圖1:正常女性甲狀腺個體Ag、Br、Ca、Cl、Cu、Fe、P、S、Zn質量分數數據集及其趨勢線
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弗拉基米爾•Zaichick1 *索非亞Zaichick2
1俄羅斯奧布寧斯克醫學放射研究中心放射性核素診斷部2美國芝加哥西北大學範伯格醫學院Gabriela Caraveo Piso博士實驗室
*通訊作者:俄羅斯奧布寧斯克醫學放射研究中心放射性核素診斷部Vladimir Zaichick電話:+ 60289 (48439);電子郵件:vezai@obninsk.com;vzaichick@gmail.com
甲狀腺功能障礙的患病率,包括甲狀腺腫和癌症,在老年人中高於年輕人。甲狀腺實質中特定化學元素含量的過量或缺乏在甲狀腺的體外和癌變中起著重要作用。研究了33例女性(平均年齡54.5歲,範圍3.5-87歲)正常甲狀腺中20種元素(Al、B、Ba、Br、Ca、Cl、Cu、Fe、I、K、Li、Mg、Mn、Na、P、S、Si、Sr、V、Zn)質量分數隨年齡的變化。測量使用了非破壞性和破壞性方法的組合:儀器中子激活分析和電感耦合等離子體原子發射光譜法,分別。組織樣本被分成兩部分。一個用於形態研究,另一個用於化學元素分析。本研究發現,在女性正常甲狀腺中,Al、Br、Ca、Cu、Fe、P、S、Zn的質量分數在一生中有顯著增加,Cl的質量分數在一生中有顯著降低。研究結果表明,對於老年女性來說,甲狀腺實質化學元素如Al、Br、Ca、Cu、Fe和Zn的水平升高會導致甲狀腺腫和致癌,這些元素會增加甲狀腺內氧化應激。
甲狀腺;老化;化學元素內容;氧化應激;中子活化分析;電感耦合等離子體原子發射光譜法
ROS-Reactive氧物種;ChE-Chemical元素;CRM / SRM-Certified /標準參考資料;短壽命放射性核素inaa - slr儀器中子活化高分辨光譜分析icp - aes -電感耦合等離子體原子發射光譜法國際原子能機構。
包括甲狀腺在內的內分泌器官在衰老過程中會發生重要的功能變化,與年輕人群相比,老年人甲狀腺功能障礙的患病率更高[1,2]。眾所周知,年齡增大會影響腺瘤性甲狀腺腫和甲狀腺癌[3]的形成。甲狀腺結節的發病率在老年人中增加,在65歲時達到近50%的頻率。甲狀腺癌的患病率和侵襲性均隨年齡增長而增加。女性患甲狀腺結節和癌症的幾率是男性的2-5倍[2-5]。
衰老是一個複雜的過程,涉及單細胞、器官和整個生物體的生化和形態學變化。關於衰老如何在分子水平上發生,最普遍接受的解釋之一是氧化應激假說[6]。活性氧(ROS)被廣泛認為不僅是衰老的原因,而且是包括致癌在內的一些病理條件的原因。衰老被認為是一種隨著時間的推移身體功能的損害,由DNA、蛋白質和脂質中的分子損傷累積引起,其特征還包括細胞內氧化應激的增加,這是由於細胞內清除ROS的[7]的逐漸減少。誘導癌症的細胞大分子氧化損傷也可以通過ROS的過度產生和缺陷的抗氧化和/或DNA修複機製[8]引起。ROS的過量產生與炎症、輻射和其他一些因素有關,包括血液和某些組織中某些化學元素(ChE)的過載,或其他具有抗氧化特性的化學元素的缺乏[9-15]。研究表明,不同部位ChE組成的不平衡可能導致不同類型的病理。許多ChE的適當水平的重要性是無可爭辯的,因為它們在特定濃度範圍內的有益作用,而另一方麵,它們在過高或過低濃度[12]時也會引起毒性作用。
在我們之前的研究[16-24]中,與人體非甲狀腺軟組織中I和一些其他ChE的含量相比,在完整的人體甲狀腺中觀察到它們的高質量組分。然而,關於成人甲狀腺,特別是老年女性甲狀腺中ChE質量組分的年齡依賴性的一些問題仍然沒有得到解答。闡明這種情況的一個有價值的方法是比較青年人(對照組)與老年人和老年甲狀腺患者的ChE質量分數。另一種方法是計算年齡和甲狀腺中ChE含量之間的相關性。在成年和老年女性的甲狀腺中發現ChE含量的過量或不足,可能提示它們在老年人甲狀腺功能障礙較高流行率中的作用。
