Problematika, přínosy a omezení stanovení stopových prvků ve vlasech.

Věra ŽIŽKOVÁ

Bachelor's thesis

Problems, benefits and limitations of the determination of trace elements in hair.

Abstract:

Tématem práce je zhodnotit vlastní zkušenosti se stanovením stopových prvků ve vlasech a současně shromáždit literární údaje z této oblasti a pokusit se odpovědět na otázku, zda je stanovení stopových prvků ve vlasech vždy relevantní a přínosné, či zda má svoje omezení. Stanovení stopových prvků ve vlasech přináší řadu výhod (snadný neinvazivní odběr, trvanlivé vzorky, malé potřebné množství) a umožňuje získat jinak jen těžko dostupné retrospektivní informace o stavu organismu v dlouhém časovém období až několika let. Stanovení stopových prvků ve vlasech má ale i svá úskalí a vyžaduje vyřešení mnoha problémů. Potenciálně negativní vliv má např. používání vlasové kosmetiky. Vždy také hrozí možnost kontaminace vlasů z vnějšího životního či pracovního prostředí. Prvním krokem analýzy vlasů proto musí být čištění (mytí) vlasů vhodným postupem tak, aby se maximálně odstranilo vnější znečištění vlasů, ale současně se jen minimálně ovlivnil endogenní obsah prvků ve vlasech. Velmi často se používá metodika dle IAEA zahrnující opakované mytí vodou a acetonem. Druhým nezbytným krokem je mineralizace vlasů, tj. převedení do roztoku. Obecným rizikem při mineralizaci je na jedné straně možná ztráta prvku způsobená např. vytěkáním při zahřívání, na druhé straně hrozí kontaminace vzorku použitými reagenciemi. Optimálním postupem se zdá být tlaková mikrovlnná mineralizace s přídavkem koncentrované HNO3 a H2O2. Vlastní analýzu lze realizovat polarograficky nebo hmotnostní spektrometrií s indukčně vázaným plazmatem. Nejčastěji používaným principem stanovení je ale atomová absorpční spektrometrie. Při dostatečně vysoké koncentraci s plamenovou atomizací, při nízkých koncentracích s elektrotermickou atomizací. Pro získávání relevantních informací je dále nezbytná validace a standardizace metody. Například přesnost je vhodné prověřit mezilaboratorní kontrolou (u nás bohužel zatím téměř nedostupnou) nebo použitím některého dostupného referenčního materiálu (např. BCR CRM 397). Preciznost lze relativně snadno určit opakováním analýzy homogenního vzorku. S diskutovanými problémy poněkud kontrastují komerčně laděné inzeráty slibující bezproblémové, jednoduché až zázračné zmapování stavu organismu, jednoznačné zhodnocení a doporučení například různých doplňků stravy. Vše pochopitelně podmíněné zaplacením (nejlépe opakovaným) příslušné finanční částky. Jak tedy po shrnutí údajů z literatury a vlastních zkušeností odpovědět na základní nadnesenou otázku, tj. zda je analýza vlasů přínosná a obecně použitelná? V řadě případů lze odpovědět, že ano. Ve sdělení jsou uvedeny příklady úspěšného využití při získávání retrospektivních údajů u vysokých expozic Pb, Ni, Cd, Hg a Fe: intoxikace pacientky olovem obsaženým v dlouhodobě užívaném bylinném koncentrátu, několika týdenní monitorování niklu ve vlasech dobrovolníka po týdenní expozici při výrobě NiSO4, prověřování ztrát Fe u pacientky z hematoonkologie, intoxikace celé rodiny olovem po dlouhodobém používání nekvalitní keramiky, intoxikace olovem restaurátorů historických maleb. Komerční využití u individuálních výsledků běžné populace se ale jeví stále jako velmi problematické a odpověď na základní otázku zní, že ne, tj. že pro takové zadání zatím stanovení koncentrace stopových prvků ve vlasech není zcela přínosné a ani není jednoduše obecně použitelné.

Abstract:

The thesis focuses on an evaluation of own experience in determining trace elements in hair and on gathering literature data from this area. The thesis concurrently attempts to answer the question of whether the determination of trace elements in hair is always relevant and beneficial or whether it poses certain limitations. The determination of trace elements in hair presents a number of advantages (i.e. easy and non-invasive sample collection, sample durability, small quantity) and it allows researchers to obtain otherwise hardly accessible retrospective information on the condition of the human body over a longer time horizon, often extending over several years. However, the determination of trace elements in hair also has its drawbacks and it requires researchers to resolve multiple problems. The use of hair cosmetics, for example, may have a potentially negative effect and there is the possible risk of hair contamination in the external or working environment. Therefore, when performing hair analysis, the first step is to clean (wash) the hair in an adequate manner so that external contaminants are removed as much as possible while endogenous elements are left intact. For this purpose, the methods recommended by IAEA, which include repeated washing and rinsing with the use of water and acetone, are often applied. The second critical step is hair mineralization, i.e. conversion to a solution. The common risks associated with this procedure are possible element loss due to e.g. evaporation caused by heat on one side and sample contamination by used reagents on the other side. Microwave mineralization with concentrated HNO3 and H2O2 additives seems as an ideal procedure in this respect. The own hair analysis may be effected by means of polarography or mass spectrometry with inductively coupled plasma. Nevertheless, the most frequently implemented method employs atomic absorption spectroscopy, namely flame atomisation for sufficiently high concentrations and electrothermal atomisation for low concentrations. Furthermore, method validation and standardisation are necessary for obtaining relevant information. For example, trueness should be verified through interlaboratory crosschecks (almost unavailable in the Czech Republic for the time being) or by using available reference material (e.g. BCR CRM 397). Precision is verified rather easily by repetitive homogenous sample analysis. In contrast to the discussed issues, commercial advertisements promise trouble-free, simple and easy, and sometimes even miraculous mapping of the health condition with distinct results and recommendations in the form of various food supplements. All may be naturally obtained after the payment of a specific amount (often paid repeatedly). How to answer, after summarizing data gathered from literature and own experience, the presented basic question on whether hair analysis is beneficial and generally applicable. In many cases, the answer may be yes. The thesis details examples of successful application when obtaining retrospective data on high expositions to Pb, Ni, Cd, Hg, and Fe: lead intoxication in a patient due to the long-term intake of a herbal concentrate containing lead, multiple-week monitoring of nickel content in the hair of a volunteer after a one-week exposition in an NiSO4 production environment, verification of Fe loss in a hemato-oncology patient, lead intoxication of an entire family as a result of long-term use of poor quality tableware, lead intoxication in historical painting conservators. As regards the commercial use of the individual result of the general population, it still seems rather problematic and the answer to the basic question is no. The determination of trace elements in hair is not beneficial and it cannot be generally applied that easily.

Keywords

stopový prvek, vlasy, koncentrace, analýza, vzorek, neinvazivní odběr

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 5. 2013

Accessible from:: 3. 5. 2013

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Václav Senft

UNIVERSITY OF SOUTH BOHEMIA IN ČESKÉ BUDĚJOVICE

Faculty of Health and Social Studies

Bachelor programme / field:
Specialization in Health Service / Zdravotní laborant