Экомониторинг пестицидов в волосах вьетнамцев, проживающих в г. Дананг (Вьетнам) и в г. Казань Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

УДК 543.257.063: 543.423.1

Le Phuoc Cuong, М. И.Евгеньев, Ф. М. Гумеров,

И. И. Евгеньева, Н. Н. Умарова

ЭКОМОНИТОРИНГ ПЕСТИЦИДОВ В ВОЛОСАХ ВЬЕТНАМЦЕВ,

ПРОЖИВАЮЩИХ В Г. ДАНАНГ (ВЬЕТНАМ) И В Г. КАЗАНЬ

Ключевые слова: волосы, вьетнамцы, пестициды, СКФЭ, ГЖХ-МС.

Проведено определение хлор- и фосфорорганических пестицидов (ХОП и ФОП) в волосах вьетнамцев сверхкритическим флюидным экстракционным (СКФЭ) методом в сочетании с газожидкостным масс-спектральным анализом (ГЖХ-МС). Выявлены различия в их содержании в зависимости от времени проживания в России (от 1 года до 25 лет). При интерпретации данных выявлено наличие корреляции между присутствием пестицидов в волосах вьетнамцев и состоянием окружающей среды городов Дананг (Вьетнам) и Казань.

Keywords: hair, Vietnamese, pesticides, SFE, GC-MS analysis.

Organochlorine and organophosphorus pesticides (OCPs and POP) have been detected in the hair of Vietnamese people by SFE / GC-MS method. Dependence of content thereof on time of their residence in Russia (1-25 years) has been determined. Correlations between the presence of pesticides in the hair of Vietnamese and the environmental situation of Danang and Kazan cities have been revealed.

Введение

Способность пестицидов накапливаться в сельскохозяйственной продукции обусловливают возможность их хронического неблагоприятного воздействия на живой организм [1]. Волосы обладают кумулятивными свойствами, и состав веществ в них отражает общее состояние здоровья человека. В связи с этим это удобный диагностический субстрат для скрининговых исследований больших групп населения. Отбор проб волос безопасен для человека, предварительными исследованиями волос можно охватить большие группы обследуемых пациентов [2]. Важной особенностью волос является их способность поглощать эндогенные вещества из организма человека и сохранять их практически неизменными в течение длительного времени. Определение содержания пестицидов и прочих ксенобиотиков в волосах человека отражает интегральный эффект их воздействия и может быть использован как аналитический «срез» при проведении экологического мониторинга территорий [3].

Целью данной работы является определение ХОП и ФОП в человеческих волосах, основанное на процессе сверхкритической флюидной экстракции (СКФЭ) с последующим анализом экстракта методом газожидкостной хроматографии-масс-спектрометрии (ГЖХ-МС) и выявления их содержания у вьетнамцев в зависимости от времени проживания в России (от 1 года до 25 лет).

Экспериментальная часть

Материалы. Для установления оптимальных параметров и эффективности процесса СКФЭ, а также ГЖХ-МС определения пестицидов 65 образцов волос были разбиты на 2 группы. В первую группу входили 20 вьетнамцев (10 женщины, 10 мужчин) проживающие в Казани от 5 до 25 лет. Во второй были 45 вьетнамцев (25 женщины, 20 мужчин), проживающие в двух микрорайонах Хоа Ванг и Льен Чьеу города Дананга (Вьетнам).

В работе использовали стандартные образцы пестицидов и их метаболитов: ДДТ (дихлордифенилтрихлорметилметан), ДДЕ (4,4'дихлордифенилдихлорэтилен), линдан (гексахлорциклогексан), гексахлорбензол, 2,4-Д (2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота), хлорофос (O,O-диметил-(2, 2, 2-трихлор-1-оксиэтил)-фосфонат ), дихлофос ((0,0-диметил-0-2,2-дихлорвинилфосфат), бутапон (2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты бутиловый эфир), предоставленные ООО «НПО Метрология+» (Россия) с аттестованными значениями содержания основного вещества не ниже 99 %. В качестве органического растворителя для жидкостной экстракции

из раствора, полученного после разложения волос, использована смесь гексана с дихлорметаном (3:1, об.). В процессе сверхкритической флюидной экстракции использовали диоксид углерода марки «пищевой» (содержание основного вещества 98 %), прошедший фильтр-осушитель, заполненный обезвоженным силикагелем. В качестве полярной добавки (сорастворителя) к сверхкритическому СО2 использовали хроматографически чистый метанол. В работе использовали азотную кислоту концентрированную (ос.ч) (ГОСТ 11125), ацетон (ос.ч), гексан (х.ч), метанол (ос.ч), дихлорметан (ос.ч). Деионизованная вода получена на установке Simplicity 185 (Millipore, Франция).

