СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ В БИОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО ГОМЕОСТАЗА У ЧЕЛОВЕКА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ Российский патент 2002 года по МПК G01N33/84 

Изобретение относится к исследованиям в области медицины и неорганической биохимии и заключается в определении дисбаланса макро- и микроэлементов в биологических жидкостях и тканях как диагностического признака различных заболеваний.

Количественный анализ макро- и микроэлементов, содержащихся в сыворотке крови и волосах человека, может служить информативным метолом тестирования и диагностирования состояния здоровья человека. Неинвазивный метод микроэлементного анализа волос дает возможность исследовать метаболическую активность за определенный период и составить представление о дефиците или избытке микроэлементов в организме человека. Дефицит и избыток эссенциальных элементов в организме человека проявляется в патологии в виде существенных биохимических, клинических и морфологических признаков. С нарушением обмена микроэлементов в организме человека связан патогенез ряда заболеваний (болезнь Коновалова-Вильсона, серповидно-клеточная анемия, гипогонадизм, энтеропатический акродерматит, болезнь Альцгеймера и др.) (Prasad A.S. CRC Crit. Rev. Clin. Sciences, 1977, 8,1,1; Радбиль О.Р. Вопросы питания, 1981, 6, стр. 10; А.А.Чиркин, А.Н. Окороков, И.И.Гончарик. Диагностический справочник терапевта, Минск, 1993 г.).

Проблема дисбаланса микроэлементов в организме человека затрагивает фундаментальные биохимические механизмы, с помощью которых эссенциальные и токсические элементы влияют на метаболизм и которые изучены далеко недостаточно. Микроэлементы являются составной частью многих белков и участвуют в важнейших биохимических процессах, в частности, выполняют основные функции в свободно-радикальном окислении, окислительно-восстановительных реакциях, тканевом дыхании и т.д. Взаимовлияние, как синергическое, так и антагоническое, соотношение микроэлементов с органической матрицей (белки, ферменты, гормоны, витамины и т. д.) является сложной проблемой в изучении биологической роли микроэлементов.

Известен способ прогнозирования гипотиреоза у новорожденных путем определения содержания неорганического йода в околоплодных водах при сроке беременности 32-38 недель (авт. св. SU 1504600, кл. G 01 N 33/84, 1989 г.).

Известен способ определения микроэлементов в организме и развития различных заболеваний при их недостаточности, нарушении их баланса (Внутренние болезни, кн. 2. - М.: Медицина, 1993 г., гл. 77. Нарушение метаболических микроэлементов, стр. 451-457).

Известен способ определения содержания макро- и микроэлементов Сu, Fe, Mg, Mn, P, Zn, Cd, Co, Mo, Pb, R, Ca, Se, Cr и их корреляционных связей, изменение этих параметров относительно нормы выявляет корреляцию с различными заболеваниями. (RU 2152221).

Технической задачей настоящего изобретения является получение достоверных данных о содержании макро- и микроэлементов в волосах и в сыворотке крови при различных заболеваниях, а также исследование изменений в согласованности соотношений между концентрациями микроэлементов, статистически определяемых коэффициентами линейных корреляций.

Решение поставленной задачи основывается на анализе содержания макро- и микроэлементов в сыворотке крови и волосах человека.

Количественные изменения в содержании макро- и микроэлементов в сыворотке крови и волосах, а также изменение в системе линейных корреляций между концентрациями макро- и микроэлементов относительно нормы рассматривается как диагностический признак исследованных нозологий.

Так, снижение концентраций: марганца и магния в сыворотке крови; цинка в волосах; повышение содержания цинка в сыворотке крови, а также изменение корреляционных связей между концентрациями марганца, магния, меди, железа, фосфора и цинка в сравнении с нормой свидетельствуют о нарушении в системе микроэлементного гомеостаза и служат диагностическим признаком при заболевании сахарным диабетом.

Дисбаланс в содержании микроэлементов - снижение концентрации меди в сыворотке крови и волосах; дефицит марганца в сыворотке крови; повышение содержания цинка в сыворотке крови; повышение концентрации марганца, молибдена, кадмия в волосах, а также изменение в системе линейных корреляций между концентрациями меди, железа, магния, марганца, молибдена, фосфора, серы, цинка в сыворотке крови; кобальта, фосфора, молибдена, меди, магния в волосах относительно нормы является диагностическим признаком гиперплазии щитовидной железы.

