Спосіб визначення інтегрального індексу інтоксикації організму важкими металами

Реферат: Спосіб визначення інтегрального індексу інтоксикації організму важкими металами шляхом вимірювання концентрації важких металів в органах і тканинах організму методом атомноабсорбційної спектроскопії. Організм досліджуваної групи тварин навантажують важкими металами, наприклад, аліментарним шляхом, вимірюють маси тіла організмів досліджуваної і контрольних груп, вимірюють концентрації важких металів в органах і тканинах обох груп методом атомно-абсорбційної спектроскопії, визначають інтегральний індекс інтоксикації організму I за формулою:  expG  167  , I  max 0, ,  1  expG  де I - індекс інтоксикації, G  a0  a1U1  a2U2  a3U3  a 4U4  a5U5  a6U6  a7U7  a8U8  a9U9   a10U10  a11U11  a12U12  a13U13  a14U14  a15U15 , де a0 ,a1,a2,a3 ,a4 ,a5 ,a6 ,a7 ,a8 ,a9 ,a10 ,a11,a12 ,a13 ,a14 ,a15 - вихідні розрахункові коефіцієнти; U1,U2,U3,U4,U5,U6,U7,U8,U9,U10 ,U11,U12,U13,U14,U15 параметри, які концентраціями визначених важких металів у визначених органах і тканинах; max - функція максимуму. визначаються UA 90416 U (12) UA 90416 U UA 90416 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель стосується способів дослідження або аналізу біологічних матеріалів у медицині, токсикології, біології, харчовій промисловості, тощо і може бути використана для визначення резервів адаптації організму. Одним з небезпечних факторів для здоров'я людини є накопичення в організмі важких металів, що може бути пов'язано з надмірною кількістю важких металів (свинцю, ртуті, цинку, кадмію, міді, нікелю, кобальту, хрому і ванадію) в навколишньому середовищі. Важкі метали широко використовуються у виробництві, звідки вони викидаються в повітря, із стічними водами надходять до річок, накопичуються в ґрунті, рослинах, з їжею надходять до організму людини. Ці метали мають значну біологічну активність і в надмірній кількості токсичні для організму. Масштаби сучасного виробництва перевищують масштаби біосферного відтворення. Тому проблема вивчення впливу на організм людини шкідливих факторів антропогенного походження набрала в останні роки значного соціально-гігієнічного і медико-біологічного значення. За даними науки забруднення навколишнього середовища є однією з найбільш значимих причин зростання захворюваності дітей в Україні [1]. Відомо, що кожен важкий метал має як певний безпечний діапазон концентрації, за якого підтримує оптимальну роботу організму, так і токсичний діапазон, коли безпечна концентрація перевищена. Надлишок важких, навіть життєво важливих елементів, шкідливий для організму, він викликає важке захворювання - ендотоксикоз. На сьогоднішній день не визначені кількісні параметри безпечних для організму концентрацій важких металів, що можуть знаходитись як в організмі людини в цілому, так і в окремих його органах [2, С. 27-30]. Як в процесі проведення токсикологічних експериментів, так і при наступному узагальненні і аналізі головна складність полягає в оцінці зсувів в організмі під впливом важких металів, їх інтерпретація та встановлення їх співвідношення з біологічними нормами, зокрема, з гранично допустимими нормами для відповідних фізіологічних, біохімічних, гематологічних та імунологічних показників. Встановлення цих співвідношень надають змогу визначити характер та ступінь змін в організмі під впливом важких металів, оцінити безпечність чи шкідливість останніх [3]. Біологічна норма зумовлена генетичними й фізіологічними розбіжностями, зокрема статтю, віком, режимом харчування, тощо, а також характером процесів засвоєння, розподілу й виведення продуктів у різних організмів і встановити її