СКФЭ и ГЖХ-МС определение пестицидов в волосах вьетнамцев

Процесс сверхкритической флюидной СО2-экстракции из образцов человеческих волос осуществляли с использованием сверхкритической флюидной экстракционной установки циркуляционного типа с жидкостными насосами компании Thar Technologies Inc. (США) (рис. 1). Диоксид углерода, отбираемый из баллона 1, проходил через фильтр-осушитель 3, заполненный обезвоженным силикагелем. Далее СО2 охлаждался до температуры 268 К и поступал на всасывание насоса 6. Подача сорастворителя из емкости 12, в случае его использования, осуществлялась с помощью насоса 7. После смешения потоков диоксида углерода и сорастворителя модифицированный экстрагент подавался в экстрактор 9 из нержавеющей стали объемом 12 мл, в который помещен образец волос (200 мг). В процессе барботажа потока экстрагента с экстрагироваными веществами через жидкостной уловитель (5 мл органического растворителя в V-образном приемнике 11) формировался раствор экстракта в соответствующем органическом растворителе. Освобождающийся диоксид углерода отводился в окружающую среду. Полученный раствор в V-образном приемнике упаривали под вакуумом в потоке азота. Сухой остаток растворяли в 50 мкл органической смеси в зависимости от определяемых пестицидов и анализировали методом ГЖХ-МС.

Процедура подготовки образцов волос включала их очистку раствором додецил-сульфата. Кроме того, в целях дополнительной очистки образца от эндогенных соединений, способных формировать помехи или искажения, проводили кратковременный СО2-экстракционный процесс. Для этого на СКФЭ-установке, представленной на рис. 1, поочередно проводили обработку образца в статическом (длительностью 5 минут) и динамическом (с той же длительностью, с расходом 0,4 г/мин.) режимах обработки при 35 °С и 100 бар.

Рис. 1 - Схема сверхкритической флюидной экстракционной установки: 1- баллон с СО2; 2,8,10-вентили; 3- фильтр-осушитель; 4- холодильный агрегат; 5- термостат; 6,7- насосы; 9-экстракционная ячейка; 11- сборник экстракта; 12- емкость с сорастворителем

Хромато-масс-спектрометрическое исследование экстрактов проведено на приборе DFS Thermo Electron Corporation (США) методом ионизации электронным ударом. Энергия ионизирующих электронов составляла 70 эВ, температура источника ионов 280 °С. Разделение проведено на капиллярной колонке DB-5MS фирмы "Agilent" (длина 30 м, диаметр колонки 0,254 мм, толщина фазы 0,25 мкм). В качестве газа-носителя использовали гелий. Обработка масс-спектральных данных проведена с использованием программы «Xcalibur». Условия получения хроматограмм: температура инжектора - 280 °С, деление потока (split) - 1:20. Прогрев колонки

осуществлялся в программном режиме: Начальная температура - 120 °С (1 мин), скорость нагрева 10 °С/мин, конечная температура - 280 °С (30 мин). Поток газа-носителя через колонку составлял 1 мл/мин. Объем пробы составлял 1 мкл. Для всех экспериментов диапазон сканирования по массе составлял от 33 до 650 а.е.м. в каждом хроматографическом пике.

Результаты и их обсуждение

Мониторинг пестицидов в волосах вьетнамцев. Результаты определения пестицидов в волосах вьетнамцев методами СКФЭ/ГЖХ-МС [4] приведены в таблице 1. Установлено, что сельские жители из двух микрорайонов города Дананга, длительно контактировавшие с пестицидами, имеют высокие значения их содержания в волосах. В волосах вьетнамских населений г. Казани тоже обнаружили ряд пестицидов.

