Rozpoznání podzemních vod souvisejících s chronickým onemocněním ledvin neznámé etiologie pomocí huminových organických látek

ÚVOD

Chronické onemocnění ledvin postihuje ~15 % populace na celém světě a je jedním z globálních problémů veřejného zdraví1. Hypertenze, cukrovka a chronická nefritida jsou obvykle hlavními příčinami chronického onemocnění ledvin2. Jde však o chronické onemocnění ledvin, které s výše uvedenými příčinami nesouvisí, a to chronické onemocnění ledvinneznámá etiologie(CKDu), byl hlášen ve Střední Americe, Indii, na Srí Lance a na dalších místech. Na Srí Lance je ohroženo zdraví více než 400000 lidíCKDuavýskyt CKDuje až 15–23 % v Severní centrální provincii4,5. Většina pacientů trpících CKDu má nízkou životní úroveň v zemědělských komunitách v suchých oblastech6. V posledních letech mnoho studií ukázalo, že CKDu souvisí s kvalitou podzemních vod5,7 a neexistuje dostatek infrastruktur pro poskytování čištěné pitné vody. Podle průzkumu je výskyt CKDu v oblastech s převahou CKDu závislý na kvalitě pitné podzemní vody pro místní obyvatele a distribuce čistých zdrojů podzemní vody a zdrojů podzemních vod souvisejících s CKDu byly nerovnoměrné8. Proto se uznání čistých zdrojů podzemní vody stalo naléhavým opatřením přijatým pro obyvatele v oblastech s převládajícím výskytem CKDu v rozvojových zemích, jako je Srí Lanka5.

Click to cistanche herba pro onemocnění ledvin

Anorganické chemikálie podzemní vody byly v mnoha studiích identifikovány jako související s prevalencí CKDu9,10. Například koncentrace F− ve vzorcích podzemních vod z oblastí s převládajícím výskytem CKDu na Srí Lance většinou překračují prahovou hodnotu (0,6 mg L−1 ) stanovenou pro Světovou zdravotnickou organizaci9; tvrdost a poměr Ca2+ k Na+ v podzemních vodách z endemických oblastí CKDu jsou také vyšší než v oblastech bez CKDu10,11. Kromě toho je CKDu spojen s koncentracemi těžkých kovů s nefrotoxicitou (např. Cd a Pb) a Si v podzemních vodách12–14. Nedávná studie ukázala, že organické sloučeniny mohou interagovat s Ca2+ a SO4 2– prostřednictvím tvorby komplexů a tento komplex je škodlivý pro lidské ledviny15. Vznik některých onemocnění ledvin souvisí s rozpuštěným organickým uhlíkem (DOC) v podzemních vodách16. Nadměrné huminové látky mohou způsobit smrt lidských ledvinových buněk na základě studie v endemických oblastech onemocnění ledvin Balka17. Jen málo studií však zkoumalo rozdíl v klíčových složkách rozpuštěné organické hmoty (DOM) mezi vodními zdroji CKDu a jinými zdroji vody. Dostupné studie ukázaly, že DOM v podzemních vodách z oblastí s endemickým výskytem CKDu byl více žáruvzdorný, aromatický a méně biologicky dostupný než voda z oblastí bez CKDu18,19. Stále však není známo, jak významné jsou citlivé složky DOM při rozpoznávání zdrojů vody souvisejících s CKDu.

Spektroskopie matrice excitační mise (EEM) má výhody rychlého měření, vysoké citlivosti a snadného předběžného zpracování. Široce se používá k charakterizaci fluorescenčního DOM (FDOM)20. EEM ve spojení s paralelní faktorovou analýzou (EEM PARAFAC) může účinně odhalit optické charakteristiky DOM, identifikovat fluorescenční složky a zdroje DOM a objasnit proces transformace DOM21,22. Kromě toho může být také použit ke zkoumání dynamických změn DOM ovlivněných přírodními a lidskými faktory23,24. EEM-PARAFAC má potenciální proveditelnost prozkoumat souvislost mezi DOM a kvalitou podzemní vody20.

Cílem této studie proto bylo (1) určit optické charakteristiky, složení a zdroje FDOM v podzemních vodách souvisejících s CKDu a nesouvisejících s CKDu ze Srí Lanky technikou EEM PARAFAC, (2) ověřit proveditelnost použití klíčových fluorescenčních složek k identifikaci Vodní zdroje související s CKDu kombinací s anorganickými citlivými chemikáliemi a (3) navrhnout nástroj včasného varování a screening pro zdroje podzemní vody související s CKDu využívající klíčové fluorescenční složky. Tato studie poskytne účinnou metodu pro zajištění nezávadnosti pitné vody, která je užitečná pro prevenci a sledovatelnost CKDu.