межі, особливо при екстраполяції даних у людей і тварин, дуже складно. Оскільки встановити граничні межі знаходження важких металів в організмі без нанесення людині значної, а іноді незворотної, шкоди неможливо, дослідження виконують на тваринах. Найбільш розповсюдженим є використання щурів, деякі показники організму яких (активність АлАТ, АсАТ, біохімічні показники рівня білку, продуктів перекисного окислення і деякі інші) співпадають з відповідними показниками людини [3, 5]. Відомий спосіб визначення інтегрального індексу інтоксикації організму людини є дослідження волосся людини, де необхідна незначна кількість волосся. Це зумовлено тим, що концентрація важких металів у волоссі дуже висока, відомий діапазон нормальних значень важких металів у волоссі дозволяє визначити співвідношення кількості важких металів в організмі і гранично допустимих концентрацій, за якими визначають інтегральний індекс інтоксикації. Спосіб здійснюють методом рентгенофлуоресцентного аналізу за допомогою приладу вітчизняного виробництва ELVАХ [2, С. 15-20]. Як і в запропонованій корисній моделі, у відомому способі інтегральний індекс інтоксикації організму встановлюють шляхом вимірювання вмісту окремих важких металів в організмі та визначення за допомогою математичної формули співвідношення виміряних кількостей важких металів в волоссі і норми. Причиною, що перешкоджає отриманню технічного результату, є можливість визначення важких металів тільки в організмі в цілому. Спосіб не дозволяє визначати кількість важких металів в окремих органах і тканинах організму, з яких починається розвиток патологічного процесу. Відомий спосіб оцінки ендотоксикозу на основі розрахункових методів визначення лейкоцитарних індексів, що базуються на основі функціональної оцінки елементів лейкоцитарної формули. Використання формули для розрахунку дає можливість перевести масив виміряних даних гемограм у числові показники, що відображають стан ендотоксикозу та служать прогностичним критерієм. Найбільш розповсюдженим є визначення лейкоцитарного показника за формулою КальфКаліфа, в основі якого є визначення феномена збільшення нейтрофілів і відхилення лейкоцитарної формули вліво за рахунок збільшення продуктів цитокінів у відповідь на появу хемотоксичних факторів [2, С. 3]. 1 UA 90416 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Як і в запропонованій корисній моделі, у відомому способі оцінку ендотоксикації організму здійснюють шляхом вимірювання параметрів організму. Причиною, що перешкоджає отриманню технічного результату, є використання лише розрахункових формул для оцінки ступеню ендотоксикозу організму, що не завжди є виправданим. Використання лише гематологічних показників у більшості випадків є прямим відображенням запальних процесів, до яких причетні клітини крові, але при цьому не береться до уваги стан інших органів і тканин, а також розвиток інших типів гематологічних процесів. Показники можуть мати значну похибку у гематологічних хворих, вагітних та можуть суттєво змінюватись під дією окремих лікувальних процедур. Крім того, вищевказаний спосіб не дозволяє виконувати порівняння ступеню ендотоксикозу з біологічною нормою - відповідними фізіологічними, біохімічними, імунологічними показниками, хоча саме таке порівняння дозволяє робити висновки щодо характеру і ступеню змін, що розвиваються в організмі під виливом важких металів, оцінити шкідливість чи безпечність їх для організму. Найближчим аналогом є вибраний спосіб визначення вмісту важких металів в біологічному матеріалі, переважно в органах тварин [4] шляхом визначення інтоксикації організму при вимірюванні концентрації важких металів в