Таблица 1 - Содержание пестицидов в волосах вьетнамцев

Образцы Концентрация пестицидов в волосах, нг/мг

Дихлофос Гексахлорбензол Линдан Бутапон ДДЕ ДДТ 2,4-Д Хлорофос

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 - 14,3 56,7 - - 135,6 - -

2 - - 39,1 28,5 16 - 52,1 -

3 34,8 - - - 11,4 4,3 18,2 -

4 - - - - - - - -

5 115 - - - - - 48 -

6 - - - 12,5 75,4 - - -

7 - - - - - 17 - -

8 70 - - - 8,2 3,2 34 -

9 1,2 - - 0,8 - - - -

2 « 10 2,3 1,4 - 3,4 2 12,1 23 -

н <и 11 - 3,4 1,2 23 15,4 30,5 14 27

Л И 12 11 3 6,2 - 12,4 - 6,8 6

<и и 13 - 6 - - - 6 - -

X « 14 13 - 7 23,4 - 17 - 8,8

Я « и 15 35 5 - - 17 9 - -

16 - 11 5 - 115 - 2,1 2,3

<и 17 - - - - - - - -

а 2 « 18 2,5 12 14 - - - - 1,9

19 - - - - - - - -

н о а 20 23 - 61 - 12,6 34,2 - 11

21 - - - - - - - -

е 22 10,5 1,6 - 8,2 - 32 - 6,5

л я 23 - - - - - - - -

г « 24 11,6 - 17 21 - 24 - 1,3

я н <и Л са 25 - 4,3 - 6 - - 2,2 -

26 - - - - 4,3 - - 2

27 4 3,2 - 5,3 - - 5 -

28 - 7 6,7 - - - - -

29 2,7 - - - 8,9 - - 6,5

30 - 5,2 - 4,3 - 10 5,8 -

31 - - 15 - - - - -

32 4,5 8,1 - - - - - -

33 - - - 7,7 11 - 16 12,6

34 2,5 2,3 4 - - - - -

35 - - - - - 25 - 13,4

Окончание табл. 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9

36 - 1,6 3 - 12,5 - - -

37 8 - - 11,3 - - 76 -

38 - 15,2 - - 25,6 - - -

39 6 - 11,5 - - 13,6 - 11,6

40 - 6,2 - - - - 82,3 -

41 - - - 8,5 21,2 - - -

42 2 - 7 - - 4,3 23 -

43 - 12,4 - - 11,5 - - 8,3

44 - - 6,6 - - 5,6 11 -

45 1,7 5,6 - 12,7 - - - 12

46 1,2 - - - - - - -

47 - - - 6,2 - - - 9,2

48 - 4 - - - - - -

8 49 - 3 - - - 5,7 - -

и и 50 - - - - - - - -

о рц 51 1,1 - - 6,4 - - 8,5 -

я я а 52 - - - - - - - -

м « И 53 - - - - - - - -

и <и 54 - 3,2 2,5 - - - - -

Я 3 2 « и 55 - - - - - - - -

56 - - - - - - - -

я Н о 57 - - - - - - - 12

а я 58 8,2 - - - - 28 - -

2 я 59 - - - - - - - -

г « я 60 15 - - 2 - - - -

н <и л 61 11 - - - - - - -

са 62 - - - - - - 2,8 -

63 - - - - - - - -

64 - - - - - - - -

65 - 5,1 - - 9,8 - - -

Для получения статистически достоверных фоновых показателей состава химических пестицидов в организме вьетнамцев использованы волосы, отобранные у жителей двух микрорайонов г. Дананга (Хоа Ванг и Льен Чьеу). За медиану принималось значение концентрации вещества, соответствующее 50 % частоте на кривых распределения. За порог аномальности - 95 %-ный уровень суммарного частотного распределения. В данной работе за фоновые значения приняты медианные значения содержания химических пестицидов в волосах вьетнамских жителей в сельских территориях г. Дананга (таблица 2). По результатам анализа этих двух выборок рассчитаны региональные фоновые значения содержания пестицидов в волосах вьетнамцев г. Дананга. В таблице 2 для сравнения приведены

литературные данные о среднем содержании хлор- и фосфорорганических пестицидов в волосах человека. Как видно, определенные в данной работе региональные фоновые значения не значительно отличаются от мировых литературных данных.

