Разпознаване на подпочвените води, свързани с хронично бъбречно заболяване с неизвестна етиология, чрез хуминоподобна органична материя
Nov 25, 2023
ВЪВЕДЕНИЕ
Хроничното бъбречно заболяване засяга ~15% от населението по света и е един от глобалните проблеми на общественото здраве1. Хипертонията, диабетът и хроничният нефрит обикновено са основните причини за хронично бъбречно заболяване2. Въпреки това, хронично бъбречно заболяване, което не е свързано с гореспоменатите причини, а именно хронично бъбречно заболяване нанеизвестна етиология(CKDu), се съобщава в Централна Америка, Индия, Шри Ланка и други места. В Шри Ланка здравето на повече от 400000 души е застрашено отCKDu, ичестота на CKDuдостига до 15–23% в Северна централна провинция4,5. Повечето пациенти, страдащи от CKDu, имат нисък стандарт на живот в земеделски общности в сухи региони6. През последните години много проучвания показват, че CKDu е свързано с качеството на подпочвените води5,7 и че няма достатъчно инфраструктура за осигуряване на пречистена питейна вода. Според проучване, в районите с преобладаващо CKDu, появата на CKDu зависи от качеството на питейната подпочвена вода за местните жители, а разпределението на източниците на чиста подземна вода и свързаните с CKDu източници на подземна вода е неравномерно8. Следователно признаването на чисти източници на подпочвена вода се превърна в спешно действие, предприето за жителите в райони с преобладаване на CKDu в развиващи се страни като Шри Ланка5.
Щракнете за Cistanche herba за бъбречно заболяване
В много проучвания е установено, че неорганичните химикали на подземните води са свързани с разпространението на CKDu9,10. Например, концентрациите на F− в проби от подпочвени води от преобладаващите райони на CKDu в Шри Ланка, най-вече надвишават праговото ниво (0,6 mg L−1), определено за Световната здравна организация9; твърдостта и съотношението на Ca2+ към Na+ в подпочвените води от ендемични за CKDu райони също са по-високи от тези в райони без CKDu10,11. В допълнение, CKDu се свързва с концентрациите на тежки метали с нефротоксичност (напр. Cd и Pb) и Si в подземните води 12–14. Скорошно проучване показа, че органичните съединения могат да взаимодействат с Ca2+ и SO4 2− чрез комплексообразуване и комплексът е вреден за човешките бъбреци15. Образуването на някои бъбречни заболявания е свързано с разтворения органичен въглерод (DOC) в подземните води16. Излишните хуминови вещества могат да причинят смъртта на човешките бъбречни клетки въз основа на проучване в ендемични райони на бъбречно заболяване на Балка17. Малко проучвания обаче са изследвали разликата в ключовите компоненти на разтворената органична материя (DOM) между CKDu и не-CKDu водоизточници. Наличните проучвания показват, че DOM в подпочвените води от ендемични за CKDu райони е по-огнеупорен, с по-висок аромат и по-ниска бионаличност от този от райони без CKDu18,19. Все още обаче не е известно колко значими са чувствителните компоненти на DOM при разпознаването на свързаните с CKDu източници на вода.
Матричната спектроскопия с възбуждаща мисия (EEM) има предимствата на бързо измерване, висока чувствителност и лесна предварителна обработка. Той е широко използван за характеризиране на флуоресцентния DOM (FDOM)20. EEM, съчетан с паралелен факторен анализ (EEM PARAFAC), може ефективно да разкрие оптичните характеристики на DOM, да идентифицира флуоресцентните компоненти и източниците на DOM и да изясни процеса на трансформация на DOM21,22. Освен това може да се приложи и за изследване на динамичните промени на DOM, засегнати от природни и човешки фактори 23, 24. EEM−PARAFAC има потенциалната възможност да проучи връзката между DOM и качеството на подземните води20.
Следователно, това проучване имаше за цел (1) да определи оптичните характеристики, състава и източниците на FDOM в свързани с CKDu и несвързани с CKDu подпочвени води от Шри Ланка чрез техника EEM PARAFAC, (2) да провери осъществимостта на използването на ключови флуоресцентни компоненти за идентифициране Водни източници, свързани с CKDu, чрез комбиниране с неорганични чувствителни химикали и (3) предлага инструмент за ранно предупреждение и скрининг за свързани с CKDu източници на подземни води, използващи ключови флуоресцентни компоненти. Това проучване ще осигури ефективен метод за осигуряване на безопасността на питейната вода, което е полезно за превенцията и проследимостта на CKDu.