關於正常老年甲狀腺中ChE質量分數的可靠數據顯然極其有限。關於人甲狀腺中化學元素含量的研究很多,使用了各種化學技術和儀器方法[25-45]。然而,這些數據大多基於對加工過的組織的測量,而且在許多研究中,組織樣本在分析前都經過清洗。在其他情況下,甲狀腺樣本用溶劑(蒸餾水、乙醇等)處理,然後在高溫下幹燥數小時。有證據表明,由於這種處理,一定數量的ChE會丟失[46-48]。此外,以前的研究中隻有少數使用認證/標準參考物質(CRM/SRM)進行質量控製來測定ChE質量分數。在以往發表的論文中,沒有關於年齡對正常人甲狀腺ChE含量的影響的數據。
因此,非破壞性技術如儀器中子活化分析短壽命放射性核素高分辨率光譜(INAA-SLR)結合隨後的破壞性電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)為甲狀腺實質樣品中多元素的測定提供了一種很好的方法。這種方法的組合提供了一種可能性,通過比較兩種方法對某些元素獲得的結果來確保數據質量。
這項研究有三個目的。本研究的主要目的是使用INAA-SLR和ICP-AES確定從兒童到老年女性受試者正常甲狀腺中ChE質量分數的可靠值。第二個目的是比較年齡2組(41 ~ 87歲的成人和老年人)甲狀腺中ChE質量分數與年齡1組(3.5 ~ 40歲)甲狀腺中ChE質量分數的關係,最終目的是發現年齡與ChE含量之間的相關性。
所有研究都得到了醫學放射研究中心倫理委員會的批準。
樣品
人類甲狀腺樣本從33名年齡在3.5歲至87歲的女性(歐洲-高加索)隨機選擇的屍檢標本中獲得。所有死者都是奧布寧斯克公民,在奧布寧斯克市醫院法醫部接受了常規屍檢。年齡分為兩組,第一組為3.5-40歲(30.9±3.1歲,M±SEM, n=11),第二組為41-87歲(66.3±2.7歲,M±SEM, n=22)。選擇這些組是為了反映兒童、青少年、青年和成年初期(第1組)以及成年第二階段和老年階段(第2組)的甲狀腺組織狀況。對每個受試者的現有臨床數據進行回顧。所有受試者都沒有陰陽人、內分泌紊亂或其他可能影響甲狀腺正常發育的慢性疾病的病史。所有受試者均未接受任何已知會影響甲狀腺ChE含量的藥物或補充劑。這些研究對象中大多數突然死亡的典型原因包括創傷或自殺以及急性疾病(心功能不全、中風、肺動脈栓塞和酒精中毒)。
樣品製備
用鈦手術刀[49]將甲狀腺右葉分為兩部分。一個組織部分由解剖病理學家檢查,而另一個用於ChE含量測定。組織學檢查用於控製年齡標準符合性以及無任何微腺瘤病和潛在癌症。
將用於ChE分析的樣品稱量後,轉移到溫度為-20℃的環境中保存,直到運送到奧布寧斯克醫學放射研究中心的那一天,所有樣品在那裏進行凍幹和均質[50-52]。
每個樣品的重量約為100 mg,用INAA-SLR測量ChE。INAA-SLR的樣品分別密封在聚乙烯薄膜中,用丙酮和精餾酒精洗手。密封的樣品被放置在標記的聚乙烯安瓿中。以酚醛樹脂製備的生物合成標準(BSS)為標準[53]。除BSS外,還使用了市售純化合物的等分。
經過NAA-SLR調查後,甲狀腺樣品從聚乙烯安瓿中取出,用於ICP-AES。樣品在高壓滅菌器中分解。對於這1.5毫升的濃縮HNO3.(硝酸65%,最大(max) 0.0000005 %汞;GR, ISO,默克,達姆施塔特,德國)和0.3 mL H2O2(純分析用)加入每個甲狀腺樣品,放入單室高壓釜(anconat2, Ltd, Moscow, Russia), 160-200°C加熱3小時。高壓滅菌後冷卻至室溫,分解樣品的溶液用去離子水(最多20ml)稀釋,轉移到塑料量瓶中。同時,在不含組織樣品(隻含HNO)的高壓釜中進行相同的過程3.+ H2O2+去離子水),所得溶液作為對照樣品。
認證的參考資料
為了進行質量控製,對來自國際原子能機構(IAEA)的認證參考物質(CRM) IAEA H-4動物肌肉的十個子樣品,以及來自波蘭核化學與技術研究所(cent, Warszawa, cent, tl -1)的五個子樣品INCTSBF-4大豆麵粉、INCT- tl -1茶葉和INCT- mph -2混合波蘭草藥與所調查的甲狀腺組織樣品同時進行分析。所有的CRM樣本與甲狀腺組織樣本處理方法相同。該質量保證計劃的詳細結果已在早期的出版物中發表[54-56]。