органах і тканинах організму методом атомноабсорбційної спектроскопії. При здійсненні зазначеного способу [4] біологічний матеріал (печінку, нирки, м'язи, селезінку, серце, кістки, мозок щурів) висушують, виконують озолення при температурі 450520 °C, обробляють розчинником, що містить суміш 67 % азотної та 10 % трихлороцтової кислот при їх співвідношенні 1:1, розводять 20 % азотною кислотою, фільтрують і доводять об'єм фільтрату до визначеного значення. Після цього одержаний фільтрат аналізують методом атомно-абсорбційної спектроскопії для визначення концентрації важких металів в окремих органах. При цьому межею шкідливої дії важких металів вважається достовірне відхилення від контролю, а також від вихідних величин реакцій комплексу найбільш чутливих фізіологічних систем, що знаходяться на межі між фізіологічними коливаннями, фізіологічною мірою захисту і патологічними процесами [5]. Як і у запропонованій корисній моделі, у відомому способі інтоксикацію організму важкими металами визначають шляхом вимірювання концентрації важких металів в органах і тканинах організму методом атомно-абсорбційної спектроскопії. Причиною, що перешкоджає отриманню технічного результату, є визначення у способі абсолютної величини вмісту важких металів в органах і тканинах організмів. Як наслідок, має місце низька точність визначення інтегрального індексу інтоксикації організму, що зумовлено значною розбіжністю в масах досліджуваних організмів. Це не дає можливості з задовільною точністю встановити ступінь інтоксикації організму важкими металами, що є основою для визначення резервів адаптації організму. Задачею, на вирішення якої спрямована запропонована корисна модель, є визначення інтегрального індексу інтоксикації організму. Технічний результат, який може бути одержаний при використанні запропонованої корисної моделі, полягає в збільшенні точності способу - створенні можливості для відносної оцінки ступеню змін і порушень окремих показників і регуляційних механізмів організму, а також організму в цілому, при якому може (чи не може) місце відновлення гомеостазу організму, тобто створені умови для визначення резерву адаптації організму. Значення індексу інтоксикації І знаходяться в межах 0,00-1,00, і при значеннях показників І 0,00-0,05 визначають інтоксикацію важкими металами такою, що знаходиться в межах безпечної для організму норми. Суть запропонованої корисної моделі полягає в тому, що при визначенні інтегрального індексу інтоксикації організму важкими металами шляхом вимірювання концентрації важких металів в органах і тканинах організму методом атомно-абсорбційної спектроскопії, організм досліджуваної групи тварин навантажують важкими металами, наприклад аліментарним шляхом, вимірюють маси тіла в досліджуваних і контрольних групах, вимірюють концентрації важких металів в органах і тканинах обох груп методом атомно-абсорбційної спектроскопії, визначають інтегральний індекс інтоксикації організму I за формулою:  expG  167  , I  max 0, G  ,  1  exp  де I - індекс інтоксикації, G  a0  a1U1  a2U2  a3U3  a4U4  a5U5  a6U6  a7U7  a8U8  a9U9   a10U10  a11U11  a12U12  a13U13  a14U14  a15U15 2 , UA 90416 U де a0, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8, a9, a10, a12, a13, a14, a15 - вихідні розрахункові коефіцієнти; U1,U2,U3,U4,U5,U6,U7,U8,U9,U10 ,U11,U12,U13 ,U14 ,U15 - параметри, які визначаються 5 10 концентраціями визначених важких металів у визначених органах і тканинах; max - функція максимуму. Запропонована корисна модель відрізняється від прототипу тим, що організм досліджуваної групи навантажують важкими металами, наприклад аліментарним шляхом, вимірюють маси тіла