Таблица 2 - Содержание пестицидов в волосах вьетнамцев, проживающих в районах Хоа Ванг (1), Льен Чьеу (2), и медианные фоновые содержания в волосах сельских жителей г. Дананга (3) в сравнении с литературными данными

Пункт отбора Концентрация пестицидов в волосах, нг/мг

Дихлофос Гексахлор-бензол Лин-дан Бута-пон ДДЕ ДДТ 2,4-Д Хлорофос

1 13.8 2.5 8.3 4.3 12.4 13.1 8.6 2.8

2 2 3.2 3.2 3.5 4.3 3.8 10.1 3.1

3 7.9 2.85 5.75 3.9 8.35 8.45 9.35 2.95

Литературные данные (мкг/г волос)

[5] (П=55) - 0,1-13 0,06-39,1 - - 0,0216,92 - 2,2

[1] 4,2 (П=10) - - - 11,4 (П=7) 34 (П=143) 12 (П=30) -

Примечания: П - количество образцов, - нет данных.

_а_б_

Рис. 2 - Динамика поступления пестицидов (в тоннах) в сельских зонах (а - р. Хоа Ванг; б - р. Льен Чьеу) г. Дананга с 2005 по 2010 гг.

На рис. 2 представлена динамика поступления пестицидов в двух микрорайонах г. Дананга в период с 2005 по 2010 гг. Интерпретация полученных данных позволила выявить связь между присутствием пестицидов в волосах городских жителей и их применением. Это позволяет использовать волосы здорового человека для контроля состояния среды их обитания.

Влияние фактора «длительность проживания в России» у вьетнамцев на содержание токсикантов в волосах. Изучение влияния фактора «длительность проживания вьетнамцев в России» проводилось с применением математических методов, в частности, такого метода многомерного анализа данных, как метод главных компонент (МГК- анализ). Данный метод позволяет выявить в большой массе данных скрытые (латентные) переменные и проанализировать связи, существующие в изучаемой системе. В качестве объекта анализа была использована матрица данных таблицы 1 и результатов содержания химических

элементов в волосах вьетнамцев в работе [3]. В ней содержатся результаты исследований двух групп добровольцев разного возраста: молодых вьетнамцев (МВ), проживших в России от 5 до 10 лет, и старых вьетнамцев (СВ), проживших в России от 10 до 25 лет. Переменными в матрице являются концентрации ряда элементов в волосах - 28 химических элементов и 8 пестицидов. На рис.3 представлен график счетов, то есть координат исследуемых объектов в новом сжатом пространстве, в пространстве главных компонент.

ЭССЕ- ¿саПЕгр!^ р1 и. Щ

¿«ла^ог Ы ЭЛ00 5t.end.erd авля^ог Ы 12\ 2.222

Зсс'Е зсаие*р|Ы {11 уз. 12) 5tan.deг:] йнлайог оТ И: 2.Э1Щ е1эпзэ" Л^чЫ-л] aft2: 2,222

п

5 Ь 11 12

¡уч 1в > О 0 0 п, 1!) 1 ° Э 20

^ 7 3 о

+/-3,0Са*БМ.ЕИГ

- +'-3 ЛОО-Э!!! Пек

б

а

Рис. 3 - График счетов на две главные компоненты, где по оси абсцисс отложены первая главная компонента (Н), по оси ординат - вторая главная компонента (И)

На графике счетов хорошо видно, что все изучаемые объекты разделились на два кластера, они находятся внутри большого овала - границы результатов в три стандартных отклонения (три сигмы). Детальное изучение этих кластеров (рис. 3б) показало, что в правом кластере находятся вьетнамцы с номерами 3-20 (СВ). В кластере, находящемся слева, находятся люди с номерами 21-40 (МВ). Такое расположение групп типа «справа и слева от центра» свидетельствует о том, что координаты объектов справа по величине больше, чем у тех, что слева. Следовательно, содержание всех химических элементов и пестицидов у людей СВ. больше, чем у МВ.