儀器和方法
采用WWR-C研究用核反應堆的氣動兔子係統安裝的水平通道,用INAA-SLR法測定了Br、Ca、K、Mg、Mn、Na的質量分數。通道內中子通量為1.7 × 1013 n cm-2年代-1.將含有甲狀腺樣品、生物合成標準品[53]、實驗室自製標準品和CRM的安瓿放入聚乙烯兔中,然後分別照射180秒。銅箔被用來評估中子通量。每個樣品分別在照射後1分鍾和120分鍾進行兩次測量。第一次和第二次測量的持續時間分別為10和20分鍾。伽馬能譜儀包括100厘米3.鍺(鋰)檢測器和基於計算機的在線多通道分析儀係統。該光譜儀在60 Co 1332 keV線上提供了1.9 keV的分辨率。
使用ICAP-61(美國Thermo Jarrell Ash)光譜儀,用ICP-AES測定樣品等分的Al, B, Ba, Ca, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Na, P, S, Si, Sr, V,和Zn的質量分數。水溶液中ChE含量的測定采用定量方法,使用每種元素0.5 mg/L和10 mg/L的校準溶液(美國高純度標準)。用分光計軟件(ThermoSPEC, 4.1版本)計算探針中的ChE含量。
使用了NAA-SLR和ICP-AES方法的詳細信息和其他分析細節在我們之前的出版物中有介紹[54-58]。
計算機程序和統計
采用INAA模式優化專用計算機程序[59]。所有甲狀腺樣品一式兩份,最終計算采用ChE含量平均值。使用Microsoft Office Excel對ChE含量進行統計彙總,包括算術平均值、標準差、平均值的標準誤差、最小值和最大值、中位數、0.025和0.975水平的百分位數。兩個年齡組間結果的差異采用參數學生t檢驗和非參數Wilcoxon-Mann-Whitney u檢驗進行評估。為了構建“年齡與ChE質量分數”圖表(包括隨年齡的趨勢線)和估計年齡與ChE質量分數之間的Pearson相關係數,也使用了Microsoft Office Excel程序。為了識別ChE含量的年齡依賴性趨勢,我們應用了指數、線性、多項式、對數和冪函數的近似方法。R2參數對應值的最大值反映了精度,近似用於函數的選擇。
我們用NAA-SLR法和ICP-AES法測定正常女性甲狀腺中Ca、K、Mg、Mn、Na質量分數(Mg /kg,幹質量基礎)的結果比較見表1。
表2給出了正常女性甲狀腺中Al、B、Ba、Br、Ca、Cl、Cu、Fe、I、K、Li、Mg、Mn、Na、P、S、Si、Sr、V、Zn質量分數的某些統計參數(算術平均值、標準差、平均值標準誤差、最小值和最大值、中位數、0.025和0.975水平的百分位數)。
我們的結果與已發表的人類甲狀腺中Al、B、Ba、Br、Ca、Cl、Cu、Fe、I、K、Li、Mg、Mn、Na、P、S、Si、Sr、V和Zn含量的數據進行了比較,見表3。
為了估計年齡對ChE含量的影響,我們對上述兩個年齡組進行了檢驗(表4)。此外,我們計算了年齡與ChE質量分數之間的Pearson相關係數(表5)。圖1顯示了所有甲狀腺樣本中Al、B、Ba、Ca、I、K、Li、Mn和P質量分數的單個數據集,以及隨年齡變化的趨勢線。由於這些元素含量的年齡相關性最好用多項式函數來描述,所以這種近似反映在圖1中。
結果的精密度和準確性
Al, B, Ba, Br, Ca, Cl, Cu, Fe, I, K, Li, Mg, Mn, Na, P, S, Si, Sr, V, Zn質量分數與CRM IAEA H-4動物肌肉,INCT-SBF-4豆粉,INCT-TL-1茶葉和INCT-MPH-2混合拋光草藥的認證值很一致[54-56],以及Ca, K, Mg, Mn,用NAA-SLR和ICP-AES方法測定的正常女性甲狀腺中的Na質量分數(表1)證明了本研究結果的精度和準確性,如表2-5和圖1所示。
元素 | NAA-SLR米1 | icp - aes米2 | ∆,% |
Ca | 1662±198 | 1598±245 | 3.9 |
K | 5395±726 | 5815±776 | -7.8 |