Повышение концентрации в сыворотке крови: меди, фосфора, цинка; снижение содержания серы, изменение корреляционных связей между концентрациями эссенциальных микроэлементов меди, железа, магния, марганца, а также незначительное снижение в волосах уровня железа, изменение корреляционных связей концентраций макро- и микроэлементов - цинка, марганца, серы, фосфора, молибдена, магния, железа, меди, кобальта в волосах рассматривается как диагностический признак ревматоидного артрита.

Концентрацию макро- и микроэлементов в волосах определяли методом атомно-эмиссионного спектрального анализа с индуктивно связанной аргоновой плазмой.

Подготовку проб проводили методом минерализации при соблюдении трех основных положений:
1) органические компоненты биологической матрицы полностью удаляются
2) ионы элементов солюбилизованы и находятся в химической форме, пригодной для измерения
3) исключены потери или загрязнения в содержании следовых элементов
Мокрая минерализация ведется с использованием групп реактивов (марки ОСЧ), включающей
- окислители (HNO₃, Н₂O₂, НС1О₄ и.т.д).

- солюбилизаторы, нейтрализаторы, катализаторы.

В первой стадии минерализации биологический материал подвергается гидролизации при комнатной температуре. Во второй - при повышении температуры до точки кипения применяемого оксиданта достигается полное удаление органической матрицы.

Перед применением проба разводится в нужном объеме деионизированной водой для предотвращения пересыщения неорганическими солями и уменьшения рН. (Black M. S. , Thomas М. В., Browner R.F. Determination of metal chelates byjrnductivety coupled plasma emission spectrometry and application to biological materials. Anal. Chem., 1981, v. 53, п. 14, р. 2224-2228. Sansoni В., lyengar G.V., Ber. Kemforsschungsanlage Juelich, 13, 1978. Seiler H. Angener J. Fleischer M. , Machata G., Pilz W., Schaller К.Н, Stoeppler Zorn H., in Analysen in biological materials. Vol. 2 (D/Henschler, ed.) Veriag Chemie, Weinheim, 1981, p. 23-60).

Статистический анализ фактического материала проводился с помощью математического пакета MATLAB и состоял в расчетах средних значений и стандартных отклонений, расчетах корреляционных матриц для концентраций всех микроэлементов для каждой нозологии и оценке достоверности отличия концентрации микроэлементов для каждой нозологии по сравнению с нормой непараметрическим критерием Вилкоксона.

Исследован минеральный состав волос у женщин и мужчин с различными заболеваниями. В группу исследованных нозологии входили: 1) сахарный диабет, 2) неврозы, 3) дисфункция яичников, 4) миома матки, 5) киста яичника, 6) мастопатия, 7) витилиго, 8) алопеция, 9) дисбактериоз. За норму принимались значения, полученные при исследовании контрольной группы здоровых людей.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Сахарный диабет. (сыворотка крови, волосы).

Количественные изменения микроэлементов при сахарном диабете выражались в достоверном снижении цинка в волосах у женщин (р<0,05).

Таким образом, у женщин с сахарным диабетом при количественном снижении в волосах на 48,3% цинка (р<0,05) в системе корреляционных связей нарушается соотношение эссенциальных микроэлементов - Zn, Сu, Mn, Mg, P по сравнению с нормой (табл. 1).

Кровь получали из локтевой вены натощак у женщин, больных сахарным диабетом. Контролем служила сыворотка крови здоровых доноров.

Количественные изменения макро- и микроэлементов в сыворотке крови у женщин с сахарным диабетом выражались в достоверном снижении концентрации марганца, магния (р<0,05) и незначительном увеличении концентрации цинка (р<0,05) в сравнении с нормой (табл. 2).

Таким образом, при сахарном диабете регистрируется дефицит цинка в волосах, дефицит марганца в сыворотке крови и незначительный избыток цинка в сыворотке крови.

В системе корреляционных связей нарушается соотношение между эссенциальными макро- и микроэлементами в сыворотке крови.

Полученные результаты свидетельствуют об изменении соотношений концентраций в сыворотке крови и волосах у больных сахарным диабетом эссенциальных микроэлементов - Mn, Mg, Cu, Fe, P, Zn.

