow: GEOTAR-Media, 2008. - 1016 p.

10. Bermejo-Barrera P., Moreda-Pineiro A., Moreda-Pineiro J., Bermejo-Barrera A. Determination of aluminium and manganese in human scalp hair by electrothermal atomic absorption spectrometry using slurry sampling // Talanta. - 1998. - Vol. 45.

- P.1147-1154.

11. Bocca B., Alimonti A., Petrucci F., et al. Quantification of trace elements by sector field inductively coupled plasma mass

spectrometry in urine, serum, blood and cerebrospinal fluid of patients with Parkinson's disease // Spectrochim. Acta Part B: Atomic Spectroscopy. - 2004. - Vol. 59. - P.559-566.

12. Campillo N., Vinas P., Lopez-Garcia I., Hernandez-Cordoba M. Determination of molybdenum, chromium and aluminium in human urine by electrothermal atomic absorption spectrometry using fast-programme methodology // Talanta. - 1999. - Vol. 905.

- P.905-912.

13. D'Ilio S., Violante N., Di Gregorio M., et al. Simultaneous quantification of 17 trace elements in blood by dynamic reaction cell inductively coupled plasma mass spectrometry (DRC-ICP-MS) equipped with a high-efficiency sample introduction system // Anal. Chim. Acta. - 2006. - Vol. 579. - P.202-208.

14. House E., Esiri M., Forster G., et al. Aluminium, iron and copper in human brain tissues donated to the medical research council's cognitive function and ageing study // Metallomics. -2012. - Vol. 4. - P.56-65.

15. Ivanenko N.B., Ivanenko A.A., Solovyev N.D., et al. Biomonitoring of 20 trace elements in blood and urine of occupationally exposed workers by sector field inductively coupled plasma mass spectrometry // Talanta. - 2013. - Vol. 116.

- P.764-769.

16. Magalhäes C.G., Lelis K.L.A., Rocha C.A., da Silva J.B.B. Direct determination of aluminium in serum and urine by electrothermal atomic absorption spectrometry using ruthenium as permanent modifier // Anal. Chim. Acta. - 2002. - Vol. 464. -P.323-330.

17. RöllinH.B., TheodorouP., CantrellA.C. Biological indicators of exposure to total and respirable aluminium dust fractions in a primary aluminium smelter // Occupational and Environmental Medicine. - 1996. - Vol. 53. - P.417-421.

18. Rossbach B., Buchta M., Csanady G.A., Filser G. Biological monitoring of welders exposed to aluminium // Toxicology Letters. - 2006. - Vol. 162. - P.239-245.

19. Sjögren B., Iregren A., Frech W., et al. Effects on the nervous system among welders exposed to aluminium and manganese // Occupational and Environmental Medicine. - 1996. - Vol. 53. -P.32-40.

20. Valkonen S., Aitio A. Analysis of aluminium in serum and urine for the Biomonitoring of occupational exposure // The Science of the Total Environment. - 1997. - Vol. 199. - P.103-110.

Информация об авторах:

Меринов Алексей Владимирович - младший научный сотрудник лаборатории физико-химических методов исследований, е-mail: alek-merinov@mail.ru; Журба Ольга Михайловна - к.б.н., заведующая лабораторией физико-химических методов исследований, 665827, Россия, Иркутская область, г. Ангарск-27, а/я 1170, е-mail: labchem99@gmail.com; Лисецкая Людмила Гавриловна - к.б.н., научный сотрудник лаборатории физико-химических методов исследований,

е-mail: labchem99@gmail.com.

Information About the Authors:

Merinov Alexey Vladimirovich - junior researcher laboratory of physical-chemical methods of research, e-mail: alek-merinov@mail.ru; Zhurba Ol'ga Mikhaylovna - PhD, head laboratory of physical-chemical methods of research, e-mail: labchem99@gmail.com; Lisetskaya Lyudmila Gavrilovna - PhD, researcher laboratory of physical-chemical methods

of research, е-mail: labchem99@gmail.com.