毫克 | 212±24 | 247±35 | -16.5 |
錳 | 1.50±0.22 | 1.14±0.24 | 24.0 |
Na | 6421±320 | 6645±290 | -3.5 |
表1:na - slr法和ICP-AES法測定正常女性甲狀腺中化學元素質量分數(mg/kg,以幹質量為基礎)平均值(M±SEM)的比較
M-算術平均,em -平均標準誤差,∆=[(M1米2) /米1) * 100%。
性別 | 元素 | 毫克ydF4y2Ba | SD | 掃描電鏡 | 最小值 | 馬克斯 | 中位數 | P 0.025 | P 0.975 |
雌性n = 33 |
艾爾 | 7.43 | 4.49 | 1.24 | 2.50 | 17.2 | 5.50 | 2.77 | 16.6 |
B | 0.418 | 0.257 | 0.074 | 0.200 | 1.00 | 0.315 | 0.200 | 0.890 | |
英航 | 1.42 | 1.38 | 0.38 | 0.048 | 5.00 | 0.770 | 0.121 | 4.34 | |
Br | 22.4 | 16.2 | 3.23 | 5.00 | 66.9 | 16.3 | 5.00 | 59.2 | |
Ca | 1630 | 1071 | 219 | 461 | 4256 | 1132 | 539 | 3902 | |
Cl | 3317 | 1480 | 290 | 1200 | 6000 | 3375 | 1388 | 5906 | |
銅 | 3.40 | 1.41 | 0.35 | 0.500 | 5.90 | 3.35 | 1.10 | 5.79 | |
菲 | 225 | 98 | 20. | 52.0 | 435 | 199 | 64.0 | 391 | |
我 | 1956 | 1199 | 219 | 114 | 5061 | 1562 | 309 | 4662 | |
K | 5605 | 3272 | 732 | 1914 | 13700 | 5058 | 2360 | 13230 | |
李 | 0.0153 | 0.0078 | 0.0024 | 0.0015 | 0.0251 | 0.0152 | 0.0030 | 0.0250 | |
毫克 | 230 | 105 | 26 | 66.0 | 426 | 216 | 73.5 | 403 | |
錳 | 1.32 | 0.84 | 0.22 | 0.550 | 4.04 | 1.10 | 0.603 | 3.28 | |
Na | 6533 | 1744 | 324 | 3686 | 10450 | 6739 | 4088 | 9924 | |
P | 3860 | 2175 | 603 | 496 | 7368 | 3422 | 585 | 7337 | |
年代 | 6579 | 2662 | 738 | 644 | 9921 | 7097 | 1238 | 9868 | |
如果 | 75.7 | 58.1 | 16.1 | 6.90 | 176 | 47.6 | 9.90 | 175 | |
老 | 3.30 | 2.77 | 0.69 | 0.200 | 10.9 | 2.85 | 0.369 | 9.18 | |
V | 0.970 | 0.056 | 0.016 | 0.0200 | 0.250 | 0.100 | 0.0260 | 0.211 | |
鋅 | 83.2 | 41.2 | 8.1 | 6.1 | 166 | 84.9 | 6.16 | 156 |
表2:正常女性甲狀腺中Al、B、Ba、Br、Ca、Cl、Cu、Fe、I、K、Li、Mg、Mn、Na、P、S、Si、Sr、V、Zn質量分數(Mg /kg,幹質量基礎)的統計參數
m -算術平均值,sd -標準差,SEM -平均值的標準誤差,最小值,最大值,P 0.025百分位與0.025水平,P 0.975百分位與0.975水平。
元素 | 公布的數據(參考) | 這項工作 | ||