Изменение содержания цинка в сыворотке крови и волосах у женщин с сахарным диабетом может служить отличительным признаком данной нозологии и свидетельствовать о необходимости для организма цинка в комплексной терапии сахарного диабета. Цинк угнетает процесс ферментного разрушения инсулина и инсулиназы, оказывая влияние на течение болезни. Известное снижение иммунитета при сахарном диабете также связывают с дефицитом цинка. Считается, что цинк участвует в образовании внутриклеточного депо инсулина. Самые высокие концентрации цинка в организме человека регистрируются в гипофизе, поджелудочной железе (альфа- и бета-клетки) половых железах и печени (Е.В. Кулешов. Сахарный диабет и хирургические заболевания, М., 1996).

Снижение содержания марганца в сыворотке крови у больных сахарным диабетом подтверждается многими исследованиями, в частности величину дефицита марганца связывают с тяжестью заболевания. Марганец оказывает инсулиноподобный эффект. снижая уровень глюкозы в крови, усиливая синтез гликогена (М.И. Школьник, 1979).

Полученные данные о нарушении биологической системы микроэлементного гомеостаза у больных сахарным диабетом обосновывают включение в схему корригирующей терапии сбалансированного комплекса необходимых макро- и микроэлементов.

Пример 2. Гиперплазия щитовидной железы
Исследовали содержание макро- и микроэлементов в сыворотке крови и волосах у женщин с гиперплазией щитовидной железы. Контролем служили сыворотка крови и волос у лиц с нормальным объемом щитовидной железы. Объем щитовидной железы устанавливали ультразвуковым методом (Герасимов Г.А., Гутекунст Р. Сопоставление данных пальпации и ультразвукового обследования при определении размеров щитовидной железы. Проблемы эндокринологии, 1992, т. 32.6 с. 26-27).

Нарушение микроэлементного баланса в сыворотке крови у женщин с гиперплазией щитовидной железы выражались в дефиците марганца, меди (р<0,05) и незначительным увеличением концентрации цинка и молибдена (р<0,05) (табл. 3).

В волосах зарегистрирован дефицит меди (р<0,05) и незначительный избыток молибдена, кадмия, марганца (табл. 4).

Снижение содержания меди в сыворотке крови и волосах у женщин с гиперплазией щитовидной железы, возможно, связано с непосредственным участием меди в составе церулоплазмина в функции щитовидной железы, кроме того, медь в составе металлоферментов участвует в процессе перевода неорганического йода в органические соединения (Войнар А.И. Биологическая роль микроэлементов в организме человека и животных. - М.: Высшая школа 1960, с. 544).

Наиболее низкие концентрации меди отмечены в волосах у лиц с зобной трансформацией. В ряде исследований показано, что в волосах жителей Гомельской области, которая является эндемичной по зобу, концентрация меди колеблется в интервале от 3,0 до 7,6 мкг/г. (Малененко А.Ф. и др. Содержание плутония и некоторых микроэлементов в волосах жителей Белоруссии, проживающих на территории, пострадавшей от аварии на Чернобыльской АЭС). В районах Оренбургской области с высоким напряжением эндемии зоба уровень меди в волосах детей находится в интервале от 0,34 до 6,75 мкг/г. (Боев В. М. и др. Влияние окружающей среды на распространенность тиреоидной гиперплазии у детей сельских населенных пунктов Оренбургской области. Гигиена и санитария, 1998, 2, с. 37-41).

Цинк участвует в регуляции тиреоидного синтеза, при его дефиците снижается уровень йода и Т3. При эндемическом зобе количество цинка в ткани щитовидной железы увеличивается (Ноздрюхина Л.Р. Биологическая роль микроэлементов в организме человека и животных. М.: Наука, 1977, с. 184). Полученные нами результаты свидетельствуют о незначительном повышении содержания цинка в сыворотке крови и отсутствием различия его концентрации в волосах. Уровень цинка в волосах является объективным показателем его обмена в организме и важным диагностическим тестом скрытых форм дефицита цинка. Следовательно, несмотря на некоторый избыток цинка в сыворотке крови, его баланс в целом при гиперплазии щитовидной железы не нарушен.

Таким образом, дисбаланс в содержании микроэлементов - снижение концентрации меди в сыворотке крови и волосах, дефиците марганца в сыворотке крови и некотором повышении содержания цинка в сыворотке крови и марганца, молибдена и кадмия в волосах являются факторами, достаточными для создания струмогенного эффекта.

Дальнейший минеральный дисбаланс может привести к перенапряжению тиреоидной функции и возникновению зобной трансформации.

