Az ismeretlen etiológiájú krónikus vesebetegséghez kapcsolódó talajvíz felismerése humuszszerű szerves anyagok alapján
Nov 25, 2023
BEVEZETÉS
A krónikus vesebetegség a világ népességének körülbelül 15%-át érinti, és az egyik globális közegészségügyi probléma1. A magas vérnyomás, a cukorbetegség és a krónikus nephritis általában a krónikus vesebetegség fő okai2. Azonban egy krónikus vesebetegség, amely nem kapcsolódik a fent említett okokhoz, nevezetesen a krónikus vesebetegségismeretlen etiológia(CKDu) jelentették Közép-Amerikában, Indiában, Srí Lankán és más helyeken. Srí Lankán több mint 400,{1}} ember egészségét fenyegetiCKDu, és aCKDu előfordulásaÉszak-Közép tartományban eléri a 15–23%-ot4,5. A legtöbb CKD-ben szenvedő beteg életszínvonala alacsony a száraz régiók mezőgazdasági közösségeiben6. Az elmúlt években számos tanulmány kimutatta, hogy a CKDu összefüggésben áll a talajvíz minőségével5,7, és nincs elegendő infrastruktúra a tisztított ivóvíz biztosításához. Egy felmérés szerint a CKDu-elterjedt területeken a CKDu előfordulása a helyi lakosok ivóvízminőségétől függ, a tiszta talajvízforrások és a CKDu-hoz kapcsolódó talajvízforrások eloszlása pedig egyenetlen volt8. Ezért a tiszta felszín alatti vízforrások elismerése sürgős intézkedéssé vált a fejlődő országokban, például Srí Lankán, a CKDu-val elterjedt területek lakói számára5.
Kattintson ide a vesebetegségben szenvedő herba-cistanche-hez
Számos tanulmány kimutatta, hogy a talajvíz szervetlen vegyi anyagai összefüggésben állnak a CKDu prevalenciájával9,10. Például a Srí Lanka-i CKDu elterjedt területeiről származó talajvízminták F− koncentrációja többnyire meghaladja az Egészségügyi Világszervezet által meghatározott küszöbértéket (0,6 mg L−1 ); a CKDu-endémiás területekről származó talajvíz keménysége és Ca2+/Na+ aránya is magasabb, mint a nem CKDu területeken10,11. Ezenkívül a CKDu a nefrotoxicitást okozó nehézfémek (pl. Cd és Pb) és a Si koncentrációjához kapcsolódik a talajvízben12–14. Egy nemrégiben végzett tanulmány kimutatta, hogy a szerves vegyületek komplexképződés révén kölcsönhatásba léphetnek a Ca2+-val és az SO4 2--vel, és a komplex káros az emberi vesére15. Egyes vesebetegségek kialakulása a talajvízben oldott szerves szénnel (DOC) függ össze16. A túlzott humuszanyagok emberi vesesejtek pusztulását okozhatják a balkai vesebetegség endémiás területein végzett vizsgálat alapján17. Azonban kevés tanulmány vizsgálta az oldott szerves anyag (DOM) kulcsfontosságú összetevőinek különbségét a CKDu és a nem CKDu vízforrások között. A rendelkezésre álló tanulmányok azt mutatták, hogy a CKDu-endémiás területekről származó talajvízben a DOM tűzállóbb, magasabb aromás és alacsonyabb biológiai hozzáférhetőség volt, mint a nem CKDu területekről származó DOM18,19. Azonban még mindig nem ismert, hogy a DOM érzékeny összetevői mennyire jelentősek a CKDu-hoz kapcsolódó vízforrások felismerésében.