організмів досліджуваної і контрольних груп, вимірюють концентрації важких металів в органах і тканинах обох груп методом атомно-абсорбційної спектроскопії, визначають інтегральний індекс інтоксикації організму I за формулою:  expG  167  , , I  max 0,   1  expG  де I - індекс інтоксикації, G  a0  a1U1  a 2U2  a3U3  a 4U4  a5U5  a 6U6  a7U7  a8U8  a9U9  ,  a10U10  a11U11  a12U12  a13U13  a14U14  a15U15 де a0, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8, a9, a10, a12, a13, a14, a15 - вихідні розрахункові коефіцієнти; U1,U2,U3,U4,U5,U6,U7,U8,U9,U10 ,U11,U12,U13 ,U14 ,U15 15 20 25 30 35 40 45 - параметри, які визначаються концентраціями визначених важких металів у визначених органах і тканинах; max - функція максимуму. Між суттєвими ознаками запропонованої корисної моделі і технічним результатом, який може бути одержаний при використанні запропонованої корисної моделі, існує такий причиннонаслідковий зв'язок. Навантаження досліджуваного організму дозою важкого металу при вимірюванні маси тіла організмів як досліджуваного, так і контрольного дають можливість після визначення концентрації важких металів в органах і тканинах організмів обох груп визначити кількість важких металів відносно одиниці маси, що при розрахунку інтегрального індексу інтоксикації організму згідно розробленої авторами математичної формули дозволяє з більшою точністю визначати концентрацію важких металів як в організмі в цілому, так і в окремих органах і тканинах, а також визначати межі як безпечного, так і небезпечного діапазону концентрацій, і, як наслідок, визначати резерви адаптації організму. Спосіб здійснюють таким чином. Тварин як досліджуваної, так і контрольної групи зважують, після чого тварин досліджуваної групи навантажують важкими металами, наприклад, аліментарним шляхом, і знову зважують. Біологічний матеріал (печінку, нирки, м'язи, селезінку, серце, мозок і кістки) висушують, виконують озолення при температурі 450-520 °C, обробляють розчинником, що містить суміш 67 % азотної та 10 % трихлороцтової кислот при співвідношенні 1:1, розводять 20 % азотною кислотою, фільтрують, доводять об'єм фільтрату до визначеного значення і аналізують одержаний фільтрат методом атомно-абсорбційної спектроскопії для визначення концентрації важких металів в органах і тканинах організму. Результати вимірювань вводять в формулу:  expG  167  , , I  max 0,   1  expG  де I - індекс інтоксикації, G  a0  a1U1  a 2U2  a3U3  a 4U4  a5U5  a 6U6  a7U7  a8U8  a9U9  ,  a10U10  a11U11  a12U12  a13U13  a14U14  a15U15 a ,a ,a ,a ,a ,a ,a ,a ,a ,a ,a ,a ,a ,a ,a де 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 13 14 15 - вихідні розрахункові коефіцієнти; U1,U2,U3,U4,U5,U6,U7,U8,U9,U10 ,U11,U12,U13 ,U14 ,U15 параметри, які визначаються концентраціями визначених важких металів у визначених органах і тканинах і за якими розраховують інтегральний індекс інтоксикації організму I та визначають безпечну чи небезпечну інтоксикацію організму, мкг/г; max - функція максимуму. Значення I знаходяться в межах 0,00-1,0, і при значеннях індексу I в межах 0,00-0,05 визначають інтоксикацію такою, що знаходиться в межах безпечної для організму норми (див. таблицю). 