Obr. 1 Spektrální indexy DOM. Horní bod černé skříňky je maximum a spodní je minimum; horní hranice černého rámečku je 75. percentil a spodní je 25. percentil a prostřední bílý čtverec je průměrná hodnota. Diagram hustoty mimo krabicový diagram představuje pravděpodobnost hustoty. Významný rozdíl p < 0.01 a významný rozdíl p < 0,05 byly označeny dvěma hvězdičkami a hvězdičkou ve spektrálních indexech mezi dvěma různými skupinami.

VÝSLEDKY A DISKUSE

DOC a EEM DOM v podzemních vodách souvisejících s CKDu

Koncentrace DOC (3,25 ± 0,73 mgC L−1 ) v podzemních vodách CKDu byly významně nižší než v povrchových vodách (4,65 ± 0,89 mgC L−1 ), ale významně vyšší než v podzemní voda bez CKDu (2,81 ± 0,76 mg L−1) (p < 0,05) (doplňkový obr. 2). Ačkoli koncentrace DOC uváděné Coorayem et al.25 byly vyšší než údaje pozorované v této studii, nalezli také relativně vyšší koncentrace DOC (6,4 mgC L−1 ) v oblastech s převládajícím CKDu než v oblastech s převládajícím výskytem CKDu (3,7 mgC L −1). Rozdíl v koncentracích DOC mezi podzemní vodou CKDu a podzemní vodou bez CKD může být ze dvou důvodů. Jedním z nich je, že podzemní vody CKDu budou pravděpodobně dostávat více povrchové vody11,26, což zvyšuje koncentraci DOC27,28. Druhým je, že silnější mikrobiální aktivita v podzemních vodách bez CKDu (obr. 1E, doplňkový obr. 3) by degradovala více organických látek na anorganické látky29, což je diskutováno níže.

Hodnoty a254 v podzemních vodách CKDu (medián: 5,07 m−1) byly vyšší než hodnoty v podzemních vodách bez CKDu (medián: 4,38 m−1) (doplňkový obr. 2), což naznačuje, že DOM podzemní vody CKDu se skládá z více nenasycených DOM. Obecně byly koncentrace nenasyceného DOM (a254) v přírodních podzemních vodách menší než 1 m−1 30–32. V této studii byla nejnižší hodnota a254 ve všech vzorcích podzemní vody 1,15 m−1 (doplňková tabulka 1), což naznačuje, že podzemní voda CKDu i non-CKDu mohou být do určité míry kontaminovány. Povrchová voda měla ve srovnání s podzemní vodou vyšší hodnoty a254 (medián:10,48 m−1 ), což by bylo důsledkem antropogenní činnosti. Kromě toho existuje významná pozitivní korelace mezi koncentracemi DOC a a254 (doplňkový obr. 4), což naznačuje, že zvýšení DOC lze připsat antropogennímu vstupu.

Vlastnosti EEM DOM z podzemní vody bez CKDu byly odlišné od vlastností z podzemních a povrchových vod CKDu (doplňkový obr. 5). EEM podzemní vody bez CKDu představoval relativně silnější signál T peak, ale slabší signál A (doplňková tabulka 2) ve srovnání s podzemní vodou CKDu, což naznačovalo, že podzemní voda bez CKDu obsahovala více bioaktivních látek podobných tryptofanu33,34. Naopak oblast píku A v EEM DOM z podzemních a povrchových vod CKDu byla rozšířena do plošiny mezi píky M a C, což ukazuje na dominantní roli huminové organické hmoty v podzemních a povrchových vodách CKDu. Kromě toho podobný rys EEM DOM mezi podzemní vodou CKDu a povrchovou vodou ukázal, že mohlo dojít k interakci podzemní vody a povrchové vody a povrchová voda dobíjela podzemní vodu.