A gerjesztési-missziós mátrix spektroszkópia (EEM) előnye a gyors mérés, a nagy érzékenység és az egyszerű előfeldolgozás. Széles körben használták a fluoreszcens DOM (FDOM) jellemzésére20. Az EEM párhuzamos faktoranalízissel (EEM PARAFAC) párosulva hatékonyan feltárja a DOM optikai jellemzőit, azonosítja a DOM fluoreszcens komponenseit és forrásait, valamint tisztázza a DOM21,22 átalakulási folyamatát. Továbbá alkalmazható a DOM természeti és emberi tényezők által befolyásolt dinamikus változásainak feltárására is23,24. Az EEM-PARAFAC potenciálisan megvalósítható a DOM és a talajvíz minősége közötti összefüggés vizsgálatára20.
Ezért ennek a tanulmánynak az volt a célja, hogy (1) EEM PARAFAC technikával meghatározza az FDOM optikai jellemzőit, összetételét és forrásait a CKDu-hoz kapcsolódó és a CKDu-hoz nem kapcsolódó talajvízben Srí Lanka-ból, (2) igazolja a kulcsfontosságú fluoreszcens komponensek felhasználásának megvalósíthatóságát az azonosításhoz. A CKDu-hoz kapcsolódó vízforrásokat szervetlen érzékeny vegyszerekkel kombinálva, és (3) korai figyelmeztető és szűrési eszközt javasol a CKDu-hoz kapcsolódó talajvízforrásokhoz, kulcsfontosságú fluoreszcens komponenseket használva. Ez a tanulmány hatékony módszert nyújt az ivóvíz biztonságának biztosítására, amely segít a CKDu megelőzésében és nyomon követésében.
1. ábra A DOM spektrális indexei. A fekete doboz felső pontja a maximum, az alsó pedig a minimum; a fekete doboz felső határa a 75. százalékos, az alsó pedig a 25. százalékos, a középső fehér négyzet pedig az átlagérték. A dobozdiagramon kívüli sűrűségdiagram a sűrűség valószínűségét jelenti. A p < 0.01 szignifikáns különbséget és a p < 0,05 szignifikáns különbséget két csillaggal, illetve egy csillaggal jelöltük a spektrális indexekben két különböző csoport között.
EREDMÉNYEK ÉS MEGBESZÉLÉS
DOC és EEM a CKDu-val kapcsolatos talajvízben
A CKDu talajvíz DOC-koncentrációi (3,25 ± 0,73 mgC L-1 ) szignifikánsan alacsonyabbak voltak, mint a felszíni vizekben (4,65 ± 0,89 mgC L-1 ), de szignifikánsan magasabbak, mint nem-CKDu talajvíz (2,81 ± 0,76 mg L−1 ) (p < 0,05) (2. kiegészítő ábra). Bár a Cooray és munkatársai25 által közölt DOC-koncentrációk magasabbak voltak, mint az ebben a tanulmányban megfigyelt adatok, viszonylag magasabb DOC-koncentrációt (6,4 mgC L−1 ) is találtak a CKDu-prevalens régiókban, mint a nem CKDu-prevalens régiókban (3,7 mgC L). −1). A CKDu talajvíz és a nem CKDu felszín alatti vizek DOC-koncentrációinak különbségének két oka lehet. Az egyik az, hogy a CKDu felszín alatti vizek valószínűleg több felszíni vízutánpótlást kapnak11,26, ami növeli a DOC-koncentrációt27,28. A másik az, hogy a nem-CKDu talajvízben az erősebb mikrobiális aktivitás (1E. ábra, 3. kiegészítő ábra) több szerves anyagot bont le szervetlen anyagokká29, amiről az alábbiakban lesz szó.