Фиг. 1 Спектралните индекси на DOM. Горната точка на черната кутия е максимумът, а долната е минимумът; горната граница на черната кутия е 75-ия персентил, а долната е 25-ия персентил, а средният бял квадрат е средната стойност. Диаграмата на плътността извън диаграмата на кутията представлява вероятността за плътност. Значимата разлика от p <0.01 и значимата разлика от p <0,05 са маркирани съответно с две звездички и звездичка в спектралните индекси между две различни групи.
РЕЗУЛТАТИ И ДИСКУСИЯ
DOC и EEM на DOM в подземни води, свързани с CKDu
Концентрациите на DOC (3,25 ± 0.73 mgC L-1) в подпочвените води на CKDu са значително по-ниски от тези в повърхностните води (4.65 ± 0.89 mgC L-1), но значително по-високи от тези в подпочвени води без CKDu (2,81 ± 0.76 mg L−1 ) (p < 0.05) (допълнителна фигура 2). Въпреки че концентрациите на DOC, докладвани от Cooray et al.25, са по-високи от наблюдаваните данни в това проучване, те също така откриват относително по-високи концентрации на DOC (6,4 mgC L-1) в регионите с преобладаване на CKDu, отколкото в регионите без преобладаване на CKDu (3,7 mgC L −1 ). Може да има две причини за разликата в концентрациите на DOC между подпочвените води CKDu и подпочвените води без CKDu. Едната е, че подпочвените води на CKDu вероятно ще получат повече презареждане на повърхностните води11,26, което увеличава концентрацията на DOC27,28. Другото е, че по-силната микробна активност в подпочвените води без CKDu (фиг. 1E, допълнителна фигура 3) би разградила повече органични вещества в неорганични вещества29, което е обсъдено по-долу.
Стойностите на a254 в подпочвените води на CKDu (медиана: 5,07 m-1) са по-високи от тези в подземните води без CKDu (медиана: 4,38 m-1) (допълнителна фигура 2), което показва, че DOM на подземните води на CKDu се състои от повече ненаситени DOM. Като цяло концентрациите на ненаситени DOM (a254) в естествените подземни води са по-малко от 1 m−1 30–32. В това проучване най-ниската стойност на a254 във всички проби от подпочвени води е 1,15 m−1 (допълнителна таблица 1), което показва, че както CKDu, така и не-CKDu подземните води могат да бъдат замърсени до известна степен. В сравнение с подпочвените води, повърхностните води имат по-високи стойности на a254 (медиана: 10,48 m−1), което би било резултат от антропогенни дейности. В допълнение, има значителна положителна корелация между концентрациите на DOC и a254 (допълнителна фигура 4), което показва, че увеличението на DOC може да се дължи на антропогенен принос.
Характеристиките на EEM на DOM от подпочвените води, различни от CKDu, са различни от тези от подпочвените и повърхностните води на CKDu (допълнителна фигура 5). EEM на подпочвените води без CKDu представи относително по-силен T пиков сигнал, но по-слаб A пиков сигнал (допълнителна таблица 2) по отношение на подпочвените води на CKDu, което показва, че подпочвените води без CKDu съдържат повече биоактивни вещества, подобни на триптофан33,34. Обратно, областта на пик А в EEMs на DOM от подпочвените и повърхностните води на CKDu беше разширена в плато между пикове M и C, което показва доминиращата роля на хуминоподобна органична материя в подземните и повърхностните води на CKDu. Освен това, сходната характеристика на EEM на DOM между подпочвените води на CKDu и повърхностните води показва, че може да е настъпило взаимодействие между подпочвените и повърхностните води и повърхностните води презареждат подпочвените води.
