Региональные особенности микроэлементного состава патогенных биоминералов

ХИМИЯ

Вестник Омского университета, 2006. № 3. С. 26-27. © Л.В. Бельская, О.А. Голованова, С.А. Лемешева, 2006

УДК 543.423

РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПАТОГЕННЫХ

БИОМИНЕРАЛОВ

Л.В. Бельская, О.А. Голованова, С.А. Лемешева

Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского, кафедра неорганической химии

644077, Омск, пр. Мира, 55a

Получена 12 января 2006 г.

Peculiarities of microelement composition of biominerals (uric, dental and gall stones) are determined by synchrotron X-ray fluorescence spectrometry.

Организм человека - биохимическая система, жизнедеятельность которой характеризуется определенным элементным составом, напрямую зависящим от геохимических факторов окружающей организм среды. При их негативном влиянии изменяется минеральный обмен, что может привести к развитию различных патологий, например, образованию органоминеральных агрегатов: уролитов, холеолитов, дентолитов, саливо-литов, ринолитов, кальцификатов, пульмалитов, остеолитов и т.д. Работы в области изучения патологии, связанной с действием микроэлементов, ведутся уже более 20 лет, и рядом авторов сделаны обобщения о заболеваниях биогеохимической природы [1].

Цель работы - выявить особенности микроэлементного состава патогенных образований различной локализации в зависимости от местных природных и техногенных факторов среды обитания на примере Омского региона.

Методика эксперимента. Объектами исследования являются коллекции почечных (170), зубных (89) и желчных (120) камней жителей Омского региона, а также образцы ротовой жидкости (10) и желчи (17). Ранее для установления минерального состава патогенных минералов был проведен рентгенофазовый анализ [2]. Все исследуемые образцы камней (коллекции Омска и Новосибирска) были подвергнуты анализу на станции энергодисперсионного рентгено-флуоресцентного элементного анализа ВЭПП-3 Центра синхротронного излучения ИЯФ СО РАН (г. Новосибирск). Расчет содержания элементов проводился методом внешнего стандарта [3]. Образцы сравнения - стандарты горных пород СТ-1а (трапп), СА-1 (алевролит), СГ-2 (гранит), СИ-1 (известняк). Пределы обнаружения элементов

(0,1 — 2,0) * 10-4%, коэффициент вариации -2 ^ 5%. Элементы образцов ротовой жидкости и желчи определены методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (АЭС-ИСП) на ИПС-спектрометре OPTIMA 2000 DV.

Микроэлементы зубных камней и ротовой жидкости. В анализируемых образцах зубных камней обнаружено 14 микроэлементов: Ti, V, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Br, Rb, Zr, Ag, Sn, I, Ba (табл.1). Основным минеральным компонентом проанализированной коллекции зубных камней является гидроксилапатит. Высокое содержание элементов, в данном случае, вероятно, связано с изовалентным и гетеровалентным изоморфным внедрением их в структуру апатита.

Специфика экологической обстановки регионов также отражается на микроэлементном составе зубных камней. Так, сравнение полученных нами экспериментальных данных с литературными для г. Москвы [4] показало, что ряд средних концентраций химических элементов в зубных отложениях жителей г. Омска: Zn > Fe > Rb > Ti > Ba > Cu > Ni > V > Mn > Br > Ag > Sn > I > Zr практически противоположен ряду средних концентраций для г. Москвы: Fe > Ti > Zn > Mn > Ni > Cu > Ba > Zr > V. Кроме того, в зубных камнях населения Омского региона наблюдается значительное увеличение содержания Zn по сравнению с Fe (в 2,5 раза выше), тогда как для г. Москвы [4] - содержание железа значительно выше, чем цинка (в 9 раз). Ряд средних концентраций химических элементов в зубных отложениях жителей г. Омска (Zn > Fe > Cu > Ni > Mn) очень близок к таковому для ротовой жидкости ( Zn > Fe > Cu > Mn > Ni), поскольку вероятным источником по-

Региональные особенности микроэлементного состава патогенных биоминералов

27

ступления микроэлементов в состав зубных кам- Ев. Во всех группах агрегатов присутствует сеней является смешанная слюна. ребро, в фосфатной и уратной - примеси мышья-

Таблица 1

Микроэлементный состав зубных камней Омской и Московской коллекций [4], мас.%

Химический элемент Минимальное содержание Максимальное содержание Среднее содержание Среднее содержание по данным [4]

