Научно-исследовательская работа: «Волосы – показатель содержания микроэлементов в организме»

Номинация: САМАЯ АКТУАЛЬНАЯ РАБОТА
Просмотреть картинки списком
1ое, 2ое и 3е место: III место

Наставник: Планкина Марина Викторовна

Ученики:Скороходова Ольга Николаевна (20 лет); Фурс Мария Борисовна (19 лет)

Город (село): г. Томск

Название колледжа: ГОУ СПО «Томский государственный промышленно-гуманитарный колледж»

Название изобретения или изделия:Научно-исследовательская работа: «Волосы – показатель содержания микроэлементов в организме».

Цель работы:

● Определение количества цинка, меди и свинца в волосах методом инверсионной вольтамперометрии;

● Изучить литературные данные о биологической роли микроэлементов, также последствия, связанные с их недостаточностью.

Волосы - зеркало нашего организма, и сегодня исследователи научились считывать информацию, которую наш волос накопил о нас. Это, своего рода, "минеральный образ" и он пропорционален составу всего организма. Рост числа заболеваний связан с накоплением в атмосфере, воде, почве токсичных веществ, неправильным питанием, занятостью на вредных производствах. Это и многое другое вызывает нарушение баланса жизненно важных элементов в организме человека, способствует ухудшению его состояния и возникновению различных заболеваний. В настоящее время современная медицина стала особое внимание уделять обеспечению организма необходимыми микроэлементами. В последнее время все больший интерес представляет исследование волос для выявления состояния обмена микроэлементов в организме и токсического воздействия отдельных тяжелых металлов. Цинк, кадмий, свинец и медь выбраны потому, что они играют большую роль в жизнедеятельности человека (Приложение 1, Таблица 1).

Определение химических элементов в волосах служит объективным показателем состояния организма в целом, а именно, позволяет узнать, правильно ли Вы питаетесь, какой вред Вашему здоровью наносят вредные привычки, как влияют среда обитания, рабочее место, условия проживания, как функционируют Ваши органы - почки, печень, желудок, сердце, - а также каковы перспективы Вашего организма.

В том, что волосы хранят важную информацию о человеке, известно давно. Взять хотя бы исторический факт: много лет спустя после погребения Наполеона, исследовав химический состав его волос, ученые установили причину смерти – отравление мышьяком. Схожими средствами и методиками пользуются криминалисты, экологи и гигиенисты.

Очень перспективным является использование проб как архивного материала в историческом биомариторинге, что при постоянном совершенствовании аналитической базы открывает новые возможности для этого вида контроля уровня элементов в человеческом организме и оценки загрязнения окружающей среды.

С точки зрения химика-аналитика, волосы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими объектами: простота забора материала, возможность стабильного хранения при комнатной температуре в течение неограниченного времени, более высокая концентрация микроэлементов по сравнению с другими биообъектами (кровь, моча, ногти).

Целью данной работы являлось определение количества микроэлементов цинка, меди, кадмия, свинца в волосах. А также изучить литературные данные о биологической роли микроэлементов, также последствия, связанные с их недостаточностью.

Микроэлементы играют большую роль в жизнедеятельности человека.

Цинк активизирует более 200 ферментных систем. Дефицит цинка – наиболее часто встречается среди ликвидаторов аварии на Чернобольской Атомной Электростанции. Считается, что нарушение в клеточном обмене цинка – один из механизмов иммунодефицита у лиц, подвергшихся радиационному воздействию. На фоне дефицита цинка может происходить задержка полового развития у мальчиков и потеря сперматозоидами способности оплодотворения яйцеклетки у мужчин (бесплодие). Роль цинка при алкогольной интоксикации обусловлена его участием в метаболизме алкоголя (молекула алкогольде - гидрогеназы содержит 4 атома цинка), поэтому у детей и подростков при дефиците цинка повышается предрасположенность к алкоголизму. Может нарушится зрение, поскольку в усвоении сетчаткой глаза витамина А играет активную роль.

Медь -это микроэлемент, тесно связанный в обмене с цинком и железом. Дефицит меди отрицательно сказывается на кроветворении, функциях щитовидной железы (часто развивается гипотиреоз), всасывании железа, состоянии соединительной ткани, процессах миелинизации в нервной системе, усиливает предрасположенность к бронхиальной астме, аллергодерматозам, кардиопатиям, витилиго и многим другим заболеваниям, нарушает менструальную функцию женщин. Повышенное содержание меди в организме отмечается при острых и хронических воспалительных заболеваниях, бронхиальной астме, заболеваниях почек, печени, в том числе у детей, инфаркте миокарда, и некоторых злокачественных новообразованиях. Хроническая интоксикация медью и ее солями может приводить к функциональным расстройствам нервной системы, печени и почек, изъязвлению и перфорации носовой перегородки, аллергодерматозам.

Свинец основной антропогенный поллютант из группы тяжелых металлов, что связанно с высоким индустриальным загрязнением и выбросами автомобильного транспорта, работающего на этилированном бензине. Свинец усиленно накапливается при недостатке кальция и цинка и усугубляет дефицит этих элементов. Этот тяжелый металл широко применяется при ликвидации радиоактивного заражения местности вокруг ЧАЭС в 1986 г., что привело к избыточному поступлению свинца как у ликвидаторов, так и у жителей «чернобыльской зоны».