Spektrální indexy DOM v podzemních vodách souvisejících s CKDu Jak je znázorněno na obr. 1, pokud jde o aromaticitu DOM (SUVA254), podzemní voda CKDu (průměr: 0,78 ± 0,37) byla podobná ne -CKDu podzemní voda (průměr: 0,78 ± {{10}},33) (p > 0,05). Několik vzorků podzemní vody CKDu však vykazovalo vysokou aromaticitu DOM, která souvisí s jejich vysokým a254 (doplňkový obr. 4). Významná pozitivní korelace mezi a254 a SUVA254 ukázala, že aromatický DOM dominoval nad nenasyceným DOM. Spektrální sklon (S275–295) podzemní vody CKDu (průměr: 20,5 ± 6,7) byl relativně nižší než podzemní vody bez CKDu (průměr: 23,7 ± 9,4), což naznačuje, že podzemní vody CKDu jsou obohaceny o vysokomolekulární organické látky. Lze to přičíst silnějším mikrobiálním aktivitám35 v podzemních vodách bez CKDu s relativně vyššími hodnotami biologického indexu (BIX) (obr. 1E). Mikroorganismy mohou rozkládat vysokomolekulární lignin podobný OM na nízkomolekulární aromatické sloučeniny podobné OM36,37

Index fluorescence (FI) DOM ve všech vzorcích se pohyboval od 1,26 do 1,88, což ukazuje na slabší autochtonní rys a směs suchozemského a mikrobiálního původu. Nicméně FI DOM v podzemních vodách bez CKDu (průměr: 1,64 ± 0,12) byl relativně vyšší než v podzemních vodách CKDu (průměr: 1,52 ± 0,17), což naznačuje, že DOM Podzemní voda CKDu obsahuje více alochtonní organické hmoty a méně původní organické hmoty. Obecně platí, že tekoucí podzemní voda má silnější terestrický signál než stojaté podzemní vody 38,39. V důsledku toho může být podzemní voda CKDu s nižším FI lépe tekoucí. Mezi podzemní a povrchovou vodou mimo CKD nebyly z hlediska FI žádné rozdíly. Jak ukazuje obr. 1E, hodnoty BIX v podzemní vodě CKDu (průměr: 0,81 ± {{20}}.09) a povrchové vodě (průměr: {{ 27}},79 ± 0.08) byly významně nižší než hodnoty v podzemních vodách bez CKDu (průměr: 0.86 ± 0,08) (p < 0,05), což naznačuje, že DOM podzemních vod mimo CKDu vykazuje znak relativně vyšší biologické aktivity40,41, což bylo v souladu s FI. Existuje pozitivní korelace mezi FI a BIX, což je v souladu s pozorováními Dalmagro et al.42 a Qi et al.43. BIX byl preferován při rozlišení biologické aktivity DOM mezi podzemní a povrchovou vodou44.

Index humifikace (HIX) DOM v podzemních vodách CKDu (průměr: 4,36 ± 2,16) byl významně vyšší než v podzemních vodách bez CKDu (průměr: 3,15 ± 1,49) (p < 0,01), což ukazuje na vyšší humifikační stupeň DOM v podzemních vodách ČKD. To může být způsobeno povrchovou vodou, která doplňuje podzemní vody CKDu nebo silnější mikrobiální aktivitou podzemních vod mimo CKD40,45. Nárůst stupně humifikace koresponduje s poklesem H/C44. Tyto organické látky s nízkým obsahem H/C sestávaly hlavně z hydrofobních aromatických sloučenin nebo nenasycených sloučenin46. Proto by DOM podzemní vody CKDu obsahovaly více hydrofobních aromatických nebo nenasycených sloučenin, které bývají stabilní a perzistentní. Zheng et al.18 a Makehelwala et al.19 také ukázali, že DOM v podzemních vodách z oblastí endemických CKDu obsahoval více fulvové kyseliny a dalšího makromolekulárního hydrofobního humusu.

Korelace mezi FI a HIX nebyla v této studii významná (doplňkový obr. 6). Identifikace zdroje na základě HIX proto nebyla v souladu s identifikacemi na základě FI a BIX (doplňkový obr. 3). Rozdělení mezi FI a HIX může být způsobeno složitými hydrogeologickými podmínkami a antropogenními faktory20. Například endogenní organická hmota se může uvolňovat ze sedimentů a/nebo hornin v důsledku interakce vody a hornin47.

Přestože spektrální indexy mohou pomoci rychle posoudit složení DOM, všechny indexy jsou počítány pomocí pevných vlnových délek13, které jsou náchylné na vliv více interagujících fluoroforů, což vede k „zkreslení“ při hodnocení složení komplexních organických sloučenin ze smíšených zdrojů48. Interpretace fluorescenčních indikátorů by tedy měla být opatrná a pro další analýzu je třeba použít PARAFAC.