Ев 0.84 * 10-2 4.16 * 10-2 (1.78 ± 0.7) * 10-2 (1.4 ± 0.1) * 10-2

Тг 1.0 * 10-3 2.1 * 10-2 (6.2 ± 1.3) * 10-3 (6.4 ± 3.3) * 10-3

V 1.0 * 10-3 6.8 * 10-3 (2.6 ± 1.2) * 10-3 (2.4 ± 0.2) * 10-5

Мп 1.0 * 10-3 2.6 * 10-3 (1.8 ± 0.9) * 10-3 (1.3 ± 0.1) * 10-3

Ыг 0.5 * 10-3 4.7 * 10-3 (2.8 ± 1.3) * 10-3 (0.3 ± 0.02) * 10-3

Си 1.0 * 10-3 7.5 * 10-3 (з.з ± 1.2) * 10-3 (1.6 ± 0.1) * 10-4

2п 0.3 * 10-2 8.8 * 10-2 (4.5 ± 2.1) * 10-2 (1.6 ± 0.1) * 10-3

Микроэлементы почечных камней различного минерального состава. Данные рент-гено-флуоресцентного анализа почечных камней выявили в их составе 29 элементов: К, Ыа, V, N1, Р, Б, Са, Лв, Бв, Вт, С1, Е, ЯЬ, Бг, У, 2т, ЫЬ, Мо, W, Лд,С/1,1п,БЪ,Тв,1,С8,Ва,Ьа,Св. По данным рентгенофазового анализа [2] выделено 5 минеральных групп почечных камней: оксалатные (25.5 %), уратные (6.7 %), фосфатные (9.7 %), фосфатно-оксалатные (47.3 %) и уратно-оксалат-ные (10.8 %). Относительное содержание элементов зависит от минерального состава исследуемого образца (табл. 2). Согласно результатам кластерного анализа, разные группы почечных камней (оксалатные, фосфатные и уратные) отличаются по содержанию Са, Р, Мд, Ыа, К,Б,Е (0.4^ 31 мас. %.) и Бт^п, Ва, Си, Вг, РЬ, БЬ, 2г, ЯЬ (0.0005 ^ 0.05 мас. %). Для оксалатных камней свойственно высокое содержание серы (0.4 ^ 0.7 мас.%), в остальных - менее 0.07 мас.%. Это можно объяснить большим количеством серосодержащих соединений белковой природы в данной группе агрегатов [5].

Элементный состав почечных камней О

ка (в Омской - Лв встречается только в урат-ных камнях), в уратной и оксалатной - содержится молибден. Такое различное распределение элементов по кластерам для коллекций разных регионов, вероятно, связано со спецификой экологической обстановки в каждом из них.

Интересным является соотнесение ряда средних концентраций химических элементов в моче среднестатистического человека [7]: Ыа > К > Б > Бг > Вт > Ев > > Ыг > Мп > I > Си, Б в > РЬ > Лв с рядом средних массовых содержаний данных элементов в почечных камнях жителей Омского региона: Ыа > К > Б > Бг > Ев > > I > РЬ > Вт > Ыг, Си > Мп > Лв > Бв . При сравнении видно, что в почечных камнях жителей г. Омска избирательно накапливаются Ев, 2п,Си, Лв и, особенно, I и РЬ, это, по-видимому, связано с особенностями изоморфизма слагающих их минералов.

Микроэлементы желчных камней и желчи. При анализе фазового состава коллекции желчных камней Новосибирского региона и Омской области установлено, что в более чем 90%

Т а б л и ц а 2 :кой и Новосибирской коллекции [6]

Минеральная группа Относительное содержание

Фосфатная Мд> Р > К > Бт >С<1> 2п> БЬ>1>Ва> Бг>Е >2т>ЯЬ К > Бт >Тг> Ыг> 2п> С<1> I > Вт > ЯЬ

Оксалатная Б > Ев > Ст > Си К > 2п> Бт > Ев > Ыг > Си > Тг > I

Уратная Мп > Си > Лв > Бв > Вт > Ев > Тг > Мп > 2п > I > Си

В других регионах наблюдается иное распределение элементов по группам минералов почечных камней. Так, в Новосибирской коллекции [6] (табл. 2) в фосфатной группе наблюдается больший набор тяжелых металлов: Тг, Ыг, 2п, V, Мо; в оксалатной - Ыг, Тг, 2п, Бт; в уратной - Тг, 2п,

исследуемых объектов основным компонентом является холестерин. По результатам элементного анализа желчных камней Омского региона выделена группа из тринадцати элементов (более 10-4мас.%). В убывающем порядке их можно ранжировать следующим образом:

