Monitorowanie stanu odżywienia organizmu pod względem zawartości pierwiastków niezbędnych oraz ocena narażenia na działanie pierwiastków toksycznych jest szczególnie ważna dla ludzkiego zdrowia. Większość metod klinicznych, stosowanych do diagnozowania niedoborów pierwiastków niezbędnych i oceny środowiskowego lub zawodowego narażenia na metale toksyczne, jest oparta na analizie próbek krwi, surowicy/osocza i/lub moczu [Rodrigues et al., 2008]. Jednakże wybór odpowiedniego rodzaju próby badanej zależy od kilku czynników, takich jak toksykokinetyka, wygoda i stopień inwazyjności procedury pobierania próbek oraz możliwość ewentualnego zanieczyszczenia próbki [Rodrigues et al., 2008].
Stężenie metali we włosach i paznokciach odzwierciedla ich średni poziom w organizmie ludzkim, biorąc pod uwagę dłuższy okres narażenia na pierwiastki, w porównaniu do innych płynów ustrojowych [Mehra, Juneja, 2005].
Analiza pierwiastkowa związków toksycznych i elementów niezbędnych we włosach, paznokciach i innych tkankach biologicznych znajduje coraz większe zastosowanie w badaniach związanych z medycyną (także sądową), archeologią i żywieniem [Kumtabtim et al., 2011]. Odkryta 40 lat temu analiza jest wykorzystywana także w toksykologii klinicznej i medycynie pracy. We włosach określa się przede wszystkim zawartość pierwiastków i leków (substancji organicznych, narkotyków, metabolitów nikotyny) [Chojnacka et al., 2010]. Na podstawie ich analizy można ocenić stan zdrowia i odżywienia organizmu [Qayyum, Shah, 2014]. Stanowią także cenne źródło informacji dotyczących narażenia na metale toksyczne, takie jak kadm, ołów, czy arsen. Wiele badań potwierdza występowanie
statystycznie istotnych różnic w porównaniu poziomów pierwiastków
we włosach grup eksponowanych i nieeksponowanych [Chojnacka et al., 2010].
Niedobór lub nadmiar pierwiastków niezbędnych, takich jak miedź, żelazo, cynk i toksycznych - ołów, rtęć, może świadczyć o rozwoju wielu stanów chorobowych w organizmie. Próbki włosów mogą być używane do retrospektywnego badania zawartości pierwiastków, ze względu na trwałe wbudowanie w stale wzrastającą część włosa [Kumtabtim et al., 2011]. W związku z powyższym badania prowadzone z użyciem włosów mogą dostarczyć cennych informacji na temat stanu zdrowia organizmu, stosowania niektórych leków i obecności wybranych chorób [Szynkowska et al., 2009]. Zmiany w składzie chemicznym włosów zależą od wewnętrznych i zewnętrznych zmian zachodzących w ludzkim organizmie. Naukowcy udowodnili niezaprzeczalną zależność pomiędzy korelacjami zachodzącymi z udziałem pierwiastków niezbędnych a stanami chorobowymi (niedokrwistość, drżenie mięśniowe, drgawki) i zaburzeniami metabolicznymi [Koranteng-Addo et al., 2010]. Zawartość pierwiastków we włosach i paznokciach może
76
różnić się w zależności od regionu geograficznego i panujących w nim warunków naturalnych, wliczając skład gleby, zawartość pierwiastków w wodzie i pożywieniu oraz nawyków żywieniowych [Oyoo-Okoth et al., 2010].
Ze względu na wiele zalet, próbki włosów znajdują szerokie zastosowanie do oceny narażenia człowieka na różne zanieczyszczenia [Rodrigues et al., 2008]. Wybór alternatywnych matryc pozwala na nieinwazyjne procedury poboru materiału [Rodrigues et al., 2008].
Są one pobierane w prosty, niedrogi i nieinwazyjny sposób, mogą być łatwo przechowywane i transportowane do laboratorium w celu przeprowadzenie ich analizy [Rodrigues et al., 2008]. Włosy powinny być pobierane za pomocą ceramicznych nożyczek, najlepiej z okolic tylnego wierzchołka głowy. Konieczne jest pobranie odpowiedniej ilości materiału do badania [Cooper et al., 2012]. Najbardziej odpowiednią próbką są włosy z głowy, natomiast w przypadku ich braku, mogą zostać pobrane również z okolic pachy, brody, czy włosów łonowych [Cooper et al., 2012].
W ludzkich włosach nie zachodzą zmiany związane z okresem ich przechowywania, od czasu pobrania próbki do jej analizy, co stanowi ich dodatkową zaletę [Gil et al., 2011]. Włos rośnie średnio 10 mm na miesiąc i pozwala na długoterminowe monitorowanie aktualnego i występującego w przeszłości narażenia. Zazwyczaj odzwierciedla średnie stężenie będące wynikiem narażenia z okresu ostatnich kilku miesięcy [Gil et al., 2011]. Jednakże zastosowanie włosów jako materiału badawczego ma pewne ograniczenia, takie jak występowanie trudnych do usunięcia, egzogennych zanieczyszczeń [Rodrigues et al., 2008]. Głównym ich źródłem są złogi sebum, pot, pozostałości zanieczyszczonego powietrza czy kosmetyków, produktów farmaceutycznych [Rodrigues et al., 2008]. Wpływ na zawartość metali we włosach może mieć wiek, płeć, kolor i stan włosów, palenie papierosów, czynniki rasowe i etniczne [Gonzẚlez-Muñoz et al., 2008; Gil et al., 2011]. Trudności z interpretacją wyników i opracowanie wartości referencyjnych to opisane w literaturze problemy związane z użyciem włosów do oceny zanieczyszczenia środowiskowego [Chojnacka et al., 2010].
