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膀胱结石:人体健康与环境的新型指示剂

发布日期: 
2018-09-27

    近日,我院环境专业谢周清教授课题组以一例20年历史的人体膀胱结石为研究对象,通过碳、氮同位素比值揭示了该病人长期的饮食规律,同时对微量元素分析后发现,结石可对部分元素的环境暴露或代谢水平进行长期的生物监测。该成果以Composition and spatial distribution of elements and isotopes of a giant human bladder stone and environmental implications为题,98日在线发表在《Science of the Total Environment》杂志上(Science of the Total Environment 650 (2019) 835846),硕士研究生王龙泉为论文第一作者,谢周清为通信作者。 

  

    膀胱结石是一种世界范围内较普遍的尿路结石。主要成分包括各种矿物晶体,比较常见的有:草酸钙磷灰石鸟粪石尿酸及尿酸盐等,这些晶体在尿液中通常是不溶的,它们在尿液中先后析出,胶结以及累积形成膀胱结石。结石的形成是生物体特定的生物矿化过程,因此,可将结石看作地质学意义上的石头。

在地质学研究中,石头中的组分以及某些特殊组分的空间分布规律往往可以指示沉积条件与环境的演变历史,受此启发,课题组将这种思路应用到膀胱结石的研究中。众所周知,尿液是人体健康的晴雨表,医院通过验尿可以诊断出某些人体疾病以及健康隐患,而结石长期与尿液接触,同时尿液排泄的某些成分如草酸根等更是膀胱结石的直接物料来源,因此,对膀胱结石中组分空间分布规律的研究可以反映尿液状况的长期变化,从而反映生理状况饮食习惯和环境暴露等多种信息。

研究人员将膀胱结石从内到外按层次分成了多份样品,在地质学中,层次意味着更年轻的物质在更古老的物质上方,应用到结石中,越古老的物质越靠近结石内部。该研究利用不同的技术手段对各层次样品中矿物组分,微量元素以及碳氮同位素比值分别进行了测定,得到了各组分由内到外的空间分布特征,揭示了各组分浓度随时间变化的特征。

碳氮同位素比值与矿物组分强相关

 

通过对矿物组分变化规律,推测出病人尿路感染的病史,并根据碳氮同位素比值与矿物组分的关系推算出有机组分的碳、氮同位素比值分别为-23.2‰7.1‰,该结果显示病人在过去20年里主要以C3植物为食。此外,对微量元素空间分布的分析表明,AlFeZnSrBa等元素呈现相似的分布特征,它们在结石中的含量变化反映了环境暴露,CrNi元素在结石中的含量变化可能反映了各自的代谢水平。

该研究揭示了结石具有成为长期生物监测指示剂的巨大潜能。从结石开始形成的一刻起,它就将许多信息一点一滴有序地沉淀下来,成为人体内如年轮一般的记录者,讲述着人体健康与环境之间千丝百缕的联系。以人体结石为媒介,结合地质学研究的思想,解读出过去长期的人体健康与环境信息,这是一种新颖且行之有效的方法,为相关领域的研究开辟了新的思路。

该项研究得到中国科大发展基金和中国科学院百人计划等项目资助。

  (地学院环境科学专业供稿)