Химические элементы в свободном состоянии и в виде множества химических соединений входят в состав всех клеток и тканей человеческого организма. Они являются строительным материалом, важнейшими катализаторами различных биохимических реакций, непременными и незаменимыми участниками процессов роста и развития организма, обмена веществ, адаптации к меняющимся условиям окружающей среды.
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.
Для осуществления жизненно важных функций у каждого элемента существует оптимальный диапазон концентраций. При дефиците или избыточном накоплении элементов в организме могут происходить серьезные изменения, обуславливающие нарушение активности прямо или косвенно зависящих от них ферментов.
В организме химические элементы находятся преимущественно в виде соединений, избыточное образование или распад которых может приводить к нарушению так называемого металло-лигандного гомеостаза, а в дальнейшем и к развитию патологических изменений. Элементы – металлы и лиганды (например, глутаминовая, аспарагиновая, липоевая, аскорбиновая кислоты) могут выступать в качестве активаторов или ингибиторов различных ферментов, что обусловливает их существенную роль в развитии и терапии различных заболеваний.
Для систематизации сведений о содержании и физиологической роли химических элементов в организме в последние десятилетия был предложен ряд классификаций. Не рассматривая их подробно, остановимся лишь на некоторых принципиальных моментах.
Один из принципов классификации – разделение химических элементов на группы, в зависимости от уровня их содержания в организме человека.
Первую группу такой классификации составляют «макроэлементы», концентрация которых в организме превышает 0,01%. К ним относятся O, C, H, N, Ca, P, K, 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 лиш ним кг (кислород) до нескольких г (магний). Некоторые элементы этой группы называют «органогенами» (O, H, С, N, P, S) в связи с их ведущей ролью в формировании структуры тканей и органов.
Вторую группу составляют «микроэлементы» (концентрация от 0,00001% до 0,01%). В эту группу входят: Fe, Zn, F, Sr, Mo, Cu, Br, Si, Cs, I, Mn, Al, Pb, Cd, B, 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 0,000001%. Это Se, Co, V, Cr, As, Ni, Li, Ba, Ti, Ag, Sn, Be, Ga, Ge, Hg, Sc, Zr, Bi, 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 Fe, I, Cu, Zn, Co, Cr, Mo, Se, Mn, к “условно-эссенциальным” – As, B, Br, F, 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, прекращается развитие, становится невозможной репродукция. Восполнение недостающего количества такого элемента устраняет клинические проявления его дефицита и возвращает организму жизнеспособность.
К “токсичным” элементам отнесены Al, Cd, Pb, Hg, Be, Ba, Bi, Tl, к “потенциально-токсичным” – Ag, Au, In, Ge, Rb, Ti, Te, U, W, Sn, Zr и др. Результатом воздействия этих элементов на организм является развитие синдромов интоксикаций (токсикопатий).
Оценка элементного статуса человека является основным вопросом определения влияния на здоровье человека дефицита, избытка или нарушения тканевого перераспределения макро- и микроэлементов. Определение элементного состава биосред используется:
- при мониторинге состояния здоровья, оценке уровня работоспособности и эффективности лечения;
- при формировании групп риска по гипо- и гиперэлементозам;
- при подборе рациональной диеты как здоровому, так и больному человеку;
- в скрининг-диагностических исследованиях больших групп населения;
- при картировании территорий по нозологическим и системным формам патологии у детей и других возрастных групп населения;
- при оценке взаимозависимости многосторонних связей цепи “человек–среда обитания”;
- при составлении карт экологического природного и техногенного неблагополучия регионов;
- при изучении воздействия на организм вредных привычек;
- экспертно-криминалистических исследованиях (идентификация личности в судебной медицине, метод выбора в подтверждение исследований по молекуле ДНК и генному коду).
Методы определения микроэлементов в биосубстратах Масс-спектрометрия с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП-МС), атомно-абсорбционная спектрофотометрия с электротермической атомизацией (ААС-ЭТА).
Условия взятия и хранения материала для исследования
Взятие и подготовка крови для получения плазмы и сыворотки проводится по общепринятым методикам. Если при заборе проб используют перчатки, то они должны быть не опудренные и не содержать латекса (напр., нитриловые). Кровь может быть получена из локтевой вены или из пальцев рук (капиллярная). Объем отобранной крови должен составлять не менее 1 мл. Образцы сыворотки или плазмы крови хранятся в обычном холодильнике до 3–5 сут (от 0 до 4 °С) либо замораживаются (до -18 °С), либо лиофилизуются, или высушиваются в сушильном шкафу (для длительного хранения). Для длительного хранения образцы помещаются в одноразовые полипропиленовые пробирки с герметичными крышками.
Взятие биологических образцов крови и мочи проводят в соответствии с МУК 4.1.1482-08, МУК 4.1.1483-08.