Az a254 értékek a CKDu talajvízben (medián: 5,07 m-1 ) magasabbak voltak, mint a nem CKDu talajvízben (medián: 4,38 m-1 ) (2. kiegészítő ábra), ami azt jelzi, hogy a CKDu talajvíz DOM több telítetlen DOM-ból áll. Általában a telítetlen DOM (a254) koncentrációja a természetes talajvízben 1 m−1 30–32 alatt volt. Ebben a vizsgálatban a legalacsonyabb a254 érték az összes talajvízmintában 1,15 m-1 volt (1. kiegészítő táblázat), ami azt jelzi, hogy mind a CKDu, mind a nem CKDu talajvíz bizonyos mértékig szennyezett lehet. A felszín alatti vizek a254 értékei magasabbak voltak a felszín alatti vizekhez képest (medián: 10,48 m−1 ), ami antropogén tevékenység eredménye. Ezenkívül szignifikáns pozitív korreláció van a DOC-koncentrációk és az a254 között (4. kiegészítő ábra), ami arra utal, hogy a DOC növekedése az antropogén bemenetnek tulajdonítható.
A nem CKDu talajvízből származó DOM EEM jellemzői eltértek a CKDu talajvíztől és a felszíni víztől (5. kiegészítő ábra). A nem CKDu talajvíz EEM viszonylag erősebb T csúcs jelet mutatott, de gyengébb A csúcs jelet (2. kiegészítő táblázat) a CKDu talajvízhez képest, ami azt jelezte, hogy a nem CKDu talajvíz több bioaktív triptofánszerű anyagot tartalmaz33, 34. Ezzel szemben a CKDu talajvízből és felszíni vízből származó DOM EEM-i A csúcs régiója az M és C csúcsok közötti fennsíkká bővült, jelezve a humuszszerű szerves anyagok domináns szerepét a CKDu talajvízben és felszíni vizekben. Ezenkívül a DOM hasonló EEM-jellemzője a CKDu talajvíz és a felszíni víz között azt jelezte, hogy a felszín alatti víz és a felszíni víz kölcsönhatása történhetett, és a felszíni víz feltöltötte a talajvizet.
A DOM spektrális indexei CKDu-hoz kapcsolódó talajvízben Ahogy az 1. ábrán látható, a DOM aromás (SUVA254) tekintetében a CKDu felszín alatti víz (átlag: 0,78 ± 0,37) hasonló volt a nem vízhez. -CKDu talajvíz (átlag: 0,78 ± {{1{12}}}},33) (p > 0,05). Számos CKDu talajvízminta azonban magas DOM aromásságot mutatott, ami összefügg a magas a254-gyel (4. kiegészítő ábra). Az a254 és a SUVA254 közötti szignifikáns pozitív korreláció azt jelezte, hogy az aromás DOM dominált a telítetlen DOM-mal szemben. A CKDu talajvíz spektrális meredeksége (S275–295) (átlag: 20,5 ± 6,7) viszonylag alacsonyabb volt, mint a nem CKDu talajvízé (átlag: 23,7 ± 9,4), ami arra utal, hogy a CKDu felszín alatti vizek nagy molekulatömegű szerves anyagokkal gazdagodnak. Ez a relatíve magasabb biológiai index (BIX) értékekkel rendelkező nem-CKDu talajvíz erősebb mikrobiális aktivitásának35 tudható be (1E. ábra). A mikroorganizmusok a nagy molekulatömegű OM-szerű lignint kis molekulatömegű OM-szerű aromás vegyületekké bonthatják le36,37
A DOM fluoreszcencia indexe (FI) minden mintában 1,26 és 1,88 között volt, ami a gyengébb autochton tulajdonságot, valamint a szárazföldi és mikrobiális eredetű keveréket jelzi. Azonban a DOM FI értéke a nem CKDu talajvízben (átlag: 1,64 ± 0,12) viszonylag nagyobb volt, mint a CKDu talajvízben (átlag: 1,52 ± 0,17), ami azt jelzi, hogy a DOM A CKDu talajvíz több allochton szerves anyagot és kevesebb őshonos szerves anyagot tartalmaz. Általánosságban elmondható, hogy az áramló felszín alatti víznek erősebb a földi jele, mint a pangó talajvíznek 38,39. Következésképpen az alacsonyabb FI-vel rendelkező CKDu talajvíz jobb áramlású lehet. Nem volt különbség a nem CKDu talajvíz és a felszíni víz között az FI tekintetében. Amint az 1E ábrán látható, a BIX-értékek a CKDu talajvízben (átlag: 0,81 ± {{20}}.09) és a felszíni vízben (átlag: {{ 27}},79 ± 0.08) szignifikánsan alacsonyabbak voltak, mint a nem-CKDu talajvízben (átlag: 0.86 ± 0,08) (p < 0,05), ami arra utal, hogy A nem CKDu felszín alatti vizek DOM-ja viszonylag nagyobb biológiai aktivitású tulajdonságot mutat40,41, ami összhangban volt az FI-vel. Pozitív korreláció van az FI és a BIX között, ami összhangban van Dalmagro és mtsai42 és Qi és mtsai43 megfigyeléseivel. A BIX-et előnyben részesítették a DOM biológiai aktivitásának megkülönböztetésében a talajvíz és a felszíni víz között44.
