О чем могут рассказать ногти и слюна? Химики СПбГУ изучили способы исследования биоматериалов человека

Химики Санкт-Петербургского университета проводят эксперименты с различными биоматериалами человека, чтобы выяснить, как именно лучше исследовать образцы и какую информацию можно получить с их помощью. Последние исследования ученых показали, как условия отбора и анализа слюны и ногтей могут влиять на определение их микро- и макроэлементного состава.

О чем говорят ногти?

По результатам определения макро- и микроэлементов в организме человека можно сделать выводы о его профессиональных особенностях и состоянии здоровья, о влиянии на организм экологической обстановки в зоне его проживания. Чаще всего для подобных исследований используют кровь, однако другие биоматериалы, например ногти и слюна, имеют ряд преимуществ и также способны многое рассказать о человеке.

Так, ногти, как и волосы, фиксируют состав и соотношение веществ и микроэлементов, накопленных за фазу их роста. Как биопробы они просты в транспортировке и способны долго храниться без специальных условий, в отличие от крови. Кроме того, собрать образцы можно неинвазивным способом, то есть не проникая в организм человека.

Донорами для эксперимента по изучению состава ногтей стали 73 жителя Санкт-Петербурга в возрасте от 9 до 68 лет. Некоторые из них сдавали образцы неоднократно на протяжении 6–10 месяцев, чтобы ученые могли определить динамику изменения их микроэлементного состава.

«Основной метод анализа, использованный в работе, — атомно-эмиссионная спектрометрия с дуговым разрядом. Он отличается относительно малой стоимостью по сравнению с другими многоэлементными методами. На первом этапе проводилась оптимизация схемы минерализации проб (их перевода в жидкое состояние) и условий регистрации спектра. Затем осуществляли проверку правильности. И лишь на последнем этапе приступали к определению состава образцов ногтей различных доноров с последующей статистической обработкой полученных результатов», — рассказывает один из авторов исследования, старший преподаватель кафедры аналитической химии СПбГУ кандидат химических наук Сергей Савинов.

Эксперимент длился около двух лет. За это время удалось как оптимизировать схему анализа, так и провести определение набора элементов в образцах ногтей доноров.

Один из авторов исследования, старший преподаватель кафедры аналитической химии СПбГУ кандидат химических наук Сергей Савинов

В ходе исследования удалось определить перечень элементов, которые обнаруживаются в ногтях: алюминий, серебро, медь, марганец, никель, железо, кальций, магний, цинк, кадмий, хром и свинец. Однако из-за их малых концентраций в ногтях и не очень низких пределов обнаружения не во всех пробах удалось обнаружить полный набор. У доноров, за образцами которых удавалось следить несколько месяцев, было установлено относительное постоянство микроэлементного состава ногтей.

Для одного донора содержание кадмия кратковременно увеличивалось, что по времени совпало с непродолжительным изменением места пребывания. Таким образом подтверждена возможность использования ногтей как источника информации о прошедшем воздействии.

Один из авторов исследования, старший преподаватель кафедры аналитической химии СПбГУ кандидат химических наук Сергей Савинов

«Кроме того, выявлено влияние пола доноров на содержание меди в ногтях, а на содержание свинца, оказалось, может влиять курение. Правда, в последнем случае статистическая значимость пока недостаточна, что может быть связано с небольшим количеством курящих доноров и невозможностью определения концентрации во всех образцах в проведенном эксперименте», — рассказывает Сергей Савинов.

Он также добавил, что в литературе есть информация, что содержание никеля и кадмия различается в ногтях курящих и некурящих доноров, а кадмия и свинца больше в образцах городских жителей, нежели чем у жителей сельской местности. Что интересно, в ногтях вегетарианцев отмечена большая концентрация меди и цинка.

Ученые также выявили определенные корреляции между содержанием некоторых элементов. Например, положительно коррелируют между собой магний и кальций, медь и цинк, медь и алюминий, медь и магний, а также кадмий и свинец. Отрицательно коррелируют кальций и кадмий. Как отметил исследователь, значение этих корреляций только предстоит установить в ходе будущих исследований.