3 UA 90416 U Таблиця Орган [метал] печінка [Рb] печінка [Μn] печінка [Ζn] печінка [Fe] печінка [Cd] печінка [Ni] печінка [Co] нирки [Рb] нирки [Μn] нирки [Ζn] нирки [Fe нирки [Cd] нирки [Ni] нирки [Co] серце [Рb] серце [Μn] серце [Ζn] серце [Fe] серце [Cd] серце [Ni] серце [Со] селезінка, [Рn] селезінка [Μn] селезінка [Ζn] селезінка [Fe] селезінка [Cd] селезінка [Ni] селезінка [Со] м'язи [Рb] 5 10 15 20 Со, мкг/г 0,68 0,40 3,97 4,10 0,37 0,30 0,31 1,96 0,17 3,34 2,86 0,20 3,34 0,45 0,13 0,24 1,95 4,74 0,30 0,41 0,31 0,44 0,16 3,45 37,30 0,08 0,89 0,48 0,00 С, мкг/г 9,64 0,31 44,64 6,83 0,00 0,38 0,50 51,90 0,11 2,38 2,73 0,04 0,37 0,36 0,71 0,31 2,47 3,34 0,24 0,48 0,48 6,88 0,09 12,86 76,51 0,22 0,33 0,27 0,98 Орган [метал] м'язи [Μn] м'язи [Ζn] м'язи [Fe] м'язи [Cd] м'язи [Ni] м'язи [Co] кістка [Рb] кістка [Μn] кістка [Ζn] кістка [Fe] кістка [Cd] кістка [Ni] кістка [Co] мозок лів [Рb] мозок лів [Μn] мозок лів [Ζn] мозок лів [Fe] мозок лів [Cd] мозок лів [Ni] мозок лів [Co] мозок пр [Рb] мозок пр [Μn] мозок пр [Ζn] мозок пр [Fe] мозок пр [Cd] мозок пр [Ni] мозок пр [Co] І реал. І прогноз. Со, мкг/г 0,09 1,98 1,56 0,14 0,37 0,58 2,87 0,10 27,40 2,14 0,32 0,58 0,63 2,20 0,24 1,66 1,20 0,00 0,50 0,49 0,50 0,09 1,94 1,76 0,11 0,51 0,71 0,00 0,00 С, мкг/г 0,54 2,63 1,36 0,63 0,49 0,34 21,78 0,17 26,82 1,51 0,38 0,64 0,85 0,28 0,13 1,95 2,68 0,09 0,69 1,26 2,06 0,15 2,27 1,54 0,41 0,68 0,80 0,24 0,25 В валеологічній лабораторії Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна були виконані дослідження з ціллю визначення інтегрального індексу інтоксикації організму щурів I . Результати досліджень наведені в таблиці. В таблиці наведені концентрації важких металів (Рb, Μn, Zn, Fe, Cd, Ni, Co) в органах і тканинах контрольної Сo та досліджуваної групах тварин С, а також наведені індекси інтоксикації організму досліджуваних тварин в цілому реальні I реал., та прогнозовані величини I прогноз., що підраховані на основі наведеної вище формули для I . Аналіз таблиці свідчить, що результати значень індексів інтоксикації як в контрольній, так і досліджуваній групах організмів реальний і прогнозований майже співпадають, при цьому показник інтоксикації організму, навантаженого важкими металами, становить 0,25, тобто знаходиться в межах небезпечності. Джерела інформації: 1. Зондирование территории по риску заболеваемости населения под влиянием комплекса экологических факторов /Набока М.В., Шестопалов В.М., Мельник И.В. // Журнал "Довкілля та здоров'я", 1998, № 1 (18), С. 16-20. 2. Журнал практикующего врача, № 4, 2006. 3. Проблемы нормы в токсикологи, И.М. Трахтенберг, Р.Е. Сова, В.О. Шефтель, Ф.А. Онищенко. - М.: Медицина, 1991, С. 5-7. 4. Патент UA № 73527, G01N 33/48, опубл. Бюл. № 2012. 5. Саноцкий И.Р., Уланова И.П. Критерии вредности в гигиене и токсикологии при оценке опасности химических соединений. - М.: Медицина, 1975, С. 36. 25 4 UA 90416 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб визначення інтегрального індексу інтоксикації організму важкими металами шляхом вимірювання концентрації важких металів в органах і тканинах організму методом атомноабсорбційної спектроскопії, який відрізняється тим, що організм досліджуваної групи тварин навантажують важкими металами, наприклад, аліментарним шляхом, вимірюють маси тіла організмів досліджуваної і контрольних груп, вимірюють концентрації важких металів в органах і тканинах обох груп методом атомно-абсорбційної спектроскопії, визначають інтегральний індекс інтоксикації організму I за формулою:  expG  167  , I  max 0, , 1  expG   де I - індекс інтоксикації, G  a0  a1U1  a2U2  a3U3  a 4U4  a5U5  a6U6  a7U7  a8U8  a9U9   a10U10  a11U11  a12U12  a13U13  a14U14  a15U15 , де a 0 , a1 , a 2 , a 3 , a 4 , a 5 , a 6 , a 7 , a 8 , a 9 , a10 , a11 , a12 , a13 , a14 , a15 - вихідні розрахункові коефіцієнти; 15 U1 , U 2 , U 3 , U 4 , U 5 , U 6 , U 7 , U 8 , U 9 , U10 , U11 , U12 , U13 , U14 , U15 - параметри, які визначаються концентраціями визначених важких металів у визначених органах і тканинах; max - функція максимуму. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5