1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 ^ 0.0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0 -1.2

-1.2 -1.0 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Р1

Ьоаатд зсаМегро (р1 vs. р2)

М N1 д^ рСа РЬ р 7е № Мо к ! си и <Л орофос о

иг Зпу ™ и ^ В ....... 'V 24ФД бутапон са ° гексадтор-ол ДДТ

Рис. 4 - График факторных нагрузок на две главные компоненты

На рис. 4 представлен график факторных нагрузок на две главные компоненты р1 и р2. Графики нагрузок показывают, какие переменные и как связаны между собой. Из графика видно, что некоторые переменные образуют компактные группы. Степень близости их относительно друг друга характеризует степень их положительной корреляционной

36

зависимости. В правом нижнем квадранте Са, Mg, Sr, Al образуют одну группу. Элементы Мо, Mn, Cu, Ti тоже образуют группу в правом верхнем квадранте. Группы соединений Li, Sn, V, Cd, ДДТ и гексахлорбензол, линдан и Со, Ва и ДДЕ, Se и дихлофос, W, Be, Ag тоже характеризуются положительной корреляционной зависимостью.

Для выявления того, какие элементы превалируют в волосах кластеров МВ и СВ, необходимо наложить друг на друга два графика счетов и нагрузок, совместив их центры координат. При этом очевидно, что положения кластера СВ совпадает с наличием таких элементов и пестицидов, как Ag, Se, W, дихлофос, хлорофос, ДДЕ и т.д. Кластер МВ характеризуется полным отсутствием пестицидов и наличием Pb, Cr, Sn, Li, V, Cd.

Таким образом, статистический анализ матрицы данных ксенобиотиков позволил заключить, что накопление пестицидов и химических элементов в волосах вьетнамцев зависит от длительности проживания в России.

Заключение

Проведено определение хлор-, фосфорорганических пестицидов в волосах вьетнамцев-индикаторов состояния окружающей среды в городах Дананг и Казань. Выявлены различия в их содержания в зависимости от фактора «длительность проживания» в России (от 5 до 25 лет). На основе геохимического опробования территории г. Дананга и Казани и статистической обработки экспериментальных результатов количественного анализа рассчитаны значения региональных фоновых концентраций пестицидов в волосах здоровых людей. Результаты проведенного исследования могут быть использованы как для оценки загрязненности организма человека стойкими химикатами, так и для ранней диагностики различных заболеваний путем определения в волосах соединений - маркеров заболеваний.

Литература

1. Minh, T.B. Persistent organic pollutants in Vietnam: Environmental contamination and human exposure / T.B. Minh, H. Iwata, S. Takahashi, P.H. Viet, B.C. Tuyen, S. Tanabe // Rev. Environ. Contam. Toxicol. 2008. V.193. P.213-285.

2. Covaci . Hair analysis: another approach for the assessment of human exposure to selected persistent organochlorine pollutants / Covaci, M. Tutudaki, A.M. Tsatsakis, P. Schepens // Chemosphere. - 2002. V.46. - P. 413-418.

3. Le Phuoc Cuong. Определение химических элементов в волосах вьетнамцев методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой / Cuong Le Phuoc, И.И. Евгеньева, М.И. Евгеньев // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - №10. - С. 71-75.

4. Le Phuoc Cuong. Сверхкритическая флюидная экстракция пестицидов из волос вьетнамцев с последующим хромато-масс-спектрометрическим определением состава / Le Phuoc Cuong, М.И. Евгеньев, Ф.М. Гумеров, Р.З. Мусин, И.И. Евгеньева, Ф.Р. Габитов, Л.Ю. Яруллин // Сверхкритические Флюиды: Теория и практика. - 2011. - Т.6, №3. - С.35-44.

5. Кундиев Ю.И. Носительство хлорорганических пестицидов как фактор риска нарушений репродуктивного здоровья женщин / Ю.И. Кундиев, А.Н. Каракашян, Т.Ю. Мартыновская, В.Ф. Демченко, М.Ю. Антомонов // Журн. АМН Украины. 2010, Т. 16, № 1, - С. 97 - 106.

© Le Phuoc Cuong - асп. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ, [email protected]; М. И. Евгеньев - д-р хим. наук, проф. той же кафедры; Ф. М. Гумеров - д-р техн. наук, проф., зав. каф. теоретических основ теплотехники КНИТУ; И. И. Евгеньева - канд. хим. наук, доц. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ; Н. Н. Умарова -канд. хим. наук, доц. той же кафедры.