A DOM humifikációs indexe (HIX) a CKDu talajvízben (átlag: 4,36 ± 2,16) szignifikánsan magasabb volt, mint a nem CKDu talajvízben (átlag: 3,15 ± 1,49) (p < 0,01), ami a nagyobbat mutatja. a DOM humifikációs foka a CKDu talajvízben. Ennek oka lehet a CKDu talajvizet pótló felszíni víz vagy a nem CKDu felszín alatti vizek erősebb mikrobiális aktivitása40,45. A humifikációs fok növekedése megfelel a H/C44 csökkenésének. Ezek az alacsony H/C-tartalmú szerves anyagok főként hidrofób aromás vegyületekből vagy telítetlen vegyületekből álltak46. Ezért a CKDu talajvíz DOM-ja több hidrofób aromás vagy telítetlen vegyületet tartalmazna, amelyek általában stabilak és perzisztensek. Zheng és mtsai18 és Makehelwala és mtsai19 azt is kimutatták, hogy a CKDu-endémiás területekről származó talajvízben a DOM több fulvosavat és más makromolekuláris hidrofób humuszt tartalmazott.
A FI és a HIX közötti korreláció ebben a vizsgálatban nem volt szignifikáns (6. kiegészítő ábra). Emiatt a HIX alapú forrásazonosítás nem volt összhangban az FI és BIX alapú forrásazonosítással (3. kiegészítő ábra). Az FI és a HIX közötti leválást a komplex hidrogeológiai viszonyok és az antropogén tényezők20 okozhatják. Például endogén szerves anyagok szabadulhatnak fel az üledékekből és/vagy a kőzetekből a víz-kőzet kölcsönhatás következtében 47.
Bár a spektrális indexek segíthetnek a DOM összetételének gyors felmérésében, minden indexet rögzített hullámhosszok13 alapján számítanak ki, amelyek érzékenyek több kölcsönhatásban lévő fluorofor hatására, ami "torzuláshoz" vezet a vegyes forrásból származó összetett szerves vegyületek összetételének értékelésekor48. Ezért a fluoreszcencia indikátorok értelmezésének óvatosnak kell lennie, és a PARAFAC-ot kell használni a további elemzésekhez.
Érzékeny FDOM komponensek a CKDu-hoz kapcsolódó talajvízben Négy fluoreszcens komponenst extraháltunk, és félig megosztott validáláson mentünk át (7. kiegészítő ábra, 3. kiegészítő táblázat). A C1 szárazföldi humuszszerű komponensek, amelyeket szárazföldi szemcsés szerves anyagok biogeokémiai feldolgozásával állítottak elő49, amely Coble A és C csúcsok kombinációjához hasonlított50; A C2 hasonló volt a Coble M csúcshoz, a mikrobiális humuszszerű komponensekhez alacsony molekulatömeggel, és dominálhat a szennyvíz fluoreszcens DOM-jában51,52; A C3 humuszszerű, nagy molekulatömegű komponens volt, amely szárazföldi szerves anyagok származékai51,53; A C4 autochton fehérjeszerű komponens volt, amelyet a mikrobiális aktivitásnak tulajdonítottak54, 55.