Наличие в организме кадмия может приводить к анемии, поражению печени, кардиопатии, эмфиземе легких, остеопорозу, деформации скелета, развитию гипертонии. Наиболее важным в кадмиозе является поражение почек, выражающееся в дисфункции почечных канальцев и клубочков с замедлением канальцевой реабсорбции, протеинурией, глюкозурией, последующими аминоацидурией, фосфатурией. При этом увеличивается экскреция β-2-микроглобулина с мочой. Для многих промышленных районов России характерно индустриальное загрязнение кадмием, связанное, прежде всего, с металлургическим производством, а также хранением и переработкой бытовых и промышленных отходов.

Определение этих элементов проводилось с использованием метода инверсионной вольтамперометрии. Инверсионно – вольтамперометрический метод основан на способности определяемого элемента электрохимически накапливаться на поверхности рабочего электрода и растворяться в процессе анодной или катодной поляризации при определенном потенциале, характерном для каждого элемента. Регистрируемый на вольтамперограмме максимальный ток (пик) элемента прямо пропорционален массовой концентрации определяемого элемента в растворе. Аналитическим сигналом в методе ИВ является ток растворения концентрата, осажденного на электроде и имеющий форму колоколообразного импульса (пика) (Приложение 2, рис.2). В концентрируемых условиях высота пика прямо пропорциональна концентрации определяемого вещества или иона, а потенциал анодного пика характеризует природу химического вещества в анализируемых условиях. Метод ИВ состоит из двух стадий:

1) концентрирование вещества (элемента) на поверхности электрода при перемешивании раствора и постоянном потенциале;

2) электрохимическое растворение концентрата и фиксирование изменения какой-либо электрохимической характеристики электрода: тока, потенциала или количества протекшего электричества.

При использовании вольтамперометрического анализатора (Приложение 2, рис.1) в комплекте с компьютером, регистрацию и обработку результатов измерений аналитических сигналов и расчет массовых концентраций элементов в пробе (мг/кг) выполняет система сбора и обработки, данных анализатора.

Вычисляют массовую концентрацию (мг/кг) каждого определяемого элемента (Х_i) в пробе по формуле (1):



где: Х_i —содержание элемента в анализируемой пробе, мг/кг;

C_AC —концентрация аттестованной смеси элемента, из которой делается добавка к анализируемой пробе, мг/дм³;

V_AC — объем добавки АС элемента, см³;

I₁—величина максимального анодного тока элемента в анализируемой пробе, А или мм;

I₂ —величина максимального анодного тока элемента в анализируемой пробе с добавкой АС, А или мм;

m — масса анализируемой пробы, г;

V_пр. — объем растворенной пробы, см³;

V_ал —объем аликвоты раствора пробы, взятой для ВА измерения, см³.

Для анализа состригали немного волос 3-4см (50-100мг), волосы обезжиривали ацетоном, промывали дистиллированной водой, высушивали и взвешивали (схема 2).

Пробы подвергались пробоподготовке путем «мокрого» озоления с добавками с целью разложения органической составляющей матрицы и перевода определяемых элементов в раствор в электрохимически активных формах (схема 1). Приготовленные пробы переводили в хлориды соответствующим раствором фонового электролита. Измерение проводили на двух электродной системе: рабочего электрода и электрода сравнения. Концентрации элементов в пробе определяли по методу добавок.

В качестве объектов исследования были взяты волосы 10 человек разного возраста. Некоторые экспериментальные данные представлены в таблице 2, для сравнения приведены значения нормального содержания элементов в волосах.

Как видно из таблицы содержание элементов у пациентов различно. Это различие в микроэлементном составе волос наверняка зависит от места, в котором они учатся, работают и живут. Так превышение содержания свинца и кадмия наблюдается у пациента № 7. Это связано с тем, что возможно этот человек живет в промышленном районе и работает с такими веществами и материалами как краски, керамика, производство аккумуляторов, кабелей, цветная металлургия и т.д. В данном случае у этого человека могут наблюдаться отклонения в здоровье, например, такие как периферическая и центральная нервная система, почки, гладкая мускулатура, репродуктивная система. Содержание кадмия свидетельствует о том, что этот человек курящий или находится в среде курящих. Последствия повышенного содержания кадмия приводит к эмфиземе легких и остеопорозу. Если анализ показывает дефицит этих веществ, значит, их не хватает нашему организму. Дефицит или избыток тех или иных элементов в организме человека, как правило, является следствием дефицита или избытка элементов, проходящих по пищевой цепи: от почвы к растениям и животным, от них к человеку. Только индивидуальный подбор минеральных и других препаратов, способствующих нормализации микроэлементов баланса организма, окажет реальную и эффективную помощь при патологическом состоянии.

Полученные экспериментальные данные позволяют в дальнейшем разрабатывать методологию ранней диагностики нарушения уровня функциональных резервов организма, а также разработать систему реабилитационных мероприятий. Из этого следует, что научные исследования переносятся в процесс профессиональной деятельности, т.е. помогают медицинскому контролю здоровья. По экспериментальным данным можно получить представление о количестве элементов в организме, разумное сочетание препаратов и диетических продуктов – оптимальный вариант коррекции микроэлементов статуса организма.