均數中位數(n)* | 均值M或M±SD的最小值,(n)** | 均值M或M±SD的最大值,(n)** | M±SD | |
艾爾 | 33.6 (12) | 0.33 (-) [25] | 420 (25) [26] | 7.43±4.49 |
某人 | 0.151 (2) | 0.084 (3) [27] | 0.46 (3) [27] | 0.418±0.257 |
英航 | 0.67 (7) | 0.0084 (83) [28] | ≤5.0 (16)[29] | 1.42±1.38 |
Br | 18.1 (11) | 5.12 (44) [30] | 284±44 (14)[31] | 22.4±16.2 |
Ca | 1600 (17) | 840±240 (10)[32] | 3800±320 (29)[32] | 1630±1071 |
Cl | 6800 (5) | 804±80 (4)[33] | 8000 (-) [34] | 3317±1480 |
銅 | 6.1 (57) | 1.42 (120) [35] | 220±22 (10)[33] | 3.40±1.41 |
菲 | 252 (21) | 56 (120) [35] | 2444±700 (14)[31] | 225±98 |
我 | 1888 (95) | 159±8 (23)[36] | 5772±2708 (50)[37] | 1956±1199 |
K | 4400 (17) | 46.4±4.8 (4)[33] | 6090 (17) [29] | 5605±3272 |
李 | 6.3 (2) | 0.092 (-) [38] | 12.6 (180) [39] | 0.0153±0.0078 |
毫克 | 390 (16) | 3.5 (-) [25] | 840±400 (14)[40] | 230±105 |
錳 | 1.82 (36) | 0.44±11 (12)[41] | 69.2±7.2 (4)[33] | 1.32±0.84 |
Na | 8000 (9) | 438 (-) [42] | 10000±5000 (11)[40] | 6533±1744 |
P | 3200 (10) | 16 (7) [43] | 7520 (60) [30] | 3860±2175 |
年代 | 11000 (3) | 4000 (-) [34] | 11800 (44) [30] | 6579±2662 |
如果 | 16.0 (3) | 0.97 (-) [25] | 143±6 (40)[44] | 75.7±58.1 |
老 | 0.73 (9) | 0.55±0.26 (21)[27] | 46.8±4.8(4)[33] | 3.30±2.77 |
V | 0.042 (6) | 0.012 (2) [45] | 18±2 (4)[33] | 0.970±0.056 |
鋅 | 118 (51) | 32 (120) [35] | 820±204 (14)[31] | 83.2±41.2 |
表3:根據文獻數據與我們的結果(Mg /kg,幹質量基礎)進行比較,得出正常人甲狀腺中平均值Al、B、Ba、Br、Ca、Cl、Cu、Fe、I、K、Li、Mg、Mn、Na、P、S、Si、Sr、V、Zn含量的中值、最小值和最大值。
m算術平均值,sd -標準差,(n)*-所有引用數,(n)**-樣本數。
元素 | 女性的甲狀腺組織 | 比 | |||
AG1 3.5-40年n=11 | AG2 41-87年n=22 | t p£ | 紫外線測試頁 | 銀2,AG1 | |
艾爾 | 5.95±0.97 | 9.80±2.67 | 0.234 | > 0.05 | 1.65 |
B | 0.361±0.070 | 0.533±0.177 | 0.419 | > 0.05 | 1.48 |
英航 | 0.819±0.278 | 2.37±0.75 | 0.106 | > 0.05 | 2.89 |
Br | 13.3±2.5 | 26.8±4.3 | 0.0118 | ≤10.0 | 2.02 |