Az FDOM-ot a C1 és C2 dominálta, 68,7%-os és 62,9%-os abundanciával a CKDu és nem CKDu talajvízben (2. ábra), ami a humuszszerű anyagok domináns szerepére utal. A C1 relatív abundanciája (C1%, 35,1%) a CKDu talajvízben szignifikánsan magasabb volt, mint a nem CKDu talajvízben (28.0%, p < 0.01) , míg a C2% és C3% a CKDu és a nem CKDu talajvízben hasonló volt (p > 0.05). A vizsgált területen a hasonló geológiai és öntözési viszonyok miatt a C2 valószínűleg az in situ mikrobiális tevékenység által termelt szerves anyagok vagy néhány humuszanyag mellékterméke, amelyet az ásványi anyagok könnyen frakcionáltak56, a C3 pedig összefüggésbe hozható a mezőgazdasági anyagok bevitele57. Továbbá a nem CKDu talajvízből származó DOM-ban szignifikánsan magasabb C4%-ot mutattak ki (23,8%), mint a CKDu talajvízből származó DOM-ban (17,3%, p < 0,01), ami a nem CKDu talajvízből származó DOM nagyobb biológiai hozzáférhetőségére utal. A nem CKDu talajvíz alacsonyabb pH-értékei alátámasztják ezt a spekulációt (4. kiegészítő táblázat), mivel a proton a szerves anyagok mikrobiális lebontása során keletkezik58,59. A felszíni vizekben a C1% szignifikánsan magasabb volt, mint a nem CKDu talajvízben (p < 0,01), de hasonló aCKDu talajvíz(p > 0,05), ami azt jelzi, hogy a CKDu talajvíz C1%-os növekedése a felszíni víz bejutásával hozható összefüggésbe.
A kétkomponensű főkomponens-elemzés azt mutatta, hogy a C1%-os terhelések a PC1 pozitív irányában helyezkedtek el, ami a szórások 43,9%-át, a C4%-os terhelések pedig a PC1 negatív irányát tették ki (3. ábra). ). A PC1 pozitív irányához közeli minták általában nagy mennyiségben tartalmaztak humuszszerű anyagokat, a PC1 negatív tengelyéhez közeli minták pedig általában nagy arányban tartalmaztak fehérjeszerű komponenseket a mikrobiális aktivitással kapcsolatban. Figyelemre méltó, hogy a CKDu talajvízminták körülbelül 50%-a és a nem CKDu talajvízminták csak körülbelül 22%-a található a PC1 pozitív irányában. Megmutatta, hogy a CKDu talajvizek és a nem CKDu talajvizek hatékonyan megkülönböztethetők C1% és C4% alapján. Azonban úgy tűnt, hogy a C4 érzékeny a mikrobiális háttér interferenciájára a víztartó rétegekben, ami a szűrés eltéréseit eredményezte20. Így a környezetben jobb stabilitású és perzisztenciájú C160 előnyösen használható a CKDu talajvíz felismerésére. Eközben a HIX, a254 és SUVA254 pozitív terhelést mutatott a PC1-re, jelezve a huminszerű anyagokkal (C1) való kapcsolódásukat. A PC2 (22,2%) esetében C2% és C3% került pozitív irányba. A CKDu talajvízminták körülbelül 53%-a és a nem CKDu talajvízminták 28%-a a PC2 negatív irányában helyezkedett el. Figyelembe véve azonban a hasonló C2% és C3% közöttiCKDu talajvízés a nem CKDu talajvíz, a CKDu talajvíz C2%-os és C3%-os felismerése félrevezető lehet.
A Wecistanche támogató szolgáltatása – Kína legnagyobb ciszterna exportőre:
E-mail:wallence.suen@wecistanche.com
Whatsapp/Tel.:+86 15292862950
Vásároljon további specifikációkért:
https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop
