CC BY
35
Г.Н. Окунева, A.M. Караськов, A.M. Чернявский, И.Ю. Логинова, В.А. Трунова*, В.В. Зверева*
Распределение химических элементов таблицы Менделеева в сердечно-сосудистой системе кардиохирургических больных
ФГУ «ННИИПК
им. акад. Е.Н. Мешалкина»
Минздравсоцразвития
России, 630055,
Новосибирск,
ул. Речкуновская, 15,
cpsc@nricp.ru
* Научно-исследовательский нститут неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН, 630090, Новосибирск, просп. Лаврентьева, 3
Анализировалось распределение химических элементов (ХЭ) таблицы Менделеева в сердечнососудистой системе у 18 пациентов с транспозицией магистральных артерий (ТМА), у 29 пациентов с ишемической болезьню сердца (ИБС) и 24 пациентов с дилатационной кардиомиопатией (ДКМП). Методом рентгеновского флуоресцентного анализа с использованием синхронного излучения (РФА СИ) в ИЯФ СО РАН исследовалось содержание следующих ХЭ: Б, С1, К, Са, Сг, Мп, Ре, N1 Си, 2п, Бе, Бг, V, Со. Распределение ХЭ в IV периоде таблицы Менделеева выявило два варианта патологических изменений в миокарде: 1) повышенное содержание основных ХЭ, особенно Са, на фоне сниженного содержания К и Бе у больных ИБС, 2) пониженное содержание основных ХЭ у пациентов с ТМС и ДКМП. Такие же закономерности установлены для сосудистой системы. Ключевые слова: химические элементы; таблица Менделеева; сердечно-сосудистая система; кардиохирургические пациенты.
УДК 616.12-089:616-091.8 ВАК 14.01.05
Поступила в редакцию 30 июня 2010 г.
© Г.Н. Окунева, А.М. Караськов,
A.М. Чернявский, И.Ю. Логинова,
B.А. Трунова, В.В. Зверева, 2010
В современном варианте таблицы Д.И. Менделеева представлены сведения всех химических элементов в двумерных таблицах, распределение ХЭ по группам в столбцах отражает основные физико-химические свойства, а распределение в строках по горизонтали представляет собой периоды, подобные друг другу [1, 2]. Известно, что почти все ХЭ входят в состав белков, гормонов, ферментов и таким образом определяют структуру и функцию всей сердечнососудистой системы. Поэтому нарушение структуры и функции сердечно-сосудистой системы у кардиохирургических пациентов, очевидно, обусловлено и связано с изменением количества и качества ХЭ. Роль и значение в развитии сердечно-сосудистых заболеваний различных ХЭ не однозначна. Можно предположить, что с помощью таблицы Менделеева можно выявить закономерности развития патологических изменений ХЭ и нарушение химических связей ХЭ в миокарде и сосудистой системе у кардиохирургических больных. Это явилось целью настоящего сообщения.
В соответствии с таблицей Менделеева все ХЭ в зависимости от атомного веса располагаются по периодам. Основные ХЭ биологических систем находятся в IV периоде от К до N1 и от Си до Вг, т. е. 17 ХЭ. Кроме того,
сюда входят ХЭ из III периода: №, Мд, Р, Б, С1 и ВД, Бг, Мо из V периода. В наших исследованиях определялось содержание следующих ХЭ: К, Са, V, Сг, Сг, Мп, Ре, Со, N1, Си, 7п, дб, Бе, Вг, Бг, Мо, Б, Р, С1, т. е. 18 ХЭ. Особенно следует обратить внимание на ХЭ, имеющие сходные физико-химические свойства: К - №, Са - Бг, Сг - Мо, Б - Бе, С1 - Вг, Р -дб. Известно, что потенциал ионизации для этих пар является сходным, что соответствует их химическим свойствам: для К, № (4,3-4,2), для Мп, Мо (7,4-7,2), для Ре, N1, Со (7,8-7,6-7,8), для Б, Бе, Р (10,3-9,7-10,9), для С1, Вг (10,5-11, 8). Также сходна подвижность ионов в водных растворах: К - № (7,627,92), Са - Си (6,17-5,60), С1 - Вг (7,91 -8,13).
Перед нами была поставлена следующая задача: используя таблицу Менделеева, распределить ХЭ в IV периоде соответственно атомному весу в процентах от нормы по результатам измерения ХЭ в миокарде и сосудистой системе у кардиохирургических больных (ТМС, ИБС, ДКМП).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
У детей с ТМС в возрасте от 1,0 до 4,5 мес. (средний возраст 3,0±0,7 мес.; масса сердца 54,0±5,0 г; масса тела 4,2±3,0 кг,
рост 54,0±5,0 см), умерших в ближайшие сроки после радикальной коррекции порока, производился забор 40 проб миокарда. Для контроля были взяты аутопсии миокарда у 18 детей раннего возраста от 1,0 до 5,0 мес. (средний возраст 2,0±0,2 мес.), умерших от причин, не связанных с патологией сердца.
У 29 пациентов ИБС с трехсосудистым поражением коронарного русла, умерших от острой сердечной недостаточности (средний возраст 51±9 лет), производился забор 110 проб миокарда из 6 участков сердца. Для контроля исследовались аналогичные участки сердца в 15 пробах у лиц без сердечно-сосудистой патологии, погибших в результате дорожно-транспортных аварий. У 24 пациентов с ДКМП (средний возраст 42,5±2,3 лет) исследовались 60 проб миокарда, удаленного для трансплантации сердца, и у 9 пациентов после ортотопической трансплантации сердца (ОТС).
Определение концентрации ХЭ проводилось методом рент-гено-флуоресцентного анализа с использованием синхронного излучения (РФА СИ) в ИЯФ СО РАН. Исследовали содержание 17 ХЭ: P, S, Cl, K, Ca, Cr, As, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Se, Br, Rb, Sr, Со.
Статистическая обработка результатов проводилась с помощью программы Microsoft Excel 2000. Достоверность различий средних величин и корреляционных взаимоотношений проводили с помощью t-критерия Стью-дента. Достоверными считали различия при р<0,005.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Анализ процентного содержания ХЭ в 180 пробах по сравнению с контролем в соответствии с таблицей Менделеева позволил выявить следующие закономерности. Было выделено три равные группы ХЭ: 1) ХЭ, которые превышали группу сравнения более чем в 50% случаев, и составили 33%. Сюда были включены Ca, Zn, Cl и в 45% случаев Sr; 2) ХЭ, которые были снижены по сравнению с контролем в 45-50% случаев: K, Fe, Cr, Ni, Sr, они составили 32%; 3) ХЭ, которые составили 35% и соответствовали группе контроля, т. е. не изменялись: Mn, Cu, Br, S. Равномерно по трем группам распределялись Rb и Se. На основании этих результатов можно заключить, что первые две группы ХЭ находятся в противофазах, т. е. повышение концентрации ХЭ первой группы сочетается со снижением концентрации ХЭ во второй группе. Особенно наглядно эта закономерность проявляется для Ca и К, на фоне низкого содержания К, как правило, резко было значительно повышено содержание Са [3, 8, 10]. Третью группу ХЭ, мало зависимую от выраженности патологического процесса, можно назвать константной, так как она в большинстве случаев сохраняется на уровне нормы. В эту группу входят два переходных элемента: Mn и Cu - и два аниона: Br и S. Очевидно, что этих ХЭ значительно больше, но не все мы могли определить. Можно предположить, что эти ХЭ входят в состав
структурных клеточных образований, и поэтому их содержание поддерживается на постоянном уровне [6, 7].
Как следует из рис. 1, 50% ХЭ было ниже нормы, особенно ВД и С1. Умеренно снижены К, Бг, №, Вп, Сг. Значительно повышено содержание Си, Бе и умеренно Zn. Очевидно, эти ХЭ выполняют компенсаторную роль при наличии патологии. 30% ХЭ соответствуют норме и необходимы для поддержания клеточной структуры и функции: Са, Мп, Ре, Б.
Другой вариант распределения ХЭ таблицы Менделеева представлен для ЛЖ больных ИБС. В этом случае превышают норму в 4 раза Са и в 1,5-2,0 раза Ре, №, Б, Бг, С1 на фоне сниженного содержания К и Бе. Остальные ХЭ соответствовали норме: №, Сг, Мп, Си, Zn, Вг. Полученные результаты можно объяснить повышенной метаболической и функциональной активностью миокарда ЛЖ. Следует обратить особое внимание на противоположное изменение К и Са, что характерно для этой патологии. В этом случае повышенными оказались щелочные металлы Са, Бг, переходные элементы Ре, № и анионы Б, С1. Химические элементы, соответствующие норме, относились к переходным элементам (Сг, Мп, Си, Zn) и аниону (Вг). Особенно интенсивный метаболизм происходит в зоне инфаркта у больных ИБС (рис. 2). В этом случае 72% ХЭ значительно выше нормы: Са, Ре, Бг, №, Сг, Мп, №, С1, Вг, №. Снижено содержание только К, а соответствовали норме Си, Zn, Бе. Таким образом доказывается активное участие почти всех ХЭ в интенсивном метаболическом процессе миокарда ЛЖ больных ИБС. Только Си, Zn, Бе поддерживались в норме.
Противоположные результаты были получены при анализе распределения ХЭ таблицы Менделеева у пациентов с ДКМП (рис. 3). Оказалось, что содержание 10 ХЭ из 13, т. е. 77%, было снижено по сравнению с нормой: К, Са, Бг, Мп, Ре, №, Бе, Си, Вг и повышено содержание только № [4]. В норме были Б, С1, Zn. Следовательно, выраженная ДКМП со значительным снижением фракции выброса ЛЖ от 40 до 13% характеризовалась сниженным содержанием основных ХЭ и только Б, Zn, С1 оставались в норме [12, 16, 20].
Анализ распределения ХЭ таблицы Менделеева для сосудистой системы у кардиохирургических больных позволил получить следующие результаты. В стенке вены по сравнению со стенкой артерии повышено содержание большинства ХЭ: Са, Бг, Сг, Мп, №, V, Zn и снижено содержание дб, К, ВД, Ре. Соответствовали норме Б, Бе, С1, Вг, т. е. все анионы. Повышены в стенке вены щелочные металлы и переходные элементы.
По-другому распределяются ХЭ таблицы Менделеева в аневризме аорты по сравнению с неизменной стенкой аорты у пациентов ИБС. Содержание большинства ХЭ в аневризме снижено: К, Сг, Са, Бг, V, Со, Ре, №, Мп, Zn. Значительно повышено процентное содержание К, №, С1 и умеренно повышено содержание
Рис. 1.
Содержание микроэлементов в миокарде ЛЖ детей с ТМС по сравнению с нормой для детей.
I н Не
п и Ве в С N о р Ке
ш А1 Р 8 С1 Аг
IV К Са вс И У Сг Мп Ре Со м Си Ъп ва Се Ав ве Вг Кг
V Ш) 8г У Ъг 1\Ь Мо Тс Ни Ра А8 са 1п вп вь Те I Хе
VI С8 Ва Ьа Ш Та \\ 11е о$ 1г 14 Ли нв Т1 РЬ В1 Ро Ш1
VII Рг 11а Ас М На N8 Н8 М1
Рис. 2.
Содержание микроэлементов в зоне инфаркта миокарда ЛЖ по сравнению с ЛЖ в норме.
I н Не
п 1л Ве В С N о Р N6
III N8 М8 А1 в! Р 8 С1 Аг
IV К Са вс ТС V Сг Мп Ее Со № Си 7м Са Се А$ ве Вг Кг
V ыь вг У Ъг № Мо Тс Ни 1(11 Рё А8 са 1п вп вь Те I Хе
VI Се Ва Ьа Ш Та \\ Ие Оз 1г Р1 Аи Нг Т1 РЬ В1 Ро Аг Ип
VII Рг Иа Ас М На N8 щ
Рис. 3. I н Не
Содержание П и Ве В С N о Р N6
микроэлементов в миокарде ЛЖ при ДКМП ш N8 Мв А1 в! Р 8 С1 Аг
по сравнению с ЛЖ в норме. IV К Са вс К У Сг Мп Ее Со № Си Ъп Са Се А« ве Вг Кг
V ЫЬ вг У Ъг № Мо Тс 1*и нь ра А8 са 1п вп вь Те I Хе
VI с« Ва Ьа Ш Та \¥ 11е о$ 1г Р1 Аи Не Т1 РЬ В1 Ро Аг Ип
УН Рг На Ас Ш На N8 Н8 Mt
Рис. 4.
Содержание микроэлементов при расслоении аорты по сравнению с аортой при ИБС.