Ca | 945±91 | 2042±301 | 0.0029 | ≤10.0 | 2.16 |
Cl | 4109±544 | 2965±318 | 0.0947 | 50.0≤ | 0.72 |
銅 | 2.94±0.45 | 4.17±0.47 | 0.0804 | ≤50.0 | 1.42 |
菲 | 174±25 | 264±25 | 0.018 | ≤10.0 | 1.52 |
我 | 1876±346 | 2002±288 | 0.782 | > 0.05 | 1.07 |
K | 5545±1145 | 5654±995 | 0.944 | > 0.05 | 1.02 |
李 | 0.0131±0.0033 | 0.0178±0.0033 | 0.342 | > 0.05 | 1.36 |
毫克 | 234±41 | 225±35 | 0.881 | > 0.05 | 0.96 |
錳 | 1.21±0.14 | 1.45±0.45 | 0.622 | > 0.05 | 1.2 |
Na | 6217±549 | 6675±405 | 0.51 | > 0.05 | 1.07 |
P | 3427±842 | 4552±812 | 0.358 | > 0.05 | 1.33 |
年代 | 6049±1114 | 7426±697 | 0.318 | > 0.05 | 1.23 |
如果 | 57.3±20.5 | 105±22 | 0.147 | > 0.05 | 1.83 |
老 | 3.62±1.04 | 2.77±0.68 | 0.507 | > 0.05 | 0.77 |
V | 0.104±0.023 | 0.086±0.017 | 0.541 | > 0.05 | 0.83 |
鋅 | 56.8±10.6 | 102.6±9.0 | 0.0033 | ≤10.0 | 1.81 |
表4:兩個年齡組(AG)正常女性甲狀腺中Al、B、Ba、Br、Ca、Cl、Cu、Fe、I、K、Li、Mg、Mn、Na、P、S、Si、Sr、Zn質量分數(Mg /kg,幹質量基礎)平均值(M±SEM)的差異
m -算術平均值,em -平均標準誤差,t檢驗,學生t檢驗,u檢驗- Wilcoxon-Mann-Whitney u檢驗,統計顯著值加粗。
元素r | 0.46鋁 | B 0.26 | 英航0.45 | Br 0.18 | Ca 0.38 | Cl -0.43 | 0.50銅 | 鐵0.26 | 我0.08 | 0.01 K |
元素r | 李0.45 | -0.11毫克 | 0.16 Mn | Na 0.2 | 0.61 P | 0.68年代 | 如果0.48 | Sr 0.22 | V 0.31 | 鋅0.66攝氏度 |
表5:女性正常甲狀腺的年齡(年)與化學元素質量分數(mg/kg,幹質量基礎)之間的相關性(r相關係數)。
有統計學意義值:ap≤0.05,bp≤0.01,cp≤0.001。
與已發表數據的比較
Al、B、Ba、Br、Ca、Cl、Cu、Fe、I、K、Mg、Mn、Na、P、S、Si、Sr、V、Zn質量分數的平均值如表3所示,與其他研究報告的人類甲狀腺(包括從不同非甲狀腺疾病死亡的人獲得的樣本)的平均值的中位數很吻合[25-45]。李的平均值比之前報道的數據中位數低兩個數量級。此外,它超出了以前報告的平均數的範圍。得到的V的平均值比以前報告的數據的中位數高一個數量級,但它在以前報告的平均值範圍內。許多ChE質量分數的值並沒有被引用文獻的作者以幹質量為基礎表示。因此,我們使用已發表的成人甲狀腺幹質量基礎含水量75%和灰分4.16%的數據計算這些值[60,61]。
年齡對化學元素含量的影響
比較兩個年齡組的女性甲狀腺中Br、Ca、Cu、Fe、Zn質量分數與年齡有統計學意義的增加(表4)。在平均年齡為66.3歲的第二組女性甲狀腺中Br、Ca、Cu、Fe、Zn質量分數的平均值分別為102%、116%、42%、52%、81%,高於第一組(平均年齡30.9歲)。Ca、Cu、Zn的質量分數隨年齡增加有統計學意義(表5),Al、P、S含量隨年齡增加而Cl含量隨年齡增加有統計學意義(表5、圖1)。而Al、P、S含量隨年齡增加而Cl含量減少有統計學意義(表5、圖1)。