28

Л.В. Вельская, O.A. Голованова, С.А. Лемешева

С а > К > Мп > Ре > Си > РЪ > Тг > > V > N'1 > Вг > Сг. При анализе экспериментальных данных выделено три группы камней, в зависимости от процентного соотношения в них марганца, железа и меди. Выбор элементов обусловлен повышенным их содержанием в составе желчных образований, по сравнению с другими идентифицированными микроэлементами. Исследованы отдельные желчные камни, состав которых резко отличается от средних значений элементов в выборке. Так, в одном образце концентрация свинца больше средней в 50 раз, в другом - ртути содержится в 12 раз больше по сравнению со средним значением. Изучен холео-лит, в котором содержание некоторых элементов превышает среднее значение их в выборке: меди больше в 290 раз, железа в 59 раз, висмута в 310 раз. Содержание никеля минимально (в 10 раз ниже среднего). Очевидно, повышенное содержание Мп, -Ре и Си в исследуемых образцах обусловлено природными и техногенными особенностями окружающей среды Омского региона, а распределение микроэлементов в отдельных образцах связано со спецификой физиологических процессов, протекающих в организме человека в таких условиях.

Для сравнения результаты микроэлементного анализа образцов Новосибирского региона можно представить следующим рядом: С а > Ре > Си > Мп > гп > С г > Вг > Тг > в г > V > РЪ > Бе [8]. Видно, что коллекции Новосибирского и Омского регионов отличаются по содержанию микроэлементов: Ыа, Р, Са, К, Мд, Ре и Си.

Нами получена следующая последовательность элементов, содержащихся в желчи: Ыа > Са> Р > К > Мд > Ре > > Си > Мп. Следует отметить, что в исследованной патогенной желчи Р и К в 1,5 раза больше по сравнению с физиологическим содержанием, кальция в 2,5 раза, а магния в 4,5 и железа в 3,5 раза меньше. Полученные результаты дают возможность оценить параметры камнеобразующей среды, что очень важно для понимания этиологии желчных камней.

Таким образом, биоминералы в Омском регионе отличаются от аналогичных биоминералов в других регионах повышенным содержанием К, Ва, Мп, Ре, Си, Тг, V, N1. Повышенное содержание меди, железа, марганца и никеля в составе органомпнеральных агрегатов можно объяснить природными и техногенными особенностями окружающей среды Омского региона. Неблагоприятное экологическое состояние Омского региона напрямую связано с функционированием около 551

приходится на предприятия электроэнергетики и топливной промышленности, 4% - химию и нефтехимию [9]. Несмотря на тенденцию к снижению выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников, содержание ряда загрязняющих веществ в атмосферном воздухе остается по-прежнему достаточно высоким. Так, в 2004 г. выбросы загрязняющих веществ в атмосферу составили (тонн): У^Оь - 1.2; Мп - 1.1; СиО

- 0.004; РЪ - 0.021; Сг(У1) - 0.6. По данным Обь-Иртышского межрегионального территориального управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, воды р. Иртыш загрязнены соединениями марганца (44 ПДК), железа (24 ПДК), меди (23 ПДК), цинка (14 ПДК), в водах р. Оми концентрации марганца и меди достигают более 100 ПДК [9]. Таким образом, неблагоприятная экологическая ситуация

- один из факторов, объясняющих особенности микроэлементного состава патогенных биоминералов в Омском регионе.

[1] Авцын А. П., Жаворонков А. А. и др. Микроэле-ментозы человека. Медицина. Москва. 1991. С. 89.

[2] Голованова О. А. Комплексное изучение почечных камней (обзор). Известия ВУЗов. Серия "Химия и химическая технология". 2004. Т. 47. № 1. С. 3-12.

[3] Синхротронное излучение в геохимии. Новосибирск. Наука. 1989. 152 с.

[4] Ткаленко А.Ф. Влияние физико-химических характеристик слюны... Автореф. канд. дне. М., 2004. С. 16-24.

[5] Wandt М. А. Е., Underbill L.G. Covariance biplot analysis of trace element concentrations in urinary stones. J. British journal of urology. 1988. № 1. P. 474-481.

[6] Потапов С. С., Пальчик Н. А., Мороз Т. П. Сравнительный анализ минерального состава уроли-тов жителей Челябинской и Новосибирской областей. Минералогия и жизнь. Сыктывкар. 2000. С. 113-114.

[7] Бородин Е. А. Биохимический диагноз. 4.1. Благовещенск. 1989. 77 с.

[8] Пальчик H.A., Мороз Т.Н., Столповская В.П. и др. Фазовый и элементный состав желчных камней. Журнал неорганической химии, 2003. Т.48. №12. С. 2080-2085.

[9] Охрана окружающей среды в Омской области: Стат. сб./ Омскстат. Омск, 2002-2005.