Citlivé složky FDOM v podzemních vodách souvisejících s CKDu Byly extrahovány čtyři fluorescenční složky a prošly validací s polovičním rozdělením (doplňkový obrázek 7, doplňková tabulka 3). C1 byly pozemské huminové složky vyrobené biogeochemickým zpracováním suchozemské částicové organické hmoty49, které připomínaly kombinaci píku Coble A a C50; C2 byl podobný píku Coble M, mikrobiální huminové složky s nízkou molekulovou hmotností a mohl dominovat fluorescenci DOM odpadní vody51,52; C3 byly huminové složky s vysokou molekulovou hmotností, což jsou deriváty suchozemského organického materiálu51,53; C4 byly autochtonní proteinové složky připisované mikrobiální aktivitě54,55.

FDOM převažovaly C1 a C2 s abundancí 68,7 % a 62,9 % v podzemních vodách CKDu a non-CKDu (obr. 2), což ukazuje na dominantní roli huminových látek. Relativní množství C1 (C1 %, 35,1 %) v podzemních vodách CKDu bylo výrazně vyšší než v podzemních vodách bez CKDu (28.0 %, p < 0.01) , zatímco C2 % a C3 % v podzemních vodách CKDu a non-CKDu byly podobné (p > 0.05). Vzhledem k podobným geologickým a zavlažovacím podmínkám ve studované oblasti je C2 pravděpodobně vedlejším produktem organické hmoty produkované in-situ mikrobiální činností nebo některých huminových látek, které byly snadno frakcionovány minerály56, a C3 může souviset s vstup zemědělských materiálů57. Kromě toho bylo detekováno významně vyšší C4 % v DOM z podzemních vod bez CKDu (23,8 %) než v DOM v podzemních vodách CKDu (17,3 %, p < 0,01), což ukazuje na větší biologickou dostupnost DOM z podzemních vod bez CKDu. Nižší hodnoty pH podzemních vod bez CKD podporují tuto spekulaci (doplňková tabulka 4), protože proton vzniká během mikrobiální degradace organické hmoty58,59. C1 % v povrchové vodě bylo významně vyšší než v podzemních vodách bez CKDu (p < 0,01), ale podobné jako vCKD podzemní vody(p > 0,05), což naznačuje, že zvýšení C1 % v podzemní vodě CKDu může souviset s přítokem povrchové vody.

Dvousložková analýza hlavních komponent ukázala, že zatížení C1 % se nacházelo v kladném směru PC1, což představovalo 43,9 % rozptylů, a zatížení C4 % bylo položeno v záporném směru PC1 (obr. 3). ). Vzorky blízko pozitivního směru PC1 měly obecně vysoké množství huminových látek a vzorky blízko negativní osy PC1 měly obecně vysoký podíl proteinových složek souvisejících s mikrobiálními aktivitami. Je pozoruhodné, že přibližně 50 % vzorků podzemní vody CKDu a pouze přibližně 22 % vzorků podzemní vody bez CKDu bylo umístěno v pozitivním směru PC1. Ukázalo se, že podzemní vody CKDu a non-CKDu podzemní vody mohly být účinně rozlišeny podle C1% a C4%. Zdá se však, že C4 je náchylný k interferenci z mikrobiálního pozadí ve zvodnělých vrstvách, což má za následek odchylky ve screeningu20. C1 s lepší stabilitou a perzistencí v prostředí60 lze tedy přednostně použít k rozpoznání podzemní vody CKDu. Mezitím HIX, a254 a SUVA254 vykazovaly pozitivní zatížení PC1, což naznačuje jejich spojení s huminovými látkami (C1). Pro PC2 (22,2 %) byly C2 % a C3 % umístěny v pozitivním směru. Přibližně 53 % vzorků podzemních vod CKDu a 28 % vzorků podzemních vod bez CKDu se nacházelo v negativním směru PC2. Nicméně, vezmeme-li v úvahu podobné C2% a C3% mezi nimiCKD podzemní vodya non-CKDu podzemní vody, uznání CKD podzemní vody C2% a C3% může být zavádějící.

Supporting Service Of Wecistanche-Největší vývozce cistanche v Číně:

E-mail:wallence.suen@wecistanche.com

Whatsapp/Tel:+86 15292862950

Nakupujte pro další specifikace Podrobnosti:

https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop

ZÍSKEJTE PŘÍRODNÍ BIO EXTRAKT CISTANCHE S 25 % ECHINAKOSIDU A 9 % AKTEOSIDU PRO INFEKCI LEDVIN