因此,在正常女性甲狀腺中觀察到ChE含量的陽性(隨年齡增加)和陰性(隨年齡減少)變化。Al、Br、Ca、Cu、Fe、P、S、Zn在壽命期內不斷積累(圖1)。Al、Br、Ca、Cu、Fe、P、S、Zn含量在前五六十年間增長較快,之後這些元素質量分數的變化較為有限。相比之下,Cl質量分數在3.5歲到87歲之間呈漸進的緩慢下降(圖1)。根據作者目前可獲得的信息,未見女性甲狀腺中Al、B、Ba、Br、Ca、Cl、Cu、Fe、I、K、Li、Mg、Mn、Na、P、S、Si、Sr、V、Zn質量分數隨年齡變化的發表數據。
化學元素在甲狀腺惡性轉化中的作用
鋁:微量元素Al沒有被描述為必需元素,因為它沒有直接的生化功能。就我們目前所知,鋁過量無疑會對人體健康產生負麵影響,包括甲狀腺功能[62]。
溴:溴是生物圈中已知的微量元素中含量最多、分布最廣的一種。無機溴是溴的離子形式,具有治療和毒性作用。增加溴的攝入量可能會幹擾碘在全身水平的代謝。在甲狀腺中,溴的生物學行為與碘的生物學行為相似[63]。因此,至少可以假設老年女性甲狀腺中過量溴化物水平的致甲狀腺腫效應。
鈣:除了溴水平升高之外,甲狀腺組織中與年齡相關的鈣質量組分的增加和過量可能會對腺體產生有害影響。這樣的猜測是有充分理由的。人體許多器官的鈣含量隨著年齡的增長而增加[64-72]。除了骨骼,這種自然現象可能是所有器官和軟組織的常見現象,它與血管鈣化有關。許多綜述和大量論文對Ca在前列腺、乳腺、肺等器官惡性轉化中的作用提出了關注[64-74]。
鈣離子鈣2 +是細胞增殖和細胞死亡的關鍵[66]。胞質鈣的變化2 +觸發腫瘤發生的關鍵事件,如細胞運動、增殖和凋亡[68]。細胞生長速度的增加與細胞內鈣池含量的增加有關[64,65]。此外,胞質遊離鈣含量增加2 +代表一種無處不在的信號機製,它控製著多種細胞過程,不僅包括增殖,還包括細胞代謝和基因轉錄[67]。事實上,老年女性甲狀腺組織中鈣含量的增加反映了細胞內鈣池的增加。因此,隨著年齡的增長,組織和器官中Ca含量的增加是許多良惡性腫瘤病因學的一個關鍵特征,包括甲狀腺腫大和癌症。
氯:Cl是一種普遍存在的細胞外電解質,對多種代謝途徑必不可少。Cl以氯化物的形式存在於人體內。它主要以氯化鈉的形式存在於細胞外液中。因此,通常在正常情況下,人體組織和體液中Na和Cl的含量是有相關性的(表6)。為什麼正常女性甲狀腺中的Cl含量會隨著年齡的增長而下降,以及它是如何作用於甲狀腺的還有待充分了解。
銅:銅和鐵、鋅一樣,也是人體中普遍存在的元素,在不同水平上發揮多種作用。各種銅酶(如胺氧化酶、銅藍蛋白、細胞色素-c氧化酶、多巴胺-單加氧酶、胞外超氧化物歧化酶、賴氨酸氧化酶、肽酰甘氨酸酰胺化單加氧酶、Cu/Z超氧化物歧化酶和酪氨酸酶)調節銅缺乏或過量的影響。銅過量會產生嚴重的負麵影響。銅會產生氧自由基,許多研究者假設過量的銅可能通過氧化途徑引起細胞損傷,導致脂質過氧化、硫醇氧化增強,最終導致DNA損傷[75-77]。因此,隨著年齡的增長,甲狀腺實質中銅超載的增加可能與氧化應激、腺體功能下降和甲狀腺腫大或癌症風險增加有關。
鐵:鐵是人體必需元素,但有益的鐵濃度窗口很窄。最近的許多研究都強調了鐵過量的不利影響。在遺傳性疾病(如血色素沉著病和地中海貧血)中,鐵過量補充(特別是在慢性腎衰竭的情況下),或絕經後婦女因月經停止而導致血清鐵水平升高都可能是有害的。甲狀腺組織中與年齡相關的鐵質量分數的增加和過量可能導致對腺體的有害影響。有充分的理由進行這樣的猜測,因為許多評論和大量的論文提出了對鐵的毒性和腫瘤的關注。事實上,鐵過量可能與氧化應激、甲狀腺功能下降和甲狀腺腫大或癌症風險增加有關[78]。
