Анализ волос на тяжелые металлы и микроэлементы: 40 показателей

Расширенное исследование элементного состава волос определяет концентрацию 40 макро- и микроэлементов, токсичных тяжёлых металлов и редкоземельных элементов. Волосы как биоматериал принципиально отличаются от крови и мочи характером предоставляемой информации. Кровь отражает элементный статус организма в момент забора образца, моча — текущую экскрецию за последние часы и сутки, тогда как волосы представляют собой «биологический архив», последовательно фиксирующий экспозицию к элементам по мере роста волосяного стержня со средней скоростью 1 см в месяц. Обнаружение повышенного содержания токсичных элементов в волосах свидетельствует о постоянном длительном контакте и требует выяснения причин столь продолжительного воздействия, в отличие от транзиторного повышения в крови или моче, которое может отражать однократную недавнюю экспозицию.
Панель из 40 элементов является наиболее полной из доступных для исследования волос и охватывает эссенциальные макроэлементы, микроэлементы, условно-эссенциальные и следовые элементы, основные токсичные металлы и металлоиды, а также редкоземельные и переходные элементы промышленного значения.

Метод исследования: масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS).

Состав панели

Эссенциальные макроэлементы (Na, K, Ca, Mg, P ) необходимы организму в относительно больших количествах и определяют водно-электролитный баланс, минерализацию костной ткани, нервно-мышечную проводимость, энергетический обмен. В крови их концентрация строго регулируется гомеостатическими механизмами и может сохраняться в пределах нормы даже при значительном тканевом дефиците за счёт мобилизации из депо. Волосы, будучи периферической тканью, не защищённой этими компенсаторными механизмами, отражают хронический дисбаланс раньше и достовернее: снижение кальция и магния в волосах нередко предшествует лабораторным изменениям в крови.

Эссенциальные микроэлементы (Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Se, Mo ) критически важны для функционирования ферментных систем, антиоксидантной защиты, кроветворения, иммунного ответа и гормонального обмена. Железо в волосах отражает долговременный статус и дополняет сывороточные маркеры. Цинк — один из наиболее показательных элементов при анализе волос, поскольку волосяной фолликул является одной из наиболее чувствительных структур к цинковому дефициту, и снижение содержания цинка в волосах нередко коррелирует с алопецией, дерматитами, снижением иммунитета. Медь, селен, марганец, кобальт, молибден, хром — кофакторы специфических ферментных систем. Никель определяется преимущественно в контексте профессиональной экспозиции и контактной аллергии.

Основными причинами дефицита минеральных веществ являются неправильное или однообразное питание, некачественная питьевая вода, геологические особенности региона проживания, хронические кровопотери при заболеваниях желудочно-кишечного тракта (болезнь Крона, язвенный колит), приём лекарственных препаратов, связывающих или вызывающих потерю микроэлементов. Нередки случаи передозировки солями цинка и железа при бесконтрольном применении мультивитаминных комплексов.

Условно-эссенциальные и следовые элементы (Li, B, Ga, Ge, Rb, Sr, Cs ). Литий в следовых количествах присутствует в организме; в фармакологических дозах применяется при биполярном расстройстве. Содержание лития в волосах отражает кумулятивную экспозицию за месяцы и может использоваться для ретроспективного мониторинга литиевой терапии. Соли лития, галлия, серебра находят применение в медицинской практике и при неосторожном обращении могут привести к хронической интоксикации. Бор участвует в метаболизме костной ткани. Стронций накапливается в костях аналогично кальцию. Рубидий и цезий — аналоги калия; определение цезия актуально при экологическом мониторинге (цезий-137).

Токсичные элементы (Be, Al, As, Cd, Sn, Sb, Te, Hg, Tl, Pb, U ) не выполняют биологических функций и при накоплении повреждают органы и системы. Волосы являются оптимальным биоматериалом для документирования хронической экспозиции к этим элементам.
Свинец в волосах отражает кумулятивную нагрузку за месяцы, дополняя определение в крови, которое является «золотым стандартом» для оценки текущего уровня. Дети подвержены большему риску свинцового отравления, что обусловлено более интенсивной абсорбцией в кишечнике и повышенной уязвимостью развивающейся нервной системы.
Ртуть в волосах преимущественно отражает метилртутную экспозицию из рыбы и морепродуктов, поскольку метилртуть активно включается в кератиновую матрицу. Анализ волос на ртуть рекомендован ВОЗ как метод оценки хронической метилртутной экспозиции. Элементарная ртуть не оказывает токсического воздействия при поступлении в желудочно-кишечный тракт, однако ингаляция паров может привести к полиорганной недостаточности.
Мышьяк — волосы являются предпочтительным биоматериалом для документирования хронического мышьякового отравления, поскольку в крови мышьяк определяется лишь в течение 2–4 часов после экспозиции, в моче — до 1–2 суток, тогда как в волосах сохраняется месяцами. Сегментный анализ волос позволяет ретроспективно установить хронологию отравления мышьяком.
Кадмий — у курильщиков уровень в волосах закономерно повышен. Таллий — высокотоксичный элемент, вызывающий характерную алопецию и полинейропатию; определение в волосах имеет значение при подозрении на хроническое отравление. Бериллий актуален при профессиональной экспозиции в аэрокосмической промышленности. Уран — при проживании в районах с повышенным природным фоном и при профессиональной экспозиции.