«Сказать, что именно означают эти корреляции, можно лишь при проведении более масштабного исследования с изучением дополнительных факторов влияния и привлечением специалистов из других областей. Наша же работа была нацелена на изучение особенностей ногтей как биопробы при определении в них элементов. И уже понятно, что данные особенности есть и их необходимо учитывать: например, при сопоставлении данных, полученных различными исследователями», — пояснил Сергей Савинов.

Секреты слюны

На результаты анализа слюны может влиять множество факторов: от циркадного ритма человека до вредных привычек. Однако и для ученых, и для врачей важно получить максимально «чистые» образцы. Как этого добиться, петербургские химики стараются выяснить уже несколько лет, и данный эксперимент — лишь один из этапов масштабного исследования. Цель этой работы — понять, как условия отбора образцов слюны влияют на результаты определения ее макро- и микроэлементного состава.

Результаты исследований опубликованы в «Журнале аналитической химии» («Особенности определения микроэлементного состава ногтей человека» и «Влияние условий отбора образцов слюны человека на результаты определения макро- и микроэлементов»).

«В настоящее время "традиционной" биожидкостью при определении микроэлементного состава в организме человека является кровь. Однако достоинства слюны очевидны. В первую очередь это неинвазивный пробоотбор. Кроме того, сам процесс получения образцов достаточно прост, легко часто отбирать образцы. В научных публикациях показано, что содержание ряда элементов в слюне коррелирует с их содержанием в крови, установлена связь между концентрациями микроэлементов в слюне и различными заболеваниями, а также экологической обстановкой в регионе проживания. Однако, поскольку исследователи по-разному подходят к процессам отбора проб, их хранения и последующей пробоподготовки, правильность получаемых результатов и корректность их сопоставления остается под вопросом. Этому и посвящена опубликованная работа», — уточняет один из авторов исследования, старший преподаватель кафедры аналитической химии СПбГУ кандидат химических наук Сергей Савинов.

Как и в эксперименте с образцами ногтей, основным методом анализа слюны, использованным в работе, стала атомно-эмиссионная спектрометрия с дуговым разрядом. «Помимо указанных выше преимуществ, в случае анализа слюны появляется еще одно, а именно возможность прямого анализа отобранного образца без особых манипуляций. Это, в частности, позволило установить влияние условий пробоподготовки на результаты анализа», — подчеркивает Сергей Савинов.

При изучении каждого отдельного фактора отбирались пробы от различного количества доноров (от четырех до десяти человек). «Конечно, данная выборка не является достаточной, однако она уже позволяет выявить определенные тенденции», — говорит ученый.

Так, для выявления влияния циркадного ритма на содержание элементов в слюне образцы отбирались у пяти доноров в течение дня с 10 до 18 часов с интервалом в два часа. Выяснилось, что для минимизации влияния этого фактора на результаты анализа лучше собирать образцы во второй половине дня (после 15:00), поскольку в это время состав микроэлементов выходит на постоянное значение. Курение же, как оказалось, значительно не влияет на результаты анализа слюны. Однако у курильщиков обнаруживается повышенное содержание свинца, кадмия и других металлов не только в ногтях, но и в слюне.

Исследования могут позволить разработать общие подходы к отбору, обработке и анализу неинвазивных биопроб для максимально корректного определения микро- и макроэлементного состава слюны и ногтей. «На содержание микроэлементов в биопробах оказывает влияние большое число факторов. Это, например, пол доноров, их возраст, регион проживания, рацион питания, наличие вредных привычек, некоторые заболевания, сфера деятельности. Данная особенность по-разному проявляется как для различных элементов, так и для различных проб. Поэтому так важно устанавливать эти факторы влияния, чтобы иметь возможность корректно сопоставлять результаты анализа для различных доноров и выявлять возможные патологии», — заключает Сергей Савинов.