磷:P在細胞信號轉導和人體能量交換中的多種生物作用中都是必需的。大約80%-90%的磷以羥基磷灰石的形式存在於牙齒和骨骼中。血清無機磷升高被懷疑會通過血管鈣化、心肌纖維化和左心室肥厚的發展增加慢性腎髒疾病、心血管疾病的風險[79]。在男性和絕經前女性中,血清磷水平隨著年齡的增長而逐漸下降。在男性中,在21-85歲的整個年齡範圍內,這種下降仍在繼續。相反,在女性中,絕經後血清磷水平迅速上升。老年婦女血清磷水平的升高與血清甲狀旁腺激素水平、每日膳食磷攝入量和估計的腎小球濾過率的變化無關[80]。磷酸鈣是主動脈壁沉積物的主要成分之一[81]。因此,老年女性甲狀腺實質中P水平高可能與血管鈣化密切相關。P水平升高如何影響甲狀腺功能及其在甲狀腺腫大和致癌中的作用有待進一步研究。
硫:S主要來自蛋白質,但通常存在於蛋白質中的20種氨基酸中隻有2種含有硫——蛋氨酸和半胱氨酸。其中一種氨基酸,蛋氨酸,我們的身體不能合成,因此必須從飲食中補充。蛋白質含有3%到6%的硫氨基酸。硫氨基酸通過影響細胞氧化還原狀態和解毒有毒化合物、自由基和活性氧的能力,對細胞係統的維護和完整性做出了重要貢獻[82]。ROS是在正常的細胞活動中產生的,在一些病理生理條件下可能過量存在,如炎症。因此,探索硫代謝的基本方麵,如含硫氨基酸的抗氧化作用,可能有助於闡明女性甲狀腺中S含量隨年齡增長而增加的機製[83]。因此,我們可以認為,老年女性甲狀腺中S水平的升高反映了60歲及以上女性甲狀腺實質中ROS濃度的增加。
鋅:Zn在300多種蛋白質和100多種dnbinding蛋白中都有活性,包括腫瘤抑製蛋白p53,這是一種Znbinding轉錄因子,在各種形式的細胞應激下作為細胞生長和生存的關鍵調節因子。P53在一半的人類腫瘤中發生突變,其活性受到金屬和氧化還原機製的嚴格調控。
一方麵,鋅離子是超氧化物歧化酶的輔助因子,超氧化物歧化酶通過保護細胞抵抗自由基和ROS形成的物質,防止腫瘤的發生和發展。鋅的作用是作為膜穩定劑,參與抗氧化保護和氧化應激抑製。因此,老年女性甲狀腺中鋅水平升高可能反映了60歲及以上女性甲狀腺實質炎症增加。
另一方麵,細胞內鋅濃度過高可能會損害細胞的正常代謝[84]。到目前為止,已經獲得了大量有關細胞內鋅對DNA聚合組織、複製和病變的直接和間接作用及其在細胞分裂中的重要作用的數據[85-87]。此外,已知Zn是ca依賴性凋亡內切酶的抑製劑,它參與DNA核間體碎裂。因此,細胞凋亡減少[88]。鋅的其他作用也被描述了。它們包括其作為一種有效的抗凋亡劑的作用[89-92]。這些結果表明,女性甲狀腺中與年齡相關的鋅含量過載可能是甲狀腺腫和癌的病因之一。
因此,如果我們將40歲以下女性甲狀腺中ChE質量分數水平作為所有年齡段的標準,那麼我們就必須得出結論:40歲以後的甲狀腺中Al、Br、Ca、Cu、Fe、P、S和Zn的含量顯著高於正常水平。甲狀腺實質中Al、Br、Ca、Cu、Fe、Zn等元素含量的升高可能對腺體產生有害影響。
我們的數據表明,在女性正常甲狀腺中,Al、Br、Ca、Cu、Fe、P、S和Zn的質量分數在統計學上顯著增加,Cl的質量分數在一生中下降。老年女性甲狀腺中至少Al、Br、Ca、Cu、Fe、Zn等元素水平的升高會增加甲狀腺內氧化應激,從而增加甲狀腺腫和惡性轉化的風險。甲狀腺腫和甲狀腺癌是多病因、多因素的複雜疾病。要完全了解甲狀腺實質中某些化學元素含量不足在甲狀腺腫和癌病因學中的作用,需要對它們不同的作用機製有一個全局的認識,而以目前的知識水平來看,這是不可能的。然而,從我們的研究結果來看,老年女性甲狀腺中Al、Br、Ca、Cu、Fe和Zn水平升高很可能導致甲狀腺腫和致癌。
確認
我們非常感謝於博士。奧布寧斯克市醫院法醫部主任Choporov,因其提供甲狀腺樣本。我們也感謝Karandaschev V博士、Nosenko S博士和俄羅斯Chernogolovka微電子技術和高純度材料研究所Moskvina I在ICP-AES分析方麵的幫助。
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文章類型:研究文章
引用:Zaichick V, Zaichick S(2018)用中子激活分析和電感耦合等離子體原子發射光譜法研究女性甲狀腺化學元素含量隨年齡的變化。生物化學分析3(1):dx.doi.org/10.16966/2576-5833.114
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