Спектрални индекси на DOM в свързаните с CKDu подпочвени води Както е показано на фиг. 1, по отношение на ароматността на DOM (SUVA254), CKDu подпочвените води (средно: 0.78 ± 0.37) са подобни на не -CKDu подземни води (средно: 0.78 ± {{10}}.33) (p > 0.05). Въпреки това, няколко проби от подземни води CKDu показват висока ароматност на DOM, което е свързано с техния висок a254 (допълнителна фигура 4). Значителната положителна корелация между a254 и SUVA254 показва, че ароматният DOM доминира над ненаситения DOM. Спектралния наклон (S275–295) на подпочвените води CKDu (средно: 20,5 ± 6,7) е относително по-нисък от подпочвените води без CKDu (средно: 23,7 ± 9,4), което показва, че подземните води на CKDu са обогатени с органична материя с високо молекулно тегло. Това може да се отдаде на по-силните микробни активности35 в подпочвените води, различни от CKDu, с относително по-високи стойности на биологичен индекс (BIX) (фиг. 1E). Микроорганизмите могат да разложат лигнин, подобен на OM с високо молекулно тегло, в ароматни съединения, подобни на OM с ниско молекулно тегло36,37
Индексът на флуоресценция (FI) на DOM във всички проби варира от 1, 26 до 1, 88, което показва по-слабата автохтонна характеристика и смес от земен и микробен произход. Въпреки това, FI на DOM в подземни води, различни от CKDu (средно: 1,64 ± 0.12) е относително по-високо от това в CKDu подземни води (средно: 1,52 ± 0.17), което показва, че DOM на Подземните води на CKDu съдържат повече алохтонна органична материя и по-малко местна органична материя. Като цяло течащите подпочвени води имат по-силен наземни сигнал от застоялите подземни води 38,39. Следователно подпочвените води CKDu с по-нисък FI може да са с по-добро течащо състояние. Няма разлики между подпочвените води, различни от CKDu, и повърхностните води по отношение на FI. Както е показано на Фиг. 1E, стойностите на BIX в подпочвените води на CKDu (средно: 0.81 ± {{20}}.09) и повърхностните води (средно: {{ 27}}.79 ± 0.08) са значително по-ниски от тези в не-CKDu подземни води (средно: 0.86 ± 0.08) (p <0.05), което предполага, че DOM на подпочвените води без CKDu има характеристика на относително по-висока биологична активност40,41, което е в съответствие с FI. Съществува положителна корелация между FI и BIX, което е в съответствие с наблюденията на Dalmagro et al.42 и Qi et al.43. BIX беше предпочитан при разграничаване на биологичната активност на DOM между подпочвените и повърхностните води44.
Индексът на хумификация (HIX) на DOM в подпочвените води на CKDu (средно: 4,36 ± 2,16) е значително по-висок от този в подземните води без CKDu (средно: 3,15 ± 1,49) (p < 0.01), показвайки по-голямото степен на хумификация на DOM в подпочвените води на CKDu. Това може да бъде причинено от повърхностни води, допълващи подпочвените води CKDu, или по-силната микробна активност на подпочвените води, различни от CKDu40,45. Увеличаването на степента на хумификация съответства на намаляването на H/C44. Тези органични вещества с ниско H/C се състоят главно от хидрофобни ароматни съединения или ненаситени съединения46. Следователно DOM на подпочвените води на CKDu би съдържал повече хидрофобни ароматни или ненаситени съединения, които са склонни да бъдат стабилни и устойчиви. Zheng et al.18 и Makehelwala et al.19 също показаха, че DOM в подпочвените води от CKDu-ендемични райони съдържа повече фулвинова киселина и друг макромолекулен хидрофобен хумус.
Корелацията между FI и HIX не е значима в това проучване (допълнителна фигура 6). Следователно идентификацията на източника, базирана на HIX, не е в съответствие с тази, базирана на FI и BIX (допълнителна фигура 3). Разделянето между FI и HIX може да бъде причинено от сложните хидрогеоложки условия и антропогенни фактори20. Например, ендогенна органична материя може да бъде освободена от седименти и/или скали поради взаимодействие вода-скала 47.
Въпреки че спектралните индекси могат да помогнат за бърза оценка на състава на DOM, всички индекси се изчисляват с помощта на фиксирани дължини на вълните13, които са податливи на влиянието на множество взаимодействащи флуорофори, което води до "изкривяване" при оценка на състава на сложни органични съединения от смесени източници48. Следователно интерпретацията на флуоресцентните индикатори трябва да бъде предпазлива и PARAFAC трябва да се използва за по-нататъшен анализ.