Редкоземельные и переходные элементы (Ga, Ge, Zr, Nb, Ag, Te, Ce, Pr, Sm, W, Ba ) определяются преимущественно для оценки профессиональной и экологической экспозиции. Серебро в волосах повышается при длительном приёме коллоидного серебра, что может приводить к аргирии (необратимое окрашивание кожи). Вольфрам актуален при профессиональной экспозиции в производстве твёрдых сплавов. Цирконий и ниобий определяются при мониторинге имплант-ассоциированной коррозии. Барий используется в промышленности и медицине (контрастные вещества).

Клиническое значение

Панель из 40 элементов в волосах представляет собой наиболее полное исследование хронического элементного статуса из доступных в клинической практике. Определить конкретный элемент, вызвавший заболевание, на основании исключительно клинических признаков не представляется возможным, поскольку поражения органов-мишеней при интоксикации различными металлами перекрываются. Поражение центральной и периферической нервной системы является общим признаком отравления алюминием, мышьяком, свинцом, ртутью и медью. Угнетение кроветворной функции наблюдается при отравлении мышьяком и свинцом. Поражение выделительной системы — мышьяком, кадмием, хромом, селеном, свинцом, ртутью. Поражение ЖКТ типично при алиментарном отравлении кобальтом, медью, железом, цинком и селеном, поражение лёгких — при ингаляционном отравлении никелем, алюминием, марганцем и ртутью. Комплексная оценка концентраций в волосах позволяет систематизировать диагностический поиск при подозрении на хроническую интоксикацию.
Одновременное определение эссенциальных и токсичных элементов обосновано антагонистическими взаимодействиями между ними: дефицит железа усиливает всасывание свинца и кадмия, дефицит кальция увеличивает абсорбцию свинца, дефицит цинка повышает чувствительность к кадмию, дефицит селена снижает антиоксидантную защиту от ртути. Волосы позволяют оценить оба компонента — и дефицит протективных элементов, и накопление токсикантов — в рамках единого исследования.
Следует учитывать, что лаборатория-исполнитель указывает: результаты исследования волос менее надёжны, чем исследование крови и мочи, поскольку придатки кожи способны накапливать металлы из внешней среды и концентрация в волосах не всегда отражает их концентрацию в организме. Волосы дополняют, но не заменяют исследование крови и мочи. Для диагностики острого отравления предпочтительна кровь, для хронического — моча, для ретроспективной оценки длительной экспозиции — волосы.
Для комплексной оценки нутриентного статуса анализ волос рекомендуется дополнять исследованием витаминов, антиоксидантов и жирных кислот. Результат следует оценивать в сочетании с клиническими, лабораторными и инструментальными данными.

Ограничения

Результаты исследования волос менее надёжны, чем исследование крови и мочи, поскольку придатки кожи способны накапливать металлы из внешней среды и концентрация элементов в волосах не всегда отражает их истинную концентрацию в организме. Для диагностики острого отравления тяжёлыми металлами предпочтительно использовать кровь, для хронического — мочу. Волосы являются дополнительным биоматериалом для ретроспективной оценки длительной экспозиции.
Внешняя контаминация — основной преаналитический фактор, влияющий на достоверность результата. Химическое окрашивание, обесцвечивание, химическая завивка, лечебные шампуни с микроэлементами, хлорированная вода бассейна, профессиональный контакт с металлической пылью, использование средств для укладки — всё это может изменить поверхностный элементный состав волоса. Лаборатория проводит стандартную промывку образца перед анализом, однако полностью устранить глубокую внешнюю контаминацию не всегда возможно.
Признаки интоксикации могут наблюдаться и при нормальных (референсных) значениях концентрации — это характерно для пожилых пациентов с полиморбидностью и полипрагмазией. С другой стороны, повышенная концентрация токсических элементов в волосах может быть обнаружена при отсутствии какой-либо симптоматики и отражать внешнюю контаминацию или субклиническую экспозицию.
Скорость роста волос индивидуальна и зависит от возраста, пола, гормонального статуса. Цвет волос влияет на содержание ряда элементов: тёмные волосы накапливают некоторые металлы в бо́льших количествах, чем светлые. Седые и повреждённые волосы могут давать атипичные результаты.
Снижение концентрации тяжёлых металлов в волосах, как правило, не имеет самостоятельного диагностического значения.

Интерпретация результатов проводится в зависимости от целей назначения с учётом жалоб и клинических признаков. При интерпретации необходимо учитывать все возможные пути поступления элементов в организм: повышенное содержание в почве, воде, пище, расположенность промышленных объектов вблизи места проживания, профессиональный контакт, приём лекарственных препаратов, преднамеренное введение.