I н Не
П 1л Ве в С N о Р N6
III N8 м8 А1 81 Р 8 С1 Аг
IV к Са вс И V Сг Мп Ее Со м Си Ъп Са Се Аз 8е Вг Кг
V ю> вг У Ъг гчъ Мо Тс Нп Ш1 ра ч са 1п вп вь Те I Хе
VI Св Ва Ьа НГ Та \\ Яе о$ 1г 14 Аи не Т1 РЬ В1 Ро Аг Кп
УН Рг 11а Ас ш На N8 Н8 М1
-200% и менее -150% -100% -50% -25+25% +50% +100% +150% +200% и более не известна концентрация
дб, Бе. Соответствовали норме Си, Б, Вг. Таким образом, при расслоении аорты снижается содержание всех переходных элементов на фоне резкого повышения щелочных металлов К, ВД и анионов дб, Бе (рис. 4).
Сходным образом изменяется распределение ХЭ таблицы Менделеева для сосудистых бляшек, полученных из коронарных артерий, по сравнению с аортой больных ИБС. Содержание большинства ХЭ снижено: V, Сг, Мп, N №, Ре, Си. Повышено содержание Са, С1, дб, и не отличались от нормы Б, Бе, Вг. Следовательно, в бляшке были снижены все переходные элементы, повышено содержание Са и анионов дб, С1. Не изменялось содержание анионов: Б, Бе, Вг.
Приведенные результаты убедительно показывают, как распределяются ХЭ таблицы Менделеева в миокарде и сосудистой системе у кардиохирургических больных.
ОБСУЖДЕНИЕ
Согласно существующей биологической классификации ХЭ к макроэлементам относятся изучаемые нами: Са, Р, К, Б, С1, к микроэлементам: Ре, 7п, Мо, Си, Вг, Мп, ВД, к ультрамикроэлементам: Бе, Со, V, Сг, дб, N1 К жизненно необходимым относятся: Ре, Си, 7п, Со, Сг, Мо, Бе, а к условно-эссенциальным: дб, Вг [5, 9, 11].
Было установлено, что у пациентов с гипертрофией миокарда и сниженной фракцией выброса (ТМС, ДКПМ), согласно таблице Менделеева, снижено до 50-70% содержание переходных элементов, которые относятся к эссен-циальным на фоне повышенного содержания отдельных элементов Си, Бе у пациентов с ТМС и ВД у ДКМП [4, 16, 20].
Противоположные изменения были установлены для миокарда больных с ИБС. Повышенное содержание (до 50-70%) переходных элементов со значительным увеличением Са на фоне дефицита К, особенно в зоне инфаркта [3, 10, 13, 14]. Такие же варианты распределения ХЭ, согласно таблице Менделеева, были выявлены для сосудистой системы. Повышено содержание одних переходных элементов на фоне сниженного содержания щелочных металлов (вена). В другом варианте было повышено содержание щелочных металлов и снижено содержание переходных элементов (аневризма аорты, бляшка). Таким образом, в зависимости от патологических изменений в сердечно-сосудистой системе кардиохирургических больных происходит перераспределение ХЭ в виде повышения содержания одних и снижения содержания других [5, 15, 18, 19]. Анализ 180 ХЭ таблицы Менделеева позволил выделить доминирующую роль отдельных ХЭ у кардиохирургических пациентов. Было выделено три варианта участия ХЭ в патологических процессах: 1) повышенное содержание по сравнению с нормой: Са, Бг, 7п, С1; 2) сниженное содержание: К, Сг, Ре, N1, Бг; 3) соответствие норме: Мп, Си, Бе, Вг, Б. Первые два варианта, как
правило, находятся в противофазах, повышение одной группы ХЭ сочетается со снижением другой группы, ХЭ третьей группы свидетельствуют о необходимости поддержания на постоянном уровне независимо от выраженности патологического процесса [17, 19]. Мы назвали эти ХЭ константными, необходимыми для сохранения структуры и функции миокарда и сосудистой стенки.
Распределение ХЭ таблицы Менделеева дает возможность оценить роль каждого элемента в формировании и развитии сердечно-сосудистой патологии кардиохирургических больных.
Распределение ХЭ в миокарде по таблице Менделеева выявило два вида патологических изменений: 1) повышенное содержание основных ХЭ IV периода, особенно Са, а также Ре, N1, Б, Бг, С1 в миокарде на фоне сниженного содержания К, Бе у пациентов ИБС, особенно в зоне инфаркта миокарда и 2) значительное снижение по сравнению с нормой основных ХЭ IV периода таблицы Менделеева, особенно К, Са, Бг, Мп, Ре, N1, а также Сг, Си, Вг на фоне повышенного содержания ВД у больных с ДКМП и Си, 7п у больных с ТМС.