Ludzkie włosy i paznokcie analizowane są tymi samymi technikami analitycznymi, co próbki biologiczne stosowane do biomonitorowania zawartości pierwiastków w organizmie i zawodowego narażenia na zanieczyszczenie metalami [Sukumar, Subramanian, 2007].
Do wykrywania pierwiastków śladowych we włosach stosuje się różne techniki analityczne, takie jak atomowa spektrometria fluorescencyjna, atomowa spektrometria absorpcyjna, spektrometria atomowa emisyjna ze wzbudzeniem w plazmie sprzężonej indukcyjnie (ang. inductively coupled plasma – atomic emission spectrometry – ICP - AES), spektrometria mas z jonizacją w plazmie sprzężonej indukcyjnie (ang. inductively coupled plasma mass spektrometry – ICP - MS) [Abdulrahman et al., 2012].
Ludzkie paznokcie, podobnie jak włosy, stanowią wartościowy, alternatywny materiał badawczy, służący do oceny narażenia środowiskowego na metale toksyczne i określenia niedoborów pierwiastków niezbędnych. Zarówno paznokcie dłoni, jak i stóp są coraz częściej wykorzystywanym markerem w badaniach klinicznych. Jest to materiał pobierany w prosty, bezinwazyjny sposób i nie wymaga specjalnych warunków przechowywania, co dodatkowo zwiększa ilość jego zalet [Barbosa et al., 2005; Carneiro et al., 2011; He, 2011]. Paznokcie u stóp, pomimo ograniczonej szybkości wzrostu, mogą odzwierciedlać długotrwałe narażenie na pierwiastki. Wykazano, że średni wzrost paznokcia wśród młodzieży amerykańskiej
77
wynosił 3,47 mm/miesiąc dla paznokci u rąk oraz 1,62 mm/miesiąc u paznokci stóp [Yaemsiri et al., 2009]. Szybkość wzrostu paznokcia może być także uzależniona od wieku, płci, kondycji zdrowotnej, tempa przemiany materii i innych czynników, takich jak obgryzanie paznokci (onychofagia) [He, 2011].
Poza oceną zawartości pierwiastków w ludzkim organizmie, paznokcie są także użytecznym narzędziem do oceny niektórych stanów chorobowych, takich jak nowotwory, czy choroby sercowo – naczyniowe [He, 2011].
Paznokcie u rąk i stóp mają zdolność kumulowania ksenobiotyków przez dłuższy okres czasu. Ten alternatywny materiał wykorzystywano do celów sądowych, takich jak stwierdzenie zatrucia arsenem, narażenie zawodowe na metale, takie jak ołów u pracowników hut, oraz do oceny narażenia środowiskowego, monitorowania narażenia dzieci na kadm, ołów, cynk, miedź, żelazo i magnez [Palmeri et al., 2000].
Paznokcie jako materiał alternatywny zbudowany z białka bogato-keratynowego, zawierają w swoim składzie minerały i pierwiastki śladowe, które odzwierciedlają ich spożycie i stopień narażenia. Za zalety wykorzystania pierwiastków jako biomarkerów można uznać bezbolesny sposób ich poboru, który może zwiększyć ilość osób biorących udział w badaniach klinicznych prowadzonych z wykorzystaniem tego materiału oraz związane ze sposobem przewożenia i przechowywania, zmniejszenie kosztów analizy [He, 2011].
Ograniczenia w zastosowaniu paznokci jako materiału badawczego w ocenie narażenia na metale dotyczą ich niewielkiej ekspozycji środowiskowej i częstego mycia, związanego z podstawowymi zasadami higieny [He, 2011]. Próbki paznokci mogą cechować się małą masą, co utrudnia analizę, oraz mogą być zanieczyszczone niektórymi lekarstwami i lakierami [Qayyum, Shah, 2014]. Do zanieczyszczeń pierwiastkowych może dojść także w trakcie obcinania paznokci metalowymi przyrządami [Qayyum, Shah, 2014], dlatego tak ważne jest prawidłowe pobranie próbek. Pacjenci powinni zostać poinformowani o nie obcinaniu paznokci przed użyciem ich do analizy przez okres co najmniej kilku tygodni [He, 2011]. Ważne jest obcinanie paznokci w jak największej ilości, najlepiej zarówno u obu stóp i/lub obu rąk. Wycinki pochodzące od paluchów i kciuków oraz od reszty palców rąk i nóg powinny być przechowywane oddzielnie, ponieważ ramy czasowe ich wzrostu różnią się od siebie [He, 2011]. Paznokcie powinny być umieszczone w kopercie, w temperaturze pokojowej i suchym miejscu [He, 2011].
Do wykrywania metali w paznokciach stosuje się między innymi instrumentalną neutronową analizę aktywacyjną (ang. instrumental neutron activation analysis - INAA) oraz spektrometrię mas z jonizacją w plazmie sprzężonej indukcyjnie (ang. inductively coupled plasma mass spektrometry – ICP - MS) [He, 2011].
78