Пример 3. Ревматоидный артрит (Сыворотка крови, волосы).

Количественные изменения макро- и микроэлементов в сыворотке крови у больных ревматоидным артритом выражались в достоверном (р<0,05) повышении содержания меди, фосфора, цинка; снижении количества серы (табл. 5).

Таким образом, у больных ревматоидным артритом изменяется содержание макро- и микроэлементов в сыворотке крови по сравнению с контролем: повышается концентрация меди, фосфора, цинка, снижается содержание серы. В системе корреляционных связей нарушается соотношение концентраций эссенциальных микроэлементов - Сu, Fe, Mg, Mn, Zn.

Количественные изменения содержания макро- и микроэлементов в волосах у больных ревматоидным артритом выражались в незначительном снижении уровня железа (р<0,05) (табл. 6).

В волосах у больных ревматоидным артритом количественные изменения в содержании макро- и микроэлементов не выражены, отмечается незначительное снижение содержания железа. В системе корреляционных связей концентраций макро- и микроэлементов в волосах у больных ревматоидным артритом изменения носят выраженный характер и относятся к следующим показателям: Zn, Mn, S, Р, Мо, Mg, Fe, Сu, Со.

Предложенный способ исследования кинетики макро- и микроэлементов позволяет выявить дополнительные диагностические признаки в исследованных нозологиях и выстроить схему корригирующей терапии, улучшающей и сокращающей сроки лечения.

Разработка микроэлементного анализа как метода клинической биохимии может широко использоваться в различных областях исследований и способствовать устранению дисбаланса микроэлементов и восстановлению биохимического равновесия организма. Исследования дают возможность изучить новые аспекты структурно-метаболических нарушений в организме человека и открывают новые возможности в области применения как фармацевтических препаратов, так и биологически активных веществ в виде минеральных и пищевых добавок и коррекции пищевого рациона.

Изобретение относится к исследованиям в области медицины и неорганической биохимии и заключается в определении концентраций макро- и микроэлементов в биологических жидкостях и тканях. Для решения поставленной задачи в качестве исследуемых биосубстратов используют сыворотку крови и волосы. Методом атомно-эмиссионного спектрального анализа с индуктивно связанной аргоновой плазмой в сыворотке крови и волосах определяют концентрацию макро- и микроэлементов. С применением математического анализа определяют количественное изменение содержания макро- и микроэлементов относительно нормы, таким способом регистрируя нарушения в биологической системе макро- и микроэлементного гомеостаза. Расчеты корреляционных матриц для концентраций макро- и микроэлементов выявляют характерное для каждой нозологии изменение согласованности ионного баланса. Способ позволяет получить достоверные данные о содержании макро- и микроэлементов при диагностике различных заболеваний. 3 з.п. ф-лы, 6 табл.

1. Способ исследования биологической системы макро- и микроэлементного гомеостаза методом определения концентрации макро- и микроэлементов в волосах, отличающийся тем, что дополнительно содержание макро- и микроэлементов определяют в сыворотке крови и по количественному изменению концентрации макро- и микроэлементов, а также по изменению корреляционных связей между макро- и микроэлементами относительно нормы, выявляют диагностические признаки, характерные для каждой нозологии. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дефицит цинка в волосах, марганца и магния в сыворотке крови, избыток цинка в сыворотке крови, а также изменение в системе линейных корреляций соотношений содержания марганца, магния, меди, железа, фосфора и цинка в сыворотке крови, цинка, меди, марганца, магния и фосфора в волосах, является диагностическим признаком сахарного диабета. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дефицит меди в сыворотке крови и волосах, дефицит марганца в сыворотке крови, повышение концентрации цинка в сыворотке крови, повышение концентрации марганца, молибдена, кадмия в волосах, а также изменение в системах линейных корреляций между концентрациями меди, железа, магния, марганца, молибдена в сыворотке крови, кобальта, фосфора, молибдена, меди, магния в волосах относительно нормы, является диагностическим признаком гиперплазии щитовидной железы. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что повышение концентрации меди, фосфора, цинка в сыворотке крови, снижение содержания серы в сыворотке крови, незначительное снижение содержания железа в волосах, а также изменение в системе линейных корреляций между концентрациями меди, железа, магния, марганца, цинка в сыворотке крови, цинка, марганца, серы, фосфора, молибдена, магния, железа, меди, кобальта в волосах относительно нормы, является диагностическим признаком ревматоидного артрита.