Распределение ХЭ по сосудистой системе также выделило два варианта: 1) повышенное содержание ХЭ IV периода таблицы Менделеева в периферической вене по сравнению с артерией Бг, Сг, Мп, N1, V, 7п, Са на фоне сниженного содержания дб, К, №, Ре; 2) сниженное содержание основных ХЭ IV периода таблицы Менделеева при аневризме аорты и ее расслоении: Са, Бг, V, Сг, Ре, N1, Мп, 7п на фоне повышенного содержания К, ВД, дб, С1, Бе. Выделена группа ХЭ, которые в большинстве случаев не меняются и соответствуют норме: Б, 7п, Си, Вг, Мп. Мы назвали эти ХЭ константными, необходимыми для поддержания структуры и функции клеток сердечно-сосудистой системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Агафошин И.П. Периодический закон и периодическая система Менделеева. М.: Просвещение, 1973.
2. Браун Т., Лемей Г.Ю. Химия в центре науки. М., 1983. Ч. 1.
3. Долгих В.Т. // Бюл. СО РАМН. 2005. Т. 3 (117). С. 7-13.
4. Караськов А.М., Окунева Г.Н., Чернявский А.М. и др. // Вестн. трансплантологии и искусственных органов. 2008. № 6.
С. 28-33.
5. Кудрин А.В., Скальный А.В., Жаворонков А.А. и др. Иммунофар-макология микроэлементов. М.: Изд-во КМК, 2000.
6. Маслов Л.Н., Рябов В.В., Сазонова С.И. // Успехи физиолог. наук. 2004. Т. 35 (3). С. 50-60.
7. Меньщикова Е.Б., Ланкин В.З., Зенков Н. К. и др. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты. М.: Слово, 2006.
8. Ноздрюхина Л.Р. Микроэлементы и атеросклероз. М.: Наука, 1985.
9. Панченко Л.Ф., Маев И.В., Гуревич К.Г. Клиническая биохимия. М.: ГОУ ВУНМЦ МЗ РФ, 2004.
10. Сарис Н.-Е.Л., Карафоли Э. // Биохимия. 2005. Т. 70. С. 231-239.
11. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. М: Мир, 2004.
12. Шумаков В.И. Трансплантация сердца. М., 2006.
13. Beltrami A. P., Urbanek K., Kajstura J. et al. // Engl. J. Med. 2001. V. 344 (23). Р. 1750-1757.
14. Frustaci A., Magnavita N., Chimenti C. et al. // J. Am. Coll. Cardiol. 1999. V. 33. Р. 1578-1583.
15. Guerra S., Leri A., Wang X. et al. // Circ. Res. 1999. V. 12. Р. 495-503.
16. Kirklin J.K., Young J.B., McGiffin D.S. Heart transplantation. New York: Churchill Livingstone, 2002.
17. Kosar F., Sahin T., Taskapan C. et al. // Anadolu Kardiol. Derg. 2006. V. 6. Р. 216-220.
18. Orlic D. // Int. J. Hematol. 2002. V. 76 (Suppl. 1). Р. 144-145.
19. Oster O., Dahm M., Oelert H. // Eur. Heart. 1993. V. 14. Р. 770-774.
20. Quaini F., Urbanek K., Belltrami A.P. et al. // N. Engl. J. Med. 2002. V. 346. Р. 5-15.
окунева Галина николаевна - доктор медицинских наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, главный научный сотрудник лаборатории клинической физиологии ФГУ «ННИИПК им. акад. Е.Н. Мешалкина» Минздравсоцразвития России (Новосибирск).
Караськов Александр Михайлович - доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАМН,
Заслуженный деятель науки РФ, директор ФГУ «ННИИПК им. акад. Е.Н. Мешалкина» Минздравсоцразвития России (Новосибирск).
Чернявский александр Михайлович - доктор медицинских наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, руководитель центра хирургии аорты, коронарных и периферических артерий, заместитель директора по научной работе ФГУ «ННИИПК им. акад. Е.Н. Мешалкина» Минздравсоцразвития России (Новосибирск).
логинова ирина Юрьевна - кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории клинической физиологии ФГУ «ННИИПК им. акад. Е.Н. Мешалкина» Минздравсоцразвития России (Новосибирск).
Трунова Валентина александровна - кандидат химических наук, старший научный сотрудник Научно-исследовательского института неорганической химии СО РАН им. А.В. Николаева (Новосибирск).
зверева Валентина Викторовна - кандидат химических наук, научный сотрудник Научно-исследовательского института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН (Новосибирск).