Чувствителни компоненти на FDOM в свързаните с CKDu подпочвени води Четири флуоресцентни компонента бяха извлечени и преминаха валидиране на половин разделяне (допълнителна фигура 7, допълнителна таблица 3). C1 бяха земни хуминоподобни компоненти, произведени чрез биогеохимична обработка на земни прахови органични вещества49, които приличаха на комбинация от Coble A и C пикове50; C2 е подобен на пика на Coble M, микробни хумоподобни компоненти с ниско молекулно тегло и може да доминира флуоресцентния DOM на отпадъчните води51,52; C3 е хуминоподобни компоненти с високо молекулно тегло, което е производно на земен органичен материал51,53; C4 е автохтонен протеиноподобен компонент, приписван на микробна активност54,55.
FDOM беше доминиран от C1 и C2 с изобилие от 68,7% и 62,9% съответно в CKDu и не-CKDu подпочвени води (фиг. 2), което показва доминиращата роля на хуминоподобни вещества. Относителното изобилие на C1 (C1%, 35,1%) в подпочвените води на CKDu е значително по-високо от това в подземните води без CKDu (28.0%, p < 0.01) , докато C2% и C3% в подпочвените води CKDu и не-CKDu са подобни (p > 0.05). Поради сходните геоложки и напоителни условия в изследваната зона, C2 вероятно е страничен продукт от органична материя, произведена от in situ микробни дейности или някои хуминови вещества, които лесно се фракционират от минерали56, а C3 може да е свързан с влагане на селскостопански материали57. Освен това, значително по-висок C4% е открит в DOM от не-CKDu подпочвени води (23,8%), отколкото този на DOM в CKDu подземни води (17,3%, p <0,01), което показва по-голямата бионаличност на DOM от не-CKDu подпочвени води. По-ниските стойности на рН на подпочвените води без CKDu подкрепят тази спекулация (допълнителна таблица 4), тъй като протонът се произвежда по време на микробно разграждане на органична материя 58, 59. C1% в повърхностните води е значително по-висок от този в подпочвените води без CKDu (p <0,01), но подобен на този вCKDu подземни води(p > 0.05), което показва, че увеличението на C1% в CKDu подпочвените води може да е свързано с навлизането на повърхностни води.
Двукомпонентният основен компонентен анализ показа, че натоварванията на C1% са разположени в положителната посока на PC1, което представлява 43,9% от дисперсиите, а натоварванията на C4% са поставени в отрицателната посока на PC1 (фиг. 3 ). Пробите близо до положителната посока на PC1 обикновено имат голямо изобилие от хуминоподобни вещества, а пробите близо до отрицателната ос на PC1 обикновено имат висок дял на протеиноподобни компоненти, свързани с микробни дейности. Трябва да се отбележи, че около 50% CKDu проби от подземни води и само около 22% от не-CKDu проби от подпочвени води са разположени в положителната посока на PC1. Той показа, че CKDu подпочвените води и не-CKDu подпочвените води могат да бъдат ефективно разграничени от C1% и C4%. Въпреки това изглежда, че C4 е податлив на смущения от микробен фон във водоносни хоризонти, което води до отклонения в скрининга20. По този начин C1 с по-добра стабилност и устойчивост в околната среда60 може да се използва за предпочитане за разпознаване на CKDu подземни води. Междувременно HIX, a254 и SUVA254 представиха положителни натоварвания на PC1, което показва тяхната връзка с хуминоподобни вещества (C1). За PC2 (22,2%), C2% и C3% бяха поставени в положителна посока. Около 53% от пробите на подпочвените води CKDu и 28% от пробите на подпочвените води без CKDu бяха разположени в отрицателната посока на PC2. Въпреки това, като се имат предвид сходните C2% и C3% между тяхCKDu подземни водии не-CKDu подземни води, разпознаването на CKDu подпочвени води от C2% и C3% може да бъде подвеждащо.
Поддържаща услуга на Wecistanche-най-големият износител на cistanche в Китай:
Имейл:wallence.suen@wecistanche.com
Whatsapp/телефон:+86 15292862950
Пазарувайте за повече подробности за спецификациите:
https://www.xjcistanche.com/cistanche-shop
